金沙江干熱河谷地區(qū)坡地不同水土保持措施對(duì)表層土壤水分影響研究

馬雯靜，高 僖

(1.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州 611231； 2.攀枝花市水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)分站，四川 攀枝花 617000)

金沙江干熱河谷是長(zhǎng)江上游典型的生態(tài)脆弱區(qū)[1-2]，干燥、炎熱的自然環(huán)境使得該區(qū)域的農(nóng)業(yè)發(fā)展[3-5]、土壤水分[6]、土壤侵蝕[7-8]等成為研究的焦點(diǎn)。干熱河谷區(qū)內(nèi)干而熱的生態(tài)環(huán)境，容易引起以“土壤干化”為主的生態(tài)問題[9]，而土壤水分時(shí)空變異性作為土壤的基本性質(zhì)之一，不僅影響農(nóng)作物、樹木和牧草的生長(zhǎng)發(fā)育，而且關(guān)系到侵蝕產(chǎn)沙、水分循環(huán)過程[10]。目前，關(guān)于不同植被類型、坡度、坡向等對(duì)干熱河谷土壤含水量的影響已有學(xué)者做了深入研究[1]，但對(duì)干熱河谷地區(qū)坡耕地采用不同水土保持措施后的土壤水分變化卻研究得較少。因坡地(農(nóng)田)表層土壤水分的動(dòng)態(tài)變化對(duì)徑流的形成有極大影響[11],故本研究選取金沙江干熱河谷地區(qū)采取4種不同措施的坡耕地，對(duì)其表層土壤水分進(jìn)行測(cè)定，研究其時(shí)空分布特征，以期為攀枝花地區(qū)坡耕地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)[12]。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處四川省西南部山區(qū)，位于四川省攀枝花市鹽邊縣紅格鎮(zhèn)昔格達(dá)村“國家級(jí)水土保持監(jiān)測(cè)點(diǎn)——鹽邊紅格坡面徑流場(chǎng)”內(nèi)，地理坐標(biāo)101°56′19″E、26°34′55″N，氣候具有典型的南亞熱帶半干旱季風(fēng)氣候特點(diǎn)，高溫、干旱。區(qū)內(nèi)歷年平均氣溫18.5～20.4 ℃，歷年平均相對(duì)濕度60%～65%，四季不分明，氣候干燥，降水集中，多年平均降水量800 mm。

試驗(yàn)場(chǎng)位于金沙江流域，為低中山的山前斜坡構(gòu)造剝蝕地貌，溝谷斜坡地形。土壤為第四系耕植土、殘坡積粉質(zhì)黏土，透水性較差，不利于地表水的滲透與地下徑流的形成，地層賦水性差。

2 研究方法

2.1 樣地選擇

攀枝花地區(qū)以山地為主，農(nóng)用地類型主要為坡耕地。根據(jù)區(qū)域地形和地貌特征，樣地設(shè)置在東北坡向的坡面上。在坡面上布設(shè)3個(gè)坡度相近的水土保持措施小區(qū)和1個(gè)作為對(duì)照的裸地小區(qū)。水土保持措施小區(qū)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，以能體現(xiàn)試驗(yàn)?zāi)康摹⒉黄茐脑纪寥榔拭鏋樵瓌t確定，并根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)作習(xí)慣種植作物，進(jìn)行田間管理；裸地小區(qū)每年按當(dāng)?shù)胤竟?jié)和習(xí)慣人工翻地，深度15～20 cm，然后耙平，全年沒有明顯植物生長(zhǎng)或結(jié)皮，植被蓋度小于5%。各小區(qū)特征值見表1。

表1 小區(qū)特征值

2.2 數(shù)據(jù)測(cè)定

采用TDR法觀測(cè)4個(gè)小區(qū)所在坡地的0～20 cm深度土壤含水量，按對(duì)角線取樣法確定采樣點(diǎn)，在每個(gè)采樣點(diǎn)附近測(cè)量3個(gè)重復(fù)，取3個(gè)讀數(shù)的算術(shù)平均值為該點(diǎn)0～20 cm深度土壤的體積含水量。每月1日、15日觀測(cè)每個(gè)小區(qū)的土壤水分，降雨產(chǎn)流后加測(cè)一次土壤水分。2016年耕作區(qū)玉米種植時(shí)間為5月27日，收割時(shí)間為10月25日，土壤水分取樣觀測(cè)時(shí)段為6月1日至11月1日。

2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3.1 土壤水分變異系數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)反映了樣本間的總變異程度[13]。變異系數(shù)CV表示土壤水分在空間變異的程度，是不同空間土壤水分標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比值[14]，它的大小反映了不同空間水分的穩(wěn)定性。CV值越大，說明樣點(diǎn)含水量變化越劇烈；CV值越小，土壤含水量越穩(wěn)定[15]。計(jì)算公式為

CV=σ/μ

式中：σ為土壤含水量觀測(cè)值的樣本標(biāo)準(zhǔn)差；μ為土壤含水量觀測(cè)值的樣本平均值。

2.3.2 土壤含水量指數(shù)

土壤水分是影響干熱河谷農(nóng)作物、樹木和牧草生長(zhǎng)發(fā)育的主要原因，因此可以用水土保持措施小區(qū)的表層土壤含水量與裸地小區(qū)表層土壤含水量的比值——土壤含水量指數(shù)R作為一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。當(dāng)R>1時(shí)說明水土保持措施小區(qū)的水分比裸地小區(qū)好，當(dāng)R<1時(shí)說明水土保持措施小區(qū)的水分比裸地小區(qū)差。

3 結(jié)果分析

3.1 各措施小區(qū)土壤水分特征值

通過對(duì)原始數(shù)據(jù)的處理可以得到各小區(qū)表層土壤含水量特征值，見圖1。

圖1 2016年不同小區(qū)表層土壤含水量

由圖1可知，在取樣時(shí)段內(nèi)，4個(gè)小區(qū)的表層土壤含水量變化趨勢(shì)基本一致，但實(shí)施不同措施的耕作小區(qū)表層土壤含水量各有差異。由監(jiān)測(cè)和計(jì)算可知，掏缽種植、橫坡耕作、坡改梯和裸地4個(gè)小區(qū)的表層土壤平均含水量分別為23.97%、22.58%、24.53%和22.49%，不同小區(qū)按表層土壤平均含水量排序?yàn)槠赂奶菪^(qū)>掏缽種植小區(qū)>橫坡耕作小區(qū)>裸地小區(qū)，土壤含水量最高的小區(qū)是坡改梯小區(qū)，土壤含水量最低的小區(qū)是裸地小區(qū)。

從土壤含水量的季節(jié)變化來看，研究區(qū)6月玉米剛開始萌發(fā)，植物蒸騰和土壤蒸發(fā)相對(duì)較弱，植物耗水量小，各水土保持措施小區(qū)的0～20cm土壤含水量平均值相對(duì)較高。7、8月氣溫升高，玉米生長(zhǎng)旺盛，蒸騰耗水量增加，各水土保持措施小區(qū)土壤含水量下降；裸地小區(qū)因無植被覆蓋，氣溫高、蒸發(fā)量增大，土壤含水量也呈下降趨勢(shì)。9月氣溫降低，土壤蒸發(fā)量減少，玉米生長(zhǎng)減緩，各小區(qū)土壤含水量開始上升。10月作物成熟，玉米收割完成后土壤裸露，干熱的氣候使土壤蒸發(fā)比有植被覆蓋時(shí)增大，土壤含水量下降。

3.2 各水土保持措施小區(qū)土壤水分的空間差異性分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，各小區(qū)歷次監(jiān)測(cè)的表層土壤含水量及其變異系數(shù)見表2—5。

表2 掏缽種植表層土壤含水量均值、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)

表3 橫坡耕作表層土壤含水量均值、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)

續(xù)表3

表4 裸地表層土壤含水量均值、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)

表5 坡改梯表層土壤含水量均值、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)反映了樣本間的總變異程度。一般認(rèn)為，CV<0.1為弱變異，CV在0.1～1.0之間為中等變異，CV>1.0為強(qiáng)變異[13]。由表2—5可以看出，從土壤水分的變異系數(shù)來看，在取樣時(shí)間段內(nèi)各小區(qū)整體均表現(xiàn)為弱變異(CV<0.1)，個(gè)別時(shí)間點(diǎn)為中等變異(0.1≤CV≤1.0)。這說明在作物的整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，掏缽種植、橫坡耕作、坡改梯和裸地各小區(qū)表層土壤含水量空間變異程度均不大。各徑流小區(qū)的土壤厚度、植被覆蓋度和地表粗糙度較均一，使得各小區(qū)內(nèi)不同部位間土壤含水量變化較小，因而水分變異系數(shù)大多表現(xiàn)為弱變異。

3.3 不同小區(qū)土壤含水量差異程度分析

在土壤水分成為影響植物生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)鍵因素的干熱河谷地區(qū)，可以用反映土壤水分狀況的土壤含水量指數(shù)R值來評(píng)價(jià)不同小區(qū)土壤水分的優(yōu)劣狀況。通過對(duì)原始數(shù)據(jù)的處理得到不同小區(qū)的R值，見圖2。

圖2 不同小區(qū)平均土壤含水量指數(shù)

由圖2可知，3個(gè)水土保持措施小區(qū)的R值均大于1，說明采取水土保持措施的3個(gè)小區(qū)的土壤水分均優(yōu)于裸地小區(qū)的土壤水分，其原因是水土保持耕作時(shí)改變了坡地地表微地形，掏缽種植、橫坡耕作壟向上雖然還存在不同程度的坡度，但與裸地相比，截短了坡長(zhǎng)，可以有效地?cái)r截地表徑流，增加雨水入滲[16]；特別是坡改梯，使田面坡度降為0°，一方面降水落于水平田面直接入滲成為壤中流，另一方面梯田作業(yè)面土壤有機(jī)質(zhì)易于存留從而使土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)豐富，保水性能良好，因而水分含量較高[17]。

4 結(jié) 論

(1)在取樣時(shí)段內(nèi)，實(shí)施不同措施的耕作小區(qū)0～20 cm表層土壤含水量各有差異，表層土壤的平均含水量坡改梯小區(qū)>掏缽種植小區(qū)>橫坡耕作小區(qū)>裸地小區(qū)。在取樣時(shí)段內(nèi)，受溫度影響不同小區(qū)0～20 cm表層土壤含水量變異程度不大；水土保持措施小區(qū)的土壤含水量指數(shù)R值均大于1。

(2)通過對(duì)各小區(qū)土壤水分的綜合分析可知，金沙江干熱河谷區(qū)坡地表層土壤含水量普遍偏低，各小區(qū)的水分優(yōu)劣狀況為：坡改梯小區(qū)>掏缽種植小區(qū)>橫坡耕作小區(qū)>裸地小區(qū)。裸地小區(qū)保水能力最差，坡改梯小區(qū)保水能力最強(qiáng)。因此，在水分條件較差的干熱河谷地區(qū)，坡改梯可充分利用當(dāng)?shù)剌^好的水分條件促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。