全 文 ：第 ３６ 卷第 １１ 期
２０１６年 ６月
生 态 学 报
ＡＣＴＡ ＥＣＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１１
Ｊｕｎ．，２０１６
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
基金项目：国家自然科学基金项目（４１３７１１２３， ４１４０１２０９， ４１５０１０９１）
收稿日期：２０１５⁃０５⁃０５； 　 　 修订日期：２０１５⁃０８⁃２８
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｗｅｉｗｅｉ＠ ｒｃｅｅｓ．ａｃ．ｃｎ
ＤＯＩ： １０．５８４６ ／ ｓｔｘｂ２０１５０５０５０９１１
于洋，卫伟，陈利顶，冯天骄，杨磊，张涵丹．黄土丘陵区坡面整地和植被耦合下的土壤水分特征．生态学报，２０１６，３６（１１）：３４４１⁃３４４９．
Ｙｕ Ｙ， Ｗｅｉ Ｗ， Ｃｈｅｎ Ｌ Ｄ， Ｆｅｎｇ Ｔ Ｊ， Ｙａｎｇ Ｌ， Ｚｈａｎｇ Ｈ Ｄ．Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｎｄ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｏｎ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ ａ
ｓｅｍｉ⁃ａｒｉｄ ｌｏｅｓｓ ｈｉｌｌｙ ｒｅｇｉｏｎ．Ａｃｔａ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１６，３６（１１）：３４４１⁃３４４９．
黄土丘陵区坡面整地和植被耦合下的土壤水分特征
于　 洋１，卫　 伟１，∗，陈利顶１，冯天骄１，２，杨　 磊１，张涵丹１，２
１ 中国科学院生态环境研究中心， 城市与区域生态国家重点实验室， 北京　 １０００８５
２ 中国科学院大学， 北京　 １０００４９
摘要：水分是干旱半干旱地区植被恢复的主要环境制约因子。 在黄土高原小流域，合理整地能够有效截留降雨补给土壤水，进
而促进植被恢复。 选择地处甘肃定西的半干旱黄土小流域为研究区，基于野外实测数据，分析不同植被和整地方式（柠条水平
阶、山杏水平沟、侧柏反坡台，油松反坡台）综合影响下的土壤水分特征。 采用最优分割法将不同整地方式土壤水分垂直层次
划分为活跃层，次活跃层和相对稳定层。 结果表明：生长季不同整地方式土壤水分的变化与降水量的变化密切相关，不同月份
以及不同深度各整地方式土壤水分之间差异显著（Ｐ＜０．０５）。 根据土壤水分垂直变化特征，山杏水平沟水分活跃层与次活跃层
为 ０—８０ｃｍ，其深度范围均大于其他 ３种整地方式，而柠条水平阶土壤水分均在 ３０ ｃｍ以下较为稳定，其深度范围均小于其他 ３
种整地方式。 不同整地方式土壤水分含量具体表现为：山杏水平沟＞侧柏反坡台＞柠条水平阶＞油松反坡台。
关键词：整地方式；土壤水分；植被类型；黄土小流域
Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｎｄ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｏｎ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ ａ ｓｅｍｉ⁃ａｒｉｄ ｌｏｅｓｓ ｈｉｌｌｙ ｒｅｇｉｏｎ
ＹＵ Ｙａｎｇ１， ＷＥＩ Ｗｅｉ１，∗， ＣＨＥＮ Ｌｉｄｉｎｇ１， ＦＥＮＧ Ｔｉａｎｊｉａｏ１，２， ＹＡＮＧ Ｌｅｉ１， ＺＨＡＮＧ Ｈａｎｄａｎ１，２
１ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｕｒｂａｎ ａｎｄ Ｒｅｇｉｏｎａｌ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｅｃｏ⁃ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８５， Ｃｈｉｎａ
２ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４９，Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｉｄ ａｎｄ ｓｅｍｉ－ａｒｉｄ ｒｅｇｉｏｎｓ．
Ｉｎ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ， ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｌａｎｄ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｃａｎ ｂｅ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｕｎｏｆｆ
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｎｄ ｔｈｕｓ ｓｕｐｐｌｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ． Ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｔｕｄｙ， ａ ｓｍａｌｌ
ｗａｔｅｒｓｈｅｄ ｌｏｃａｔｅｄ ｉｎ Ｄｉｎｇｘｉ Ｃｉｔｙ Ｇａｎｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｗａｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ， ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｓｕｒｖｅｙ ｄａｔａ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｅａｓｏｎ．
Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｎｄ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｖａｒｉｏｕｓ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｔｙｐｅｓ （Ｌｅｖｅｌ ｂｅｎｃｈ⁃Ｃａｒａｇａｎａ ｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉｉ， Ｌｅｖｅｌ ｄｉｔｃｈ⁃
Ｐｒｕｎｕｓ ａｒｍｅｎｉａｃａ， Ａｄｖｅｒｓｅ ｇｒａｄｅ ｔａｂｌｅｌａｎｄ⁃Ｐｌａｔｙｃｌａｄｕｓ ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ， Ａｄｖｅｒｓｅ ｇｒａｄｅ ｔａｂｌｅｌａｎｄ⁃Ｐｉｎｕｓ ｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓ） ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ
ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅ⁃ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ． Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｒｅｃｏｒｄ
ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｌｏｔｓ ａｔ １２ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｄｅｐｔｈｓ ｂｅｌｏｗ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ （０—５， ５—１０， １０—２０，
２０—３０， ３０—４０， ４０—６０， ６０—８０， ８０—１００， １００—１２０， １２０—１４０， １４０—１６０， １６０—１８０ ｃｍ） ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｇｒｏｗｉｎｇ
ｓｅａｓｏｎ ｏｆ ２０１４． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｌａｙｅｒ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ， ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ
ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ｌａｙｅｒ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ： ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ
ｅｘｈｉｂｉｔｅｄ ｃｌｏｓｅｄ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｒａｉｎｆａｌｌ ｅｖｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｓｃａｔｔｅｒｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｅａｓｏｎ，
ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ａ ｓｍａｌｌ ａｍｏｕｎｔ ｗｉｔｈ ｍｏｒｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｌａｒｇｅ ａｍｏｕｎｔ ｗｉｔｈ ｓｍａｌｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃａｎ ｌｅｄ ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔｓ
ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｔｙｐｅｓ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｌｏｗｅｒ ｆｒｏｍ Ｍａｙ ｔｏ Ｊｕｎｅ， ｗｈｅｒｅａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｓｏｉｌ
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｅｘｈｉｂｉｔｅｄ ｆｒｏｍ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ｔｏ Ｏｃｔｏｂｅｒ． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ， ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｓｈｏｗｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｏｎｔｈｓ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｄｅｐｔｈｓ （Ｐ＜０．０５）． Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｎｄ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｓ ｓｈｏｗｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｉｅｒａｒｃｈｙ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ
ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄ ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ ｃａｎ ｒｅａｃｈ ８０ ｃｍ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｄｉｔｃｈ ｗｉｔｈ Ｐｒｕｎｕｓ ａｒｍｅｎｉａｃａ， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ
ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｌａｎｄ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｙｐｅｓ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ｌａｙｅｒ ｗａｓ ｂｅｌｏｗ ３０ ｃｍ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｂｅｎｃｈ⁃Ｃａｒａｇａｎａ ｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉｉ， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ
ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｌａｎｄ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｙｐｅｓ． Ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ， ｓｅｃｏｎｄ ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ ｌａｙｅｒ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｅｖｅｌ ｂｅｎｃｈ⁃
Ｃａｒａｇａｎａ ｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉｉ ｗｅｒｅ ０—１０， １０—３０ ａｎｄ ３０—１８０ ｃｍ， ｏｆ ｔｈｅ Ｌｅｖｅｌ ｄｉｔｃｈ⁃Ｐｒｕｎｕｓ ａｒｍｅｎｉａｃａ ｗｅｒｅ ０—４０， ４０—８０ ａｎｄ
８０—１８０ ｃｍ， ｏｆ ｔｈｅ ａｄｖｅｒｓｅ ｇｒａｄｅ ｔａｂｌｅｌａｎｄ⁃Ｐｌａｔｙｃｌａｄｕｓ ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ ｗｅｒｅ ０—３０， ３０—６０ ａｎｄ ６０—１８０ ｃｍ， ａｎｄ ｏｆ ｔｈｅ
ａｄｖｅｒｓｅ ｇｒａｄｅ ｔａｂｌｅｌａｎｄ⁃Ｐｉｎｕｓ ｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓ ｗｅｒｅ ０—１０， １０—６０ ａｎｄ ６０—１８０ ｃｍ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｉｎ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ， ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ
ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｅａｓｏｎ， ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｓｈｏｗｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｏｒｄｅｒ， Ｌｅｖｅｌ ｄｉｔｃｈ⁃Ｐｒｕｎｕｓ ａｒｍｅｎｉａｃａ ＞ Ａｄｖｅｒｓｅ
ｇｒａｄｅ ｔａｂｌｅｌａｎｄ⁃Ｐｌａｔｙｃｌａｄｕｓ ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ ＞ Ｌｅｖｅｌ ｂｅｎｃｈ⁃Ｃａｒａｇａｎａ ｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉｉ ＞ Ａｄｖｅｒｓｅ ｇｒａｄｅ ｔａｂｌｅｌａｎｄ⁃Ｐｉｎｕｓ ｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： ｌａｎｄ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ； ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ； ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｔｙｐｅｓ； ｓｍａｌｌ ｌｏｅｓｓ ｗａｔｅｒｓｈｅｄ
水资源是制约干旱半干旱地区经济发展与生态环境建设的主要因素，干旱半干旱生态系统的降水量少且
蒸发较强，土壤水分较低，所以土壤水分是影响植物生长和发育的最重要环境因子，在植被恢复与生态重建过
程中发挥着关键作用。 土壤水作为地表水、地下水与大气水之间相互转化的纽带，是开展退耕还林的决定性
要素。 土壤层充当水库的作用，能够保持水分并缓解植被应对较少的或是多变的降水［１］。 在半干旱黄土高
原大规模植被恢复的背景下，土壤水分影响种子库与种子萌发、植物生长发育、养分循环、生态系统生产力、水
土流失与土壤侵蚀、小气候改变等诸多生态过程［２⁃８］。 因此，要综合评价植被恢复引起的生态系统结构与功
能的具体变化，需重点从土壤水分动态变化入手，围绕水量平衡进行水文过程的深入研究。
微地形改造是指人类根据科学研究或改造自然的实际需要，有目的的对地表下垫面结构进行二次改造和
整理，从而形成多样的微地形单元［９］。 坡面整地通过改变微地形，有效增加景观异质性并改变物质迁移路
径。 由于水土流失防治的核心是促进水分就地入渗，为了实现有限水分的持续利用，黄土高原地区曾开展大
范围流域治理，在植被恢复过程中，水平沟、鱼鳞坑、水平沟和反坡台等整地方式被广泛应用，原始坡面自然景
观在整地后形成了微地形与植被恢复耦合下的新景观。 不仅仅在黄土高原，微地形改造同样开展在世界范围
内的其他干旱半干旱生态系统，但对整地方式改变影响水文过程的相关结论并不一致。 相关结果表明，通过
对下垫面的改造，雨季和旱季时不同坡位土壤水分水平台较坡面高［１０］，还有报道说明在同一降雨条件下，水
平沟整地后可使径流发生的时间得到有效延迟［１１］。 诸多学者围绕黄土丘陵沟壑区植被恢复过程中土壤水分
动态变化，植被生产力与土壤水分之间的关系，土壤侵蚀，林木蒸腾耗水等方面开展了多尺度的研究［１２⁃１６］。
然而对植被恢复过程中，围绕坡面整地和植被耦合的水文效应相关报道较少。 基于此，本研究选择黄土丘陵
沟壑区典型小流域，通过定位监测，分析坡面整地和植被耦合作用下土壤水分的变化，为植被恢复与生态环境
保护提供科学依据。
１　 研究区概况
研究区位于甘肃定西龙滩流域（１０４°２７′—１０４°３１′ Ｅ，３５°４３′—３５°４６′ Ｎ），海拔 １８４０—２２６０ ｍ，属于典型
半干旱黄土丘陵区，流域面积 １６．１ｋｍ２，多年平均降水量 ３８６．３ｍｍ，降水量季节分配不均，春季降水较为稀少，
主要集中在 ７—９ 月份，且多暴雨事件发生。 流域年均气温为 ６． ８℃，平均无霜期 １５２ｄ，潜在蒸发量为
１６４９．０ｍｍ，年均相对湿度 ７２％。 流域土壤类型为黄绵土，土质均一。 流域内主要土地利用类型包括撂荒地、
灌木林地、乔木林地、农地、人工草地。 同时分布着零星的天然草地。 流域内的人工植被以柠条（Ｃａｒａｇａｎａ
ｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉｉ）、侧柏 （ Ｐｌａｔｙｃｌａｄｕｓ ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ）、山杏 （ Ｐｒｕｎｕｓ ａｒｍｅｎｉａｃａ）、油松 （ Ｐｉｎｕｓ ｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓ）、紫花苜蓿
（Ｍｅｄｉｃａｇｏ ｓａｔｉｖａ）为主，天然植被则以多年生草本为主，主要种类包括赖草（Ｌｅｙｍｕｓ ｓｅｃａｌｉｎｕｓ）、长芒草（Ｓｔｉｐａ
ｂｕｎｇｅａｎａ）、阿尔泰狗娃花（Ｈｅｔｅｒｏｐａｐｐｕｓ ａｌｔａｉｃｕｓ）等。 水分是制约流域植被生长以及作物产量的主要因素。
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２　 研究方法
２．１　 试验地基本特征
于 ２０１４年生长季（５月—１０月），根据流域内所开展的不同整地方式并结合不同植被类型进行样地布
设，所选整地方式与植被类型分别为柠条水平阶，山杏水平沟，侧柏反坡台和油松反坡台。 柠条水平阶和侧柏
反坡台整地造林时间为 １９８４年，山杏水平沟造林整地为 ２００３年，油松反坡台整地造林时间为 １９７２ 年。 整地
措施均已 １０年以上，土壤结构稳定且受干扰较少。 采用微创式零干扰径流小区搭建技术，搭建完毕后进行土
壤水分的定位监测。 同时，调查记录每个样地的坡向、坡度、坡位等地形因子［１７］，并采用每木检尺对植被进行
调查，记录不同植被的树高、基径、冠幅，试验地基本特征见表 １。
表 １　 试验地基本特征
Ｔａｂｌｅ １　 Ｇｅｎｅｒａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｉｔｅ
整地方式
Ｌａｎｄ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｙｐｅｓ
柠条水平阶
Ｌｅｖｅｌ ｂｅｎｃｈ
Ｃａｒａｇａｎａ ｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉｉ
山杏水平沟
Ｌｅｖｅｌ ｄｉｔｃｈ
Ｐｒｕｎｕｓ ａｒｍｅｎｉａｃａ
侧柏反坡台
Ａｄｖｅｒｓｅ ｇｒａｄｅ ｔａｂｌｅｌａｎｄ
Ｐｌａｔｙｃｌａｄｕｓ ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ
油松反坡台
Ａｄｖｅｒｓｅ ｇｒａｄｅ ｔａｂｌｅｌａｎｄ
Ｐｉｎｕｓ ｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓ
地形 Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ 　 　 　 　
坡度 Ｓｌｏｐｅ ／ （°） ２６ １８ ２４ １６
坡向 Ａｓｐｅｃｔ 西偏南 东 东偏南 东偏北
植被 Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ
树高 Ｈｅｉｇｈｔ ／ ｍ １．１４±０．３０ １．９７±０．６０ ２．７０±０．４８ ５．７１±０．４１
胸径 Ｄｉａｍｅｔｅｒ ａｔ ｂｒｅａｓｔ
ｈｅｉｇｈｔ （ＤＢＨ） ／ ｍ １．０６±０．９５ ４．２５±０．６６ ４．７２±１．０２ ８．７１±０．４９
冠幅 Ｃｒｏｗｎ Ｄｉａｍｅｔｅｒ ／ ｍ
　 　 　 东西 Ｅａｓｔ＆Ｗｅｓｔ
　 　 　 南北 Ｓｏｕｔｈ＆Ｎｏｒｔｈ
１．４０±０．５４
１．０９±０．３３
１．４７±０．７１
１．５０±０．４５
１．７０±０．７２
１．６０±０．４６
１．６７±０．１９
１．５９±０．３５
整地描述
Ｌａｎｄ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｓ
ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ
将 ３．５—４．０ ｍ 长的坡面
径流集中到 １． ０—１． ５ ｍ
的阶面
反坡 ３—５°
将 ３．５—４．０ ｍ 长的坡面
径流集中到 １．０—１．５ ｃｍ
的沟面
沟面宽 １．５ ｍ 长 １．８ｍ
将 ４．０ ｍ 长的坡面径流
集中到 ０． ６—１． ０ ｍ 的
台面
反坡 ５—８°
将 １． ５—２． ０ ｍ 长的坡面径
流集中到 １．０—１．５ｍ的台面
反坡 ５—８°
地表植被
Ｕｎｄｅｒｓｔｏｒｙ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ
长芒草（Ｓｔｉｐａ ｂｕｎｇｅａｎａ），
阿尔泰狗娃花
（Ｈｅｔｅｒｏｐａｐｐｕｓ ａｌｔａｉｃｕｓ），
大黄花 （Ｃｙｍｂａｒｉａ
ｄａｈｕｒｉｃａ），骆驼蓬
（Ｐｅｇａｎｕｍ ｈａｒｍａｌａ），
苜蓿 （Ｍｅｄｉｃａｇｏ ｓａｔｉｖａ），
茵陈蒿（Ａｒｔｅｍｉｓｉａ
ｃａｐｉｌｌａｒｉｓ），长芒草（ Ｓｔｉｐａ
ｂｕｎｇｅａｎａ），铁杆蒿
（Ａｒｔｅｍｉｓｉａ ｖｅｓｔｉｔａ），
百里香（ Ｔｈｙｍｕｓ
ｍｏｎｇｏｌｉｃｕｓ），
长芒草（Ｓｔｉｐａ ｂｕｎｇｅａｎａ），
披针叶黄华 （ Ｔｈｅｒｍｏｐｓｉｓ
ｌａｎｃｅｏｌａｌａ），
中华隐子草（ Ｃｌｅｉｓｔｏｇｅｎｅｓ
ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ），长芒草
（Ｓｔｉｐａ ｂｕｎｇｅａｎａ），阿尔泰狗
娃花 （Ｈｅｔｅｒｏｐａｐｐｕｓ ａｌｔａｉｃｕｓ）
盖度
Ｕｎｄｅｒｓｔｏｒｙ ｌａｙｅｒｓ ｃｏｖｅｒ ５５ ４０ ４０ ３０
土壤 Ｓｏｉｌ
土壤容重 ｇ ／ ｃｍ３
（０—１００ｃｍ）
Ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ
１．２２±０．０４ １．２１±０．０３ １．１９±０．０５ １．１３±０．０４
土壤孔隙度 Ｐｏｒｏｓｉｔｙ ５３．７８±１．１７ ５３．９５±１．１３ ５４．７７±１．５５ ５６．７６±１．４１
砂粒 Ｓａｎｄ ／ ％ ２０．７５±４．０３ １７．３８±３．８９ ２１．９６±３．７０ １８．３８±６．８７
粉粒 Ｓｉｌｔ ／ ％ ６９．５３±３．２６ ７１．８４±２．９６ ６７．７９±２．９５ ７１．９４±５．１８
粘粒 Ｃｌａｙ ／ ％ ９．７２±１．３７ １０．７７±１．１９ １０．２５±０．８８ ９．６８±１．９２
　 　 数值表现为平均值±标准差
２．２　 土壤水分测定方法与仪器校正
土壤水分含量采用便携式时域反射仪（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ，ＴＤＲ，型号 ＴＲＩＭＥ⁃ＦＭ）分不同土壤深
度（０—５，５—１０，１０—２０，２０—３０，３０—４０，４０—６０，６０—８０， ８０—１００， １００—１２０，１２０—１４０， １４０—１６０， １６０—
３４４３　 １１期 　 　 　 于洋　 等：黄土丘陵区坡面整地和植被耦合下的土壤水分特征 　
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
１８０ｃｍ）在生长季内（２０１４年 ５月 １日—１０月 ３１ 日）进行测定，每两周测定 １ 次。 分别在不同整地方式样地
内沿坡面布设监测样点，每个样地每层测定 ３ 个样点作为重复。 各样点于生长季前布设 ２ ｍ 长的聚碳酸酯
管，同时，在用便携式时域反射仪进行测定前，采用烘干法对 ＴＤＲ测定的土壤含水量进行校正［１８⁃１９］，通过烘干
法实测土壤质量含水率，并根据土壤剖面容重换算为体积含水率，与 ＴＤＲ 的介电常数进行拟合，得出二者的
回归方程 Ｙ＝ １．１８０５ｘ－０．３８５１，Ｒ２ ＝ ０．９９。 Ｙ为采用烘干法测定的土壤含水量乘以土壤容重，ｘ为时域反射仪的
介电常数。 与此同时，在流域内布设自动气象站（Ｖａｎｔａｇｅ Ｐｒｏ ２）记录生长季内的降水量。
２．３　 数据统计分析
采用 ＳＡＳ９．２软件 ＰＲＯＣ ＭＩＸＥＤ（混合线性模型）程序进行数据处理与分析，混合线性模型可不依赖方差
分析表计算均方，而直接估算各项影响因素的方差分量。 相关数据采用平均值±标准差（Ｍｅａｎ±ＳＤ）来表示，
同一因素不同水平间差异显著性采用最小显著差数法（ＬＳＤ）进行检验（显著性水平 Ｐ ＝ ０．０５），同时，结合有
序分类法中的最优分割法，将土壤水分变化层次根据土壤深度进行排序，采用标准差（Ｓ）和变异系数（Ｃｖ）为
指标，按土壤水分含量进行聚类，进而确定土壤水分的垂直变化层次［２０⁃２１］。 标准差和变异系数的计算方法见
如下计算公式：
ｓ ＝
∑
ｎ
ｉ ＝ １
（ＳＭｉ － ＳＭ） ２
ｎ － １
（１）
Ｃｖ ＝
ｓ
ＳＭ
（２）
式中， ＳＭ为土壤水分观测样本的平均值；ｎ为样本总个数；ｘｉ为第 ｉ次土壤水分含量观测值。 最优分割算法在
Ｍａｔｌａｂ（Ｒ２０１０ａ）中实现，采用 Ｓｉｇｍａｐｌｏｔ１２．５软件绘图。
３　 结果与分析
图 １　 研究区生长季降水分布情况（５—１０月）
Ｆｉｇ．１ 　 Ｒａｉｎｆａｌｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｇｒｏｗｉｎｇ
ｓｅａｓｏｎ （Ｍａｙ—Ｏｃｔｏｂｅｒ）
３．１　 降水特征
流域内 ２０１４年 ５月 １日至 １０月 ３１ 日降水分布情
况如图 １所示，研究期间共记录降水事件 ４０次，累积降
水量 ５０１．６ｍｍ，其中最小降水量为 ０．２０ｍｍ，最大降水量
为 ２５．８ｍｍ。 ７ 月至 ９ 月降水量为 ３３１．４ ｍｍ，占生长季
降水量的 ６６．０７％。 在 ４０ 次降水事件中，降水量大于
２０ｍｍ的有 ４次，占生长季总降水量的 ４１．４％，分别发生
在 ６月 ２８日，７月 ８日，８月 ２１日和 ８ 月 ２３ 日，降水量
大于 ５ｍｍ而小于 ２０ｍｍ的降水事件有 １３ 次，占生长季
总降水量的 ４０．１％，降水量小于 ５ｍｍ 的事件有 ２３ 次，
占生长季降水量的 １８．５％，流域内降雨主要以中到大雨
为主，主要集中在 ７—９月。
３．２　 土壤水分时空变化
不同整地方式土壤水分动态变化与降水量大小关
系密切，以 ７月的水分变化为例，如图 ２ 所示，０—２０ｃｍ
柠条水平阶在该月份的水分变化较为剧烈，而油松反坡台水分变化受降水干扰较小。 而侧柏反坡台与山杏水
平沟的剖面水分变化较为接近。 虽然柠条水平阶在 ７—８月 ０—２０ｃｍ水分变化较为剧烈，综合该月份各整地
方式的水分含量，仅油松反坡台的水分含量显著低于其他 ３种整地方式（Ｐ＜０．０５），这说明不同整地方式土壤
水分对次降水事件的响应不同。 如表 ２所示，各月份各整地方式之间土壤水分含量差异显著（Ｐ＜０．０５）。 具
４４４３ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３６卷　
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
体来说，５月份，山杏水平沟土壤水分含量显著高于油松反坡台和柠条水平阶（Ｐ＜０．０５），但与侧柏反坡台无显
著差异（Ｐ＞０．０５）。 ６月份，山杏水平沟土壤水分显著高于油松反坡台（Ｐ＜０．０５），但与柠条水平阶和侧柏反坡
台之间差异不显著（Ｐ＞０．０５）。 ７月份，油松反坡台土壤水分含量显著低于其他 ３ 种整地方式（Ｐ＜０．０５），而其
他三种整地方式之间土壤水分无显著差异（Ｐ＞０．０５）。 ８月份，山杏水平沟与侧柏反坡台之间差异不显著（Ｐ＞
０．０５），但两者显著高于油松反坡台和柠条水平阶（Ｐ＜０．０５）。 ９月份，侧柏反坡台水分含量显著高于油松反坡
台和柠条水平阶（Ｐ＜０．０５），但是山杏水平沟与柠条水平阶之间无显著差异（Ｐ＞０．０５）。 １０ 月份，山杏水平沟
与侧柏反坡台之间无显著差异（Ｐ＞０．０５），但两者显著高于柠条水平阶和油松反坡台（Ｐ＜０．０５），而柠条水平阶
和油松反坡台之间土壤水分含量无显著差异（Ｐ＞０．０５）。 综合对比不同整地方式土壤水分含量可排序为，山
杏水平沟 ＞ 侧柏反坡台 ＞ 柠条水平阶 ＞ 油松反坡台。
图 ２　 不同整地方式土壤水分随时间的动态变化
Ｆｉｇ．２　 Ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｎｄ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｖｅｒ ｔｉｍｅ
（ａ）柠条水平阶 Ｌｅｖｅｌ ｂｅｎｃｈ⁃Ｃａｒａｇａｎａ ｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉｉ； （ ｂ）山杏水平沟 Ｌｅｖｅｌ ｄｉｔｃｈ⁃Ｐｒｕｎｕｓ ａｒｍｅｎｉａｃａ；（ ｃ）侧柏反坡台 Ａｄｖｅｒｓｅ ｇｒａｄｅ ｔａｂｌｅｌａｎｄ⁃
Ｐｌａｔｙｃｌａｄｕｓ ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ；（ｄ）油松反坡台 Ａｄｖｅｒｓｅ ｇｒａｄｅ ｔａｂｌｅｌａｎｄ⁃Ｐｉｎｕｓ ｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓ
３．３　 不同整地方式土壤水分垂直变化
同一深度不同整地方式之间土壤水分差异显著（Ｐ＜０．０５），不同深度之间表现不同。 如表 ３ 所示，０—
５ｃｍ，油松反坡台土壤水分含量显著低于其他 ３种整地类型（Ｐ＜０．０５），而另外 ３种整地类型之间无显著差异。
５—１０ｃｍ，侧柏反坡台显著高于油松反坡台（Ｐ＜０．０５），但是与柠条水平阶和山杏水平沟之间无显著差异（Ｐ＞
０．０５）。 １０—２０ｃｍ，油松反坡台与柠条水平阶水分含量无显著差异（Ｐ＞０．０５），但显著低于山杏水平沟与侧柏
反坡台（Ｐ＜０．０５）。 而在 ２０—３０ｃｍ 山杏水平沟与侧柏反坡台之间无显著差异（Ｐ＞０．０５），但显著高于油松反
坡台和柠条水平阶（Ｐ＜０．０５），同时，油松反坡台与柠条水平阶之间无显著差异（Ｐ＞０．０５），这也与 ３０—４０ｃｍ、
５４４３　 １１期 　 　 　 于洋　 等：黄土丘陵区坡面整地和植被耦合下的土壤水分特征 　
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４０—６０ｃｍ和 ６０—８０ｃｍ深度相同。 ８０—１００ｃｍ和 １００—１２０ｃｍ山杏水平沟与侧柏反坡台之间无显著差异（Ｐ＞
０．０５），但显著高于柠条水平阶和油松反坡台（Ｐ＜０．０５）。 １２０—１６０ｃｍ，山杏水平沟、柠条水平阶与侧柏反坡台
之间水分含量无显著差异（Ｐ＞０．０５），但山杏水平沟显著高于油松反坡台（Ｐ＜０．０５）。 同时油松反坡台、侧柏反
坡台和柠条水平阶之间无显著差异（Ｐ＞０．０５）。 不同整地方式土壤水分垂直变化特征也呈现出显著的层次
性，对柠条水平阶来说 ０—５ｃｍ和 ５—１０ｃｍ 显著高于 ３０—１８０ｃｍ 各深度（Ｐ＜０．０５）。 山杏水平沟 ０—４０ｃｍ 之
间无显著差异（Ｐ＞０．０５），但显著高于 ６０—１８０ｃｍ 各深度（Ｐ＜０．０５），同时 ６０—１８０ｃｍ 各深度之间无显著差异
（Ｐ＞０．０５）。 侧柏反坡台 ８０—１８０ｃｍ 各深度之间无显著差异（Ｐ＞０．０５），但显著低于 ０—６０ｃｍ 各深度（Ｐ＜
０．０５）。 对油松反坡台来说，０—５ｃｍ和 ５—１０ｃｍ 显著高于 １０—６０ｃｍ 各深度（Ｐ＜０．０５），同时 ６０—１８０ｃｍ 各深
度之间无显著差异（Ｐ＞０．０５）。
表 ２　 不同整地方式土壤水分逐月变化
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｍｏｎｔｈｌｙ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｎｄ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ
月份
Ｍｏｎｔｈ
柠条水平阶 ／ ％
Ｌｅｖｅｌ ｂｅｎｃｈ
Ｃａｒａｇａｎａ ｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉｉ
山杏水平沟 ／ ％
Ｌｅｖｅｌ ｄｉｔｃｈ
Ｐｒｕｎｕｓ ａｒｍｅｎｉａｃａ
侧柏反坡台 ／ ％
Ａｄｖｅｒｓｅ ｇｒａｄｅ ｔａｂｌｅｌａｎｄ
Ｐｌａｔｙｃｌａｄｕｓ ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ
油松反坡台 ／ ％
Ａｄｖｅｒｓｅ ｇｒａｄｅ ｔａｂｌｅｌａｎｄ
Ｐｉｎｕｓ ｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓ
５ ５．８１±０．５８ Ｃｃ １０．８９±２．６５ Ａａｂｃ ９．０５±０．５８ Ａｂ ６．８８±０．０５ ＢＣｂ
６ ６．１０±０．８６ ＡＢｃ ７．８９±１．８５ Ａｃｄ ６．０９±０．５２ ＡＢｄ ５．３５±０．２９ Ｂｃ
７ ７．９４±０．２０ Ａｂ ８．７０±０．７５ Ａｂｃｄ ７．９８±０．６９ Ａｃ ６．１４±０．３９ Ｂｂｃ
８ ５．８０±０．４２ Ｂｃ ７．３８±０．６４ Ａｄ ６．８９±０．４４ Ａｄ ５．２５±０．６６ Ｂｃ
９ １０．２３±０．９１ ＢＣａ １１．３２±１．３２ ＡＢａｂ １２．２９±０．２９ Ａａ ９．４４±０．６８ Ｃａ
１０ ９．６１±０．９６ Ｂａ １３．６３±２．０６ Ａａ １２．９４±０．３５ Ａａ １０．０１±０．７３ Ｂａ
５—１０ ７．５８±１．９６ Ｃ ９．９７±２．６７ Ａ ９．２１±２．６９ Ｂ ７．１７±１．９９ Ｄ
　 　 不同大写字母表示同一月份不同整地方式之间差异显著， 不同小写字母表示同一整地方式不同月份差异显著（Ｐ＜０．０５）
表 ３　 不同整地方式土壤水分垂直变化
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｖｅｒｔｉｃａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｎｄ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｙｐｅｓ
深度
Ｄｅｐｔｈ
柠条水平阶 ／ ％
Ｌｅｖｅｌ ｂｅｎｃｈ
Ｃａｒａｇａｎａ ｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉｉ
山杏水平沟 ／ ％
Ｌｅｖｅｌ ｄｉｔｃｈ
Ｐｒｕｎｕｓ ａｒｍｅｎｉａｃａ
侧柏反坡台 ／ ％
Ａｄｖｅｒｓｅ ｇｒａｄｅ ｔａｂｌｅｌａｎｄ
Ｐｌａｔｙｃｌａｄｕｓ ｏｒｉｅｎｔａｌｉｓ
油松反坡台 ／ ％
Ａｄｖｅｒｓｅ ｇｒａｄｅ ｔａｂｌｅｌａｎｄ
Ｐｉｎｕｓ ｔａｂｕｌａｅｆｏｒｍｉｓ
０—５ １２．２１±４．８５Ａａ １１．７４±４．７２Ａａ １２．０３±５．２４Ａｂｃ １０．１３±５．２２Ｂａ
５—１０ １２．２５±４．９１ＡＢａ １２．６２±４．７７ＡＢａ １３．３４±５．８８Ａａ １０．３９±５．２４Ｂａ
１０—２０ １０．４２±４．０２ＢＣａｂ １２．８４±４．６７ＡＢａ １３．０７±５．８６Ａａｂ ８．４７±４．２７Ｃｂ
２０—３０ ８．８６±３．２９Ｂｂｃ １２．６４±４．７５Ａａ １１．８５±５．８２Ａｃ ８．４５±３．８２Ｂｂ
３０—４０ ７．８３±２．３１Ｂｃｄ １１．８５±４．９４Ａａ １０．１８±４．７５Ａｄ ８．３８±４．０１Ｂｂ
４０—６０ ７．００±１．２２Ｂｃｄ １０．６１±３．７５Ａａｂ ９．５８±３．２１Ａｄ ７．１３±２．８２Ｂｂ
６０—８０ ６．０６±１．００Ｂｃ ８．９２±２．７５Ａｂｃ ８．０６±１．７０Ａｅ ５．４３±１．１９Ｂｃ
８０—１００ ５．８５±１．３２Ｂｃ ８．３０±２．４３Ａｂｃ ７．２７±０．７１ＡＢｅｆ ５．１５±１．１１Ｂｃ
１００—１２０ ６．０１±１．２０Ｂｃ ８．１９±１．７１Ａｂｃ ６．４３±１．１１ＡＢｆ ５．１６±１．２９Ｂｃ
１２０—１４０ ６．０６±１．１５ＡＢｃ ７．５７±１．８２Ａｃ ６．７１±０．８１ＡＢｆ ５．１１±０．９９Ｂｃ
１４０—１６０ ６．６３±１．１２ＡＢｃ ７．２６±１．３６Ａｃ ６．８１±０．９９ＡＢｆ ５．４０±０．８６Ｂｃ
１６０—１８０ ７．３７±１．４２Ａｃｄ ７．４９±１．６１Ａｃ ６．５６±１．３８ＡＢｆ ５．５１±１．１９Ｂｃ
　 　 不同大写字母表示同一深度不同整地方式之间差异显著， 不同小写字母表示同一整地方式不同深度差异显著
为了能够更加直观的理解不同整地方式土壤水分的垂直变化特征，采用有序分类法中的最优分割法，将
土壤水分变化层次根据土壤深度进行排序，采用标准差（Ｓ）和变异系数（Ｃｖ）为指标，按土壤水分含量进行聚
类，进而确定土壤水分的垂直变化层次。 如图 ３ 所示，将不同整地方式 １８０ｃｍ以内土壤水分的垂直变化划分
为三个层次，活跃层、次活跃层与相对稳定层。 不同整地方式土壤水分层次划分结果不同，柠条水平阶水分活
跃层为 ０—１０ｃｍ（Ｓ＝ ４．８５—４．９１，Ｃｖ ＝ ３９．７１％—４０．１０％）、次活跃层为 １０—３０ｃｍ（Ｓ＝ ３．２９—４．０３，Ｃｖ ＝ ３７．１８％—
６４４３ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３６卷　
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图 ３　 不同整地方式土壤水分垂直层次划分
　 Ｆｉｇ． ３ 　 Ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｌｅｖｅｌ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｌａｎｄ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ
３８．６７％）、３０ｃｍ以下为相对稳定层（Ｓ ＝ ０．９５—２．３２，Ｃｖ ＝
１５．６９％—２９．６２％）；山杏水平沟水分活跃层为 ０—４０ｃｍ
（Ｓ ＝ ４． ６７—４．９４，Ｃｖ ＝ ３６． ３９％—４１．７０％）、次活跃层为
４０—８０ｃｍ（Ｓ＝ ２．７４—３．７５，Ｃｖ ＝ ３０．８０％—３５．３６％），８０ｃｍ
以下为相对稳定层 （ Ｓ ＝ １．３５—２． ４３， Ｃｖ ＝ １８． ６７％—
２４．１０％）；侧柏反坡台水分活跃层为 ０—３０ｃｍ （ Ｓ ＝
５．２５—５．８８，Ｃｖ ＝ ４３． ６２％—４９．１３％），次活跃层为 ３０—
６０ｃｍ （Ｓ＝ ３．２１—４．７６，Ｃｖ ＝ ３３．５１％—３６．７１％），６０ｃｍ 以
下为相对稳定层 （ Ｓ ＝ ０．７１—１． ７０， Ｃｖ ＝ ９． ７８％—
２１．０９％）；油松反坡台活跃层为 ０—１０ｃｍ（ Ｓ ＝ ５． ２２—
５．２４，Ｃｖ ＝ ５０． ４１％—５１． ４９％），次活跃层为 １０—６０ｃｍ
（Ｓ＝ ２．８２—４．２７，Ｃｖ ＝ ３９．６３％—４５．２６％），６０ｃｍ 以下为
相对稳定层（ Ｓ ＝ ０． ８６—１． ２８，Ｃｖ ＝ １５． ９８％—２４． ９７％）。
山杏水平沟水分活跃层与次活跃层为 ０—８０ｃｍ，其深度
范围均大于其他 ３种整地方式，而柠条水平阶土壤水分均在 ３０ｃｍ以下较为稳定，其深度范围均小于其他 ３种
整地方式。
４　 讨论与结论
降水是流域内植被生长的主要水源，基于水量平衡，对于不同整地方式的水文效应，需结合不同植被类型
研究土壤水分的垂直分布特征，黄土高原地区不同植被类型的水分循环是单纯的降雨入渗，地表蒸发和植物
蒸腾过程，土壤水分垂直剖面的层次性特征是具体的体现［２２］。 不同植被类型的水分收支特征主要取决于降
水输入、径流和蒸散发，同时在水平沟，水平阶，反坡台等工程措施的作用下，工程措施的开展和应用一方面能
够有效的拦截径流和泥沙，另一方面也使得降水得到再分配，植被能够通过拦截到的径流强化自身的水分
供应。
生长季内，降水量的大小是影响水分补给深度的重要因素之一，水分的变化主要取决于降水量的变化。
降水的季节分布格局（降水频率、持续时间、降水强度）也直接影响着不同整地方式土壤水分的动态［２３］。 在
降水量恒定的前提下，多次少量的降水与少次大量的降水对不同类型植被的影响并不相同，这也与沙地生态
系统的相关研究结果一致［２４］。 综合整个生长季，不同整地方式 ５—６月的土壤水分较低，９—１０月的土壤水分
较高。 降水的季节分布格局是影响水分变化的因素之一。 ７—９月是降水集中的时期，７—８月间虽发生了次
降水量较大的降水事件，但次数较少，不同整地方式仅在浅层对降水事件的响应较强。 在 ９ 月下旬—１０ 月
底，虽未发生降水量大于 ２０ｍｍ的次降水事件，但正是在多次少量的降水事件影响下，降水对土壤水分形成了
有效的补给，不同整地方式的土壤水分变化较为剧烈。
除降水季节分布格局外，植被自身的属性也是影响水分变化的重要因素。 冠层截留，树干茎流，植被蒸腾
耗水等关键水文循环过程也会影响土壤水分的动态变化。 冠层截留作为影响降水进入土壤中的第一个环节，
影响着降水的再分配过程，相关报道说明乔木冠层能够截留小的降水事件产生的降水，使乔木的土壤水分动
态几乎不受小降水事件的作用［２５］，所以油松反坡台的水分较低。 由于在侧柏的高度较低，冠幅较小，冠层截
留的效应不及油松显著且可以利用的坡面径流比油松多，所以同为反坡台整地，侧柏反坡台的水分显著高于
油松反坡台。 另一方面，５ 月过后进入夏季，伴随着温度的逐渐升高，植被的蒸发散作用也会增加，降水不仅
不能够及时的形成补给，再加上受植被截留的影响，使得进入土壤中的水分更加有限，进而导致土壤含水量逐
渐降低。 ８ 月后步入秋季，秋季的温度较夏季低，温度低植被的蒸散作用会减弱，降水能够有效的形成补给，
使土壤含水量逐渐增加，不同整地方式的土壤水分在 ９月和 １０月均较高。
７４４３　 １１期 　 　 　 于洋　 等：黄土丘陵区坡面整地和植被耦合下的土壤水分特征 　
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植物通过根系进行水分的吸收与利用，相关研究表明黄土高原地区降水入渗深度一般为 １—３ｍ［２６］，不同
植被类型根系的分布特征决定着不同深度土壤水分的动态变化，也使得不同植被类型土壤垂直剖面水分变异
程度不同。 相关研究将柠条植物篱土壤水分垂直变化按照深度划分为弱利用层、利用层和调节层，其中利用
层主要指植被根系的主要分布区，也是降雨入渗到土壤中的水分储存的层次［２７］，还有学者将高寒干旱针茅的
草原土壤水分划分为敏感层、活跃层和稳定层［２８］，本研究采用最优分割法，根据不同层次土壤水分的变异程
度依照前人研究的划分方式［２２］，将不同整地方式的土壤水分划分为活跃层、次活跃层和相对稳定层。 活跃层
在降水入渗以及蒸散发的作用下，水分含量变化较为剧烈，次活跃层是降水⁃植被⁃深层土壤水分进行水分交
换的缓冲区，也是植被根系主要的分布区，对植被生长所需水分提供保障。 随着深度的增加，水分的变化逐渐
减弱，变异强度较活跃层和次活跃层低。 不同植被类型的活跃层、次活跃层与稳定层分布不同。 相关报道说
明柠条水平阶在生长 １４ａ以后即进入老龄期［２９］，根系深度可达地下 ５ｍ，土壤水库已失去调节功能，柠条的生
长受不同程度的抑制，生长主要靠天然降水来维持，地上部分的生长主要利用发达的主根吸收土壤水分，由于
我们的研究中测定的土壤深度最深为 １８０ｃｍ，这个深度的变化从对土壤层次划分的结果看，既包含降水及工
程措施对土壤水分的补充，也包含根系对深层水分的利用，所以深入研究根系分布特征与土壤水分变化的关
系，也能够为研究水分沿垂直剖面的分层划分以及土壤干层的分布提供新的思考。 研究区的柠条栽植已有
３０年，已步入老龄期，相关研究表明在一定区域，较高的群落盖度下。 柠条土壤容积含水率一般较低［３０］，监
测结果显示侧柏反坡台的土壤容积含水率显著高于柠条水平阶，一方面是由柠条自身盖度较高，另一方面也
说明反坡台整地通过对径流的利用对水分进行调节的效果更好。 山杏水平沟土壤活跃层与次活跃层集中在
０—８０ｃｍ，生长季中山杏水平沟整地对水分的补充和调节作用体现的最为明显，使山杏水平沟的土壤容积含
水率显著高于其他 ３种整地类型。
综合不同整地方式土壤水分含量的分析结果，在工程措施与植被类型的耦合作用下，不同整地方式生长
季的土壤水分含量呈现显著差异（Ｐ＜０．０５）。 山杏水平沟整地方式的土壤水分含量显著高于其他 ３ 种整地方
式，侧柏反坡台其次，柠条水平阶和油松反坡台较低。 根据当前的监测结果，水分垂直变化可划分为活跃层、
次活跃层和相对稳定层 ３个层次，山杏水分的活跃层与次活跃层分布在 ０—８０ｃｍ，其深度范围均大于其他 ３
种整地方式。
参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：
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９４４３　 １１期 　 　 　 于洋　 等：黄土丘陵区坡面整地和植被耦合下的土壤水分特征