全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2006) 03-0261-04
陕北水蚀风蚀交错区苜蓿地土壤水分过耗与恢复
樊　军, 邵明安* , 王全九
(西北农林科技大学、中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室, 陕西 杨凌 712100)
摘要: 采用野外定位观测法研究水蚀风蚀交错区苜蓿( Med icago sativ a)草地土壤水分在天然降水作用下的恢复过程。结
果显示: 苜蓿地翻耕后,在降水作用下土壤水分有明显的恢复过程,第一年, 150 cm 以上土壤水分得到一定恢复, 第二年
深度达到300 cm, 但上层土壤含水量并未增加; 该地块植被大量消耗土壤储水导致土壤干燥化,高耗水植被消除后,土壤
含水量逐渐增加。
关键词: 水蚀风蚀交错区; 苜蓿草地; 土壤水分; 恢复
中图分类号: S 812　　　　文献类型: A
Soil Water Restoration of Alfalfa Land in the Wind-water
Erosion Crisscross Region on the Loess Plateau
FAN Jun, SHAO M ing-an, WANG Quan-jiu
(S tate Key Laboratory of S oi l E rosion and Arid -lan d Farming on th e Loes s Plateau , the Ins t itu te of Soil
and Water Conservat ion, the Ch ines e Academ y of S ciences, Northw est A&F Un iversity, Yang ling, Shaanxi Pr ovince 712100, C hina)
Abstract: By a field posit ioning observat ion, w e studied so il moisture restorat ion af ter rainfalls in the cult ivated
alfalfa pasture of the w ind-water ero sion crisscross region o f the Loess P lateau. Results show that fo llow ing a
rainfall the ploughed alfalfa land had obv iously restored much w ater. In the year af ter the land plough, mois-
ture o f soil 150cm depth down from surface restored considerably. In the nex t year, though soil w ater of 300cm
depth f rom surface restored af ter a rainfall, the upper soil w ater did no t incr ease. T he w ater consum ing vegeta-
tion had ingested most of the soil w ater , leading to the aridity of the land. Removal of the w ater -consuming
vegetation w ould g radually restore the so il w ater .
Key words : w ind-w ater ero sion crisscro ss region; Cult ivated alfalfa pasture; So il mo isture; Recovery
　　水是制约黄土高原植被恢复的关键自然因素, 土
壤水分状况对植被生长的作用研究一直深受重
视[ 1～ 4]。据梁一民等研究[ 5] ,黄土高原半干旱区种植沙
打旺, 由于土壤储水的不断消耗, 沙打旺8- 9年开始
衰败。李玉山在渭北旱塬的试验显示高产农田土壤深
层水分的过度消耗是导致产量波动的主要原因之
一[ 6] ,苜蓿草地深层干燥化导致生产力显著降低、生长
衰败[ 7]。在林草植被过度耗水情况下,土壤含水量处于
极度亏缺状态,经过雨季可以部分得到补偿,但是降雨
的入渗补偿深度有限,得不到补偿的土层土壤含水量
长期处于较低水平,形成土壤干层。
处于水蚀风蚀交错带的陕北神木县六道沟流域的
主要人工植被紫花苜蓿( Medicago sativa) (以下称苜
蓿)有广泛分布,并有很长的种植历史。本文通过多年
生苜蓿的水分动态及翻耕后裸地土壤水分恢复过程的
对比研究,为该区生态环境建设提供理论依据。
1　材料与方法
1. 1　试验区概况
试验观测点位于陕西省榆林市神木县六道沟小流
域(东经110°21′～110°23′,北纬38°46′～38°51′)。海拔
1094～1274 m , 是黄土高原向毛乌素沙漠、森林草原
向典型干旱草原的过渡地带, 也处于流水侵蚀的黄土
丘陵区向干燥剥蚀作用的鄂尔多斯高原过渡的水蚀风
蚀交错带,是典型的生态环境脆弱区。属中温带半干旱
收稿日期: 2006-01-04; 修回日期: 2006-06-05
基金项目: 中国科学院水利部水土保持研究所知识创新前沿项目
作者简介: 樊　军( 1974-) ,男,陕西府谷人,博士,助研,主要研究方向为土壤-植被-大气系统物质能量传输, E -m ail : fanjun isw c@ 163. com; * 通
讯作者 Author for correspond ence
第 14 卷　第3 期
　Vol. 14　 No . 3
草　地　学　报
ACTA AGREST IA SINICA
　　　2006 年　 9 月
　Sep.　　 2006
气候,冬春季干旱少雨,多风沙, 夏秋多雨。多年平均降
水量为437. 4 mm。7- 8月份降水量占全年的50%以
上。年均气温8. 4℃,≥10℃活动积温为3248. 0℃,无霜
期153 d, 全年日照时数 2836 h, 年总太阳辐射量为
5922 M J·m- 2。地带性土壤为黑垆土, 由于长期强烈
侵蚀, 已被绵沙土、新黄土、红土以及在沙地上发育起
来的风沙土、坝地淤土取代 [ 8]。
1. 2　径流观测
试验于2004- 2005年进行,选取已种植15年左右
的苜蓿地建立2个径流小区(东北向、15°坡地) , 其中
一个于2004年6月10日翻耕成为裸地(翻耕时产草量
750 kg·hm - 2干草) , 定期除草, 控制小区杂草的生
长。小区下方安装径流桶,分为两级, 收集小区产流, 降
水后测定径流量。
1. 3　土壤含水量和储水量
每小区在坡的上、中和下部各安装一根430 cm 的
中子仪测管, 用中子水分仪( CN C503B)监测土壤剖面
0～400 cm土层的水分变化。0～100 cm 每10 cm 记录
数据, 200～400 cm 每20 cm 记录。3点的平均值作为
该小区的测定值。2004年共测定土壤水分10次, 2005
年2次。测定根据当年的降雨情况而定,降水较多, 测
定次数增加。
2　结果与分析
2. 1　剖面水分分布特征
苜蓿耗水明显, 耗水深度已超出监测的400 cm ,
土壤剖面含水量很低, 出现干燥化现象。天然降水已经
很难入渗到200 cm 以下。裸地小区50～150 cm土层含
水量平均为8%左右,苜蓿小区已接近或低于土壤的萎
蔫湿度6%(土壤重量含水量) ,表明苜蓿消耗了土壤较
深土层的水分。
降水使土壤水分得以恢复, 经过 2004年一个雨
季,特别是7和8月份降水集中时期(图1) ,裸地200 cm
以上土层含水量明显增加, 达到12%左右, 对 200 cm
以下没有明显的影响。苜蓿小区水分恢复只达到
150 cm,恢复程度也明显低于裸地,仅在9月初浅层土
壤水分接近12%, 其后苜蓿继续耗水,水分含量降低。
表明苜蓿地地表植被仍然通过蒸散消耗土壤储水, 消
耗的水分超过裸地土壤蒸发量。
　　2005年度翻耕的裸地土壤含水量在降水的作用
下继续恢复, 本年度的两次测定显示,土壤水分已经恢
复到350 cm 深度, 50～300 cm 土层含水量已达12%左
右,尽管本年生长季仅有263. 5 mm 的降水, 但是水分
在前一年的基础上向深层入渗再分布。而苜蓿地土壤
水分呈继续降低的趋势,但是因为土壤含水量已经接
近萎蔫湿度, 季末水分含量没有进一步降低。
图1　试验期间各月降水量
Fig. 1　P recipita tion during the study ing per iod
2. 2　土壤储水量动态变化
从 2004年 6月 20日开始,在降水的作用下裸地
0～360 cm土层水分储量缓慢恢复, 而苜蓿地缓慢下
降(图3)。进入8月降水量集中,裸地和苜蓿地的储水
量均有明显恢复, 9月初, 分别达到502和448. 1 mm。9
月份的少量降水使裸地土壤储水量基本保持平衡, 而
苜蓿地又开始下降。2005年裸地土壤储水量继续增
加,而苜蓿地基本接近上年末的水平(图3)。
262 草　地　学　报 第 14卷
图 2　苜蓿地( a)与裸地( b)土壤水分剖面变化
Fig. 2　Dist ributions of soil mo istur e in alfalfa land( a)
and bare land( b)
2. 3　水量平衡
2004年6月20日- 11月19日共降水306. 8 mm ,
产生3次径流(表1)。裸地径流共18. 3 mm , 211. 4 mm
以蒸发进入大气,日蒸发量最高在7- 8月( 3. 7 mm·
d
- 1 ) , 降水中 77. 1 mm 储存于土壤中。苜蓿地径流
22. 4 mm, 278. 5 mm 以蒸散消耗, 较裸地高67. 1 mm ,
平均日蒸散量最高达4. 3 mm·d- 1, 主要蒸散发生在
7- 9月,仅有5. 9 mm 储存于土壤中(表1)。
3　讨　论
3. 1　在2004年生长季苜蓿没有显著消耗土壤水分,
降低储量,可能土壤含水量接近凋萎湿度, 可供苜蓿利
用的有效土壤水分有限造成。
3. 2　苜蓿较快的根系伸长速率有利于提高其在干旱
环境同等供水条件下的抗旱性,但高蒸腾易导致土壤
水分的过快消耗,必然影响其本身的长期生存及后续
生长[ 8]。本试验中,苜蓿的产草量已处于较低水平, 出
现了大量的长芒草( S tipa bungeana) , 指示人工草地
向天然草地演替[ 9]。
3. 3　苜蓿地翻耕后土壤干层可得到改善, 与黄土高原
地区已有的研究结果相近。种植4年苜蓿之后土壤剖
面趋于干燥, 秋季降水可以有效补充土壤水分 [ 10] , 翻
耕后,继续种植一年生农作物,其土壤干层的水分可以
得到一定程度的恢复。12～13°坡地的土壤干层水分恢
复的深度和程度随翻耕年限的增加而增大,翻耕后种
植一年生作物,土壤水分状况不会恶化,干层的水分也
有一定恢复[ 11]。一般,在平均降水量445 mm 的黄土高
原西部丘陵沟壑区, 苜蓿退化草地土壤水分的自然恢
复过程一般需5年,且随着恢复年限的延长,土壤水分
逐年提高[ 12]。因此, 由于高耗水植被连续生长造成的
土壤干化,是可以逐渐恢复的,苜蓿地的自然退化以及
人工翻耕均可以使土壤水分环境得到改善。
图3　苜蓿地与裸地土壤储水量动态变化
Fig. 3　Changes of soil s torage in alfal fa lan d and bar e land
263第 3期 樊军等:陕北水蚀风蚀交错区苜蓿地土壤水分过耗与恢复
表1　苜蓿地与裸地水量平衡与蒸发特征( 2004 年)
T able 1　Evapo tr anspir ation( ET ) and w ater balance of differ ent land use pattern
日期
Data
降水量
( mm )
Rainfall
裸地 Bar e land
土壤储水量
( mm)
Water s torage
径流量
( mm)
Runof f
蒸发量
(m m)
ET
平均蒸发量
( mm·d - 1)
M ean ET
苜蓿地 Alfalfa land
土壤储水量
( mm)
Water s torage
径流量
( mm)
Runof f
蒸发量
( m m)
ET
平均蒸发量
( mm·d - 1)
M ean E T
6月 20日 Jun. 20 408. 3 389. 9
6月 30日 Jun. 30 8. 8 409. 7 0 7. 4 0. 7 379. 4 0 19. 3 1. 9
7月 12日 Jul. 12 10. 9 401. 2 0 19. 4 0. 9 366. 7 0 23. 6 1. 1
7月 24日 Jul. 24 31. 2 405. 7 0 26. 7 2. 2 362. 8 0 35. 2 2. 9
8月 3日 Aug. 3 57. 5 420. 3 2. 6 40. 3 3. 7 369. 3 3. 6 47. 4 4. 3
9月 3日 Sep . 3 167. 3 502. 0 15. 7* 70. 0 2. 3 448. 1 18. 8* 69. 7 2. 3
9月 16日 Sep . 16 15. 0 506. 8 0 10. 2 0. 8 412. 8 0 50. 3 3. 9
10月 6日 Oct . 6 6. 5 491. 8 0 21. 5 1. 1 405. 3 0 14. 0 0. 7
10月 24日 Oct . 24 4. 8 491. 2 0 5. 4 0. 3 403. 3 0 6. 8 0. 4
11月 19日 Nov. 19 4. 8 485. 5 0 10. 5 0. 4 395. 8 0 12. 3 0. 5
合计 Total 306. 8 - 18. 3 211. 4 - - 22. 4 278. 5 -
　　注: * 为两次径流量之和; Note: * indicates the total amount of runof f of tw ice
4　结　论
4. 1　在黄土高原水蚀风蚀交错区, 种植 15年左右的
苜蓿草地耗水深度超过400 cm, 土壤剖面干燥化。
4. 2　降水后翻耕地土壤含水量有明显的恢复, 一个雨
季后, 200 cm 以上土层含水量明显增加,第二个雨季
后,上层水分含量变化不大,但恢复深度增加。苜蓿地
恢复深度150 cm, 恢复程度明显低于翻耕后的裸地。
4. 3　去除高耗水植被后,已形成的土壤干层可以在自
然降水的作用下逐渐恢复。
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(责任编辑　张蕴薇)
264 草　地　学　报 第 14卷