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陕北黄土区≥25°陡坡地,植被稀疏,土壤干旱和水土流失极为严重,是黄土高原植被重建和治理水土流失的重点和难点。长期以来,由于降水资源短缺和植被建设缺乏水量平衡的基础,陡坡地植被土壤旱化、生态经济效益低的问题突出存在。合理利用降水资源是陡坡地植被建设可持续发展的关键。为此,研究了陡坡地人工植被的土壤水分生态环境、陡坡地土壤水分和植物生长的关系、陡坡地土壤水分植被承载力和自然降水的高效利用。主要结论如下:1.陡坡地多年生人工植被的土壤水分亏缺极为严重,贫水年0～10m土层贮水量仅相当于田间持水量的26.2%～42.0%,丰水年贮水量也仅占田间持水量的27.0%～43.3%;亏缺次序为:柠条>刺槐>苜蓿>侧柏>杨树>油松>荒坡>杏>枣>农地。年际间同一植被土壤水分含量的变化主要发生在200cm以上土层内,变异程度随土壤深度的增加而减弱。同一生长季,各种植被0～120cm土层含水量的变异系数都较大,但植被间差异较小;120cm以下土层,变异系数较小,但植被间差异较大。陡坡地多年生植被均有永久干层存在,但深层土壤干燥化强度因植物种类和生长年限而存在明显的差异。雨季土壤水分的补偿和恢复深度为1.0～1.4m,但不同植被的土壤贮水增量和补偿度有较大差异。同一植被丰水年的雨水补偿深度比干旱年可增加60cm以上,5m土层贮水增量增加3倍以上。在自然降雨条件下,陡坡地多年生人工植被的土壤贮水亏缺状况不能得到改善,土壤干化现象也不可能有所缓解。2.陡坡地不同植被的干燥化强度可用土壤干燥化指数表示。公式为:SDI =(SM–WM)/(SSM–WM)×(SD-DT)/(SD)×100%,式中,SDI为土壤干燥化指数,SM为土壤湿度,WM为凋萎湿度,SSM为土壤稳定湿度,DT为干燥化厚度,SD为土层深度。陡坡地植被的土壤干燥化强度可划分为6级: (1)若SDI≥100%,为无干燥化;(2)若50%≤SDI<100%,为轻度干燥化;(3)若30%≤SDI<50% ,为中度干燥化;(4)若10%≤SDI<30%,为严重干燥化;(5)若0≤SDI<10% ,为强烈干燥化;(6)若SDI< 0,为极度干燥化。3.杏树林冠截流量次变化在0.30～9.5mm,林冠截留率变化在2.6～67.6%,林冠截流总量占总降雨量的21.10%;柠条林冠截流量次变化在0.21～3.2mm,林冠截留率变化在2.0～28.0%,林冠截流总量占总降雨量的11.73%。降雨次数多、暴雨次数少,林冠截流总量所占比例增大。4.陡坡地植被径流量大。苜蓿地地表径流量随降雨量增大呈指数增长,关系式为:Y = 0.002x2+0.1285x-0.2409(R2 = 0.9731),地表径流量平均占降雨量的12.41%;杏林地地表径流量平均占降雨量的11.41%;柠条林地占降雨量的16.27%。植被类型(冠幅、冠层厚度、郁闭度)、坡度、水保工程是陡坡地地表径流最大的三个影响因素。5.自然降水条件下,陡坡苜蓿地的最大入渗深度为140cm,陡坡杏树地的最大入渗深度达160cm,而陡坡柠条地的最大入渗深度仅为120cm。6.影响苜蓿地土壤水分补给的主要因素为天然降水、地表径流和林冠截留。25°陡坡苜蓿地土壤水分补给量(Y补)与降水量(P)的关系为:Y补=0.8003P+2.8568 (R2=0.987,n=33),33°关系式为:Y补=0.7771P+3.0411 (R2=0.985,n=33)。坡度越大,地表径流量越大,土壤水分补给量越小。杏林地降雨量(P)与根层土壤水分补给量(SWS)的关系为SWS=0.6299P+0.5901,相关系数为0.9829。柠条林地降雨量(P)与根层土壤水分补给量(SWS)的关系为:SWS=0.5708P+28.579,相关系数为0.9658。在降雨量基本一致的条件下,影响冠层截留和地表径流的因素如植被类型(冠幅、冠层厚度、郁闭度)、坡度、水保工程、土壤结构、地表粗糙度、枯枝落叶、耕作管理等都会对土壤水分的补给量产生不同的影响。7.陡坡苜蓿地土壤水分补给量(Y补)与地上部生物量(W干重)呈线性关系,南向25°上坡关系式为:Y补= 0.0247 W + 275.52,R2=0.9598;南向33°上坡关系式为:Y补= 0.0249 W + 279.37,R2=0.9767;南向25°下坡关系式为:Y补= 0.0348 W + 235.83,R2=0.9620;北向25°下坡关系式为:Y补= 0.0304 W + 247.31,R2=0.9727。陡坡苜蓿地土壤水分消耗量(Y耗)与地上部生物量(W干重)呈二次函数关系,南向25°上坡关系式为:Y耗= 0.0001 W2 - 0.4635 W + 854.72,R2 =0.9595;南向33°上坡关系式为:Y耗= 0.0001 W2 - 0.3836 W + 659.16,R2=0.9805;南向25°下坡关系式为:Y耗= 0.0001 W2 - 0.4628 W + 805.53,R2=0.9731;北向25°下坡关系式为:Y耗= 0.0001 W2 - 0.5324 W + 991.67,R2=0.9514。生物产量高,土壤水分消耗量大。坡向对土壤水分消耗量的影响较大,南坡日晒强烈,蒸发量大,土壤水分消耗量大。用FAO法估算可得陡坡地土壤水分可承载的苜蓿最大产量为3992.2～4173.7 kg/hm2;而根据水量平衡原理计算可得陡坡苜蓿地可承载的地上部生物量为2600～3500kg/hm2,比FAO法低16.07～33.52%。由于FAO法是应用了许多气象因子作为参数模拟所得,增大了误差,故现实中应以水量平衡原理计算结果为准。8.陡坡杏林地土壤水分补给量(Y补)与生物量(W)的关系为W =7.6419Y补+1024.1,R2= 0.9369。土壤水分消耗量与生物量关系为:Y耗=0.00001W2-0.0251W+195.61,R2=0.9282。土壤水分可承载的杏树生物量为2423kg/hm2,即可承载的果实产量为3063kg/hm2。9.陡坡柠条林地林冠截留量(I)与密度(D)的定量关系为:I = 0.7359D0.4925,R2 = 0.9642;地表径流(Run)和密度(D)关系为:Run=-0.021D+152.53,R2 = 0.9509;柠条根层土壤水分补给量(Y补)与密度(D)的关系为:Y补=0.0145D+215.4,R2= 0.9582土壤水分消耗量与密度的关系为:Y耗=0.00001D2-0.0089D+200.82。R2=0.9537。陡坡地土壤水分可承载的柠条密度为2852穴/hm2。10.采用塑膜微集水促渗技术,可提高杏、枣栽植成活率、产量、品质和经济效益;杏树自然降水利用率达2.92kg/m3,比对照提高53.68%,枣树自然降水利用率达3.45kg/m3,比对照提高53.33%;集中降雨前后根际区以下(2-6m土层)的贮水增量为31.1mm,相当于对照的近40倍,可有效防止土壤干化及其所导致的植株生长不良的发生。该技术成本低、简单易行、使用年限长、效率高,在我国广大的干旱贫困山区具有广阔的应用前景。