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晋西黄土区不同水文年土壤水分特征及其主要影响因子分析

孙占薇 马岚 梅雪梅 刘京晶 王福星 张金阁 燕琳

孙占薇, 马岚, 梅雪梅, 刘京晶, 王福星, 张金阁, 燕琳. 晋西黄土区不同水文年土壤水分特征及其主要影响因子分析[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200260
引用本文: 孙占薇, 马岚, 梅雪梅, 刘京晶, 王福星, 张金阁, 燕琳. 晋西黄土区不同水文年土壤水分特征及其主要影响因子分析[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200260
SUN Zhanwei, MA Lan, MEI Xuemei, LIU Jingjing, WANG Fuxing, ZHANG Jinge, YAN Lin. Characteristics of soil moisture and its main influencing factors in different hydrological years in western Shanxi loess region[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200260
Citation: SUN Zhanwei, MA Lan, MEI Xuemei, LIU Jingjing, WANG Fuxing, ZHANG Jinge, YAN Lin. Characteristics of soil moisture and its main influencing factors in different hydrological years in western Shanxi loess region[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200260

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晋西黄土区不同水文年土壤水分特征及其主要影响因子分析

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200260
基金项目: “十三五”国家重点研发计划项目(2016YFC0501704)
详细信息
    作者简介: 孙占薇,从事土壤水分入渗及补给研究。E-mail: 876140768@qq.com
    通信作者: 马岚,副教授,从事土壤水分入渗补给及坡面流阻力研究。E-mail: mlpcz@sina.com
  • 中图分类号: S157.1

Characteristics of soil moisture and its main influencing factors in different hydrological years in western Shanxi loess region

  • 摘要:   目的   晋西黄土区生态环境脆弱,土壤水分是制约植被生长的重要因子。为深入了解该区域土壤水分年际变化,明确制约该区域土壤储水量的关键因子,探讨晋西黄土区不同植被类型在生长季节内土壤含水量的变化。   方法   以定位观测法为主,对人工刺槐Robinia pseudoacacia、天然三角槭Acer buergerianum和野艾蒿Artemisia lavandu-laefolia草地生长季(5−10月)内0~400 cm土壤含水量进行监测;在此基础上,根据含水量标准差对土壤进行活跃层划分,并通过生长季前后储水量的对比探究年际土壤储水量盈亏状况;测定了典型样地的土壤性质,并结合地形、不同水文年旱涝特征对土壤储水量的影响因子进行冗余分析。   结果   ①人工刺槐林、天然三角槭林和野艾蒿草地平均土壤含水量分别为8.36%~9.63%、10.01%~13.19%和15.43%~19.17%,野艾蒿草地表层土壤含水量显著高于人工刺槐林和天然三角槭林(P<0.05)。②天然三角槭林土壤水分活跃层最深可达180 cm,人工刺槐林和野艾蒿草地土壤水分活跃层较浅;中等湿润年土壤水分活跃层最深,严重干旱年土壤水分活跃层次之,平水年土壤水分活跃层最浅。③严重干旱年,人工刺槐林、天然三角槭林和野艾蒿草地土壤水分亏缺土层深度分别为100~300、0~200和0~100 cm;平水年土壤水分的输入和输出达到平衡;中等湿润年0~200 cm土层水分得到不同程度补给,而200~400 cm土层的水分补给量接近于0。④不同深度土层土壤储水量受不同环境因子影响,其中植被类型和土壤容重是0~100 cm土层水分的主导因素,100~200 cm土层水分主要受容重和坡向控制,而不同水文年旱涝程度、土壤黏粒和粉粒含量是200~400 cm土层水分的主导因素。   结论   干旱水文年土壤水分亏缺严重,平水年及湿润年亏缺现象有所缓解,植被类型对土壤储水量影响最大。今后黄土高原地区的造林,不仅要考虑树种的耐旱能力,更应充分考虑地形、土质及生长季降水的分配情况带来的影响。图5表5参33
  • 图  1  研究区地理位置示意图

    Figure  1  Geographical location of studied area

    图  2  土壤剖面含水量变化

    Figure  2  Change of soil water contents with soil depth

    图  3  不同植被类型土壤水分盈亏状况

    Figure  3  The status of soil water in different vegetation types

    图  4  土壤理化性质

    Figure  4  Physical and chemical properties of soil

    图  5  土壤储水量与环境变量的冗余分析排序图

    Figure  5  RDA ranking chart of soil water storage and environmental variables

    表  1  样地基本情况

    Table  1.   Basic information of experimental sample plots

    样地类型 海拔/m 坡度/(°) 坡向/(°) 覆盖度/% 林分密度/(株·hm−2) 平均树高/m
    人工刺槐林  1 003~1 069 23.7 203 72 2 000 7.9
    天然三角槭林 1 030~1 093 21.8 103 65 416 5.7
    野艾蒿草地  980~1 047 20.2 333 86
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    表  2  不同植被类型平均土壤含水量多重比较

    Table  2.   Multiple comparisons of average soil water contents of different vegetation types

    土层深度/cm 土壤含水量/%
    人工刺槐林 天然三角槭林 野艾蒿草地
    范围 平均值+标准差 范围 平均值+标准差 范围 平均值+标准差
    0~100 6.90~17.40 9.63±2.12 c 9.46~19.56 13.19±1.43 b 13.67~22.51 15.43±1.68 a
    100~200 6.71~11.20 8.71±1.21 b 8.47~14.56 10.72±0.87 b 16.16~20.36 17.58±0.83 a
    200~300 8.08~10.46 8.54±0.39 b 8.56~13.66 10.20±0.77 b 18.28~20.80 19.17±0.62 a
    300~400 7.85~8.89 8.36±0.21 b 8.89~11.77 10.09±0.69 b 17.78~18.47 18.52±0.33 a
      说明:同行不同字母表示同一土层不同植被类型土壤含水量差异显著(P<0.05)
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    表  3  样地土壤水分活动层划分

    Table  3.   The division of soil water active layers in sample plots

    植被类型 年份 活跃层 次活跃层 相对稳定层
    标准差 范围/cm 标准差 范围/cm 标准差 范围/cm
    人工刺槐林  严重干旱年 1.51~1.62 20~60 0.27~1.00 60~400
    平水年   1.38~2.83 20~40 1.00~1.07 40 0.21~0.75 40~400
    中等湿润年 1.50~4.69 20~140 1.48 140~160 0.18~0.61 160~400
    天然三角槭林 严重干旱年 1.99~2.01 20~80 1.00~1.26 80~120 0.27~0.98 120~400
    平水年   1.64~2.48 20~120 0.06~0.99 120~400
    中等湿润年 1.63~4.79 20~180 0.49~0.95 180~400
    野艾蒿草地  严重干旱年 1.55~2.09 20~40 1.15 40~60 0.21~1.00 60~400
    平水年   2.00~2.75 20~40 0.08~0.99 40~400
    中等湿润年 3.67~5.00 20~140 0.25~0.84 140~400
      说明:−表示该年份不存在相应活动层
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    表  5  环境因子的前向选择和蒙特卡洛检验

    Table  5.   Forward selection and Monte Carlo test of environmental factors

    环境因子 P F 贡献率/%
    坡向
    坡度 0.002** 17.6 15.1
    植被类型 0.002** 49.4 70.4
    0~100 cm有机碳质量分数
    100~400 cm有机碳质量分数
    0~100 cm黏粒含量 0.156 1.9 1.1
    0~100 cm粉粒含量 0.034* 4.1 2.4
    0~100 cm砂粒含量
    100~400 cm黏粒含量 0.196 1.6 1.2
    100~400 cm粉粒含量 0.276 1.4 1.0
    100~400 cm砂粒含量 0.276 1.4 1.0
    容重 0.052 3.5 1.6
    毛管孔隙度 0.100 3.5 1.3
    不同水文年旱涝程度 0.014* 4.5 3.3
      说明:−表示该环境因子已被剔除,*表示显著相关(P<0.05),     **表示极显著相关(P<0.01)
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-07
  • 修回日期:  2020-09-21

晋西黄土区不同水文年土壤水分特征及其主要影响因子分析

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200260
    基金项目:  “十三五”国家重点研发计划项目(2016YFC0501704)
    作者简介:

    孙占薇,从事土壤水分入渗及补给研究。E-mail: 876140768@qq.com

    通信作者: 马岚,副教授,从事土壤水分入渗补给及坡面流阻力研究。E-mail: mlpcz@sina.com
  • 中图分类号: S157.1

摘要:    目的   晋西黄土区生态环境脆弱,土壤水分是制约植被生长的重要因子。为深入了解该区域土壤水分年际变化,明确制约该区域土壤储水量的关键因子,探讨晋西黄土区不同植被类型在生长季节内土壤含水量的变化。   方法   以定位观测法为主,对人工刺槐Robinia pseudoacacia、天然三角槭Acer buergerianum和野艾蒿Artemisia lavandu-laefolia草地生长季(5−10月)内0~400 cm土壤含水量进行监测;在此基础上,根据含水量标准差对土壤进行活跃层划分,并通过生长季前后储水量的对比探究年际土壤储水量盈亏状况;测定了典型样地的土壤性质,并结合地形、不同水文年旱涝特征对土壤储水量的影响因子进行冗余分析。   结果   ①人工刺槐林、天然三角槭林和野艾蒿草地平均土壤含水量分别为8.36%~9.63%、10.01%~13.19%和15.43%~19.17%,野艾蒿草地表层土壤含水量显著高于人工刺槐林和天然三角槭林(P<0.05)。②天然三角槭林土壤水分活跃层最深可达180 cm,人工刺槐林和野艾蒿草地土壤水分活跃层较浅;中等湿润年土壤水分活跃层最深,严重干旱年土壤水分活跃层次之,平水年土壤水分活跃层最浅。③严重干旱年,人工刺槐林、天然三角槭林和野艾蒿草地土壤水分亏缺土层深度分别为100~300、0~200和0~100 cm;平水年土壤水分的输入和输出达到平衡;中等湿润年0~200 cm土层水分得到不同程度补给,而200~400 cm土层的水分补给量接近于0。④不同深度土层土壤储水量受不同环境因子影响,其中植被类型和土壤容重是0~100 cm土层水分的主导因素,100~200 cm土层水分主要受容重和坡向控制,而不同水文年旱涝程度、土壤黏粒和粉粒含量是200~400 cm土层水分的主导因素。   结论   干旱水文年土壤水分亏缺严重,平水年及湿润年亏缺现象有所缓解,植被类型对土壤储水量影响最大。今后黄土高原地区的造林,不仅要考虑树种的耐旱能力,更应充分考虑地形、土质及生长季降水的分配情况带来的影响。图5表5参33

English Abstract

孙占薇, 马岚, 梅雪梅, 刘京晶, 王福星, 张金阁, 燕琳. 晋西黄土区不同水文年土壤水分特征及其主要影响因子分析[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200260
引用本文: 孙占薇, 马岚, 梅雪梅, 刘京晶, 王福星, 张金阁, 燕琳. 晋西黄土区不同水文年土壤水分特征及其主要影响因子分析[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200260
SUN Zhanwei, MA Lan, MEI Xuemei, LIU Jingjing, WANG Fuxing, ZHANG Jinge, YAN Lin. Characteristics of soil moisture and its main influencing factors in different hydrological years in western Shanxi loess region[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200260
Citation: SUN Zhanwei, MA Lan, MEI Xuemei, LIU Jingjing, WANG Fuxing, ZHANG Jinge, YAN Lin. Characteristics of soil moisture and its main influencing factors in different hydrological years in western Shanxi loess region[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200260

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