第八章-土壤干化與防治

第八章土壤干化與防治本章內(nèi)容第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況第二節(jié)土壤干層產(chǎn)生的原因分析第三節(jié)土壤干化的危害第四節(jié)土壤干層的防治措施2023/10/242第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況一、土壤干化研究概況第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況二、土壤干層的分布與分布特征三、土壤干層發(fā)育狀況四、土壤干層的判定指標(biāo)1、土壤干層出現(xiàn)的環(huán)境背景干旱半干旱地區(qū)的生態(tài)問題主要是水分問題，包括直接由缺水而引起的干旱問題以及因缺水而引起的一系列間接問題，如鹽堿化、荒漠化、水上流失、“小老樹”、沙塵暴等嚴重的環(huán)境問題。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況一、土壤干化研究概況水土流失鹽堿化土地荒漠化沙塵暴小老樹土壤干化層是廣大干旱半干旱地普遍存在的一種特殊的土壤水文現(xiàn)象，其實質(zhì)是在區(qū)域大氣干旱和水分不足的大環(huán)境下，由于土壤蒸發(fā)和植物水分利用的雙重作用，導(dǎo)致區(qū)域或者局部水分持續(xù)虧缺而產(chǎn)生的土壤干燥化結(jié)果。在當(dāng)前我國西部地生態(tài)環(huán)境建設(shè)中，土壤干化層是實施造林種草的主要障礙。如何有效地防止、避免或減輕土壤干化層對造林種草帶來的不利影響，是干旱半干旱地區(qū)域植被建設(shè)急需解決的重大科學(xué)問題。2、土壤干化層的基本情況第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況據(jù)劉東升等研究，黃土高原的環(huán)境自第四紀(jì)以來一直處于旱化的發(fā)展中。在這一過程中，一方面是水分總量的絕對虧缺，另一方面是在特定的氣候-植被條件下植物對水分的吸收消耗。這種水分與植被相互適應(yīng)、相互選擇(自組織)的最終結(jié)果，形成了相對穩(wěn)定的旱生植被群落，主要表現(xiàn)在天然植被演替的頂極群落方面，這一過程是相當(dāng)漫長的。近40年來，由于人為治理的生態(tài)干擾作用，大片的人工林草地在黃土高原得以建立，同時也打破了這種水分與植被的自適應(yīng)關(guān)系，使該區(qū)的水分環(huán)境與植被之間的相互關(guān)系更趨于復(fù)雜。

黃土高原的水分-植被問題第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況黃土高原地貌黃河流經(jīng)黃土高原黃土高原分布范圍3、有關(guān)土壤干化層的研究與認識第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況什么是土壤干化層?

土壤干化層是干旱半干旱地區(qū)的普遍現(xiàn)象抑或只是人工植被下的特有產(chǎn)物?

自然植被和人工植被對于土壤水分生態(tài)環(huán)境的影響存在著何種差別?

對林草植被建設(shè)的土壤干化層現(xiàn)象應(yīng)如何識別、評價并有效地減輕或避免?

建造何種人植被才能適應(yīng)干旱半干旱地區(qū)自然生態(tài)與經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的要求?思考第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況渭北旱積農(nóng)地

自20世紀(jì)60年代土壤干化層的現(xiàn)象由中國科學(xué)院水土保持研究所土壤水分課題組在渭北旱積農(nóng)地發(fā)現(xiàn)以來，土壤干化層問題受到國內(nèi)有關(guān)行業(yè)學(xué)者的廣泛關(guān)注，并獲得了一批初步的研究成果。由于土壤干化層是干旱半干旱地區(qū)植被與其水分環(huán)境相互作用的結(jié)果，關(guān)系到在干旱半干旱地區(qū)開展林草植被建設(shè)成功與否及其治理對策等重大理論與實踐問題，尤其在“當(dāng)前西部大開發(fā)強調(diào)生態(tài)恢復(fù)的背景下，這一問題進一步引起了許多學(xué)者的興趣，并開展了相關(guān)的研究。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況在我國把干旱半干旱地區(qū)的土壤干化現(xiàn)象作為一個專門的土壤學(xué)和生態(tài)學(xué)問題提出并進行研究的尚未見有報導(dǎo)。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況在國外所以，對土壤干化現(xiàn)象及其相關(guān)問題的提出和研究，是我國科技工作者在世界土壤水文及生態(tài)水文領(lǐng)域內(nèi)開展的一項具有學(xué)科開拓性意義的工作楊文治等認為，土壤干化層是由于水分虧缺而在土體內(nèi)形成的一個低濕層，它具有3個特征:①位于土體的某一深度范圍內(nèi);②具有相對的持久性;③具有一定的土壤濕度范圍。根據(jù)水分散失的原因，可以將土壤干化層分成兩種情況，分別叫利用型干層和地區(qū)型干層或蒸發(fā)型干層和蒸散型干層。近幾年來，一此學(xué)者針對半干旱典型地區(qū)黃上高原人工植被下的土壤干化問題進行研究后認為，黃土高原的人工植被下普遍存在著土壤干化層。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況我國一些學(xué)者取得的成果與認識現(xiàn)有的研究成果主要是針對上述問題的定性分析和討論，尤其是在土壤干化層的識別、判定等基本問題上，仍缺乏嚴格的實驗數(shù)理指標(biāo)界定。另一方，現(xiàn)有的指標(biāo)過于絕對，多限于從土壤自身的物理特性來考慮，沒有與相對于植物生長的生理學(xué)反應(yīng)相聯(lián)系。從目前看，對土壤干化層問題尤其是對土壤干化層的識別及其類型判定等基本問題的研究，是解決土壤干化層重大基礎(chǔ)理論問題的有效方法，這此問題的解決對干旱半干旱地區(qū)的林草植被建設(shè)有著重要的現(xiàn)實意義。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況現(xiàn)階段認識的局限性調(diào)查研究表明，陜北黃土高原的土壤水分生態(tài)環(huán)境整體處于虧缺狀態(tài)，從南部的森林帶到北部的草原帶，都有嚴重程度不一的水分虧缺現(xiàn)象，土壤干層的存在比較普遍.二、土壤干層的分布與分布特征第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況（一）土壤干層的分布范圍（以陜北黃土高原為例）陜北黃土高原地圖第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況地理條件：屬于高原溝壑區(qū)南部，位于渭北旱原北部，大部分是黃土覆蓋的土石山地，林草資源豐富，梢林密布，林地覆蓋率達59%，對涵養(yǎng)水源有重要作用.土壤干層的情況：受地形和森林覆蓋的影響，年降雨量較多，年均達710.5mm.在降雨量較充分條件下，宜君土壤水分維持在較高水平，基本沒有形成虧缺;僅在一些立地條件較差的梁坡地形成了輕微的水分不足現(xiàn)象，且大多出現(xiàn)在淺層土壤，形成了臨時性輕度干化層治理措施：輔以合理和適當(dāng)?shù)墓?jié)水整地措施或遇豐水年，干化現(xiàn)象可以得到緩解第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況宜君宜君地貌第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況地理條件：高原溝壑區(qū)北部，亦為渭北旱原的一部分，位于宜君的北部，地貌和生態(tài)特征上以高原溝壑為主兼有部分破碎塬地.土壤干化的情況：由于降雨量減少，與宜君相比，黃陵和富縣的土壤水分虧缺較為嚴重，相應(yīng)也出現(xiàn)了較為嚴重的干化層.第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況黃陵、富縣黃陵、富縣地貌第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況富縣地理條件：陜北黃土高原的南緣，降雨量相對較高，森林覆蓋率也較高，在植被類型劃分上屬于森林帶，土壤水分條件相對較好，土壤干化的情況：也出現(xiàn)一定程度的土壤干化現(xiàn)象，表現(xiàn)為愈往西北愈嚴重的特點第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況句邑、宜川、韓城等12個縣句邑、宜川、韓城等12個縣的地貌第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況地理條件：屬于丘陵溝壑區(qū)，區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，林草的覆蓋稀少，土壤抗侵蝕力差，加之暴雨頻繁，形成了極為嚴重的水土流失，是入黃泥沙的主要來源區(qū).土壤干化的情況：該區(qū)土壤水分虧缺十分嚴重，有些地方林草地土壤含水量經(jīng)常的處于低水平狀態(tài)，甚至達到凋萎濕度以下，形成了極為嚴重的干化層。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況延安、安塞、吳旗、綏德、米脂延安、安塞、吳旗、綏德、米脂地貌第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況陜北丘陵溝壑區(qū)的南、西、北三區(qū)第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況根據(jù)侵蝕程度，陜北丘陵溝壑區(qū)可分為南、西、北三區(qū)，其土壤水分虧缺狀況有一定差異.南區(qū)范圍：包括延川涎長全部，延安的大部和宜川、安塞的一部分，土地面積占全區(qū)的22.2%地理條件：以梁狀丘陵為主，間有寬平谷地和殘塬的地區(qū)，年均降雨量約500mm土地侵蝕度：相對較輕，土壤水分虧缺較西、北區(qū)程度要略輕.范圍：包括吳旗全部和志丹、安塞、定邊、靖邊大部或一部分，土地面積占全區(qū)37.5%地理條件：大致為1400m海拔高程與其它兩區(qū)分界，是地勢高、氣候冷涼的地區(qū)，為梁狀丘陵，梁大溝深，年均降雨量約480m土地侵蝕度：土壤水分虧缺程度高于南區(qū)，低于北區(qū)第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況陜北丘陵溝壑區(qū)的南、西、北三區(qū)西區(qū)范圍：包括綏德、米脂、吳堡、了洲、清澗、了長的全部和佳縣、神木、府谷輸林、橫山的大部或一部分，土地面積占全區(qū)的40.3%地理條件：水蝕最為嚴重、地形最為破碎的地區(qū)土地侵蝕度：土壤水分虧缺最為嚴重，形成的土壤干化層也最為歷害，嚴重地影響了當(dāng)?shù)亓植葜脖坏纳婧桶l(fā)展.繼續(xù)往北為風(fēng)沙區(qū)，主要為長城以北的大部分區(qū)，毛烏素沙地的東南緣，包括靖邊、橫山、榆林、神木的大部或一部分.影響：該區(qū)為水蝕和風(fēng)蝕的交錯帶，土地沙化嚴重，水分虧缺極為嚴重，土壤干化極大地制了林草植被的生存，是陜北黃土高原生態(tài)環(huán)境最為惡劣的地區(qū).第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況陜北丘陵溝壑區(qū)的南、西、北三區(qū)北區(qū)陜北丘陵溝壑區(qū)的南、西、北三區(qū)地圖第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況（二）土壤干層的分布特征及地帶性規(guī)律黃土高原地處我國濕潤向西北干旱區(qū)的過渡地帶，屬于半干旱半濕潤區(qū).該區(qū)降雨量偏少，地表水資源貧乏，大部分地區(qū)以雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)為主，因此降雨量成為影響本區(qū)農(nóng)林牧業(yè)發(fā)展最為主要的氣候因子。受降雨量分布的影響，土壤水分狀況具有明顯的水平分布和垂直分布特征。土壤干層在本區(qū)隨經(jīng)緯度變化其干化程度呈現(xiàn)較明顯的水平地帶性規(guī)律。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況黃土區(qū)土壤水分含量受氣候、土壤、植被地形及時間等因素的強烈影響，其土壤干化程度的分布規(guī)律與上述因素密切相關(guān)：（1）黃土高原土壤水分的分布在地帶性尺度上，只有水平地帶性，而沒有垂直地帶性，其海拔高程不足以形成垂直方向上的地帶性差異（2）存在局地空間上的分異由于黃土高原水土流失嚴重，地形被切割支離破碎，溝壑縱橫，坡地多(坡度>50的坡蒂占80%)，土地類型復(fù)雜多樣，土壤水分狀況局地差異明顯，因而土壤干化程度也有明顯差異(表8－1)（3）從南到北隨緯度的增加，降雨量漸趨減少。受此影響，土壤水分狀況漸趨惡化，表現(xiàn)出明顯的地帶性變化規(guī)律對陜北黃土高原從南到北9個代表性樣點的實地調(diào)查表明，不論是農(nóng)地、草地或是林地，土壤水分狀況的表層或深層儲水都表現(xiàn)為漸次減少的趨勢，即土壤的干化程度逐漸嚴重，干層厚度逐漸加深（表8-2）1、黃土區(qū)土壤水分的分布特點：第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況表8－1部分典型樣地不同層次土壤平均含水量第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況表8－2陜北黃土高原各區(qū)域概況及土壤干化程度第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況圖8－3陜北黃土高原從南到北人工刺槐林地（a）和農(nóng)田（b）的土壤水分平均狀況由圖8－3可以看出，人工刺槐林地土壤含水量從南到北呈明顯降低，土壤水分狀況漸趨惡化.以延安為界，延安以北土壤水分狀況極度惡化，土壤表層貯水接近甚至低于凋萎濕度;而深層貯水也不容樂觀，嚴重危脅到植物的生存和生長.這一規(guī)律與降雨量從南到北的變化規(guī)律一致，從宜君到米脂，降雨量依次從710.5mm減少到487.2mm(表8－2).第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況2、黃土高原年均降水量在時空分布上的特征1)年均降水的絕對量值較小2)年均降水量按照西蔚東北走向自東南向西北逐漸遞減3)年內(nèi)分配極不均一；南北部各季節(jié)的降水量在全年降水中的所占的比重也有所不同4)年際變化較大5)降水集中，多暴雨，強度大四季氣候原因：黃土高原屬典型的大陸性季風(fēng)氣候，由于極地大陸氣團非常干燥且穩(wěn)定，造成黃土高原冬季寒冷干燥，降水稀少。春季由于冬季風(fēng)衰退，而較弱的太平洋暖濕氣流難以影響黃土高原，加之因冬季極地大陸氣團長期控制的影響，造成大氣和土壤干旱明顯，春旱現(xiàn)象嚴重。夏季黃土高原近地面處于大陸熱低壓槽的前部，而高空則在副熱帶高壓的影響和控制下，盛行太平洋熱帶海洋氣團，濕度較大，成為黃土高原降水的主要來源，因而暖濕空氣經(jīng)冷空氣的激發(fā)作用形成大面積降水。秋季暖濕的海洋氣團南退，冷空氣推進到黃土高原，但因南退的暖濕海洋性氣團受秦嶺阻隔，而變性大陸性氣團侵入很快結(jié)果形成較多的鋒面降水第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況1)年均降水的絕對量值較小總的來說，黃土高原的年均降水量較低。按照以年降水400mm劃分干旱與半干旱區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，黃土高原屬于典型的從干旱區(qū)向半干旱區(qū)、半濕潤區(qū)的過渡區(qū)域（表8-2）由于小氣候的影響，降水的趨勢線與地形、植被等下墊面條件表現(xiàn)一致。在土石山區(qū)，南部子午嶺、龍山等地，由于森林山地的水文效應(yīng)，局部降水較多。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況2)年均降水量按照西蔚東北走向自東南向西北逐漸遞減表8－4陜北黃土高原部分地區(qū)的年均降水量

黃土高原一年之中的降水通常始于3月，至6月下旬得到加強，主要集中在7-9月，降水總量約占全年降水量的60%一80%(表8-5).而冬季降水一般只占全年降水的5%左右。同時，南北部各季節(jié)的降水量在全年降水中的所占的比重也有所不同第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況3)年內(nèi)分配極不均一;同時，南北部各季節(jié)的降水量在全年降水中的所占的比重也有所不同表8－5綏德等三縣年降雨量分配

由于季風(fēng)的影響，黃土高原的降水變率較大，年相對變率平均在20-30%,豐水年的降水量往往是枯水年的幾倍，甚至十幾倍(表8-6)?？偟膩碚f，降水的年變幅為西北部大于東南部，而且降水越少的地區(qū)其降水量的年際變化也越大第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況4)年際變化較大表8－6綏德等三縣年降雨量分配黃土高原的降水在總量較小、時間分配不均的狀況下，多以高強度暴雨的形式出現(xiàn)(表8－7)。據(jù)記載，榆林、蘭州等地最大月降水量超過200mm，占年均降水量的70%以上，至于短時期最大降水問題更加突出。特大暴雨的出現(xiàn)，無論是出現(xiàn)的時間還是出現(xiàn)的地點，均純屬一種偶然現(xiàn)象，極難預(yù)測。降水強度還反映在降水日數(shù)和連續(xù)無降水日數(shù)上，黃土高原多數(shù)地方的降水日數(shù)均不足100d，而連續(xù)無降水日數(shù)各地則均較長.第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況5)降水集中，多暴雨，強度大表8－7綏德等三縣一日最大降雨量期及出現(xiàn)日期第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況3、陜北黃土高原降水的時空特點主要表現(xiàn)由于黃土高原特殊的氣候條件，降雨量的多少直接影響到土壤水分的高低；降雨特征也直接決定了土壤水分的利用程度。因此，陜北黃土高原降水的時空特點對土壤水分的虧缺程度有明顯的決定作用。主要表現(xiàn)為：1)在年降雨量絕對值低的前提下，土壤水分生態(tài)條件整體處于虧缺狀態(tài)，土壤干層的出現(xiàn)就是這一問題的直接反映2)降雨的不規(guī)則性導(dǎo)致水土流失加劇，干旱問題趨于嚴重，植被耗水得不到有效補償，土壤儲水惡化，最終形成了土壤水分較難恢復(fù)的干化層3)降雨量的地帶性變化規(guī)律明顯影響了土壤水分狀況的變化。不論是林地、農(nóng)地(表8-8)或是草地(表8-9)，土壤水分狀況不論是表層還是深層儲水，都表現(xiàn)為隨降雨量減少漸次減少的趨勢，即從東南到西北，降雨量漸次降低，土壤的干化程度逐漸嚴重，干層厚度逐漸加深第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況表8－8陜北黃土高原幾個代表性樣點農(nóng)田的土壤含水量表8－9黃土高原各樣地黃草坡土壤水分狀況由表8－10可以看出，在其它條件相似情況下，一個坡面上土壤水分從上到下依次減少，特別是0-100cm內(nèi)的淺層貯水，坡下部的土壤含水量比坡上部的含水量多出近4%,0-500cm內(nèi)的貯水也多出了近1.2%，說明坡下部的土壤水分狀況整體好于坡上部。這主要是因為在其它條件相似的情況下，坡下部的入滲要好于坡中部和坡上部。一般而言，下部匯集了更多的徑流，形成了相對較好的土壤貯水，因而土壤干化程度較之中部和上部要輕得多。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況4、坡面的垂直分異狀況表8－10延安試區(qū)一個坡面的土壤含水量陜北黃土高原大區(qū)范圍內(nèi)的降雨量隨海拔高度變化的關(guān)系較為復(fù)雜。但對于小范圍內(nèi)的山地而言，由于受入滲能力、土壤持水性能等多種因素的影響，土壤水分狀況基本表現(xiàn)為隨著高度的增加而逐漸惡化趨勢。土壤干層在局地空間上的分異主要是指土壤干化程度在同一地區(qū)因土地類型不同而產(chǎn)生變化的現(xiàn)象。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況5、土壤干層在局地空間上的分異黃土高原因其嚴重的水土流失，地形被切割的支離破碎，在同一地區(qū)往往呈現(xiàn)復(fù)雜多樣的土地類型，土壤水分狀況也因之而發(fā)生了明顯的差異。陜北黃土高原的土地類型主要有梁峁地(坡地)、梯田、塌地、溝掌地、壩地、溝階地、川灘地以及澗地等,不同的土地類型,土壤水分狀況有較大差異。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況陜北黃土高原的主要土地類型梁峁地米脂梯田靖邊縣榆林基本狀況：梁峁地是黃土高原最為普遍的一種土地類型,特別是在黃土高原丘陵溝壑區(qū)約50%-60%的土地屬于該類型。梁峁地位于溝緣線之上,是坡耕地的集中分布地.水土條件：一般來說,梁峁地土壤水分條件較差,是水分虧缺較為嚴重的土地類型,也是形成土壤干化層集中的地類.黃土高原的梁峁地坡度較陡,加之該區(qū)降雨集中,且多以暴雨的形式出現(xiàn),導(dǎo)致了極為嚴重的水土流失,從而形成了梁峁地土壤水分生態(tài)條件較差的現(xiàn)狀.存在問題：在目前黃土高原的生態(tài)環(huán)境治理中,最為重要的就是梁峁地;梁峁地植被能否改善,生態(tài)環(huán)境能否恢復(fù),是成敗的關(guān)鍵.防治建議：經(jīng)驗表明,梁峁地不適宜農(nóng)業(yè)耕作和種植耗水性較強的喬灌木,在植被恢復(fù)過程中不應(yīng)過分地追求經(jīng)濟效益,而應(yīng)以發(fā)展生態(tài)效益明顯的永久性地或灌木能源林第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況1)梁峁地(坡地)梯田是黃土高原水土流失治理中廣泛采用的一項主要工程措施，主要是通過降低地面坡度，改變小地形，達到蓄積雨水、增加入滲、提高土壤水分儲量和利用效率，進而提高植物生產(chǎn)力的目的第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況2)梯田基本現(xiàn)狀：在一般情況下，梯田的水分狀況要比梁峁地優(yōu)越得多，作物產(chǎn)量也有明顯的提高。但據(jù)調(diào)查，梯田地土壤水分亦有一定程度的虧缺，并形成了土壤干化層。雖與梁峁地相比程度較輕，但仍應(yīng)引起足夠的重視在較為平緩的梁峁之間,發(fā)育有平坦的封閉或半封閉的開闊谷地,即稱為澗地，一般寬300-1000m,長約2000-20000m,地面比降僅有1%-5%,多沿谷地向下緩傾，它是陜北黃土高原靖邊縣的一種土地類型,也是當(dāng)?shù)氐闹饕r(nóng)業(yè)用地靖邊縣地貌類型較為特殊,其南部屬于丘陵溝壑區(qū),北部屬于風(fēng)沙灘地區(qū),中間部分即為較平坦的梁峁?jié)镜貐^(qū).梁峁?jié)镜貐^(qū)主要分布在白于山以北、榆定公路以南一帶,約為1.15×105hm2,占全縣總面積的23%，海拔1300-1600m,相對切割深度100-200m,地表為厚層黃土及更新世洪積、坡積、沖積物覆蓋,基底為白堊系砂頁巖,出露較少，地表形態(tài)以黃土梁峁為主,梁緩寬,梁澗相當(dāng)其中最大的為三岔鄉(xiāng)至王渠子鄉(xiāng)的20km長澗,面積達14.1km2。目前,澗地多被現(xiàn)代河谷分割,形成20-30m寬的沖溝,成為破澗。一般澗地的溝壑密度為1·5-5km·km-2第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況3)澗地第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況在植被類型劃分上,靖邊屬干草原地帶的南界,一般來說,其水分狀況較差,土壤水分含量的絕對水平較低,不適宜喬灌木生長;但澗地土壤水分生態(tài)條件有明顯不同于草原帶的特征澗地地勢平緩,土質(zhì)較好,土壤水分條件亦優(yōu)于梁峁地以及南部的丘陵溝壑區(qū)和北部的風(fēng)沙灘地區(qū),人為活動強烈.

近年來在靖邊縣城周邊營造了大面積的喬灌林(如萬畝林),取得了一定的成就,說明澗地的水分條件優(yōu)于其它類型區(qū).調(diào)查發(fā)現(xiàn),靖邊澗地檸條(Caragana

korshinskii)林地土壤水分含量甚至高于米脂、安塞等地檸條林梁峁坡地的水分含量(表8－11),原因可能就在于此.表8－11檸條林地土壤水分狀況對比基本概況：溝階地是黃土丘陵區(qū)溝底一種窄梯田，其土壤水分的收入和支出受降雨和側(cè)滲的影響明顯水分收支情況：其收入項除就地降雨之外還有坡面徑流入滲和土壤內(nèi)側(cè)流量補充，但由于側(cè)面蒸發(fā)強烈，其土壤含水量比坡地和梁地僅高1%-2%，仍有程度不輕的虧缺量50cm以下形成了嚴重程度不一的干化層改造辦法：加大梯田寬度,以減小側(cè)面蒸發(fā)第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況4)溝階地土壤水分條件都較好，大都處田間持水量的75%以上，有的甚至常維持在田間持水量左右的水平。如果以田間穩(wěn)定持水量(一般相當(dāng)于田間持水量的60%)作為參考標(biāo)準(zhǔn)，土壤水分基本沒有虧缺，因此沒有土壤干化層存在。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況5)塌地、溝掌地、壩地、川灘地（1）土壤干層在黃土高原從南到北大范圍內(nèi)普遍分布,根據(jù)干化程度可分為4個類型區(qū):1)以宜君為代表的高原溝壑區(qū)南部,土壤干化程度輕微,如遇豐水年或輔以適當(dāng)?shù)恼毓?jié)水措施,土壤水分虧缺可以得到有效緩解;2)以富縣、黃陵為代表的高原溝壑區(qū)北部,出現(xiàn)輕度干化層,有的地方較為嚴重,并有繼續(xù)惡化的趨勢;3)范圍較廣的丘陵溝壑區(qū),出現(xiàn)程度嚴重的土壤干化層,該區(qū)又可分為南、西、北3個小區(qū)域,南區(qū)以延安、延長為代表,土壤干化程度為中度;西區(qū)以吳旗、安塞為代表,土壤干化程度嚴重;北區(qū)以綏德、米脂為代表,土壤干化程度極為嚴重;4)以神木為代表的風(fēng)沙區(qū),由于降雨量的急劇減少,沙化嚴重,土壤水分虧缺十分歷害,出現(xiàn)了極為嚴重的土壤干化現(xiàn)象.第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況小結(jié)1（2）受降雨量的影響,土壤干化程度呈現(xiàn)明顯的水平分異規(guī)律;受海拔高度、降雨入滲能力的影響.土壤干化程度在小范圍的山地呈現(xiàn)明顯的垂直分異規(guī)律,一般來說,海拔愈高,干化程度愈嚴重.（3）因土地類型不同,土壤干化程度在局地空間上呈現(xiàn)明顯的分異規(guī)律.在黃土高原的各種土地類型中,梁峁地的土壤干化程度最為嚴重,是黃土高原生態(tài)環(huán)境治理和恢復(fù)的重點.第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況小結(jié)2土壤干層發(fā)育強弱可根據(jù)兩方面的因素來確定，土層含水量和植物生長狀況。土壤干層是指在較長時期內(nèi)土壤含水量明顯減少的土層。有研究者把土壤含水量低于田間持水量30%的土層確定為土壤干層。地表2m以上土壤水分易于得到大氣降水的補充，這一層的變干不屬于土壤干層。地表之下2-4m土壤的變干難以在短期內(nèi)恢復(fù)，是真正的土壤干層。植物根系大都生長在6m以上，這是土壤干層一般發(fā)育在2-4m之間的主要原因。在種植深根系且生長快的植物時，土壤干層也可能延仲到6m或更深。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況三、土壤干層發(fā)育狀況根據(jù)當(dāng)前研究可知，黃土高原土壤干層的發(fā)育較為廣泛，只要種植耗水量大的速生植物，不論是喬木還是灌草，土壤層中都常伴有干層形成。如在降水量偏少的延安地區(qū)，土壤干化明顯，樹林下2-4m深處常有土壤干層發(fā)育。特別是在人工林生長的中齡或更老階段的樹林下，土壤干層普遍存在。

第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況土壤的干化是相對于土壤環(huán)境所生長的植物而言的，因此對土壤干化層的識別、指標(biāo)及類型判定等問題的科學(xué)界定，應(yīng)首先從植物對環(huán)境水分的生理生態(tài)響應(yīng)機制的分析入手，并且所應(yīng)用的判定指標(biāo)應(yīng)具有嚴謹、明晰的科學(xué)含義和數(shù)學(xué)界定。實測結(jié)果表明，土壤干化層并非絕對意義上的上壤干燥層，而是一個接近凋萎濕度(也稱萎蔫濕度、死亡凋萎濕度、永久萎蔫點)的低濕層。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況四、土壤干層的判定指標(biāo)第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況1、植物的萎蔫過程圖8－12棉花萎蔫過程中土壤濕度的變化實驗表明，植物的萎蔫不是一個間斷性的突變現(xiàn)象，而是一個連續(xù)性的逐漸發(fā)展的過程（圖8-12）。從植物開始發(fā)生萎蔫到枯死，土壤濕度逐漸降低，且存在一個較寬的濕度范圍。1)植物萎蔫過程的特點第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況通常用萎蔫濕度(也叫凋萎濕度)來描述植物萎蔫現(xiàn)象。萎蔫濕度是指將萎蔫后的植物置于飽和水汽環(huán)境，經(jīng)一夜不能恢復(fù)膨壓，此時植物所對應(yīng)的土壤水分的含量，因此，萎蔫濕度也可稱之為穩(wěn)定萎蔫濕度或死亡凋萎濕度(也叫永久萎蔫濕度)。萎蔫濕度實際上就是土壤無效水的含量，它主要受土壤質(zhì)地的影響，質(zhì)地越粗萎蔫濕度越低，質(zhì)地越細萎蔫濕度就越高。植物從發(fā)生萎蔫開始到凋萎死亡(萎蔫濕度)，其所對應(yīng)的土壤濕度范圍變化在土壤松束縛水到緊束縛水之間(土壤水吸力為1.0-1.5kPa)2)萎蔫濕度土壤干化層的“干”是一個相對的概念，它主要是針對植物生長對水分的生理需求而言的。在一定的土壤濕度范圍之內(nèi)(介于過澇與過干之間)，土壤濕度的絕對高低對于植物的正常生長不會造成太多的負面影響，核心問題是土壤的濕度水平對于植物生長的有效性及引起旱澇脅迫的有無及其脅迫程度。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況2、土壤干旱與植物萎蔫的關(guān)系描述植物從正常生長狀態(tài)到出現(xiàn)萎蔫的土壤濕度臨界點(有關(guān)該指標(biāo)的討論目前尚有待于深入)描述植物由持續(xù)萎蔫狀態(tài)至枯死的土壤濕度臨界點，即永久凋萎濕度。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況科學(xué)準(zhǔn)確地描述植物在土壤干旱條件下的萎蔫過程，至少需要兩個基本的環(huán)境水分指標(biāo)才能完成：定義：初始萎蔫濕度，是指植物因環(huán)境水分條件惡化，植株由正常生長狀態(tài)轉(zhuǎn)為干旱脅迫狀態(tài)、植株整體或局部開始出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象時的臨界土壤濕度意義：標(biāo)志著土壤水分不能滿足植物正常生長時所處的臨界土壤濕度水平應(yīng)用：土壤濕度介于初始萎蔫濕度和穩(wěn)定萎蔫濕度之間時，發(fā)生萎蔫的植物在土壤水分改善的條件下可以恢復(fù)正常生長，這正是黃土高原這樣的干旱半干旱地帶的植物得以生存發(fā)展的重要生理學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況3、初始萎蔫濕度的含義及其實驗測定1)初始萎蔫濕度的含義永久萎蔫濕度通常采用幼苗法進行測定，初始萎蔫濕度的實驗測定同樣可采用幼苗法原理：幼苗法是一種直接測定的方法，通過記錄植物萎蔫過程中的植物膨壓的變化及其對應(yīng)的土壤水分含量的變化，可以確定初始萎蔫點的位置及初始萎蔫濕度的數(shù)量。缺點：采用幼苗法測定需時較長,管理繁雜實際使用：可在田間直接測定。在田間直接測定需要注意如下幾個問題:1)測定時間需選擇在植物耗水強度最大且少雨的時期，2)應(yīng)選擇生長健壯的植株，3)確定初始萎蔫濕度需要采用數(shù)據(jù)系列對比的方法進行(比較土壤濕度變化的曲率水平，首次出現(xiàn)的曲率最大點即初始萎蔫濕度點，該點所對應(yīng)的土壤濕度即初始萎蔫濕度)

第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況2)初始萎蔫濕度的實驗測定幼苗法初始凋萎濕度的測定還可以采用另一種間接測定法進行，即土壤水分性質(zhì)確定法。原理：由前面的分析知道：植物發(fā)生萎蔫時所對應(yīng)的土壤水分性質(zhì)，在永久萎蔫點時，大致相當(dāng)于土壤無效水一緊束縛水的范疇(土壤水吸力在15.0kPa以上);而在初始萎蔫點時，大致相當(dāng)于土壤松束縛水的范疇(土壤水吸力在1.0-15.0kPa)。因此，為了獲取初始萎蔫濕度的實測數(shù)據(jù)，我們可以采用比較容易操作的土壤水含量的實驗測定方法(如離心機法、壓力膜法等)，直接測定某種土壤的松束縛水含量(相當(dāng)于毛管斷裂水含量，土壤水吸力約為1.0kPa)，并將該值作為該種土壤的初始萎蔫濕度的近似測定值。優(yōu)勢：大大簡化的實驗測定程序并提高測定效率。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況間接測定法測定問題：同永久萎蔫濕度一樣，初始萎蔫濕度的幼苗法實驗測定值還受到植物種及生長期的影響。解決方法：為了便于應(yīng)用和比較，在黃土高原一般選擇當(dāng)?shù)貎?yōu)勢草本植物群落的幼苗期植株作為初始萎蔫濕度的標(biāo)準(zhǔn)測定植株。研究成果：根據(jù)李玉山等的研究，黃土高原各質(zhì)地帶的永久萎蔫濕度分別為:砂壤帶，3%-4%;輕壤帶,4%-5%；中壤Ⅰ帶，5%-7%,中壤Ⅱ帶，7%-8%;重壤帶，大于8%。黃土高原各質(zhì)地帶黃蒿的初始萎蔫濕度分別為:重壤土，10.5%；中壤土，9.3%;輕壤土，7.2%;砂壤土，5.1%。結(jié)論：在各質(zhì)地帶內(nèi)，當(dāng)土壤濕度低于其相應(yīng)的初始萎蔫濕度時，土壤干化層開始出現(xiàn);土壤濕度愈低，土壤干化層的干旱化程度就愈嚴重。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況黃土高原各地質(zhì)帶初始萎蔫濕度測定及土壤干層化據(jù)目前的研究，土壤干化層的發(fā)生與否及其發(fā)生類型，可分為不發(fā)生干層、生物利用型干層(蒸散型干層)、地區(qū)型干層(蒸發(fā)型干層)3種。在確定了土壤干化層判定指標(biāo)的基礎(chǔ)上，如何判定一個地區(qū)或某類植被下的土壤干化層發(fā)生與否及其發(fā)生類型，就轉(zhuǎn)變成為一個簡單的比較學(xué)問題。但是，在確定一個地區(qū)或某類植被下的土壤干化層發(fā)生與否及其發(fā)生類型時，需要將初始萎蔫濕度與待判條件下的另一平行的具體指標(biāo)進行比較，即在測定初始萎蔫濕度之外，還需要確定一個能與之相比較的平行指標(biāo)。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況4、土壤干化層的判定方法思考定義：土壤水分背景值，即不同空間尺度上(如一個地區(qū)或其局部范圍內(nèi))的土壤水分狀況在一定時間尺度內(nèi)維持在一個較穩(wěn)定的本底水平值。特征：土壤水分背景值具有一定的時空變異特征:在空間上，土壤水分背景值與植被-氣候地帶密切相聯(lián)，不同植被-氣候地帶、不同降水量地區(qū),其對應(yīng)的土壤水分背景值也有所不同;在時間上，不同植被-氣候地帶在較民的時間尺度上也會發(fā)生一定的變異，從而也決定著土壤水分背景值的時間變異特性不同地帶的土壤水分背景值：在森林地帶，其土壤水分背景值可具體定義為該地帶內(nèi)森林頂極演替樣落下伏的土壤水分狀況;在森林草原地帶，由于其過渡地帶屬性而決定的氣候一植被一地理的復(fù)雜性，土壤水分背景值可根據(jù)小生境所處的植被-氣候?qū)傩詠泶_定。土壤水分背景值，小生境為天然森林時按所對應(yīng)的森林演替頂極群落確定，小生境為天然草地時按所對應(yīng)的草原帶植被演替頂極群落確定;干草原地帶則可具體定義為地帶內(nèi)頂極演替草被群落下伏的土壤水分狀況。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況1)土壤水分背景值的概念干旱半干旱地區(qū)黃土高原(黃土高原主要屬森林草原和干草原地帶)各地區(qū)對應(yīng)的土壤水分背景值見下表：第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況表8－13黃土高原典型地區(qū)土壤干層的判斷根據(jù)各地土壤含水量與其相應(yīng)初始萎蔫濕度的比較，就可以確定土壤干化層的發(fā)生與否、發(fā)生類型及其嚴重程度，這里分兩種情況：①將土壤水分背景值與其所在地的初始萎蔫濕度進行比較，就可以確定土壤干化層的類型。即當(dāng)土壤水分背景值低于其所在地的初始土壤萎蔫濕度時，土壤干層發(fā)生，為地區(qū)型干層(蒸發(fā)型干層);反之，則又有兩種可能性結(jié)果，即要么發(fā)生利用型干層，要么不發(fā)生干層②將特定植被生長地土壤水分含量與所在地初始萎蔫濕度進行比較，當(dāng)植被生長地土壤分含量高于其初始萎蔫濕度時，不出現(xiàn)土壤干化層，反之則出現(xiàn)生物利用型土壤干層(蒸散型干層)第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況2)存在性判定根據(jù)上述土壤干化層的判定標(biāo)準(zhǔn)及其判定方法，通過實地測定黃土高原各典型地區(qū)的土壤水分背景值、代表性植被土壤水分含量及相應(yīng)的初始萎蔫濕度，最后確定黃土高原不同典型地區(qū)的土壤干化層發(fā)生情況，由此得到的研究成果與該區(qū)現(xiàn)有土壤水分田間實測結(jié)果有著很好的一致性。第一節(jié)土壤干層發(fā)育概況3)黃土高原典型地區(qū)土壤干化類型的判定第二節(jié)土壤干層產(chǎn)生的原因分析第二節(jié)土壤干層產(chǎn)生的原因分析一、土壤含水量測定二、土壤含水量季節(jié)變化與水量平衡三、黃土高原土壤干層形成原因洛川縣位于黃土高原中部,年均降水量600mm,屬黃土高原半濕潤區(qū)。洛川塬鳳棲鎮(zhèn),地形平坦開闊,表層8m深范圍內(nèi)的馬蘭黃土是含水量研究的理想土層。第二節(jié)土壤干層產(chǎn)生的原因分析一、土壤含水量測定第二節(jié)土壤干層產(chǎn)生的原因分析表8－14洛川地區(qū)土壤含水量土壤含水量變化是土壤水分收支狀況的反映，與大氣降水和地表蒸散有關(guān)，也與前期含水量有關(guān)，用土壤含水量的相對變化能夠更好地反映土壤水分時空變化；植被是土壤水分的主要消耗因素，土壤含水量的相對變化能夠更好地反映植被對土壤水分的利用能力。測定背景因素處理：（1）土壤水分的動態(tài)研究方面，土壤含水量的相對變化實現(xiàn)了時間序列上的前后一致。時間間隔接近的情況下,可不考慮土壤含水量測量時間間隔影響,測量時間間隔差別較大的情況下,應(yīng)進行時間校正。（2）采用含水量變化率(R)反映土壤含水量變化,公式為：

R=(W2-W1)/W1×100%式中：W1和W2分別表示前期含水量和后期含水量。R為正值時表示土壤含水量前后期增加百分比,R為負值時表示土壤含水量前后期減少百分比。第二節(jié)土壤干層產(chǎn)生的原因分析二、土壤含水量季節(jié)變化與水量平衡第二節(jié)土壤干層產(chǎn)生的原因分析1、春季土壤含水量變化第二節(jié)土壤干層產(chǎn)生的原因分析2、夏季土壤含水量變化第二節(jié)土壤干層產(chǎn)生的原因分析3、秋季土壤含水量變化第二節(jié)土壤干層產(chǎn)生的原因分析4、冬土壤含水量變化2004年1月下旬和2005年1月下旬均處于冬季土壤水分最為穩(wěn)定時期,這兩個時間點上土壤含水量的變化可反映不同植被土壤水分水量平衡狀況。除梨樹林跡地外,洛川地區(qū)2004年所有樣地深層土壤的含水量變化率均為負值,8齡喬化蘋果林地、17齡矮化蘋果林地和17齡喬化蘋果林地200~600cm深度土壤含水量年變化率分別為-20·0%、-23·6%和-12·9%(圖8-15),其中春季消耗分別占年消耗量的34%、75%和92%;中產(chǎn)農(nóng)田200~600cm深度含水量年變化率為負值,是缺乏降水入滲補給同時深層土壤水分向下遷移的結(jié)果。10