【论文精选】黄土高寒区小流域土壤饱和导水率和土壤密度的分布特征

土壤饱和导水率K_s是影响土壤水分运移、降雨入渗、产流模式的主要因素，同时也是进行水土流失模型预测时必须确定的参数，受土壤密度、孔隙状况等的影响表现出强烈的空间异质性。土壤密度ρ_s是反映土壤紧实程度的重要指标，它的大小同样影响着土壤水分入渗和溶质迁移能力，自然条件下成土母质、生物、气候等综合作用导致其在空间内表现一定的变异性。众多学者对二者的空间分布和影响因素等已进行了大量报道：刘春利等在黄土高原水蚀风蚀交错区研究发现坡面土壤饱和导水率0~200cm各土层内均为中等变异，具有空间变异结构；张川等在喀斯特地区发现表层土壤密度和饱和导水率的空间依赖性明显，土壤密度沿坡面向下呈递减趋势，饱和导水率的变化没有明显规律；在黄土高原、滇中、桂北、喀斯特等地区均发现土壤饱和导水率与土壤密度呈负相关，与孔隙度、有机质含量呈正相关。不足之处在于以上研究大多在黄土高原和喀斯特地区进行，而对黄土高寒区的饱和导水率和土壤密度在坡面尺度的分布特征的研究鲜有报道，且多只在不同林分之间的进行对比。

黄土高寒区位于青藏高原与黄土高原交界地带，生态环境脆弱，是植被重建与生态退耕的重点区域，土壤水分是限制该区域植物生长和恢复的主要因子，提高水分利用效率尽可能使降雨入渗、减少产流对植被恢复至关重要。降雨产流的大小受土壤入渗的影响，与土壤前期水分状况、土壤导水性能及土壤孔隙状况密切相关，而土壤入渗性能则是通过不同位置土壤饱和导水率或稳渗速率等来反映的。地形因子控制流域内水分的运动与溶质的运移、积累，影响坡面植被组成与生长，进而导致土壤性质呈现空间差异。因而准确揭示土壤饱和导水率和土壤密度在坡面上的分布特征，可为阐明区域土壤水分在坡面的分布和入渗特征提供理论依据，并用于指导区域植被建设。笔者选取黄土高寒区典型小流域为研究对象，运用经典统计学的空间变异分析方法，对比同一土地利用方式下不同土层、坡向、坡位土壤饱和导水率K_s与ρ_s的变化规律，既弥补该地区的研究空白，又能为流域植被调整及水分分布模拟提供科学依据。

试验地位于青海省大通县桥头镇安门滩小流域，地处黄土高原西部向青藏高原的过渡带, 海拔2448~2562m。属高原大陆性气候，降水少蒸发大，多年平均降水量506.5mm, 且主要集中在6—9月，多年平均蒸发量1762.8mm，最大蒸发量在4—6月，属于典型的黄土高寒区小流域。主要树种为2000年退耕后种植的青海云杉(Picea crassifolia)、华北落叶松(Larix principis-rupprechii)、祁连圆柏(Sabina przewalskii)、中国沙棘(Hippophae rhamnoides)、柠条(Caragana korshinskii)等，主要草本植物有密生苔草(Carex crebra)、垂穗披碱草(Elymus nutans)、鹅绒委陵菜(Potentilla anserna)等。土壤类型为黄土母质上发育的山地棕褐土和栗钙土。

通过采集土样，在室内采用自制的马里奥特瓶和TWS-55型渗透仪，用定水头法测定土壤渗透速率，从而计算饱和导水率。环刀浸透法和烘干法测定土壤密度、孔隙度，同时分层取扰动土利用Mater Sizer 2000激光颗粒分析仪测定土壤机械组成，并按国际制分类法分为：黏粒(< 0.002mm)、粉粒(≥0.002~0.02mm)、砂粒(≥0.02~2mm)。然后利用经典统计学分析，包括变异系数，以及显著性及方差分析对数据进行处理，分析，得出以下结论：

1) 小流域内土壤饱和导水率和土壤密度均符合正态分布，二者存在极显著负相关性。不同土层深度、坡向、坡位下土壤饱和导水率均属于中等变异程度，土壤密度均属于弱变异程度。土壤孔隙状况和机械组成对土壤饱和导水率和土壤密度均有显著作用。土壤饱和导水率与砂粒含量的相关性最高，但相关系数仅0.276；土壤密度与总孔隙度、毛管孔隙度的相关系数最大，均大于0.890。土壤孔隙状况和机械组成的变化能准确反映土壤饱和导水率和土壤密度随土层、坡位、坡向的变化，土壤饱和导水率的变化与土壤孔隙度、砂粒含量保持一致，土壤密度的变化与之正好相反。

2) 垂直方向上，不同坡位间土壤饱和导水率在北坡表现为20~40cm土层最大，40~60cm最小外，在南坡、东坡则是随土层加深逐渐减小；土壤密度均随土层加深而增大。土壤饱和导水率、土壤密度各土层之间只在南坡中坡位、东坡和北坡下坡位存在显著性差异(P＜0.05)，土壤密度仅在北坡下坡位存在显著差异(P＜0.05)。

3) 除在0~20cm土层内同一坡位不同坡向土壤饱和导水率表现为南坡最大，东坡最小，其他坡位和土层间土壤饱和导水率均表现为北坡＞南坡＞东坡；不同坡向土壤密度除在0~20cm土层内表现为东坡＞北坡＞南坡外，其他土层和坡位表现为东坡＞南坡＞北坡。方差分析结果表明，上坡位40~60cm土层不同坡向不存在显著差异(P＞0.05)，其他坡位和土层、不同坡向土壤饱和导水率存在显著差异(P＜0.05)，不同坡向土壤密度仅在上坡位和中坡位的0~20cm土层内存在显著差异(P＜0.05)。

4) 小流域内不同坡位土壤饱和导水率除在南坡表层为中坡位＞下坡位＞上坡位外，其他位置均表现为下坡位＞中坡位＞上坡位。多重比较结果显示，北坡、南坡不同坡位之间存在显著性差异(P＜0.05)，东坡不存在显著性差异(P＞0.05)。土壤密度除在南坡表层为上坡位＞下坡位外＞中坡位外，其他位置均表现为上坡位＞中坡位＞下坡位，在北坡、南坡0~20cm和20~40cm土层内不同坡位存在显著差异(P＜0.05)。

综上，沿坡面向下林地土壤的导水性能增强，不同坡向土壤的导水性能表现为北坡最优，东坡最差。

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