【论文精选】青海高寒丘陵区土壤有效水的时间稳定性

土壤水分是土壤-植物-大气连续体中四水(大气水、地表水、土壤水和潜水)转换的一个重要环节，在SPAC系统中处于核心地位。在西北半干旱地区，土壤水分更是限制植被生长和生态修复的关键因素之一。土壤水分受到气候、地形、土层深度、植被类型、土地利用方式及土地覆盖状况等因素综合影响具有时空变异性，而有效水和土壤水相关性较高，亦具有时间变异性和时间稳定性。土壤有效水是土壤水分中可被植物利用的部分，可以清楚地反映土壤水分的真实情况，相对于土壤水，土壤有效水是更好的观察对象。

研究发现土壤水分的时间稳定性具有深度依赖性和季节依赖性，而影响土壤水分稳定性的因素是多方面的。不同质地土壤显著影响土壤含水量的稳定性；深剖面土壤水分时间稳定性的垂直分布受土地利用方式的影响而呈现较大差异；土壤水分状况与时间稳定性之间存在显著的负相关。而实验设计对时间稳定性影响较小；同样，测点间距对各点的时间稳定性影响很小。此外，土壤储水量和土壤水势也具有时间稳定性，土壤蓄水量的时间稳定性随深度的增加而增加。根系是影响SWS时间稳定性的主要因素，而土壤水吸力的稳定性在干湿交替时最差，灌溉对土壤水势时间稳定性影响显著。尽管众多学者对含水量、储水量、水势的时间稳定性进行了研究，但是土壤有效水时间稳定性的研究较少，高寒丘陵区有效水时间稳定性的系统研究鲜有报道。有效水的时间稳定性研究，一方面填补了高寒丘陵区的空白，另一方面指导了研究区不同土层土壤有效水分监测点的合理布置，从而实现对研究区土壤有效水的预测，对了解高寒丘陵区生态水文和土壤水文过程具有重要意义，为土壤水分管理和小流域的植被配置优化提供了有力的支持。

研究区安门滩小流域地处青海省西宁市大通回族土族自治县，大通县地处青海省东部，祁连山东段的南麓，山区面积占96.5%，森林覆盖率为38.1%，县域东接黄土高原，西接青藏高原，属于两大高原的过渡区，属于高原大陆性气候，年均温度为2.8℃，年较差与日较差均较大，县域无霜期一般70~120d，植物生长季节5—9月，期间降雨达400~600mm，约占全年降水量的87%左右，雨热基本同季，样地海拔2330~2560m，是典型的高寒黄土丘陵区小流域。土壤类型以山地棕褐土和栗钙土为主，在小流域内植被主要有青海云杉、祁连圆柏、华北落叶松等人工恢复植被。

在大通县内安门滩小流域沿坡面等高线取点，水平距离20m，垂直距离20m，平均坡度24°，共55个测点，测点位置如图。2018年5月15日至2018年8月15日用CNC503B型中子仪测定土壤含水率，每15d测定在1次，共计7次(7月6日有强降雨，补充1次)。测定时，每隔20cm测定1次土壤含水率，每层测定3次，取平均值作为该层土壤的中子数，并用烘干法标定；一般地，土壤凋萎湿度主要受土壤颗粒组成影响，而地形、土层深度和土地利用类型均能够显著影响黏粒含量的空间分布。因此对不同的土地利用类型，分别计算各其凋萎湿度；对小流域内主要植被类型(青海云杉、祁连圆柏、荒草地、华北落叶松)，选择典型坡面，沿坡面自上而下，利用环刀(高5cm，直径5cm)在0~20、＞20~40和＞40~60cm土层各取3个原状土，带回实验室分析，每个坡面上取3个标准地，共12个标准地，每个标准地各取1个水分点，采用高速离心机确定土壤水分特征曲线。由于黄土高原土层凋萎湿度20cm以下变异较小，因此60~80cm和80~100cm均采用20~60cm和40~80cm凋萎湿度的算术平均值。

基于对青海大通高寒丘陵区暗门滩小流域坡面上55个测点在7个时段的5个土层厚度的土壤有效水体积含水量的实地测定和数据分析，得出主要结论如下：

1) 研究区各土层土壤有效水含水量旱季减小，雨季增加。表层土壤有效水(0~20cm)受降雨、蒸发影响显著，表现为强变异性，无时间稳定性；深层土壤有效水(＞20~100cm)由于根系分布及深层土壤相互作用均表现为中等变异性，有较高的时间稳定性。

2) Spearman秩相关系基本均高于0.75，且呈现出极显著相关，表明土壤有效水的时间稳定性在空间上是相关的，表层有效水除外。稳定性表现出与时间相关的变化趋势，采样时间越接近，相关系数越大，随着时间滞后的增加有减小趋势, 强降雨会破坏土壤瞬时稳定性，对整个研究期内影响不大。

3) 较少的测点能在2种极端水分条件下保持相同的土壤有效水累积概率值，在土壤干湿交替这一过程中，深层土壤有效水空间分布格局的时间稳定性更强。

4) 随着土壤深度的增加，土壤有效水的时间稳定性也相应增强，通过相对差分分析，选择测点18、测点29、测点12、测点29分别代表本研究区该时段内0~40，0~60，0~80，0~100cm土层的土壤平均有效水含水率，验证准确度较高，精度要求不高时，可用于小流域各层土壤有效水估算。

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