梯田土壤含水量变化规律研究

成昌国

(甘肃省水土保持科学研究所，甘肃 兰州730020)

(责任编辑 李杨杨)

梯田是控制水土流失最有效、最快捷的坡面工程措施之一，因其具有拦截地表径流、提高土壤含水量、改善生态环境等功能，增产增收效益明显，成为农业可持续发展的有力保障。笔者选择兰州市榆中县境内的新修梯田，研究梯田土壤含水量变化规律，希望能为同类地区作物栽培及农田改良提供参考。

1 研究区概况

兰州市榆中县位于温带半干旱气候区，年均气温5．8 ～7．9 ℃，年降水量300 ～500 mm，年无霜期148 d，年蒸发量1 450 mm，干燥度1．5 ～3．5。当地水资源缺乏且分布不均，坡改梯前每年因土壤侵蚀造成大量的土壤养分、水分流失，导致土壤退化、生态系统破坏;坡改梯后改变了原有小地形，使田面变得平整，减轻了径流对地表的冲刷，土壤质量、作物产量、局部小气候和整个生态系统都得到了明显改善［1］。

2 试验方法

在研究区选择1 块24 m 宽的16 台新修梯田，在每台梯田田面水平、垂直方向布设测点。水平方向测点布设分3 种情况:一是在梯田内侧以坎角为起点，向外(田面中心方向)每隔1 m 设置1 个测点，分别为1—4 测点;二是自4 测点起每隔2 m 设1 个测点，分别为5—12 测点;三是在梯田外侧以埂角为起点，向内(田面中心方向)每隔1 m 布设1 个测点，分别为16—13 测点。在垂直方向每20 cm 设置1 个测点，共9 个测点。根据土壤含水量变化规律，将0 ～60、60 ～100、100 ～180 cm 3 个不同深度土层分别命名为多变层、次变层和稳定层。观测时间为2009—2011年的5—11月，每隔10 d 观测1 次，采用烘干法测定土壤含水量，每个样品均重复测定3 次。

3 试验结果与分析

梯田土壤含水量的变化受降水量、蒸发量、干湿季节、作物种类、耕作制度、农田管理技术与水平等诸多因素影响，影响因子多且复杂，结果表明田面不同水平、垂直位置的土壤含水量基本呈一定的变化规律(表1—3)。

表1 梯田内侧(1—3 测点) 土壤含水量 %

表2 梯田中间(4—11 测点) 土壤含水量 %

表3 梯田外侧(12—16 测点) 土壤含水量 %

3．1 垂直变化

除土壤质地和结构、地下水埋深等土壤物理性质因素外［2］，土壤含水量垂直变化还受到作物蒸腾、耕作管理、降水量等因素影响，土壤含水量的大小与变化幅度是上述因素共同作用的结果。由表1—3 知，不同深度土层土壤含水量层间变化分明，总的趋势是自上而下递增。这是因为随着土层深度的增加，土壤含水量受外界影响越来越小，土壤含水量稳定性增强［3］。

(1)多变层。受降雨、蒸发等气象因素影响，加之耕作、管理等人为活动以及作物吸收利用等都直接作用于该层，导致土壤含水量变化频繁，并常处于干旱状态。内侧(1—3 测点)平均土壤含水量为7．84%，中间(4—11 测点)为10．19%，外侧(12—16 测点)为8．88%，与次变层的8．70%、11．28%、10．28%相比，分别低0．86、1．09、1．40 百分点，在降雨时可接近或超过田间最大持水量，久旱时又低于凋萎含水量［4］。

(2)次变层。在耕作层以下，受耕作、管理等人为活动影响较小，但降雨、蒸发以及多数草本植物根系都有可能影响到该层，因此土壤含水量数值仍有较大变化幅度。内侧、中间、外侧土壤含水量分别为8．70%、11．28%、10．28%，相比稳定层的8．77%、12．63%、11．36%，分别低0．07、1．35、1．08 百分点，次变层土壤含水量在垂直方向低于稳定层但高于多变层。

(3)稳定层。该层土壤含水量受外界环境、耕作及作物蒸腾耗水等影响较小，含水量数值相对稳定。内侧、中间、外侧土壤含水量分别为8．77%、12．63%、11．36%，相比多变层、次变层，各测点之间变化较小、数值较稳定。

3．2 水平变化

梯田内侧、中间、外侧0 ～180 cm 土层平均土壤含水量分别为8．44%、11．37%、10．17%，沿水平方向呈两边低、中间高的变化趋势。分析其原因，坡改梯后梯田内外侧蒸发面增加，加大了土壤水分的蒸散发量，这就是我们常说的“胁边”、“胁坎”效应。

3．3 区位变化

(1)梯田内侧土壤含水量在水平方向的影响范围为2 m 左右。沿水平方向，多变层1—3 测点的土壤含水量呈明显的增加趋势，次变层和稳定层也有类似的变化规律。沿垂直方向，内侧多变层、次变层、稳定层的平均土壤含水量分别为7．84%、8．70%、8．77%，层间变化幅度较小。上述结果表明，“胁坎”效应对梯田内侧土壤含水量在水平方向影响较大，在垂直方向影响较小。

(2)在水平方向(4—11 测点)和垂直方向(多变层到稳定层)，梯田中间土壤含水量较高且相对稳定。沿水平方向，除多变层外，次变层、稳定层的4—11 测点土壤含水量变化较小。沿垂直方向，多变层、次变层、稳定层的土壤含水量平均值由上向下递增。

(3)梯田外侧土壤含水量在水平方向的影响范围为5 m 左右。沿水平方向，16—12 测点土壤含水量逐渐增加，但增幅较小。沿垂直方向，多变层、次变层、稳定层的平均土壤含水量由上向下递增。上述结果表明，外侧土壤含水量受“胁边”效应影响的面积较大，但变化幅度较小，且土壤含水量高于内侧。

4 结 语

(1)坡改梯后，梯田内外侧蒸发面增加，加大了土壤水分蒸散发量，形成了“胁边”、“胁坎”效应，使土壤含水量在水平方向形成两边低、中间高的变化趋势。其中，内侧影响范围在2 m 左右，影响区域较小，土壤含水量低且不稳，土壤旱情严重;外侧影响范围在5 m左右，影响区域较大，影响程度较小，土壤墒情略好;中间土壤含水量较高且相对稳定。

(2)多变层是土壤水分的主要变动区和储水部位［5］，但受气候、耕作管理、作物吸收利用等因素影响，土壤含水量变化明显、数值低且不稳，常处于低含水率状态。次变层和稳定层受上述因素影响较小，土壤含水量变化相对较小。

(3)梯田土壤含水量变化分内侧、中间、外侧3 个区位。水平方向，0 ～180 cm 土层梯田内侧、中间、外侧土壤含水量平均值分别为8．44%、11．37%、10．17%，其中内侧土壤含水量数值较低且变化明显;中间为梯田中心部位，土壤含水量变化幅度较小，数值较高且相对稳定;外侧较内侧土壤含水量高，土壤墒情略好。垂直方向，多变层内侧、中间、外侧土壤含水量平均值分别为7．84%、10．19%、8．88%，次变层分别为8．70%、11．28%、10．28%，稳定层分别为8．77%、12．63%、11．36%，可见层间土壤含水量呈递增趋势，同层土壤含水量两头低、中间高。

［1］胡洋洋．科尔沁沙地坨甸相间地区土壤水分动态试验与模拟［D］．呼和浩特:内蒙古农业大学，2009:20．

［2］蔡典雄，梁二，华珞，等．旱区坡耕地土壤层析水流动态模拟研究［J］．中国土壤与肥料，2010(4):5-11．

［3］马轶，张维江，朱旭东，等．好水川流域梯田土壤含水量变化规律研究［J］．中国水土保持，2012(5):47-49．

［4］余峰，董立国，赵庆丰，等．宁夏半干旱地区梯田土壤水分动态变化规律研究［J］．水土保持研究，2007，14(1):298-300，304．

［5］宋维峰，韩承鼎，杨敬青，等．双平双膜梯田试验研究［J］．中国水土保持，2003(1):28-30．