青海湖不同沙漠化治理区土壤含水量动态变化研究

展秀丽，严平

(1.宁夏大学资源环境学院，宁夏 银川　750021；2.北京师范大学地表过程与资源生态

重点实验室，北京　100875)



青海湖不同沙漠化治理区土壤含水量动态变化研究

展秀丽1，严平2

(1.宁夏大学资源环境学院，宁夏 银川750021；2.北京师范大学地表过程与资源生态

重点实验室，北京100875)

摘要：研究选择青海湖不同沙漠化治理区，通过野外采样及室内数据分析，对不同季节的土壤含水量进行测定.结果表明：土壤平均含水量在6月和8月最大，4月和9月较低.克土-早期灌丛治理区，4月和6月土壤含水量表层较低，30 cm处达到峰值.8月和9月表层土壤含水量最高，20 cm处最低.克土-草方格，4月份表层土壤水分偏低，10 cm以下开始上升， 6月份和8月份土壤水分基本一致.9月份，表层土壤含水量较低，20 cm处达到峰值.沙岛固定沙丘及沙棘灌丛，4月、6月和8月土壤含水量表层偏低，10 cm以下开始下降，20 cm以后逐渐增加，70 cm处最高，9月份，表层土壤含水量开始下降，10 cm处较低，之后逐渐增高.示范区草方格，表层土壤水分6月和8月高于4月和9月，4月和6月均为逐渐增加趋势，8月，10 cm处达到峰值，之后下降，20 cm以下变化较稳定，9月份土壤水份垂直变化一直波动.流动沙丘顶部、迎风坡和背风坡表层土壤含水量较低，表层以下土壤含水量逐渐增加.湖东种羊场流动沙丘草方格区，土壤含水量表层较低，表层至30 cm处表现为上升，以下变化幅度较弱.

关键词：青海湖；沙漠化治理；土壤含水量；动态变化

在干旱、半干旱地区，水分是决定生态系统结构与功能的关键因子[1].土壤水分是生态系统水热平衡中的一个重要分量，对整个生态系统的水热平衡起关键性作用，并对土壤物理性质和植被生长状况产生重要的影响[2-4].植被与土壤水分之间存在密切关系，土壤水分条件的变化，对区域植被的进一步恢复会产生显著的反馈影响.水分是植物生长的重要物质基础，土壤水分特性是土壤重要的物理性质之一，它制约着土壤对水的吸持、贮存以及土壤对植物的水分供给，土壤水的保持和运动特征直接或间接影响土壤其他各种性质状况，植物对土壤中营养物质的吸收在很大程度上受到了土壤含水量的影响[5-6].对于干旱、半干旱区的风沙区，土壤水分含量的高低，不仅决定风沙活动的强弱和环境质量的优劣，而且严重影响植物生存、繁衍和生物产量的高低，同时土壤含水量也影响着沙生植物的根系生物量[7].众多研究表明，在干旱地区，水分是环境体系中最活跃的因素，植被对水分具有高度的依赖性，水

分成为影响植物生存、生长发育的关键因素，对植被的稳定生长与恢复重建具有极大的限制性[8-11].沙地土壤水分动态不仅受到气候和土壤物理性质的影响，还受到植物种类等多种因子的制约，致使不同地区植物群落的土壤水分动态表现出不同的特征.因此，掌握沙地土壤水分的动态变化过程及规律，对沙漠化治理区域非常重要.鉴于此，本研究对不同年限草方格的沙丘、流动沙丘及早期灌丛的沙土水分垂直及季节动态变化进行研究，旨在掌握沙地的土壤水分变化规律，以期为环青海湖沙区的沙漠化治理及生态系统恢复提供理论依据.

1研究区概况

青海湖流域位于E 97°50′～101°20′，N 36°15′～38°20′，处于我国东部季风区、西北干旱区和西南部高寒区的交汇地带.青海湖流域沙漠化土地主要分布在湖东岸下巴台、海晏克土及耳海周围，是从全新世以来在干旱区气候控制下形成的该流域最大规模的风沙堆积区.多年平均气温为0.3 ℃，日照时数3 040 h，年均降水量378.2 mm，集中在6～8月，年蒸发量大于年降水量，约为年降水量的3.8倍.年大风日数大于48 d，四季多风，风向以西北风为主.环湖地区植被和土壤类型比较丰富.沙区土壤类型主要是风沙土、草甸土、盐碱土等，天然植被草本主要有芨芨草(Achnatherumsplendens)、赖草(LeymussecalinusTzvel.)等，灌木有沙棘(HippophaerhamnoidesLinn.)、沙蒿(ArtemisiadesterorumSpreng)等.

图1　研究区位置图

2研究方法

2010年，在环青海湖沙漠化地区，选择了不同治理类型区(草方格、流动沙丘、半固定沙丘、灌丛)，从4月份植物开始萌发起到9月底，测定每个生长季节的土壤含水量的变化，采用烘干法测定土壤含水量，野外采用铝盒取样，分层测定土壤水分：0～2、2～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～70 cm.每层重复取样3个，将所取新鲜土样放入铝盒，立即用电子天平(0.01)称其鲜质量，之后放入烘箱内烘干(105 ℃)，称干质量，计算各层土壤含水量.

3结果与分析

3.1各样地不同深度土壤含水量比较

对于干旱、半干旱地区风沙区，土壤水分的高低，不仅决定风沙活动的强弱和环境质量的优劣，还严重影响着植物生存、繁衍和生物产量的高低.因此，了解沙区土壤水分的变化及其规律十分重要.

表1　样地基本概况

从图2中可以看出，4月份(图2-a)，各点不同深度土层土壤含水量有所不同，0～2 cm：克土，治理较早的沙丘，灌丛分布较广，顶部的土壤水分高于丘间低地，坡中土壤含水量最低，栽植沙棘和青杨草方格土壤含水量相近，均较低；示范区，流动沙丘迎风坡的含水量高于丘顶，背风坡的最低，迎风坡和背风坡的草方格土壤(2008年)的含水量差别较小，平缓沙丘的草方格土壤(2009年)含水量稍高于草方格土壤(2008年)；湖东种羊场，迎风坡中部草方格内土壤含水量高于底部，上部最低；沙岛，丘顶的土壤表层水分高于灌丛.整体上，各点表层土壤含水量相差不大，且含水量较低.2～10、10～20 cm：克土灌丛丘间低地和沙岛灌丛含水量较其他点高，其他点之间差距较小.20～30 cm：克土灌丛的坡顶、坡中及低地差距较小，均高于其他点，栽植沙棘和青杨草方格土壤含水量相近，均较低；示范区，流动沙丘背风坡含水量最低，迎风坡上部草方格土壤(2008年)含水量较高，其他点较近；沙岛灌丛的含水量明显高于丘顶；湖东中央场，迎风坡中、上、下部差别较小.30～40 cm：整体上各点土壤含水量在该层有一定的差距，曲线波动较大.40～50、50～70 cm两层，沙岛灌丛土壤的含水量较高，其余各点曲线波动较小，土壤含水量较接近.

由图2可以看出，6月份(图2-b)各点不同深度土壤水分的差异.0～2 cm土层整体上波动较小，含水量较接近，变化幅度在0.01%～1.28%；2～10 cm：土层变化幅度在1.55%～3.58%，克土灌丛顶部和沙岛灌丛的值较高.10～20 cm：土壤含水量波动较大，为0.84%～4.64%，流动沙丘含水量最低.20～30 cm：土壤含水量变化幅度在0.56%～5.77%，整体上，克土灌丛的水分较高，沙岛次之，流动沙丘最低.30～40 cm土层土壤含水量波动在0.90%～5.39%，总体上，沙岛灌丛和丘顶土壤水分均较高，克土灌丛次之，草方格较低，流动沙丘最低.40～50 cm土层土壤含水量波动在1.88%～8.22%，总体上看，与30～40 cm土层含水量变化接近.50～70 cm：土层含水量变化平缓，沙岛灌丛土壤含水较高，其他各点值较接近.

图2　不同季节各样地不同深度土壤含水量比较

图2-c是8月份各点不同深度土壤含水量变化结果，可以看出，0～2 cm：克土灌丛顶部含水量较高，其余各点变化平缓，土壤水分较接近；2～10 cm：土层含水量变化在0.32%～5.08%，幅度较大，沙岛灌丛和克土灌丛土壤水分较高，草方格次之，流动沙丘较低；10～20 cm土层含水量变化在0.97%～5.49%，克土灌丛较高，沙岛灌丛与示范区流动沙丘较接近，草方格内土壤含水量较低；20～30 cm土层含水量变化在2.17%～5.22%，克土灌丛、沙岛较高，草方格与流动沙丘较接近；30～40 cm土层含水量变化在2.54%～5.63%，克土灌丛丘间低地、沙岛灌丛含水量较高，草方格与流动沙丘较接近；40～50、50～70 cm土层含水量变化趋势相近，均表现为沙岛灌丛含水量较高，其余各点变化幅度较小，含水量较接近.

图2-d是9月份各点不同深度土壤含水量变化结果，可以看出，0～2 cm克土灌丛顶、中、丘间低地土层含水量差异较大，示范区流动沙丘与草方格土壤水分非常相近，沙岛灌丛土壤水分较高.2～10、10～20 cm土层含水量波动较大，克土含水量较高，示范区草方格次之，流动沙丘最低，沙岛灌丛较低.20～30、30～40、40～50、50～70 cm土壤含水量变化波动趋势较相近，沙岛灌丛土壤含水量较高，其他各点差距较小.

3.2土壤含水量垂直变化

在流动沙丘上，土壤水分消耗主要是表层土壤蒸发，水分补给来自天然降水[12].在有植被生长的沙丘，土壤水分垂直分布则不同，降水通过植被进行再分配后进入，使土层逐渐变湿，土壤含水量增加，水分消耗主要是土壤地表蒸发和植被蒸腾，土壤表层及根系层土壤含水量下降，土壤含水量的垂直分布在不同样地、不同季节呈现出不同的规律[13].

图3是本研究中2010年4月、6月、8月和9月各样地土壤含水量随深度垂直变化的结果.克土-早期灌丛治理区(图3-a，b，c)，顶部灌丛(KT-GC-D)，4月和6月，表现为表层土壤含水量较低，往下逐渐增加，30 cm处土壤含水量达到峰值，之后缓慢下降.8月和9月表层土壤含水量最高，2 cm以下土层急剧下降，20 cm最低，之后开始上升，40 cm之后变化缓慢，较稳定.坡中部灌丛(KT-GC-坡中)，4月和6月，变化趋势与顶部灌丛相似，表层较低，30 cm达到峰值，之后变化缓慢.8月，从表层到20 cm土层土壤含水量一直上升，9月土壤水分表层至70 cm，波动较明显.4月低地灌丛(KT-GC-QJD)，表层土壤含水量较低，2 cm以下土壤含水量急剧上升，到20 cm处，达到峰值，之后急剧下降，40 cm以下土层变化幅度减缓，逐渐稳定.6月份和8月份，表层土壤含水量较低，之后变化波动较为剧烈，40 cm以下土壤水分开始降低，变化平缓.9月土壤水分在整个剖面垂直变化波动较小，土壤含水量较稳定.

2005年草方格中间栽植沙棘和乌柳(图3-d，e)，整体上栽植沙棘和乌柳的草方格内土壤水分垂直变化规律基本一致.青杨和乌柳栽于草方格的中心位置，土壤水分采样与距青杨根部30 cm，由图中可以看出，栽植青杨的草方格内(KT-QY)，4月份表层土壤水分偏低，10 cm以下土层含水量开始上升，20 cm往下，土壤含水量较稳定，波动较小.6月份和8月份从表层至40 cm土壤水分基本一致，6月份土壤含水量的峰值出现在50 cm处，70 cm处土壤含水量8月份高于6月份.9月份，表层土壤含水量较低，之后急剧增加，到20 cm土层含水量达到峰值，20 cm以下，土壤含水量下降剧烈，之后变化缓慢，与4月份变化一致.

栽植沙棘的草方格内(KT-SJ)，4月份表层土壤含水量偏低，之后逐渐增加，在30 cm土层达到峰值，之后波动较小，与9月份变化相似，较稳定.6月份，表层土壤含水量与4月和8月相近，较低，往下逐渐增高，20 cm土层含水量到达峰值，之后缓慢变化，土壤含水量较稳定.8月份土壤含水量表层较低，越往下层逐渐升高，70 cm土壤含水量最高.9月份表层水分较其他月份高，10 cm达到最高，之后下降，30 cm以后变化波动平缓，含水量较稳定.

2002年沙岛固定沙丘丘顶及沙棘灌丛(图3-f，g)，4月、6月和8月沙岛灌丛(SD-GC)土壤含水量垂直变化表层偏低，10 cm后开始下降，到20cm以后逐渐增加，70 cm处最高，9月份，土层含水量从表层开始下降，10 cm较低，之后逐渐增高，70 cm达到峰值.整体上，沙岛灌丛土壤含水量较湖东一带高，很大程度上是因为沙岛地下水位较浅.

沙岛沙丘丘顶(SD-QD)4月份表层土层含水量偏低，20 cm处达到峰值，之后下降，30 cm土层往下变化波动平稳，土壤水分较稳定.6月份，土壤含水率表层较低，之后逐渐升高，40 cm处达到峰值，往下急剧下降.8月份，表层土壤含水率较4月和6月高，表层以下逐渐升高，20 cm后变化稳定，50 cm达到峰值，之后缓慢下降.9月份，表层土壤含水量与8月接近，10～20 cm表现为下降，20 cm以后缓慢增加，40 cm往下较稳定，与4月份相似.

示范区草方格(图3-h，i)，栽植沙棘2008(Z01)和2009年设置草方格(图3-j)，其中2009年的草方格没有栽植植被(Z02).2008年的草方格(Z01)，迎风坡中部和迎风坡上部土壤含水量垂直变化趋势一致，表层土壤水分6月和8月高于4月和9月.4月份，从表层往下土壤含水量逐渐增加，到30 cm处达到峰值，之后变化较稳定.6月，土壤水分垂直变化，表现为逐渐缓慢增加的趋势.8月份，10 cm处土壤含水量达到峰值，之后下降，20 cm土层以下变化较稳定.9月份，土壤含水量垂直变化一直波动.

图3　各样地不同季节土壤含水量垂直变化

2009年草方格(Z02)，4月份20 cm以内土壤水分偏低，之后突然增加，30 cm处土壤含水量达到峰值，30 cm往下波动幅度较平缓，土壤含水量稳定.6月份，表层土壤含水量偏低，之后急剧升高，20 cm处达到峰值，20 cm往下波动较小，70 cm处降低.8月份，表层土壤含水量较低，10 cm以下变化幅度平稳.9月份，30 cm以内土壤含水量变化波动较大，30 cm以下较稳定.各月份70 cm深度土壤含水量相近.

流动沙丘(图3-k，l，m，Z-LD)土壤水分垂直分布，沙丘顶部、迎风坡中部和背风坡中部(0～2 cm)土壤含水量较低，小于1%.从表层以下土壤含水量逐渐增加，而且变化剧烈，主要处于 10～30/40 cm层.再往下，40 cm以下，土壤含水量变化较稳定.

湖东种羊场流动沙丘草方格治理区(2008年)(图3-n,HD)，沙棘栽植于草方格的拐角处，土壤含水量垂直分布，表现为表层较低，表层至30 cm土壤含水量上升，变化剧烈，30 cm以下，变化幅度较弱，土壤含水量较稳定，与流动沙丘相似.

3.3土壤含水量季节变化

在沙漠地区，大气降水是土壤水分的直接补给来源，同样是无灌溉条件下天然植被得以生存的主要水源之一.因此，本研究区内，土壤含水量的季节变化主要是由于降水量的季节不同而引起.当降雨终止后，土壤水在土壤剖面中的运动成为土壤水的再分配，水分进入土壤的过程即降雨入渗过程，随着降雨停止的同时也就结束了，但是水分在土壤中的运动并没有因此停止，而是发生着很复杂的再分配过程，一方面是土壤含水量因蒸散作用而减少，另一方面是一部分水分由于上下土壤层水势差异而继续补给下层土壤水分.

图4　不同季节土壤平均含水量

从图4中可以看出，4月份，各样地表层土壤含水量均非常低，除了克土灌丛和沙岛灌丛，其余样地土壤含水量几乎全部低于1%，因为该季节降水少，风沙大，土壤水分补给很少.从4月中旬开始到6月下旬，由于降雨的增加，0～30 cm土层水分表现为逐渐增加，但是，这一阶段处于植被开始生长期间，受气温升高和植被的蒸腾作用影响，使得下层土壤水分降低.6月到8月期间，这一阶段，植物进入生长期，蒸腾耗水也随之增加，但是该季节降雨较丰富.据观测，2010年降雨较以往高，受降雨的影响，该季节土壤含水量较高，本研究中观测得到，示范区流动沙丘顶部6月份0～70 cm平均土壤含水量为1.27%，8月份的达2.64%，示范区2008年草方格内6月份0～70 cm土层平均含水量为2.56%，8月的为2.23%.克土一带植被覆盖较高的治理区，6月份0～70 cm土层平均含水量达到3.31%，8月份的达4.47%；克土草方格(青杨)6月份0～70 cm土层平均含水量达到为3.08%，8月份的为2.46%，沙棘草方格6月份土壤含水量为3.28%，8月份的为3.00%.沙岛沙棘灌丛6月份0～70 cm平均含水量达到5.12%，8月份的达5.13%.8月下旬到9月下旬期间，土壤含水量较8月有所下降，降雨量减少，土壤含水量也开始降低.

综上所述，沙地水分变化具有明显的季节规律.如图4所示，各样地土壤含水量在6月和8月达到峰值，4月和9月含水量较低，很大程度上是因为6月和8月研究区内降雨量增加较多，使得土壤含量升高.

4讨论与结论

1) 各样地土壤含水量都表现出随深度的变化而变化的特征，具有明显地垂直分布规律和季节变化规律，土壤平均含水量在6月和8月最大，4月和9月较低.

2)克土-早期灌丛治理区，4月和6月，土壤含水量表层较低，30 cm达到峰值，之后缓慢下降.8月和9月表层土壤含水量最高，以下急剧下降，20 cm处最低，之后开始上升，40 cm以下土层较稳定.克土-草方格，栽植沙棘和栽植乌柳的草方格内垂直变化规律基本一致.4月份表层水分偏低，10 cm以下开始上升，20 cm以下较稳定，6月份和8月份从表层至40 cm土壤水分基本一致.9月份，表层较低，到20 cm达到峰值，20 cm以下，下降剧烈，之后变化缓慢，较稳定.

3)沙岛固定沙丘及沙棘灌丛，4月、6月和8月土壤含水量垂直变化表层偏低，10 cm后开始下降，到20 cm以后逐渐增加，70 cm处最高，9月份，从表层开始下降，10 cm较低，之后逐渐增高，70 cm达到峰值.

4)示范区草方格，表层土壤水分6月和8月高于4月和9月.4月份，从表层往下逐渐增加，到30 cm处达到峰值，之后变化较稳定.6月，土壤水分垂直变化，表现为逐渐缓慢增加趋势.8月份，10 cm达到峰值，之后下降，20 cm以后变化较稳定.9月份，垂直变化一直波动.流动沙丘土壤水分垂直分布，沙丘顶部、迎风坡中部和背风坡中部表层土壤含水量较低，从表层以下土壤含水量逐渐增加， 40 cm以下，土壤含水量变化较稳定.湖东种羊场流动沙丘草方格区，土壤含水量表现为表层较低，表层至30 cm为上升趋势，30 cm以下变化幅度较弱.

整体上，青海湖沙区土壤含水量的变化趋势为生长前期由于雨水少，土壤水分较低，随着雨季的到来，土壤含水量开始增加，到秋季随着降雨的减少，土壤水分又逐渐降低，沙地水分变化具有明显的季节规律.

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(责任编辑赵晓倩)

Research on dynamic change of the soil water content in the

desertification combating areas around Qinghai Lake

ZHAN Xiu-li1,YAN Ping2

(1.College of Recourses and Environment,Ningxia University,Yinchuan 750021,China;2.State Key Laboratory of

Earth Surface Processes and Resource Ecology,Beijing Normal University,Beijing 100875,China)

Abstract：Through field sampling and indoor data analysis,we measured soil moisture of desertification combating areas around Qinghai Lake in different seasons,and obtained the following results.The average of soil water content in June and August were both the highest,which in the April and September were lower.In early combating areas of Ketu,in April and June,the soil water content of the upper soil were lower,and the soil water content of the depth of 30 cm reached to the peak value.In August and September,the upper soil water content were the highest,which in the depth of 20 cm was lower.In straw checkerboard barriers of Ketu,in April,the soil water content of the upper soil was lower,the soil water content of the depth below 10 cm was beginning to rise.The vertical change of the soil water contents in June and August were not different.In September,the upper soil water content was lower and which in the depth of 20 cm was the highest.In the fixed dune of Shadao,in April,June and August,the upper soil water content were lower,the soil water content of the depth below 20 cm was beginning to rise,which in the depth of 70 cm was the highest.In September,the upper soil water content was lower,which in the depth of 10 cm was lowest,and below the depth of 10 cm was beginning to rise.In straw checkerboard barriers of demonstration plot,the vertical change of the soil water content in April and June were rising with the depth.In August,the soil water content in the depth of 10 cm was the highest,and below the depth of 10 cm was declining and below the depth of 10 cm was stable.The soil water content of the upper of the top of moving dune,the windward slope and the leeward slope were lower,and were rising with the depth.In the staff checkerboard of the upward side of east Lake,the upper was lower,the soil water content was increasing from surface to the depth of 30 cm,and below the depth of 30 cm was changed a little.

Key words：Qinghai Lake；desertification combating;soil water content;dynamic change

收稿日期：2013-11-29；修回日期：2014-01-08

基金项目：国家自然科学基金项目(41201087)；宁夏大学自然科学研究基金(ZR1156).

中图分类号：X 144

文献标志码：A

文章编号：1003-4315(2015)01-0131-09

第一作者：展秀丽(1983-)，女，博士，副教授，主要从事防沙治沙与生态恢复研究.E-mail:zhanxiuli@mail.bnu.edu.cn