黄土旱塬主要农林用地土壤水文特征对比

王石言，王力†，张静，张林森(.中国科学院 水利部 水土保持研究所，黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，700，陕西杨凌; .西北农林科技大学资源环境学院，700，陕西杨凌;.西北农林科技大学园艺学院，700，陕西杨凌)



黄土旱塬主要农林用地土壤水文特征对比

王石言1，王力1†，张静2，张林森3
(1.中国科学院 水利部 水土保持研究所，黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，712100，陕西杨凌; 2.西北农林科技大学资源环境学院，712100，陕西杨凌;3.西北农林科技大学园艺学院，712100，陕西杨凌)

摘要:土壤水分是黄土高原地区植被恢复与农林产业持续发展的主要限制因子，为明确主要农林用地土壤水分变化特征及其干化现状，利用CNC503B(DR)中子仪，于2014年4—10月，对长武塬区19龄果园、9龄果园、玉米地及小麦地0～600 cm的土壤水分进行长期监测，并利用土钻法进行校准。结果表明:1)0～600 cm土壤贮水量表现为9龄果园 ＞玉米地＞小麦地＞19龄果园，均值分别为186.5、183.6、158.6和132.8 cm，除9龄果园与玉米地间差异性不显著(P＞0.05)外，其他农林用地土壤贮水量两两比较均呈显著性差异(P＜0.05);2)4块样地浅层(0～200 cm)土壤含水量波动程度为中等变异(10% ＜CV＜100%)，深层土壤含水量稳定性较高，为弱变异(CV＜10%);3)19龄果园的土壤水分消耗深度为500 cm，9龄果园、玉米地与小麦地均为300 cm，19龄果园的雨水补给深度为250 cm，而9龄果园、玉米地与小麦地均＞600 cm;4)19龄苹果园土壤干化最严重，0～200 cm土壤干化程度呈季节性变化，200～250和250～320 cm土层分别为严重干燥化与强烈干燥化，320～600 cm呈极度干燥化，形成永久性土壤干层;其次为小麦地，0～100 cm产生临时性干层，250～300 cm发生强烈干燥化;玉米地与9龄果园干化程度较轻，在水分补给不足情况下，只在土壤浅层产生临时性土壤干层。长武塬区农业结构由大田作物转向苹果经济林建设具有一定理论基础;但是，随着苹果林达到盛果后期，土壤贮水量亏缺，土壤干化严重，苹果经济林的经济价值及生态作用等都将受到限制，需要采取合理用水措施及调整林分密度等科学方式，完成长武塬区经济与生态的可持续发展。

关键词:黄土塬区;苹果园;土壤含水量;消耗和补充深度;土壤干层

项目名称:国家自然科学基金重大项目“黄土高原土壤水分有效性及其地带性分布规律”(41390463)

土壤水是土壤 植被 大气连续体中生态水文过程的关键因子，一方面反映季节性干旱程度;另一方面预示生态与水环境的健康状况。土壤水的相关研究已处于成熟阶段，土壤水分变异分析及土壤水文效应模型模拟等都取得了较好成果［1 3］。在黄土高原南部旱塬区，气候变化多样，水分资源短缺，土壤水文特征及其对不同土地利用方式的响应受到广泛关注［4 6］;Liu Bingxia等［7］通过分析长武塬灌木丛、草地、休闲地及农田4种土地利用方式下土壤水分特征，指出在不同降水年型、植被覆盖类型影响土壤水分的时间变化特征及垂直分布规律;徐炳成等［8］同样指出不同土地利用方式的土壤水文特征存在差异。近30年，陕西渭北旱塬的苹果产业发展迅速，农作物种植逐渐转向以苹果经济林为主的果园经营［9 10］，土壤水对土地利用方式转变的响应亟需深入明确。

土壤干层是黄土高原半干旱半湿润环境下形成的一种特殊水文现象［11 12］，自 20世纪 60年代以来，土壤干层逐渐受到广大学者关注［13 14］。谢军红等［15］研究发现，合适的作物类型、品种及覆盖密度均能缓解土壤干燥化，提高土地生产力;Wang Yunqiang等［16］指出长武塬9—17龄苹果园土壤干化速率较高，且逐渐加强。可见土壤干化程度与土地利用方式密切相关。目前，黄土塬区不同土地利用类型的土壤干化研究逐渐增多［7，17 18］;但是，在农田大面积转化为果园的背景下，针对农田与果园的土壤干化现状对比的研究相对不足，需要保证农田与果园土壤干层对比研究的数量和质量。

综上所述，笔者以黄土高原沟壑区的典型地区长武塬为研究区，基于长武塬面主要农林用地土壤水分动态变化的长期定点监测，系统分析不同立地土壤水文特征，量化分析土壤干化现状，为旱作农田与果园的生产管理及水分的持续利用提供科学依据;同时对该地区农业结构调整方向及植被恢复重建，具有重要参考价值。

1　研究区概况

研究区位于陕西省咸阳市长武县城以西12 km陕甘交界处(E 107°40'30″～107°42'30″，N 35°12' 16″～35°16'00″)，该地区属黄土高原丘陵沟壑区，塬面地势平坦，海拔1 220 m;属暖温带半湿润大陆性季风气候，多年平均降雨量584.0 mm，且多集中在7—9月，占全年降雨量的54.9%，年均气温9.1℃，无霜期171 d［19］;森林植被属暖温带落叶阔叶林，多数分布在沟壑坡地，主要树种为油松(Pinus tabulae-formis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)等;农林作物以苹果(Malus pumila Mill)、小麦(Triticum aestivum)、玉米(Zea mays)为主;土地利用现状格局以耕地、园地、林地和草地为主。土壤类型为黏黑垆土，全剖面土质均匀疏松;田间持水量为23.0%(30 kPa时的含水量)，萎蔫系数10.6%(1.5 MPa)，地下水埋深50～80 m，不参与土壤水循环。

2　材料与方法

2.1样地选择

果园样地为9龄、19龄红富士苹果园，林内地势平坦，无灌溉水输入，果园进行定期病虫害防治，适时拉枝剪梢与套袋，定期清除杂草［18］。农田用地为玉米地与小麦地，均为雨养农田，管理模式为传统耕作法。小麦为冬小麦，于2013年9月18日播种，次年6月25日收割;玉米为夏玉米，于2014年4月15日播种，9月20日收获。

2.2土壤贮水量测定

在9龄、19龄苹果园、玉米地和小麦地分别布设6个土壤水分监测点，监测深度600 cm。土壤含水量的测定采用中子仪，仪器型号为 CNC503B，测定时间为2014年4月至10月，每月测定2次(间隔15d)。其中，2014年 1月17日及2月19日，也进行了土壤水分监测。土壤含水量的测定采用机械分层，0～100 cm土层每10 cm记录读数1次，100～600 cm土层每20 cm记录读数1次，结合土壤密度(环刀法测定)，6个监测点的平均值为该层的土壤含水量。首次测定时，对中子仪进行标定(标定曲线为y=0.787 9x+0.000 2，R2=0.957 4)［20］。土壤贮水量采用水层深度W表示，计算公式为:

式中:W为土壤贮水量，cm;θm为土壤质量含水量，%;ρ为土壤密度，g/cm3;h为土层厚度，cm。

2.3降水量测定

利用距试验样地50 m的自动气象观测站，对降水量实时观测。

2.4数据处理

运用 Microsoft Excel 2010、SPSS 17.0统计软件，对试验数据进行统计分析及图表绘制。

3　结果与分析

3.1土壤贮水量水平变化及对降水响应

由图1所示，2014年降水量为578.8 mm，是多年平均降水量(584.0 mm)的99.1%，为平水年［21］，8、9月降水量占全年降水量57.2%，5月降水也出现较小峰值。土壤水分监测结果显示:玉米地、9龄果园、小麦地和19龄果园的土壤贮水量均值分别为186.5、183.6、158.6和 132.8 cm;变化幅度分别在170～190、170～190、150～170和 120～140 cm之间，变异系数分别为0.042、0.026、0.055和0.046。其中，9龄果园的土壤贮水量变化曲线与玉米地基本重合，土壤贮水量较高。试验期由于受到降水、植被等因子综合作用，土壤贮水量有明显起伏，但变化趋势基本一致。1月15日—5月15日，该阶段降水量及水分消耗量均较少，水分输入与支出几乎平衡，土壤贮水量变化不明显;5月15日—7月30日，降水补给不足，而土壤水的蒸散消耗处于较高水平，土壤贮水量呈下降趋势;8月1日—10月15日是降水集中发生期，而植被蒸腾及土壤蒸发降低，土壤贮水量回升，尤其在8月5日与9月15日，发生2场较大降水量，土壤贮水量显著升高。

图1　2014年不同土地利用方式0～600 cm土壤贮水量与降水量时间变化Fig．1　Temporal variation of precipitation and 0－600 cm soil water storage in different types of land use in 2014

不同的土地利用方式存在不同程度的差异性(P＜0.05)，以0～600 cm为研究土层，9龄果园相对于玉米地土壤贮水量均值小2.9 cm，差异性不显著;小麦地相对于玉米地、9龄果园的土壤贮水量均值分别小27.9与25.0 cm，均表现为显著性差异;19龄果园相对于玉米地、9龄果园及小麦地土壤贮水量均值分别小53.7、50.8与25.8 cm，差异均达到显著性水平(图2(a))。为更全面了解不同土地利用方式对土壤贮水量的影响，进行特定深度的土壤水分分析，其结果由图2显示:相对于不同土地利用方式下，0～600 cm土壤贮水量季节性变化的差异性，19龄果园与小麦地0～300 cm土壤贮水量的差异性由显著转变为不显著;0～100 cm土体，由于气候、降水等外界环境因素对土壤水分的影响增大，4块样地土壤贮水量差异性不显著。综上所述，土地利用方式对深层土壤贮水量影响较大;但是随着研究目标土层深度的减小，降水与气象等外界干扰增大，土地利用方式对土壤水分的作用降低，对于同一研究区的4块样地，土壤贮水量的差异性逐渐趋向不显著。

3.2土壤含水量垂直分布规律及对降水响应

为具体反映土壤水分垂直分布稳定性，采用变异系数(CV)表示，一般认为 CV＜10%为弱变异，CV在10%～100%之间为中等变异，CV＞100%为强度变异［22］。由图3显示:9龄果园、19龄果园、玉米地及小麦地自上而下，土壤含水量的变异程度不断减小，同时9龄果园与0.1变异系数辅助线的交点最高，土壤含水量在50 cm以下，土层即表现为弱变异;19龄果园和玉米地的土壤含水量分别在150 和160 cm，由中等变异转化为弱变异，小麦地与0.1变异系数辅助线最低，在180 cm以下转化为弱变异，该现象说明在200 cm内，果园水分稳定性相对优于农田的土壤水分稳定性。

通过对不同土地利用方式土壤水分垂直分布的季节性变化分析，结果显示:浅层(0～200 cm)土壤水分均呈较大波动性，但深层土壤含水量未随季节更替，而出现强烈波动，稳定性较高(图4)。

图3　2014年不同土地利用方式土壤水分季节变异系数剖面变化Fig．3　Sectional changes of seasonal coefficient variation of soil water in different types of land use in 2014

根据土壤水分垂直变化波动程度，将土壤剖面划分为不同的层次［23 24］，由图 4显示:在 0～20 cm土层范围，土壤含水量变化较大，为速变层;20～200 cm为活跃层;200～250 cm为次活跃层，该层土壤含水量呈低 高 低变化趋势;250 cm以下土层为稳定层(图4)。各试验样地0～600 cm的土壤含水量变化存在差异，且不同植被类型对表层土壤水分的影响较小，对深层土壤水分影响显著［25］。9龄果园0～300 cm土壤含水量呈下降趋势，300～600 cm土壤含水量升高，但变化相对稳定，土壤含水量在25.0%左右。19龄果园0～250 cm土壤水分被植被吸收作用较强烈，降水补给不足期间(7月13日)，土壤含水量自上而下逐次降低，在雨季期间，土壤水又得到补充，土壤含水量自上而下逐次增加，该层次土壤含水量波动较大;250～600 cm土壤含水量差异不明显，约为15.0%，呈“降低型”变化，该现象主要与林龄较大有关。玉米地与小麦地是长武塬区2种主要农业用地，0～600 cm土壤含水量的变化趋势较为相似，整体上均出现先减小后增大，0～280 cm土层玉米地土壤含水量变异程度小于小麦地，300 cm以下，玉米地土壤含水量整体高于小麦地的土壤水分情况。

长武塬区4种主要农林用地土壤含水量垂直分布特征对降水产生响应，当降水量较小、土壤蒸发与植被蒸腾耗水量较大时，土壤含水量由上至下逐次降低，当降水量大时，土壤含水量又自上而下逐次升高，而进行植被水分利用及土壤储水等环节。对9龄、19龄果园、玉米地与小麦地0～600 cm土层贮水消耗和补充深度情况进行分析(图4)，结果显示:不同土地利用方式，对土壤水分的消耗与降水补给过程产生影响，19龄果园土壤水消耗深度(500 cm)明显大于水分补给深度(250 cm)，由于土壤水分消耗过度，并且得不到及时补充，导致土壤干层形成;另外3种立地条件下土壤水分的消耗深度相同，为300 cm，水分补给深度均大于600 cm，超过测定土壤深度，有利于深层土壤水恢复(表1)。

表1　2014年不同土地利用方式下耗水深度与补充深度Tab．1　Depletion and replenishment depths of soil water in different types of land use in 2014

图4　2014年各土地利用方式土壤含水量垂直分布季节变化特征Fig．4　Seasonal variation characteristics of water content of different types of land use in soil profile in 2014

3.3土壤干化现状

以土壤稳定湿度作为土壤干燥化的上限指标，凋萎湿度作为下限指标，计算土壤干燥化指数(soil desiccation index，Sdi)，分别对9龄果园、19龄果园、玉米地与小麦地的土壤干化现状进行定量评级［26］，公式如下:

式中:Sdi为土壤干燥化指数，%;θ为土壤含水率，%;Sw为凋萎湿度，%;Ssm为土壤稳定湿度，%。依据土壤干燥化指数Sdi值的大小，土壤干燥化强度可划分为 6级:若 Sdi＞100.0%，为无干燥化;若75.0% ＜Sdi＜100.0%，为轻度干燥化;若50.0% ＜Sdi＜75.0%，为中度干燥化;若 25.0%＜Sdi＜50.0%，为严重干燥化;若0＜Sdi＜25.0%，为强烈干燥化;若Sdi＜0，为极度干燥化。

由图5显示:9龄、19龄果园、玉米地和小麦地均有不同程度干化现象。其中，19龄果园最为严重，其次为小麦地、玉米地，9龄果园干化程度最轻。9龄果园0～30 cm土层出现季节性干化现象，土壤水分随雨水补给而恢复;7月30日—9月20日，9龄果园90～320 cm土层，由于前期果树对土壤水分吸收利用及降水补偿深度还未达该区域，从而出现轻度干燥化(图5(a))，总体显示9龄果园土壤水分情况较好。由图5(b)可知，19龄苹果园0～200 cm土壤，其干化情况呈季节性交替变化:1—5月份，土壤自上而下依次呈无干燥化、轻度干燥化及中度干燥化，程度逐渐增加。6—7月降水量少，光照、辐射等气象因子作用强烈，且果树处于果实快速生长及枝叶繁茂阶段;因此，在水分来源有限的情况下，浅层土壤蒸发及果树蒸腾作用强烈，土壤干燥化程度较1—5月严重，且自上而下，土壤干燥化程度呈逐渐降低现象。8—10月是降水高峰期，由于雨水补给，果园旱情缓解，0～200 cm土壤干化程度降低; 19龄果园200～250 cm土层呈现严重干燥化;250～320 cm深土层为强烈干燥化，雨水补给深度未达到该土层，水分亏缺是正在发展的土壤干层;320～600 cm深土层呈现极度干燥化，即土壤湿度小于土壤凋萎湿度(Sw)，说明19龄果园320 cm土层以下，存在严重的永久性干层。

图5　2014年不同土地利用类型0～600 cm土壤干化程度Fig．5　Intensity of soil desiccation of 0－600 cm vertical section in different types of land use in 2014

玉米地干化程度比9龄果园稍严重，但与9龄果园的土壤贮水量情况最为相似。由图5(c)可知，0～20 cm土层出现严重与强烈土壤干燥化现象，同时在降水较少的7月，土壤临时性干层向下延伸至140 cm处，但随着雨水向下补给而恢复;240 cm以下土层未出现土壤干化现象。小麦地土壤干化情况较严重(图5(d))，4月中旬—7月底，0～70 cm土层发生极度干燥化现象，形成临时性干层，70～100 cm为强烈干燥化，100～220 cm为严重干燥化;220 cm以下土层向下依次呈强烈、严重、中度、轻度及无干燥化状态，虽然降水对该层有所补充，但并未完全避免干燥化。结果显示:由于6月25日小麦收割后，小麦对土壤水分蒸腾作用消失，7月1日—7月30日，10～40 cm土层由极度干燥化转换为强烈干燥化，土壤水分条件得到缓和，但是由于7月份降水量较少，8月初该土层形成临时性土壤干层。

4　讨论

1)在相同气象与地形条件下，9龄、19龄果园、玉米地及小麦地土壤水分条件差异明显。研究表明:9龄果园0～600 cm土壤水分条件优于19龄果园的土壤贮水量，该结果与张社红等［27］发现的随生长年限的延长，苹果园0～1 000 cm土层土壤湿度逐渐降低，以及武阿峰［28］苹果树栽植年限越久，土壤水分亏缺量越大的结论相一致。一般来说，随着苹果树龄的增大，植被的生理生态用水相应提高［10］，水分补给深度降低，从而出现19龄果园深层土壤湿度明显小于9龄果园稳定层的土壤湿度;但随着研究深度变浅，降水、太阳辐射与空气对流等因子对土壤水的影响逐渐显著，土壤贮水量(0～300与0～100 cm)的差异性逐渐趋于不显著。研究还发现，土壤贮水量随降水的时间脉动性而发生上下波动，当降水量较小时，雨水补给不足，未满足果树与农作物对土壤水分的蒸散消耗;因此，在缺水的5—7月，土壤贮水量呈明显下降趋势，当出现较大的降水事件时，土壤贮水量由于降水的补给而回升，与余海英等［29］研究发现春玉米在5—8月，土壤水分亏缺值达到峰值的结论相对一致。

2)由于土壤浅层(0～200 cm)易受太阳辐射、风和降水等因子影响，同时该层植被根系分布集中，对水分的利用活跃，该土体成为水、热交换的主要场所;而200 cm以下土层，由于外界气候及植被的影响力降低，而土地利用方式成为土壤含水量差异的主导因素。李洪建等［24］通过对黄土高原丘陵沟壑区土壤水的分析，将0～200、200～250及250 cm以下土层，分别划分为土壤水分活跃层、过渡层及稳定层，并指出各层深度与降水量及降水分配有关，与本研究土壤含水量层次划分相对一致。同时，9龄、19龄果园、小麦地以及玉米地0～200 cm土层，土壤水分总体表现为低—高—低规律，与王云强等［30］研究的200 cm土层土壤水分变化规律一致;但刘贤赵等［31］则认为，渭北旱塬苹果种植区0～200 cm土壤含水量总体呈下降、上升再下降的变化过程。研究还发现，农林系统土壤水分的消耗和补充深度有较大差异，张义等［10］认为长武塬面果园土壤水分下渗深度可达260 cm上下;李玉山［32］研究发现降水对土壤水分的作用十分强烈，例如，在400～600 mm降水区，年降水最大入渗深度为100～300 cm，在丰水年份最大可达500 cm。

3)土壤干化是土壤水分亏缺程度的另一种表现形式，9龄果园、玉米地及小麦地只在季节性缺水情况下，发生临时性干层，而深层未出现极度干燥化;19龄果园的干燥化程度最为严重，在320 cm以下土层，存在永久性土壤干层。李玉山［32］研究也认为，由于降水入渗影响，苹果林地0～300 cm土层是干湿交替层，300～940 cm是土壤干层分布区;冉伟等［13］通过测定长武塬6－37龄苹果园0～1 000 cm土层土壤湿度，发现10龄后苹果园土壤湿度逐渐趋近于凋萎湿度，土壤干化程度逐年加深。曹裕等［33］认为旱作粮田土壤干燥化程度均弱于旱作苹果园;而本研究发现小麦地土壤干化较9龄果园严重，却比19龄果园土壤水分条件好，说明果树林龄与土壤水条件关系密切，幼龄果园土壤水输入量可满足果树对土壤水分的蒸散消耗，水分条件优于农田，但随果园林龄增大，土壤干燥化程度加重，出现了粮田干燥化弱于旱作果园的现象。程立平等［34］同样指出，苹果林随着种植年限增加，水分补给逐渐小于林地对水分的蒸散消耗量，长期的水分亏缺，导致深层土壤干层的形成，且干层一旦发生，土壤湿度将很难恢复。综上所述，长武塬区大田作物种植逐渐向苹果经济林培植方向发展，具有一定理论基础，但土壤水分开发利用，应避免土壤干化;同时，考虑农业生态系统的持续性及环境多变亏水的现实。

5　结论

1)黄土塬区主要农林用地 9龄果园、19龄果园、玉米地与小麦地0～600 cm土壤贮水量，除9龄果园与玉米地差异性不显著外，其他两两比较均呈显著性差异;随研究深度减小，各样地土壤贮水量的差异性逐渐趋于不显著。且4种不同土地利用方式下，土壤贮水量随时间动态变化，对降水产生“即时”水文响应作用。

2)土壤含水量变异程度随土壤深度增加而减弱，且土壤剖面水分质量分数变化存在季节变异。不同的土地利用方式，显著影响土壤水分消耗和补给过程，19龄果园消耗深度为500 cm，补充深度为200 cm;19龄果园、玉米地和小麦地消耗深度分别为200、300和300 cm，而补充深度均超过测定的土壤深度，大于600 cm。

3)9龄果园、19龄果园、玉米地及小麦地均出现不同程度的土壤干化。土壤浅层(0～200 cm)因季节性缺水而产生的临时性干层，该土壤干层将随着雨水补给得到缓解;其中，19龄果园320～600 cm土体呈现极度干燥化，存在永久性土壤干层;小麦地在250～300 cm存在发展中土壤干层;玉米地与9龄果园在土壤深层，并未出现土壤干层，干化程度较轻。

4)长武塬区农业结构由大田作物转向苹果经济林建设，具有一定的科学性;但是，随着苹果林龄达到盛果后期，土壤贮水量亏缺，土壤干化严重，苹果经济林的经济价值及生态作用等都将受到限制，需要采取合理用水措施及调整林分密度等科学方式，完成长武塬区经济与生态的可持续发展。

6　参考文献

［1］高晓东．黄土丘陵区小流域土壤有效水时空变异与动态模拟研究［D］．陕西杨凌:中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心，2013:1 163．Gao Xiaodong．Catchment-scale available soil moisture spatial-temporal variability in the hilly areas of the Loess Plateau［D］．Shaanxi Yangling:Research Center for Ecoenvironments and Soil and Water Conservation，Chinese Academy of Sciences＆Ministry of Education，2013:1 163．(in Chinese)

［2］Penna D，Borga M，Norbiato D，et al．Hillslope scale soil moisture variability in a steep alpine terrain［J］．Journal of Hydrology，2009，364(3/4):311．

［3］Heathman G C，Starks P J，Ahuja L R，et al．Assimilation of surface soil moisture to estimate profile soil water content［J］．Journal of Hydrology，2003，279(1/4):1．

［4］姚雪玲，傅伯杰，吕一河．黄土丘陵沟壑区坡面尺度土壤水分间变异及影响因子［J］．生态学报，2012，32 (16):4961．Yao Xueling，Fu Bojie，Lyu Yihe．Spatial patterns of soil moisture at transect scale in the Loess Plateau of China ［J］．Acta Ecologica Sinica，2012，32(16):4961．(in Chinese)

［5］Legates D R，Mahmood R，Levia D F，et al．Soil moisture: a central and unifying theme in physical geography［J］．Progress in Physical Geography，2011，35(1):65．

［6］Gao Maosheng，Liao Yuncheng，Li Xia，et al．Effects of different mulching patterns on soil water holding capacity of non-irrigated apple orchard in the Weibei Plateau［J］．Scientia Agricultura Sinica，2010，43(10):2080．

［7］Liu Bingxia，Shao Ming'an．Response of soil water dynamics to precipitation years under different vegetation types on the northern Loess Plateau，China［J］．Journal of Arid Land，2016，8(1):47．

［8］徐炳成，山仑，陈云明．黄土高原半干旱区植被建设的土壤水分效应及其影响因素［J］．中国水土保持科学，2003，1(4):32．Xu Bingcheng，Shan Lun，Chen Yunming．Review and discuss on the effect and influence factors of vegetation construction on soil water in Semi-arid area on Loess Plateau［J］．Science of Soil and Water Conservation，2003，1(4):32．(in Chinese)

［9］Li Huike，Zhang Guangjun，Zhao Zhengyang，et al．Effects of different herbage on soil quality characteristics of non-irrigated apple orchard in Weibei Loess Plateau ［J］．Scientia Agricultura Sinica，2008，41(7):2070．

［10］张义，谢永生，郝明德．黄土沟壑区王东沟流域苹果品质限制性生态因子探析［J］．中国农业科学，2011，44(6):1184．Zhang Yi，Xie Yongsheng，Hao Mingde．Limiting Ecological Factors Evaluation of High-Quality Apple at Wangdonggou Watershed in Loess Gully Region［J］．Scientia Agricultura Sinica，2011，44(6):1184．(in Chinese)

［11］Chen Hongsong，Shao Ming’an，Wang Kelin．Desiccation of deep soil layer and soil water cycle characteristics on the Loess Plateau［J］．Acta Ecologica Sinica，2005，25(10):2491．

［12］Fan Jun，Shao Ming’an，Hao Mingde，et al．Desiccation and nitrate accumulation of apple orchard soil on the Weibei Dryland［J］．Chinese Journal of Applied Ecology，2004，15(7):1213．

［13］冉伟，谢永生，郝明德．黄土高原沟壑区不同种植年限果园土壤水分变化［J］．西北农业学报，2008，17 (4):229．Ran Wei，Xie Yongsheng，Hao Mingde．Study on change of soil water in orchards of different planting life in gully region of Loess Plateau［J］．Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica，2008，17(4):229．(in Chinese)

［14］Yin Shuyan，Huang Chunchang．Soil dryization of the apple base in the Loess Plateau and its countermeasures ［J］．Journal of Arid Land Resources and Environment，2005，19(2):76．

［15］谢军红，柴强，李玲玲，等．黄土高原半干旱去不同覆膜连作玉米产量的水分承载时限研究［J］．中国农业科学，2015，48(8):1558．Xie Junhong，Chai Qiang，Li Lingling，et al．The time loading limitation of continuous cropping maize yield under different plastic film mulching modes in semi-arid Region of Loess Plateau of China［J］．Scientia Agricultura Sinica，2015，48(8):1558．(in Chinese)

［16］Wang Yunqiang，Shao Ming’an，Liu Zhipeng，et al．Characteristics of dried soil layers under apple orchards of dierent ages and their applications in soil water managements on the Loess Plateau China［J］．Pedosphere，2015，25(4):546．

［17］Cheng Liping，Liu Wenzhao．Long-term effects of Farming system on soil water content and dry soil layer in deep loess profile of Loess Tableland in China［J］．Journal of Integrative Agriculture，2014，13(6):1382．

［18］王艳萍，王力，韩雪，等．黄土塬区不同土地利用方式土壤水分消耗与补给变化特征［J］．生态学报，2015，35(22):7571．Wang Yanping，Wang Li，Han Xue，et al．Dynamics of soil moisture depletion and replenishment in different land use types of the Loess Tableland［J］．Acta Ecologica Sinica，2015，35(22):7571．(in Chinese)

［19］宋孝玉，康绍忠，沈冰，等．黄土区不同下垫面农田降雨入渗及产流关系的数值模拟［J］．农业工程学报，2005，21(1):1．Song Xiaoyu，Kang Shaozhong，Shen Bing，et al．Simulating the relationship between the infiltration and runoff of different underlying farmland in the loess region［J］．Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engi-neering，2005，21(1):1．(in Chinese)

［20］刘玉华，史纪安，韩清芳，等．中子仪测定苜蓿田土壤含水量的标定研究［J］．干旱地区农业研究，2007，25(2):115．Liu Yuhua，Shi Ji'an，Han Qingfang，et al．Calibration study of the determination of alfalfa soil moisture with neutron probe［J］．Agricultural Research in the Arid Areas，2007，25(2):115．(in Chinese)

［21］陈杰，刘文兆，王文龙，等．长武黄土高塬沟壑区降水及侵蚀性降雨特征［J］．中国水土保持科学，2009，7(1):27．Chen Jie，Liu Wenzhao，Wang Wenlong，et al．Characteristics of precipitation and soil erosive rainfall in Changwu Loess Tableland-gully Region［J］．Science of Soil and Water Conservation，2009，7(1):27．(in Chinese)

［22］王云强，邵明安，刘志鹏．黄土高原区域尺度土壤水分空间变异性［J］．水科学进展，2012，23(3):310．Wang Yunqiang，Shao Ming'an，Liu Zhipeng．Spatial variability of soil moisture at a regional scale in the Loess Plateau［J］．Advances in Water Science，2012，23(3): 310．(in Chinese)

［23］贾志清．晋西北黄土丘陵沟壑区典型灌草植被土壤水分动态变化规律研究［J］．水土保持通报，2006，26 (1):10．Jia Zhiqing．Soil moisture dynamic variation law of typical shrub-grass vegetation in Loess Hill area of northwestern Shanxi［J］．Bulletin of Soil and Water Conservation，2006，26(1):10．(in Chinese)

［24］李洪建，王孟本，柴宝峰．黄土高原土壤水分变化的时空特征分析［J］．应用生态学报，2003，14(4):515．Li Hongjian，Wang Menben，Chai Baofeng．Spatial and temporal characteristics of soil moisture dynamics in Loess Plateau［J］．Chinese Journal of Applied Ecology，2003，14(4):515．(in Chinese)

［25］杨磊，卫伟，陈利顶，等．半干旱黄土丘陵区人工植被深层土壤干化效应［J］．地理研究，2012，31(1):71．Yang Lei，Wei Wei，Chen Liding，et al．Soil desiccation in deep soil layers under different vegetation types in the semi-arid loess hilly region［J］．Geographical Research，2012，31(1):71．(in Chinese)

［26］Chen Hongsong，Wang Kelin，Shao Ming'an．A review on the effect of vegetation rehabilitation on the desiccation of deep soil layer on the Loess Plateau［J］．Scientia Silvae Sinicae，2005，41(4):155．

［27］张社红，李军，王学春，等．渭北旱塬苹果园地产量和深层土壤水分效应模拟［J］．生态学报，2011，31 (13):3767．Zhang Shehong，Li Jun，Wang Xuechun，et al．Modeling the changes of yield and deep soil water in apple orchards in Weibei rainfed highland［J］．Acta Ecologica Sinica，2011，31(13):3767．(in Chinese)

［28］武阿峰．长武塬区不同土地利用方式对土壤水分剖面分布的影响［D］．陕西杨凌:西北农林科技大学，2010:1 46．Wu Afeng．A Study on soil moisture under different models of land use on Chang Wu Tableland［D］．Shaanxi Yangling:Northwest A＆F Univerity，2010:1 46．(in Chinese)

［29］余海英，彭文英，马秀，等．免耕对北方旱作玉米土壤水分及物理性质的影响［J］．应用生态学报，2011，22(1):99．Yu Haiying，Peng Wenying，Ma Xiu，et al．Effects of no-tillage on soil water content and physical properties of spring corn fields in semiarid region of northern China ［J］．Chinese Journal of Applied Ecology，2011，22(1): 99．(in Chinese)

［30］王云强，张兴昌．黄土区小尺度坡面土壤含水率时空变异性研究［J］．水土保持学报，2008，22(2):32．Wang Yunqiang，Zhang Xingchang．Temporal-spatial variability of slope soil moisture at small scale on Loess Plateau［J］．Journal of Soil and Water Conservation，2008，22(2):32．(in Chinese)

［31］刘贤赵，宋孝玉．陕西渭北旱塬苹果种植分区土壤水分特征研究［J］．干旱区地理，2004，27(3):320．Liu Xianzhao，Song Xiaoyu．Study on the characteristics of soil moisture content in the apple growing subregions of the Weibei Dry Highland in Shaanxi Province［J］．Arid Land Geography，2004，27(3):320．(in Chinese)

［32］李玉山．黄土高原森林植被对陆地水循环影响的研究［J］．自然资源学报，2001，16(5):427．Li Yushan．Effects of forest on water circle on the Loess Planteau［J］．Natural Resources，2001，16(5):427．(in Chinese)

［33］曹裕，李军，张社红，等．黄土高原苹果园深层土壤干燥化特征［J］．农业工程学报，2012，28(15):72．Cao Yu，Li Jun，Zhang Shehong，et al．Characteristics of deep soil desiccation of apple orchards in different weather and landform zones on the Loess Plateau in China［J］．Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2012，28(15):72．(in Chinese)

［34］程立平，刘文兆，李志．黄土塬区不同土地利用方式下深层土壤水分变化特征［J］．生态学报，2014，34 (8):1975．Cheng Liping，Liu Wenzhao，Li Zhi．Soil water in deep layers under different land use patterns on the Loess Tableland［J］．Acta Ecologica Sinica，2014，34(8): 1975．(in Chinese)

Comparison of soil hydrological characteristics for main cropland and orchard in dry highland of the Loess Tableland

Wang Shiyan1，Wang Li1，Zhang Jing2，Zhang Linsen3
(1.State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau，Institute of Soil and Water Conservation，Chinese Academy of Sciences，712100，Yangling，Shaanxi，China;2.College of Resources and Environment，Northwest A＆F University，712100，Yangling，Shaanxi，China;3．College of Horticulture，Northwest A＆F University，712100，Yangling，Shaanxi，China)

Abstract:［Background］Soil water is the main factor limiting the recovery of vegetation and the sustainable development of agriculture and forestry in the region of the Loess Tableland．Soil water content in 9-year apple orchard，19-year apple orchard，corn field，and wheat field was investigated in the Changwu Tableland to define the soil hydrological characteristics and soil drying state of main cropland and orchard on the Loess Plateau．［Methods］The water storage capacity of soil in a profile of 600 cm was measured using a neutron probe(CNC503B)from April to October in 2014．［Results］1)The 9-year orchard had the largest soil water storage in 0－600 cm soil profile，followed by the corn field，wheat field and 19-year orchard in which soil water storage averaged 186.5，183.6，158.6 and 132.8 cm，respectively．There was no significant difference between the corn field and 9-year orchard，but significant differences existed among other fields．2)Soil water content in shallow soil layer(0－200 cm)for the 4 fields showed medium variation(10%＜CV＜100%)，while soil water content in deep soil layer was relatively stable(CV＜10%)．3)The depth of soil water depletion for the 19-year orchard was 500 cm，while the depths for the 9-year orchard，corn field and wheat field were all 300 cm．The rain replenishment depth of the 19-year orchard was 250 cm，while the depths for the 9-year orchard，corn field and wheat field were all deeper than 600 cm．4)Compared with other fields，soil desiccation in the 19-year orchard occurred most severely．Specifically，the 0－200 cm soil layer dried seasonally，the 200－250 cm and 250－320 cm soil layers dried severely，and the 320－600 cm soil layer dried extremely．Thus，a persistent soil dry layer formed．Soil desiccation in the corn field and 9-year orchard occurred seasonally，and a temporary soil dry layer formed in the shallow soil layer in the case of water shortage．［Conclusions］It is scientific to transfer the agricultural structure of Changwu Tableland from field crops to apple economic forest，but the soil-moisture storage will be absent and the soil drying will be severe after the apple forest reaching the later stage of full fruit period，as a result，the economic value and ecological effect of apple forest will be restricted，thus scientific methods shall be taken such as reasonable water management measures and adjusting stand density to realize the sustainable development of economy and ecology in the region of Loess Tableland．

Keywords:Loess Tableland;apple orchard;soil water content;soil water depletion and replenishment depth;soil dry layer

中图分类号:S152.7

文献标志码:A

文章编号:1672-3007(2016)03-0010-09

DOI:10．16843/j．sswc．2016．03．002

收稿日期:2015 08 23修回日期:2016 05 16

第一作者简介:王石言(1989—)，女，硕士研究生。主要研究方向:生态水文。E-mail:wangshiyanshuai@163．com

通信作者†简介:王力(1973—)，男，研究员，博士生导师。主要研究方向:生态水文、生态修复与农业水土工程。E-mail:wangli5208@nwsuaf．edu．cn