陕北黄土丘陵坡地桑园土壤含水量变化浅析

薛雄瑞 薛忠民 苏 超* 廉喜红 汪喜红 胡仲林

(1.绥德县园艺技术推广站，陕西绥德 718000；2.西北农林科技大学蚕桑丝绸研究所，陕西杨凌 712100； 3.榆林市蚕桑工作站，陕西榆林 719000)

陕北黄土高原由于长期人为干扰和自然因素作用，植被遭到严重破坏，加之气候干燥、生态环境脆弱，水土流失严重，人民的生命财产和生态安全受到严重威胁[1]。

陕北的栽桑历史久远，上世纪九十年代初贾厚礼等[2]对陕北陡坡地发展桑树水保林进行过调查，表明水平沟栽桑的土壤侵蚀量比普通坡耕地减少了85.9%。1999年开始实施的退耕还林(草)工程，榆林市先后栽植生态桑4万hm2(60万亩)，其中绥德县1.67万hm2(25万亩)，生态环境得到极大改善，植被恢复效果显著[3]。深厚的黄土层适合桑树的生长，但半干旱气候使得土壤水分成为桑树生长的主要限制因子。本试验针对绥德县黄土丘陵坡地退耕栽桑的土壤水分进行研究，以揭示生长季节、不同植被情况以及不同的土壤深度对于土壤水分的影响，旨在为解决植被的经营与巩固、重建与恢复等方面提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在绥德县白家硷乡西贺家石村进行。绥德县属温带大陆性半干旱气候，四季分明，土地类型主要为坡耕地，土壤为黄土母质上发育成的黄绵土，土质疏松，入渗能力较强，抗蚀抗冲性差。其年总辐射量(光量)为1.3249×109J/m2，年平均气温10.6度，其中最热月(七月)平均气温为24.9 ℃，最冷月(一月)平均气温为-6.1 ℃，年极端走在最高和最低温度分别为39.5 ℃和-20.4 ℃，≥10 ℃积温3 995.5 ℃，持续时间203 d，无霜期222 d。年平均降雨量554.0 mm，生长季(5-9月)降雨量占全年降雨量的75.9%。

试验在坡度20°左右的坡地进行，桑树为2000年栽植的实生桑，行距300 cm，株距50 cm，每667 m2栽桑450株，自然生长树形。坡面以紫花苜蓿为主的“桑—草”间作，坡带苜蓿行距30 cm，株距30 cm，多行种植。

1.2 试验设计

设计桑地、桑-草间作带、空地3种土地类型，土层深度5 cm、30 cm、50 cm、100 cm，测量土壤含水量。5月至9月每月中旬测量1次。测试仪器为浙江托普仪器有限公司便携式土壤水分速测仪TZS-I,能直接测量并显示土壤水分含量值，可实时存储数据。

测量方法：距桑树行间50～60 cm，桑-草间作带和空地的中间位置作为数据采集点。随机选择5处进行测量土壤含水量，探头直接插入5 cm深直接采集数据，采集30 cm和50 cm深度的土壤含水量时，先挖至一定深度，再将探头插入以采集数据。每次每个采集点测量3次以提高准确率，每次更换位置。

1.3 降水量数据

由绥德县气象站提供。

1.4 数据处理与统计

土壤含水量以“平均值±标准误”表示，采用软件SPSS V13.0处理数据，对数据进行单因素方差分析，检验土壤层次之间的差异显著性和相关性。

2 结果与分析

2.1 绥德黄土丘陵坡地桑园水分年际变化

降雨是黄土高原土壤水分和天然植被水分补给的主要来源，年降水量多少直接影响土壤含水量的变化。该试验区多年平均降水量为428 mm，2015和2016年的降雨量分别相当于年平均年降雨量的98%和108%，为正常年份；而2017年则相当于年均降雨量的115%，从表1中可看出，生长季初期(4—6月)降水量较少，在生长季中期(7—9月)降水量较大，生长季末降雨量急剧减少。5 cm土层含水量随气候和降雨变化比较大，但是不同土地类型间差异不大(结果见表2)。

表12015-2017年绥德县全年降水量(mm)

2.2 2015-2017年土壤水分动态变化

土壤水分动态变化包括土壤水分的季节/年际和垂直变化。2015-2017年生长季(5-9月)绥德县试验基地的桑地、桑草间作地和空地的土壤水分动态变化结果见表2 。在生长季初期，桑地、桑草间作地及空地的土壤含水量较高，随着植物生长耗水量增加和土壤蒸发的增加，虽然有降水补给，但土壤水分含量仍然在减少，至8月初，土壤含水量降至最低值，随后降雨量增加其土壤含水量也增加。桑地、桑草间作地及空地浅表层土壤含水量与降雨条件密切相关，其降水量增加则浅表层土壤含水量显著增加，而中下层土壤含水量增长缓慢，深层土壤含水量则呈下降趋势，土壤含水量大体上表现为由表层向深层土壤逐渐减少。

2.3 三种不同植被类型对土壤含水量的影响

绥德县试验基地栽植的桑地、桑草间作地和空地三种类型在2015-2017年不同月份土壤含水量数据的描述性统计分析结果见表2，空地的浅表层土壤含水量略小于桑地和桑树苜蓿间作要小，但无显著差异，提示空地土壤蒸发作用大于桑地和桑草间作。桑地和桑草间作带的中下层土壤含水量略大于空地，但无显著差异，提示二者对中下层土壤含水量有一定的保护作用。一些研究指出密植桑树和其他植物导致土壤中下层干化，所以在干旱半干旱地区栽植植物时要限制栽植植被的密度。

表22015-2017年不同处理对不同深度土壤水分含水量的影响

3 结论与讨论

在干旱与半干旱地区，土壤水分作为一项极为重要的限制性生态因素，在植物生长中具有非常重要的作用[4]。土壤严重缺水而导致的土层干化现象是建造防护林需要考虑的首要限制因子，因此在植树造林时，必须考虑不同立地条件下土壤水分的特点，合理而有效地利用土壤水分资源。榆林地区深厚的黄土层适合桑树的生长，生态桑对植被恢复和环境改善发挥了重要的生态防护作用[3]，但半干旱气候使得土壤水分成为桑树生长的主要限制因子，再加上不合理的密植桑树导致部分区域土壤含水量下降和土壤干化，日益威胁到土壤水资源的持续利用和生态桑的成效。在绥德县赵家砭村观察的生态桑园土壤干化发生在200 cm深处，干化现象使桑树摄取水分越来越困难，土壤水分亏缺越来越严重[5]。我们观察到子长和吴堡县梯田栽植的桑树，由于采取了合理的种植密度和栽培措施，生长了三四十年仍然健壮。

干旱半干旱区的植被能改善土壤结构, 增强土壤的持水能力和水分调节能力，但这与地表植被的密度有关系，地表植被密度太大会导致土壤水分消耗量过大。另外，地表覆盖(植被或其他覆盖物)能有效提高土壤含水量, 合理耕作也能改善土壤结构, 增强土壤保水能力。乔木和灌木能抵抗强大径流的冲击，林草间作则可拦截地表径流，形成蓄水保土效应，因此桑-草间作能明显改善植被覆盖状况、土壤侵蚀和水土流失，但桑草间作的密度及草种须选择合理。从多年的种植实践看，桑园不适合间作紫花苜蓿等深根系作物，因为二者都是深根系植物，苜蓿根系与桑树竞争水分，也加剧了土壤干化现象的形成，不利于生态恢复[6]。毛苕子和沙打旺等浅根系植物以及小冠花和禾本科类牧草中的多年生早熟禾等可与桑树间作，这几种植物搭配混种可形成良好的植被覆盖，发挥蓄水保土效应，对建设绿色陕北有很好的启迪和示范效用。