环境科学  2017, Vol. 38 Issue (9): 3860-3870   PDF    
引用本文
冯天骄, 卫伟, 陈利顶, 陈蝶, 于洋, 杨磊. 黄土丘陵区小流域不同整地措施长期影响下的土壤水力学特性[J]. 环境科学, 2017, 38(9): 3860-3870.
FENG Tian-jiao, WEI Wei, CHEN Li-ding, CHEN Die, YU Yang, YANG Lei. Comparison of Soil Hydraulic Characteristics Under the Conditions of Long-term Land Preparation and Natural Slope in Longtan Catchment of the Loess Hilly Region[J]. Environmental Science, 2017, 38(9): 3860-3870.
黄土丘陵区小流域不同整地措施长期影响下的土壤水力学特性
冯天骄1,2 , 卫伟1 , 陈利顶1 , 陈蝶1,2 , 于洋1,3 , 杨磊1     
1. 中国科学院生态环境研究中心, 城市与区域生态国家重点实验室, 北京 100085;
2. 中国科学院大学, 北京 100049;
3. 中国水利水电科学研究院泥沙研究所, 水利部水土保持生态工程技术研究中心, 北京 100048
收稿日期: 2017-02-21; 修订日期: 2017-04-18
基金项目: 国家自然科学基金项目（41371123，41501091）；国家重点研发计划项目（2016YFC0501701）；"十二五"国家科技支撑计划项目（2015BAC01B02）；中国科学院青年创新促进会项目
作者简介: 冯天骄(1991-), 男, 博士研究生, 主要研究方向为生态水文学, E-mail:fengtianjiaobest@sina.cn
通信作者: 卫伟, E-mail:weiwei@rcees.ac.cn
摘要: 水分是维持旱区生态系统健康与可持续性的关键因子.整地措施能够重塑地表微地形，利于旱区雨水收集、侵蚀防控和促进植被恢复，整地长期影响下的土壤水力学性质是本文的研究重点.以定西龙滩流域为研究区，通过野外采样与室内实验相结合，分析植被恢复过程中典型整地措施（鱼鳞坑、反坡台）的土壤水分时空分布、土壤水分特征曲线和水分常数，并辅以自然坡面为对照定量评价工程措施的土壤水力学特性.结果表明：① 整地可以有效提高土壤水分含量.整地后土壤水分体积分数平均提高1.883%，相比自然坡面高出了22.62%.反坡台和鱼鳞坑整地后，土壤水分含量分别提高了29.69%和15.55%.② 与对照相比，鱼鳞坑和反坡台的饱和含水量分别提高了7.52%和4.24%，有效水含量分别提高了4.74%和11.40%，整地措施能够提高土壤持水力和供水力，改善土壤水力学性质.③ 整地措施对表层土壤持水能力和供水能力的影响较深层大，与对照相比，鱼鳞坑和反坡台表层土壤（0~20 cm）有效水分提高了38.75%和23.84%，而深层（60~80 cm）有效水分与自然坡面差异只有3.34%和3.85%；土壤水分差异也随着土层深度而减少.本研究定量评价了不同整地方式和自然坡面的土壤水分特性，其结果期望为脆弱生态系统植被恢复和水土资源管理提供科学依据.
关键词: 黄土高原      整地方式      土壤水分特征曲线      土壤水力特性      比水容量     
Comparison of Soil Hydraulic Characteristics Under the Conditions of Long-term Land Preparation and Natural Slope in Longtan Catchment of the Loess Hilly Region
FENG Tian-jiao1,2 , WEI Wei1 , CHEN Li-ding1 , CHEN Die1,2 , YU Yang1,3 , YANG Lei1     
1. State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China;
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. Research Center on Soil and Water Conservation of the Ministry of Water Resources, Department of Sediments Research, China Institute of Water Resource and Hydropower Research, Beijing 100048, China
Abstract: Soil moisture plays a crucial role in maintaining the health and sustainability of dryland ecosystems. Terracing and other similar land preparations can reshape the natural slope and change underlying surface into different micro-landforms, which are significant for rainwater harvesting, erosion control, and vegetation promotion in arid regions. In this study, the Longtan Watershed in Dingxi region was selected as the study area. Based on in situ experiments, soil sampling analysis, and modeling simulation, the effects of land preparation and artificial vegetation (Fish-scale pit/Adverse grade tableland-Platycladus orientalis) on soil moisture characteristics curves and soil moisture constants were quantitatively analyzed. ① The land preparations could effectively improve the soil moisture content in the study catchment of Loess Plateau. Compared with natural slope, soil water content of land preparations increased by 1.883%(volume fraction) on average and fish-scale pit method and adverse grade tableland method enhanced the soil moisture by 29.69% and 15.55%, respectively. ② Compared with the natural slope, fish-scale pit and adverse grade tableland could significantly improve the soil hydraulic properties. After carrying out the land preparations, saturated soil water content and soil properties such as field capacity increased by 4.24%-11.40%, suggesting that land preparations can improve soil moisture and water supply ability. ③ Surface soil moisture characteristics were better than those of the underlying soil layers after land preparations. Compared with the natural slope, fish-scale pit and adverse grade tableland's shallow soil layer (0-20 cm) increased the moisture by 38.75% and 23.84%, respectively, whereas in the deep layer (60-80 cm) the increment of moisture were only 3.34% and 3.85%, respectively. This research provides scientific basis for vegetation restoration and land improvement in fragile semi-arid ecosystems.
Key words: Loess Plateau      land preparation      soil water characteristic curve      soil hydraulic characteristics      specific water capacity     

黄土高原地区生态环境脆弱, 降雨量低, 土壤水分严重缺乏, 水分是生态恢复的限制因子[1, 2].然而, 水分含量的大小不能完全说明其水分亏缺状态, 所以研究土壤水分有效性和土壤水分持水供水特性有利于认清黄土高原土壤水分丰缺和有效程度的真实状态, 从而更合理地采取整地措施和植被建设等生态恢复手段[3].土壤持水和供水特性决定土壤水分有效性, 即土壤对水分和植物需水的保持和供给能力[2].为保持水土资源和生态环境, 坡改梯整地措施是主要的人工生态恢复手段.整地通过改造下垫面, 减短了径流路径, 增加了土壤入渗, 并且减少土壤蒸发, 改善土壤性质, 从而达到保持水土的目的[4].黄土高原整地措施的保水效应的相关研究表明, 该地区整地后的持水性及抗旱力增强, 整地能够有效影响土壤水分特性[5].同时发现整地后不同深度土壤的持水和供水特性存在一定变异性[6], 并说明土壤物理性黏粒及土壤结构是造成土壤水分特性垂直变异的主要因素.

为了明确整地方式对土壤水分影响的内在机制, 水分特征曲线是分析土壤水力学性质的有效方法, Kargas等[7]利用水分特征曲线对比不同土地利用方式的土壤水分的持水能力, 发现不同整地方式的保水能力和水分扩散能力并不相同, 但均优于对照(裸地).还有学者对比分析了水分常数垂向变化, 发现不同土地利用方式的土壤水力学性质存在较大空间差异性[8].在亚热带红壤区, 有研究表明以坡改梯为主体的整地方式能够增加土壤贮水量, 提高土壤持水能力, 减轻土壤退化, 并有利于植被更有效抵御短期干旱[9].

在黄土高原, 人们也开展了土壤水分特性的实验研究[4, 10~16], 但大多数是基于不同质地的土壤或是不同种类林地的水分特性研究[13~16].整地措施作为植被恢复过程中的主要技术措施之一, 能够有效拦蓄径流, 保持水土, 提高植被成活率[4].然而关于其作用的内在机制, 特别是对整地措施开展后的持水、供水性质的内在影响, 并未有足够的关注.基于此, 本文以甘肃定西龙滩小流域内典型整地措施(鱼鳞坑和反坡台)及植被恢复树种(侧柏)为研究对象, 并辅以相同植被的自然坡面(未整地)作为对照, 对工程措施实施多年后的土壤水力学特性进行对比分析, 探讨工程措施对土壤水分的有效性和土壤持水能力的影响, 以期为黄土沟壑区植被恢复与水土资源管理提供科学依据.

1 材料与方法 1.1 研究区和实验小区设计概况

龙滩流域(35°43′~35°46′N, 104°27′~104°31′E)地处甘肃省定西市西北部, 属于典型的半干旱黄土丘陵区小流域, 流域面积16.1 km2, 海拔1 800~2 200 m.该区属半干旱大陆性气候, 据长期气象数据(1958年至今), 平均气温6.8℃, 平均无霜期152 d, 平均日照时数2 052 h; 年均降水量386.3 mm.该地区植被生长季为每年5~10月, 降雨主要集中在7~9月, 且多暴雨, 潜在蒸发量为1 649.0 mm, 年平均相对湿度72%, 水分亏缺严重[15, 16].

为改善生态环境, 当地从20世纪50年代起就开展了大规模植被恢复和坡面地形改造工程.反坡台、鱼鳞坑能够使土壤疏松, 拦蓄地表径流, 加强入渗作用, 提高水分利用率, 是流域内开展植被恢复的主要整地措施.在坡面尺度, 进行侧柏鱼鳞坑、侧柏反坡台和侧柏自然坡面小区的布设, 各小区的基本特征见表 1.

表 1 小区的基本情况1) Table 1 Basic characteristics of the plots

1.2 数据收集 1.2.1 水分数据的测定

土壤水分含量采用便携式时域反射仪(time domain reflectometry, TDR)分不同土壤深度(0~5、5~10、10~20、20~30、30~40、40~60、60~80、80~100 cm)在两年生长季内(2014年5月1日~2015年10月31日)进行测定, 每两周测定一次.分别在不同整地方式和自然坡面样地内沿坡面布设监测样点, 每个样地每层测定3个样点作为重复.在用便携式时域反射仪进行测定前, 采用烘干法对TDR测定的土壤含水量进行校正, 得出二者的回归方程y=1.180 5x-0.385 1, R2=0.99, y为采用烘干法测定的土壤含水量乘以土壤容重, x为时域反射仪测定的土壤含水量.与此同时, 在流域内布设自动气象站(Vantage Pro 2) 记录生长季内的降水量.

1.2.2 土壤样品的采集及分析

在2015年生长季采集土壤样品, 方法是沿小区坡面上、中、下坡位分四层(0~20、20~40、40~60、60~80 cm)进行取样, 每层3个重复, 采用自封袋保存取回实验室, 备用与测定土壤机械组成; 同时采用容重环刀和1 cm小环刀, 按照相同深度采集土壤样品, 供测土壤水分特征曲线.

土壤机械组成采用激光粒度仪(Mastersizer 2000) 进行测定, 测定方法以及前处理参照文献[17].土壤水分特征曲线采用砂箱法结合水吸力膜法测定, 其中沙箱测定范围为0~80 cm水柱(0.001~0.008 MPa), 压力膜法可测定0.01~1.5 MPa水吸力下土壤水分情况(图 1).

图 1 土壤水分特征曲线测定装置 Fig. 1 Soil water characteristics curve measurement device

1.3 数据处理方法 1.3.1 水分特征曲线的模拟

采用van Genuchten模型拟合水分特征曲线

(1)

式中, θ为含水量(%，体积分数); θr为残留含水量(%，体积分数); θs为饱和含水量(%，体积分数); h为负压值; α、n、m为经验拟合参数; m=1-1/n[18].

1.3.2 土壤比水容量的计算

比水容量是衡量土壤水分对植物的有效性和反映土壤持水性能的一个重要指标.由模拟公式可知, 比水容量的方程是将van Genuchten拟合方程以土壤水吸力为自变量求导后的斜率值, 所以根据各曲线的拟合方程, 比水容量方程即：

(2)

式中, θ为体积含水量(%, 体积分数); θr为残留含水量(%，体积分数); θs为饱和含水量(%，体积分数); h为负压值; α、n、m为经验拟合参数(或曲线性状参数); m=1-1/n.

1.3.3 数据统计分析

基于收集的整地和自然坡面条件下的土壤水分含量, 计算各月份和深度的平均值和标准差, 用于表示水分的时间和深度分布, 以及进一步地分析.通过K-S检验数据符合正态分布, 所以显著性分析采用单因素ANOVA方法; 其中个别未通过正态分布的数据组的显著性检验使用Kruskal-Wallis检测.本文数据统计和分析使用SPSS 20.0软件, 作图使用SigmaPlot 12.5.

2 结果与分析 2.1 相同降雨条件下整地方式与自然坡面条件下土壤水分含量的比较 2.1.1 研究区2014~2015年生长季降雨特征

龙滩流域2014~2015年生长季降雨分布如图 2所示, 2014和2015年的生长季降雨总量分别为501.6 mm和323.2 mm, 分别可以代表丰水年和平水年的降雨情况.其中, 两年内5月到10月的平均月降雨量分别为60.5、67.5、100、76.6、75.2和32.6 mm, 由此可见生长季中期(7~9月)的降雨最高, 占生长季总雨量的61%;其次是生长季初期(5、6月), 占生长季总雨量的31%;而生长季末期(10月)的降雨量最少, 仅占总雨量的8%.

图 2 龙滩流域2014~2015年日降雨量分布 Fig. 2 Long tan catchment daily rainfall characteristics in two years(2014-2015) during growing season

2.1.2 研究区2014~2015年生长季土壤水分含量的比较

2014~2015年生长季各月份平均水分含量如图 3所示, 生长季内各月水分含量呈现增加后减少的趋势, 并在7月达到最高值. 2种典型整地方式和自然坡面的平均土壤水分含量由高到低分别是反坡台(10.795%)>鱼鳞坑(9.618%)>自然坡面(8.324%), 相比自然坡面, 反坡台和鱼鳞坑整地后土壤水分含量分别提高29.69%和15.55%.整地后土壤水分平均提高了1.883%, 相比自然坡面显著高出了22.62%(P < 0.05).此外, 对比两种整地方式各月份的水分含量, 反坡台均高于鱼鳞坑, 其中在5、6月差异显著(P < 0.05), 6月两者差异达到最大值2.583%(反坡台比鱼鳞坑高27.87%), 在7月到10月差异不显著(P > 0.05), 即在降雨量较少的生长季初期, 反坡台的水分含量优势更加明显.

图中各月份水分数据是2014~2015年生长季内观测的平均数据, 不同大写字母表示不同整地方式和自然坡面在各月份水分含量的差异显著P < 0.05 (One-way ANOVA) 图 3 整地方式和自然坡面条件下各月份的水分含量比较 Fig. 3 Soil water content monthly variations among different land preparations and nature slope

如表 2所示, 平均土壤水分含量按深度的变化规律是由表层逐渐增加, 到20~40 cm左右达到峰值, 之后土壤水分随土壤深度的增加而逐渐减少.对比不同整地方式和自然坡面条件下的土壤水分, 整地后(反坡台、鱼鳞坑)的土壤水分含量均显著高于自然坡面(P < 0.05);同时可以发现30 cm为界限, 30 cm以上的土壤水分差异较大, 而30~100 cm的土壤水分差异较小, 例如在10~20 cm是整地前后差异的最大值, 整地后平均提高了65.37%的水分含量, 而到深层60~80 cm和80~100 cm, 反坡台和鱼鳞坑相比鱼鳞坑的土壤水分差异分别只有0.01%、0.53%、0.06%和1.02%.

表 2 整地和自然坡面条件下不同土层的水分含量比较1)/% Table 2 Comparison of soil water content with land preparation and natural slope in different soil horizons/%

2.2 整地方式和自然坡面土壤水分特征曲线对比

由表 3可知, van Genuchten方程拟合的土壤水分特征曲线, 整地后水分含量有所提高, 不同水吸力梯度下土壤含水量结果表现为：鱼鳞坑>反坡台>坡面对照; 同一整地和植被覆盖条件下表层土(0~20 cm和20~40 cm)>底层土(40~80 cm).在各水吸力梯度下, 鱼鳞坑和反坡台与自然坡面相比水分含量分别平均提高了10.53%和5.26%, 说明整地后两种工程措施都有较好的保水功效.由图 4可知, 整地后的土壤表层相比深层有更明显的水分提高作用, 与自然坡面相比, 鱼鳞坑和反坡台表层(0~20 cm)水分含量分别提高了32.1%和10.5%, 而底层土(60~80 cm)水分含量都只提高了5.3%, 整地对表层土壤的水分提高作用优于底层土.

图 4 整地方式和自然坡面条件下的各土层的土壤水分特征曲线 Fig. 4 Soil water characteristics curve of each layer for different land preparations and nature slope

2.3 整地方式和自然坡面的土壤持水性能比较

土壤水分有效性常数的测定结果见图 5.

不同大写字母表示不同整地方式和自然坡面之间的显著差异(P < 0.05, Kruskal-Wallis H Test), 不同小写字母表示整地方式和自然坡面在各土层水分含量的差异显著(P < 0.05, Kruskal-Wallis H Test) 图 5 整地方式和自然坡面条件下的各土层的土壤水分常数比较 Fig. 5 Soil water characteristics of each layer for different land preparations and nature slope

如图 5所示, 该地区的土壤水分常数比较低, 土壤水分保持能力较弱, 饱和含水量最大值只有38.93 cm3·cm-3, 有效水含量在10 cm3·cm-3左右.对比整地前后的土壤水分常数变化, 整地后的土壤表层饱和含水量、有效水、田间持水量等水分常数有显著的提高(Kruskal-Wallis H Test, P < 0.05);整地后相比自然坡面表层0~20 cm饱和含水量可以提高7.9%, 有效水分提高了31.30%, 其中鱼鳞坑和反坡台表层土壤(0~20 cm)有效水分相比自然坡面分别提高了38.75%和23.84%, 而深层(60~80 cm)有效水分与自然坡面差异只有3.34%和3.85%.综上所述, 整地之后相比自然坡面, 土壤的持水性相对较好, 鱼鳞坑和反坡台这两种整地方式均对提高土壤的持水性有积极作用.同时可以发现表层的土壤持水性优于底层土, 因为底层土壤水分的差异没有表层明显(Kruskal-Wallis H Test, P > 0.05).

2.4 整地方式和自然坡面的土壤供水能力比较

不同条件下土壤比水容量如表 4所示.从整体来看, 该地区的土壤比水容量较小, 土壤供水能力较低.对比不同小区的土壤比水容量, 可以看出相比自然坡面, 整地后土壤供水能力有一定提升, 鱼鳞坑和反坡台在0.001 MPa水吸力条件下的0~20 cm土层的比水容量分别为0.565 cm3·(cm3·MPa)-1和0.475 cm3·(cm3·MPa)-1, 而自然坡面在该土层比水容量只有0.417 cm3·(cm3·MPa)-1; 另一方面, 不同土层的土壤供水能力对比显示, 土壤表层的供水能力大于土壤底层的供水能力, 特别是在高水吸力条件下, 如0.5 MPa时, 侧柏鱼鳞坑和侧柏反坡台底层(60~80 cm)比水容量分别为2.27×10-4 cm3·(cm3·MPa)-1和3.74×10-4 cm3·(cm3·MPa)-1, 而表层(0~20 cm)比水容量分别是5.83×10-4 cm3·(cm3·MPa)-1和5.71×10-4 cm3·(cm3·MPa)-1.由此可见相比自然坡面, 整地有效提升了土壤供水能力, 并在表层提升作用最明显.

3 讨论 3.1 整地措施对土壤水分的影响

在黄土高原干旱和半干旱地区, 为了防治水土流失, 保护水土资源, 整地是最主要的人工方式[19], 它对土壤水分影响主要通过对水分收集和水分保持两个方面.一方面, 在降雨过程中, 整地对下垫面的修整, 改变了径流路径, 拦蓄地表径流, 即缩短径流线且减少了径流量, 而通过对土壤的翻动有利于土壤导水性的提升, 从而增加了水分入渗[4, 20].另一方面, 在干旱条件下土壤水分散失的主要途径是土壤蒸发, 而整地通过坡改梯的方式减少了土壤蒸发面积, 有利于水分的保持, 同时整地后由于对土壤的松动, 有利于土壤结构和土壤性质的改善, 也进一步提升了土壤的保水功能[21].

本研究发现, 在相同气象数据条件下(图 1), 基于两年的不同整地方式和自然坡面条件下的土壤水分含量观测, 整地后的土壤水分含量高于自然坡面, 其中反坡台比自然坡面高出2.471%(P < 0.05), 鱼鳞坑比自然坡面高出1.294%(图 3), 整地后平均比自然坡面水分提高22.62%, 说明了整地对保持土壤水分的有效性, 这一点与诸多研究结果相似[22~24].反坡台小区的土壤水分高于鱼鳞坑, 两者平均相差1.177%, 但差异并不显著(P > 0.05).具体来讲, 根据2014~2015年的降雨分布特征(图 1), 在降雨较少的干旱的生长季初期(5、6月)两种整地方式的差异显著, 而生长季中后期(7~10月)随着降雨量的增加(图 2), 两种整地方式的土壤水分含量差异不显著, 相比自然坡面的保水效果也不如生长季初期好(如10月整地小区与自然坡面的最小差异只有0.35%).说明在干旱条件下反坡台的保水效果更好, 而在降雨较多时, 鱼鳞坑也有较好的保水效果.这是因为鱼鳞坑整地方式的特点是在坡面上挖掘鱼鳞半月状的坑, 而反坡台是对坡面进行阶梯状的大面积的平整[25, 26], 这样的修建特点导致在降雨后有坑状结构的鱼鳞坑更能集中地收集雨水在其坑中, 使鱼鳞坑便于降雨后的水分收集[26]; 而在干旱条件下, 反坡台平整了大面积的土地使得坡面土壤蒸发面积大幅减少, 而鱼鳞坑对土壤扰动小, 施工量小, 没有大量减少坡面土壤的蒸发面积[27], 所以土壤水分散失较大, 在土壤水分保持能力方面不如反坡台.综上所述, 反坡台的水土保持作用优于鱼鳞坑, 而鱼鳞坑在降雨较多时也具有较好的雨水收集能力.

3.2 整地后土壤水分特性的变化

土质是影响土壤水力学性质的主要因素.水分特征曲线、持水能力、比水容量主要受土壤质地和土壤结构影响[28].因为该地区以黄土为成土母质, 土壤孔隙较大, 粒间孔隙粗, 毛管力微弱, 施加较小的吸力, 大孔隙中的水分就被排出; 而保持在小孔隙中的水分只有在较大吸力下才能被排出, 这也是该地区土壤持水量低的内在原因[28].本研究对比整地前后的土壤水分特征曲线存在差异(图 4), 原本该研究区土壤黏粒含量较低, 主要以较粗的砂粒、粉粒为主[29], 由于整地后改善了土壤结构和土壤环境, 使在低水吸力条件下有效水比较容易供给, 而在高水吸力条件下, 土壤本身的结构特点决定了其供水的困难性(表 4), 导致供水差异逐渐变小[30, 31].在人工整地之后, 由于不同层次的土壤掺和, 改善了土壤结构, 同时整地后植被的生长进一步会影响土壤的持水能力.

黄土高原地区的土壤多为黄土土质, 土壤发育缓慢, 很难形成好的土壤结构和颗粒组成, 导致其持水能力和保水能力较差, 供水能力也因此较差[31].通过人工植被恢复和人工整地, 对土壤性质和土壤环境有积极的改善作用, 优化土壤环境、改善土壤质地, 所以相比自然坡面, 整地之后的土壤持水能力、土壤供水能力都有一定的提高(图 5和表 4).在研究区的小流域, 由于长时间坚持整地和植被恢复, 使该地区的土壤粉粒含量逐渐提高, 从而改善了土壤水分特性和理化性质.

3.3 不同整地方式下水分特性的层次性

最后, 本研究中无论是土壤水分还是土壤持水、供水能力的对比, 都发现整地方式对土壤表层的作用大于底层, 即整地的保水效果在表层差异最明显, 随着土壤深度的增加, 保水效果逐渐减少, 如土壤水分的对比中, 两种整地方式的土壤水分在表层(0~5 cm)相差2.16%且差异显著(P < 0.05);而水分差异随土层加深逐渐变为不显著, 在80~100 cm土层两者相差0.94%, 差异不显著(P > 0.05).相似地, 整地后土壤的保水能力、供水能力也显示表层效益更好(图 5和表 4).由于整地改变土壤下垫面结构从而改变了水文路径, 这就导致泥沙(土壤颗粒)的运移和传输发生了改变[32], 在降雨的驱动下, 整地导致了不同土壤颗粒的运移程度的差异, 所以合理地整地后形成了良好的土壤结构, 土壤具有更好的保水性质, 从而使得整地的土壤有较好的水力学性质[33].综上所述, 整地时主要改造土壤表层的结构, 所以对土壤表层影响较大, 并且相关研究也表明深层土壤性质更多受植物根系和土壤性质等影响[34~36].

4 结论

(1) 黄土高原龙滩流域地区, 整地可以有效地提高土壤水分含量.基于两年土壤水分数据对比, 整地方式和自然坡面的平均土壤水分含量由高到低分别是反坡台>鱼鳞坑>自然坡面.相比自然坡面, 反坡台和鱼鳞坑整地后土壤水分含量分别提高了29.69%和15.55%.整地后土壤水分平均提高1.883%, 相比自然坡面高出了22.62%.

(2) 在植被覆盖程度相似的情况下, 长期的整地工程措施对土壤性质有明显的改善.根据对比土壤持水性质和土壤的供水能力, 比较田间持水量、有效含水量和比水容量, 整地后土壤的持水能力有了明显的提高, 相比自然坡面, 鱼鳞坑和反坡台饱和含水量分别提高了7.52%和4.24%, 有效水含量分别提高了4.74%和11.40%.

(3) 对比不同土壤深度的水分情况, 整地后表层水分常数显著高于底层.与对照相比, 鱼鳞坑和反坡台表层土壤(0~20 cm)有效水分提高了38.75%和23.84%, 而深层(60~80 cm)有效水分与自然坡面差异只有3.34%和3.85%, 说明整地对土壤表层的水分特性提高效益优于底层土.

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