甘肃气候
-
2023年2月20日发(作者：)第35卷第5期2021年10月
水土保持学报JournalofSoilandWaterConservation
Vol.35No.5
Oct.
,
2021
收稿日期
:2021-03-19
资助项目
:
国家自然科学基金项目
(41975151
);
干旱气象科学研究基金项目
(
IAM201912
);
中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风
险管理重点实验室开放基金项目
(CAMF-201801
);
甘肃省气象局气象科研人才专项
(
GSMArc2019-07
)
第一作者
:
杨阳
(1992
—),
女
,
硕士
,
研究实习员
,
主要从事应用气象研究
。
:
y
an
gyy
120300@
通信作者
:
赵鸿
(1977
—),
女
,
博士
,
研究员
,
主要从事农业生态与气候变化研究
。
:
zhaohon
g
lt@
甘肃省不同气候类型区土壤水分特性
杨阳1,
马绎皓2,
赵鸿1,
齐月1,
张凯1,
王鹤龄1
(
1.中国气象局兰州干旱气象研究所
,
甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室
,
中国气象局干旱变化与减灾重点开放实验室
,
兰州730030
;
2.兰州中心气象台兰州730200
)
摘要
:
为揭示甘肃省不同气候区不同质地土壤的容重
、
田间持水量和凋萎湿度的差异
,
对观测资料的适用
性和推广价值进行评价
。
通过对77个站点10
—
100cm土壤水分资料的分析
,
结果表明
:
甘肃省全省的土
壤容重范围为0.89~1.79
g
/
cm3,
平均值为
1.36
g
/
cm3,
表层土壤容重与深层土壤容重差异显著
(P<
0.05
),
半湿润区
、
半干旱区浅层土壤容重更易受到外界环境及人为活动的干扰
。
甘肃省大部田间持水量由
西北向东南呈增加趋势
,
田间持水量的最大值为36%~40%
,
分布在高寒湿润区
10
—
50cm土层
,
全省10
cm与20cm土层田间持水量差异较小
,
相关系数为0.96
,
与其他层次差异较大
,
50cm土层很可能是甘肃
地区土壤田间持水量的分界层
。
各土层凋萎湿度最大值均出现在冷温带干旱区
、
高寒半干旱半湿润区中
部
,
不同层次间田间持水量与凋萎湿度呈极显著相关
。
甘肃省全省大部分地区主要以壤土为主
,
除此之外
干旱区主要以砂壤土为主
,
半干旱区主要以砂壤土与黏壤土为主
,
半湿润区主要以粉壤土与黏壤土为主
。
探讨不同气候区不同层次间土壤容重
、
田间持水量和凋萎湿度的差异
,
以期为保障地上生产力
、
提高水分
利用效率提供数据支撑
。
关键词
:
甘肃
;
土壤容重
;
田间持水量
;
凋萎湿度
中图分类号
:S164文献标识码
:A文章编号
:1009-2242
(
2021
)
05-0213-08
DOI:
10.13870
/j
..2021.05.029
SoilMoisturePro
p
ertiesofDifferentClimateT
yp
esinGansuProvince
YANGYan
g1,
MAYihao2,
ZHAOHon
g1,
QIYue1,
ZHANGKai1,
WANGHelin
g1
(
uInstituteo
f
AridMeteorolo
g
ical
,ChinaMeteorolo
g
icalAdministration,Ke
y
Laborator
y
o
f
AridClimateChan
g
eandReducin
g
Disastero
f
GansuProvince,Ke
y
O
p
enLaborator
y
o
f
AridClimateChan
g
eand
DisasterReductiono
f
CMA,Lanzhou730030;
uCentralMeteorolo
g
icalObservator
y
,Lanzhou730200)
Abstract:
Throu
g
htheanal
y
sisofsoilmoisturedataat77sitesinGansuProvincefrom10to100cm
,
the
p
ur
p
oseofthisstud
y
wastorevealthedifferencesinsoilbulkdensit
y
,
fieldwaterca
p
acit
y
,
andwiltin
gp
oin-
tunderdifferentsoiltexturesindifferentclimatere
g
ions
,
andtoevaluatethea
pp
licabilit
y
and
p
romotionof
ultsshowedthatthesoilbulkdensitiesran
g
edfrom0.89to1.79
g
/
cm3,
withan
avera
g
eof1.36
g
/
asasi
g
nificantdifferencebetweenthebulkdensit
y
ofto
p
soilanddee
p
soil.
Thebulkdensitiesofshallowsoilsinsemi-humidareasandsemi-aridareasweremorelikel
y
tobedisturbed
b
y
ldwaterholdin
g
ca
p
acit
y
inmostareawasincreas-
in
g
fromnorthwesttosoutheast
,
withthemaximumof36%~40%inthe10-50cmsoilla
y
erintheal
p
ine
ferenceinfieldwaterholdin
g
ca
p
acit
y
between10and20cmsoilla
y
erswassmall
,
witha
correlationcoefficient
(
0.96
),
whichwas
q
uitedifferentfromotherla
y
ers
,
the50cmsoilla
y
erwaslikel
y
to
betheboundar
y
la
y
erofsoilfieldwaterholdin
g
ca
p
acit
y
.Themaximumwiltin
gp
ointofeachsoilla
y
era
pp
earedin
thearidareaofthecoldtem
p
eratezoneandthemiddleoftheal
p
ldwater
holdin
g
ca
p
acit
y
andthewiltin
gp
ointofdifferentla
y
erswereextremel
y
si
g
nificantl
y
p
artsofGan-
suProvincearemainl
y
loam
,
inaddition
,
thearidareaismainl
y
sand
y
loamsoil
,
thesemi-aridareaisdomi-
natedb
y
sand
y
loamandcla
y
loam
,
andthesemi-humidareab
y
siltloamandcla
y
loam.
Ke
y
words:
Gansu
;
soilbulkdensit
y
;
fieldwaterca
p
acit
y
;
wiltin
gp
oint
Copyright©博看网htsReserved.
土壤容重是重要的土壤物理性质之一
,
与土壤
、
农业生态系统密切相关
,
对土壤的热
、
水力和力学性
能具有重要影响
[
1-2
]。
土壤压实也是一个主要的农业
问题
,
对生产力具有重要影响
[
3
]。
田间持水量常被用
来衡量土壤的保水性能
,
对农业生产及农田灌溉等具
有指导意义
[
4-5
],
而萎蔫湿度是土壤有效水分和无效
水分的分界点
,
是土壤所能保持的最大有效性能
[
6
]。
土壤容重被视为与土壤紧实度以及土壤的许多物理
、
化学和生物学特性相关的关键因素
[
7
]。
目前国内外
学者对土壤容重
、
田间持水量和凋萎湿度都进行了大
量研究
,Li等
[
8
]
研究发现
,40cm以上土壤容重的空
间变异性受结构和随机因素的影响
,
而40cm以下土
壤容重受结构因素主导
(
土壤属性
),
土壤有机质是影
响各层土壤容重空间变异性的控制因素
;
宋丽等
[
9
]
研
究发现
,
太原市公园绿地表层土壤容重与深层土壤容
重存在极显著差异
,
且该地区土壤容重偏大
,
不易于
植物生长
,
需进行一定的改进
;
田皓等
[
10
]
研究发现
,
土壤水分较少时空气偏多
,
沙土类植物的蓄水保肥能
力差
,
致使植物凋萎湿度小
,
而壤土的通透性较好
,
凋
萎湿度适中
,
适宜作物生长
。
基于土壤容重对土壤管
理
、
土壤肥力质量高低及植物生长生产的影响
,
田间
持水量及凋萎湿度对保水育肥
、
旱情分析的重要性
,
研究土壤容重
、
田间持水量和凋萎湿度对合理利用土
地
、
阐明土壤生产力
、
指导土壤墒情和判断土壤干旱
程度具有重要的实际意义
。
甘肃省地处内陆
,
由于其独特的地形
,
大部分地
区气候较为干燥
[
11
],
年降水量自东南向西北递减
,
尤
其自20世纪90年代
,
干旱事件频发
,
严重影响甘肃
地区粮食生产植物生长
。
通过分析土壤容重及土壤
的持水性能
(
田间持水量
)
和有效性能
(
萎蔫湿度
),
可
为合理利用土地
、
保障粮食安全提供重要支撑
。
目前
已有的研究多集中在0
—
40cm土层
,
对于大范围较
深层土壤容重
、
田间持水量和凋萎湿度的研究较少
,
因此本文根据大量的实测资料
(
通过采用甘肃省77
个气象站点10
—
100cm土壤容重
、
田间持水量和凋
萎湿度资料
),
分析探讨甘肃省各地区水分性质及全省
观测站的土壤水分变化
,
阐明甘肃省各地区土壤容重
、
田间持水量和凋萎湿度的基本特征和规律
,
了解不同气
候类型区土壤水分情况
,
探讨不同气候区不同层次间土
壤容重
、
田间持水量和凋萎湿度的差异
,
以期为保障地
上生产力
、
提高水分利用效率提供数据支撑
。
1材料与方法
1.1研究区概况
甘肃省地处黄河中上游地区
,
位于西北内陆
,
占
地45.37万km2,
共
12个地级市
,2个自治州
。
因其
地形狭长
,
大部分地区的气候较为干燥
,
属明显的温
带大陆性季风气候
,
早晚温差大
,
日照充足
,
全年降水
量为36.6~734.9mm
,
多集中在
6
—
8月且自东南向
西北递减
。
以日平均气温稳定通过10℃的活动积温
及其初终日间的日数和1月平均气温作为划分气候
带的指标
,
将全省分为8个气候区
,
主要是陇南南部
北亚热带半湿润区
、
陇南北部暖温带湿润区
、
陇中南
部冷温带半湿润区
、
陇中北部冷温带半干旱区
、
河西
走廊冷温带干旱区
、
河西西部暖温带干旱区
、
祁连山
高寒带半干旱半湿润区
、
甘南高寒带湿润区
。
主要的
粮食作物为小麦
、
玉米
、
马铃薯
,
经济作物为棉花
、
油
料
。
1.2资料来源
为全面掌握甘肃省土壤水分性质
,
本文利用甘肃
省77个气象观测站2019年固定观测地段10
—
100
cm深度的土壤水分常数
(
土壤容重
、
田间持水量及凋
萎湿度
)
资料
,
监测点地上植被农地41个站点
,
草地
28个站点
,
自然植被5个站点
,
无作物3个站点
(
图
1
),
测定时间在
6
—
10月
,
观测区域遍布全省大部地
区
,
基本可以反映全省土壤墒情情况
。
注
:
图中1为作物
,2为麦地
,3为大麦
,4为玉米
,5为油菜
,6为
马铃薯
,7为棉花
,8为果树
,9为葡萄
,10为草甸
,11为草地
,
12为菜地
,13为牧草
,14为野草
,15为自然植被
,16为粮食
作物
,17为玉米
、
小麦
、
油菜间作
,18为无
。
图1甘肃省地表覆盖作物区划
1.3研究方法
根据甘肃省全省观测站点土壤质地的实际情况
,
全省土壤质地主要为壤土及砂壤土
,
其次为黏壤土
、
粉壤土
、
面砂土
、
粉黏土和粉土
。
依据土壤质地及研
究区域气候的不同
,
采用Excel和DPS软件进行制
图及统计分析
,
通过Surfer软件绘制空间分布图
,
同
时采用单因素方差分析和新复极差法
(Duncan法
)
进
行多重比较
。
2结果与分析
2.1甘肃省各测站土壤容重的变化
土壤容重是反映土体密度和孔隙度的一个简明
指标
,
对土壤水分的保持和运行产生一定影响
,
其中
412水土保持学报第35卷
Copyright©博看网htsReserved.
土壤质地是影响土壤水分性质的主要因素
,
本研究通
过不同气候类型区
、
不同土壤质地探究各地区土壤容
重的变化情况
。
2.1.1甘肃省各测站土壤容重特征分析我国土壤
容重主要分为6级
,
分别为过松
(
土壤容重<1.00
g
/
cm3)、
适宜
(
1.00≤土壤容重<1.25
g
/
cm3)、
偏紧
(
1.25≤土壤容重<1.35
g
/
cm3)、
紧实
(
1.35≤土壤容
重<1.45
g
/
cm3)、
过紧实
(
1.45≤土壤容重<1.55
g
/
cm3)
和坚实
(
土壤容重
≥1.55
g
/
cm3)[
9
],
一般在
1.10~1.30
g
/
cm3
的范围内最适宜植物生长
[
12
]。
甘
肃省土壤容重范围为0.89~1.79
g
/
cm3,
平均容重为
1.36
g
/
cm3,
可以看出甘肃省全省的土壤容重属于紧
实级别
,
总体来说
,
需要一定的改良才能达到作物适
宜生长的范围
。
对全省不同层次土壤容重进行平均
值计算
(
图2
),
最小值在
10cm土层
(1.27
g
/
cm3),
最
大值在40cm土层
(1.40
g
/
cm3),
随着土层深度增
加
,
全省土壤容重先增加后降低
,10
,
20cm土层与其
他层次的土层差异达到极显著水平
(P<0.01),
30
cm土层与40
—
50cm土层差异显著
(P<0.05),
与
80
—
100cm土层差异极显著
(P<0.01),
可以看出表
层的土壤容重与深层土壤容重差异较大
,
土层越深
,
容重差异越大
。
注
:
图柱上方不同的小写字母表示通过P<0.05的Duncan检
验
;
不同大写字母表示通过P<0.01的Duncan检验
。
图2甘肃省土壤容重平均值2.1.2甘肃省不同气候类型区土壤容重特征甘肃
省土壤容重按不同气候类型区进行划分
,
由于亚热带
半湿润区
、
暖温带干旱区
、
高寒带半干旱半湿润区及
高寒带湿润区站点分布较为稀疏
,
因此选取站点分布
较多的4个气候类型区进行分析
,
分别为暖温带湿润
区9个样点
、
冷温带半湿润区27个样点
、
冷温带半干
旱区15个样点和冷温带干旱区11个样点
。
由表1
可知
,
同一气候区不同层次之间土壤容重存在很大的
差异
,
半湿润区10cm与30
—
50cm土层土壤容重差
异显著
(P<0.05),
半干旱区
10cm与50
—
70cm土
层土壤容重差异显著
(P<0.05),
湿润区与干旱区不
同层次之间土壤容重差异不显著
(P>0.05);
从平均
土壤容重来看
,
干旱区土壤容重最大
(1.49
g
/
cm3),
半干旱区最小
(1.31
g
/
cm3)。
随着土层深度增加
,
半
湿润区与半干旱区土壤容重呈先增加后降低的趋势
,
湿润区和干旱区呈波动的变化趋势
,4个区域土壤容
重最大值均出现在40
—
50cm
,
最小值在
10
—
20cm
,
可见各区域表层土壤均较为松弛
。
从不同区域同一层次的土壤容重来看
,
干旱区与
半湿润区
、
半干旱区10
—
50
,
80
—
100cm土层差异显
著
,
不同层次土壤容重最大值均出现在干旱区
。
湿润
区与半湿润区
、
半干旱区10
,
50cm土层差异显著
,
湿
润区与半湿润区20cm土层差异显著
,
与半干旱区
30
—
40cm土层差异显著
,
不同层次土壤容重最大值
均出现在湿润区
。
从各个区域土壤紧实度来看
,
半干
旱区与半湿润区属于偏紧级别
,
稍加措施或合理利用
就可满足植物的生长要求
,
而湿润区属于紧实级别
,
干旱区属于过紧实级别
,
对植物的生长具有很大的影
响
,
需要选取较为适宜的植物种植
。
表1甘肃省不同气候区域土壤容重
单位
:g
/
cm3
土层深度
/cm湿润区半湿润区半干旱区干旱区
101.36±0.11Aa1.21±0.13Bb1.21±0.11Bb1.42±0.11Aa
201.39±0.12Aab1.26±0.14ABc1.28±0.12ABbc1.47±0.09Aa
301.47±0.22Aab1.36±0.14Abc1.31±0.10ABc1.53±0.11Aa
401.50±0.15Aab1.38±0.14Abc1.31±0.11ABc1.54±0.14Aa
501.51±0.16Aa1.35±0.12Ab1.35±0.11Ab1.51±0.12Aa
601.48±0.19Aa1.34±0.13ABa1.36±0.14Aa1.49±0.10Aa
701.45±0.16Aab1.32±0.12ABb1.34±0.12Aab1.49±0.11Aa
801.42±0.19Aab1.31±0.12ABb1.33±0.10ABb1.50±0.12Aa
901.43±0.19Aab1.31±0.13ABb1.32±0.10ABb1.48±0.08Aa
1001.43±0.14Aab1.31±0.13ABb1.28±0.11ABb1.50±0.09Aa
平均值1.44±0.051.32±0.051.31±0.041.49±0.03
注
:
同行不同小写字母表示同一土层不同区域土壤容重通过P<
0.05的Duncan检验
;
同列不同大写字母表示同一区域不同土
层土壤容重通过P<0.05的Duncan检验
。2.1.3甘肃省不同土壤质地土壤容重特征不同质
地土壤水分在垂直方向上的变化可以反映土壤水分
的稳定特征及对土壤水分的消耗情况
[
13
]。
全省土壤
容重按不同土壤质地进行划分
,
选取其中主要的7种
土壤质地进行分析
,
分别为壤土27个样点
,
砂壤土
18个样点
,
黏壤土8个样点
,
粉壤土10个样点
,
面砂
土3个样点
,
粉黏土3个样点
,
粉土4个样点
。
土壤
容重在不同土壤质地不同层次存在明显差异
(
表2
),
粉壤土10cm与30
—
50cm土层存在显著差异
,
面砂
土10cm与30
,
50cm土层存在显著差异
,
粉黏土10
cm与30cm土层存在显著差异
,
粉土10cm与30
—
40cm土层存在显著差异
;
从平均土壤容重来看
,
面
砂土土壤容重最小
(1.27
g
/
cm3),
砂壤土土壤容重最
大
(1.44
g
/
cm3),
其中砂壤土土壤容重的最大值出现
在60
—
90cm土层
,
其他质地土壤容重的最大值主要
512第5期杨阳等
:
甘肃省不同气候类型区土壤水分特性
Copyright©博看网htsReserved.
在30
—
50cm土层
,
除粉黏土外其他质地土壤容重的
最小值均出现在10cm土层
。
各质地的土壤容重随
土层深度的增加表现出不同的变化趋势
,
壤土
、
面砂
土
、
粉黏土呈增加
—
降低
—
增加的变化趋势
,
砂壤土
、
粉土呈增加
—
降低的变化趋势
,
黏壤土
、
粉壤土呈波
动的变化趋势
。
同一土层不同土壤质地的容重也存在很大差异
,
40cm土层面砂土与粉土土壤容重存在显著性差异
,
70
—
90cm土层砂壤土与面砂土土壤容重存在显著
性差异
,
其他层次土壤容重差异性不显著
。
从土壤的
紧实度来看
,
黏壤土
、
粉壤土
、
面砂土属于偏紧级别
,
壤土
、
砂壤土
、
粉黏土
、
粉土属于紧实级别
。
表2甘肃省不同土壤类型土壤容重单位
:g
/
cm3
土层深度
/cm壤土砂壤土黏壤土粉壤土面砂土粉黏土粉土
101.27±0.13Aa1.32±0.18Aa1.23±0.13Aa1.22±0.15Ba1.18±0.06Ba1.33±0.05Ba1.27±0.08Ca
201.32±0.13Aa1.38±0.18Aa1.26±0.11Aa1.29±0.14ABa1.28±0.02ABa1.40±0.07ABa1.32±0.05BCa
301.38±0.18Aa1.44±0.18Aa1.33±0.12Aa1.39±0.15Aa1.35±0.12Aa1.47±0.09Aa1.42±0.08ABa
401.39±0.16Aab1.44±0.18Aab1.34±0.13Aab1.44±0.14Aab1.26±0.15ABb1.43±0.13ABab1.47±0.10Aa
501.40±0.16Aa1.45±0.13Aa1.34±0.14Aa1.41±0.12Aa1.33±0.15Aa1.36±0.08ABa1.38±0.09ABCa
601.39±0.17Aa1.47±0.12Aa1.34±0.18Aa1.39±0.13ABa1.28±0.09ABa1.34±0.04ABa1.39±0.07ABCa
701.36±0.15Aab1.47±0.12Aa1.34±0.19Aab1.34±0.10ABab1.25±0.03ABb1.31±0.08Bab1.38±0.10ABCab
801.35±0.15Aab1.48±0.11Aa1.34±0.19Aab1.32±0.09ABab1.22±0.04ABb1.32±0.07Bab1.31±0.11BCab
901.35±0.16Aab1.46±0.09Aa1.34±0.19Aab1.33±0.10ABab1.22±0.01ABb1.36±0.09ABab1.30±0.08BCab
1001.35±0.17Aa1.46±0.13Aa1.31±0.18Aa1.32±0.11ABa1.28±0.05ABa1.39±0.09ABa1.28±0.05Ca
平均值1.36±0.041.44±0.051.32±0.041.35±0.061.27±0.051.37±0.051.35±0.07
注
:
同行不同小写字母表示同一土层不同质地土壤容重通过P<0.05的Duncan检验
;
同列不同大写字母表示同一质地不同土层土壤容重通
过P<0.05的Duncan检验
。
2.2甘肃省田间持水量的变化
根据甘肃省77个站点的田间持水量绘制了甘肃
省田间持水量的分布图
,
由图3可知
,
以4%的线距
划分8个区域
,
同时选择8个不同土层深度
(10
,
20
,
30
,
40
,
50
,
60
,
80
,
100cm
)
的田间持水量进行分析
,
10
—
50cm土层田间持水量最大值出现在高寒湿润
区
,60
—
100cm土层田间持水量最大值出现在陇中
冷温带半干旱区
。
不同气候区不同土层田间持水量
存在明显差异
,
河西冷温带
、
暖温带干旱区及祁连山
高寒半干旱半湿润区不同土层之间田间持水量的差
异较小
,
高值区在祁连山高寒半干旱半湿润区的中部
民乐站
(20%~24%
);
陇中冷温带半干旱区的田间持
水量随土层深度增加呈增加趋势
,
高值区在景泰站(
32%~36%
);
高寒湿润区各土层深度的田间持水
量变化较大
,10
—
50cm土层的田间持水量较高(
36%~40%
),
而
60
—
100cm土层的土壤含水量明显
降低
;
陇中冷温带半湿润区
、
陇南暖温带湿润区及亚热
带半湿润区各土层田间持水量呈波动的变化趋势
,10
—
20cm土层的田间持水量最高
(24%~32%
)。
通过对10
—
100cm土层土壤田间持水量的相关
性分析可以看出
,10与20
—
100cm土层田间持水量
的相关性越来越差
,
除去10
—
20cm土层
,
表3中第
1列数值明显大于第2列数值
,
小于其他列
,
表层土
壤田间持水量与其他土层田间持水量存在差异
,40
—
50cm土层在各层次间相关系数最大
,
说明40cm与
50cm土层田间持水量差异最小
。
除去表层土壤外
40
—
50cm土层相关系数大于30
—
40cm土层
,
说明
40cm与50cm土层土壤田间持水量较上层土壤更
为接近
,
且40
—
50cm土层相关系数大于50
—
60
cm
,
同时
30
—
50cm土层相关系数明显小于40
—
60
,
50
—
70
,
60
—
80cm土层的相关系数
,50cm上下层
土壤持水能力存在明显差异
,
所以50cm土层很可能
是甘肃地区田间持水量的分界层
。
2.3甘肃省凋萎湿度的变化
利用甘肃地区全省范围内77个实测点的凋萎湿度
数据
,
绘制了土壤凋萎湿度等值线
(
图4
),
等值线以线距
1%划出12条等值线
,
选取10
,
20
,
30
,
40
,
50
,
60
,
80
,
100
cm土层土壤的凋萎湿度进行分析
。
由图4可知
,
不同
气候类型区不同深度的的土壤凋萎湿度有所不同
,
主
要表现在河西冷温带
、
暖温带干旱区及高寒半干旱半湿
润区的凋萎湿度在10
—
50cm土层呈增加
—
降低
—
增
加的趋势
,
高值区位于高寒半干旱半湿润区及冷温带
干旱区的中部
(9%~12%
);
甘南高寒湿润区
10
—
50cm
土层土壤凋萎湿度较高
(8%~11%
),
而
60
—
100cm土
层的土壤凋萎湿度明显降低
;
陇中冷温带半湿润区
、
陇
南暖温带湿润区及陇南南部北亚热带半湿润区10
—
50cm土层土壤凋萎湿度变化随土层深度的增加呈
增加趋势
,80cm土层凋萎湿度较其他层次土层偏
低
。
不同层次间田间持水量与凋萎湿度呈极显著相
关
(Y=55.20e-0.15x,R2=0.708
,P<0.01)。
612水土保持学报第35卷
Copyright©博看网htsReserved.
图3甘肃省田间持水量等值线
表3不同层次间田间持水量的关系
土层深度
/cm10cm20cm30cm40cm50cm60cm70cm80cm90cm
200.962
300.5710.499
40-0.032-0.2160.488
50-0.161-0.3400.4600.953
60-0.056-0.2480.6020.8620.948
70-0.253-0.4190.5020.7610.8180.880
80-0.147-0.3370.5260.7510.8490.9500.934
90-0.372-0.5330.2900.6380.7020.7540.9340.826
100-0.270-0.4150.3930.6310.8000.8970.8330.9390.771
712第5期杨阳等
:
甘肃省不同气候类型区土壤水分特性
Copyright©博看网htsReserved.
图4甘肃省土壤凋萎湿度的等值线
2.4甘肃省土壤水分性质评价
甘肃省范围内不同土壤容重下田间持水量存在
一定差异
。
本研究按不同气候类型区分别对10
—
100cm土层土壤容重与田间持水量的相关性进行分
析
(
表4
),
亚热带半湿润区
、
暖温带湿润区
、
冷温带半
湿润区
、
冷温带半干旱区
、
冷温带干旱区5个气候区
的田间持水量随土壤容重的增加呈减少趋势
,
其中暖
温带湿润区
、
冷温带半湿润区
、
冷温带半干旱区10
—
100cm土层土壤容重与田间持水量显著相关
,
可见
各地的田间持水量在较高的土壤容重下具有较低的
水势
,
而暖温带半干旱区
、
高寒带半干旱半湿润区
、
高
寒带湿润区田间持水量随土壤容重的增加呈增加趋
势
,
高寒带半干旱半湿润区
、
高寒带湿润区显著相关
,
可能与这3个地区的气候条件有关
。
田间持水量和萎蔫湿度之间的土壤含水量用于
计算灌溉所使用的水深
,
并确定水的可利用量
,
这是
评估土地适宜性的关键因素
[
14-15
]。
现将甘肃省土壤
水分性质按照不同土壤质地汇总
(
图5
),
由于中壤
812水土保持学报第35卷
Copyright©博看网htsReserved.
土
、
沙壤土
、
黄黏土
、
砂土样本点较少
,
因此选择样本
点较多的7种土壤质地进行分析
(
表5
),
可见壤土遍
布全省整个区域
,
分布范围广泛
,
砂壤土主要分布在
干旱区与半干旱区
,
黏壤土主要分布在湿润
、
半湿润
与半干旱地区
,
粉黏土主要分布在半湿润区
,
粉土与
面砂土主要分布在半干旱与半湿润地区
,4种壤土中砂
壤土土壤容重最大
,
田间持水量
、
萎蔫湿度均较低
,
即砂
壤土的持水性能与供水性能均较差
,
黏壤土的土壤容重
在植物生长范围内
,
粉壤土与黏壤土田间持水量与萎蔫
湿度均较高
,
土壤的持水性能与供水性能较好
,
面砂土
土壤容重
、
田间持水量
、
凋萎湿度的分布范围较广
。
表4不同土壤容重与田间持水量的相关性分析
气候区相关系数概率
亚热带半湿润区-0.1450.512
暖温带湿润区-0.341**0.001
暖温带半干旱区0.1390.516
冷温带半湿润区-0.410**0
冷温带半干旱区-0.599**0.003
冷温带干旱区-0.1890.068
高寒带半干旱半湿润区0.696**0.003
高寒带湿润区0.821**0
注
:1~11分别表示壤土
,
砂壤土
,
黏壤土
,
面砂土
,
粉黏土
,
粉土
,
粉壤
土
,
中壤土
,
沙壤土
,
黄黏土
,
砂土
。
图5甘肃省土壤质地区划
表5甘肃省土壤水分性质
土壤类型
土壤容重
/
(
g
·
cm-3)
田间
持水量
/%
萎蔫
湿度
/%
壤土1.27~1.4022.0~23.05.5~6.0
砂壤土1.32~1.4821.3~23.44.7~5.7
粘壤土1.23~1.3423.2~25.96.4~7.1
粉壤土1.22~1.4423.1~24.46.7~7.1
面砂土1.18~1.3520.5~23.34.9~7.1
粉粘土1.31~1.4721.8~24.35.3~6.4
粉土1.27~1.4721.0~22.35.0~5.9
3讨论
土壤压实主要由于人为
、
自然等原因造成土壤孔
隙度的降低
,
在压实的土壤中高机械阻力限制了植物
对水和养分的吸收
,
并抑制了根系的发育
,
而在农业
生产中
,
土壤的压实是由动物践踏和重型机械的反复
运输引起的
,
这几乎影响了土壤的所有功能
[
16
]。
就
目前而言
,
土壤压实的风险逐渐增加
,
并且对环境和
农业产生了显著的负面影响
。
有研究
[
17
]
发现
,
压实
对城市绿化用地影响较重
,
各层土壤物理性质的影响
表现为表土层>浅土层>深土层
,
人为践踏只影响到
表层土壤
。
甘肃省全省的土壤容重范围为0.89~
1.79
g
/
cm3,
平均容重为
1.36
g
/
cm3,
属于紧实级别
,
总体来说超出植物适宜生长的范围
,
部分地区存在压
实及人为因素的影响
,
全省大部地区需要采取一定的
措施来改良植物的生长条件
。
对于不同气候类型区
、
不同质地土壤容重特征的
研究
,
有学者
[
18
]
认为
,
兴隆山森林群落土壤容重随土
壤深度的增加而增加
,
易小波等
[
19
]
发现
,
黄土高原南
北样带土壤容重0
—
20cm较20
—
40cm土层更易受
到外界因素的影响
,
黄土高原4种植被类型土壤容重
随着土层深度的增加
,
土壤容重大体呈增加趋势
[
20
],
甘肃省全省不同气候区域不同土壤质地的土壤容重
最小值在10
—
20cm土层
,
最大值出现在30
—
50cm
土层
,
主要原因是表层土壤较为松弛
,
有利于植物根
系生长
,
有机质含量较高
,
而深层土壤较为紧实
,
有机
质含量随土层深度增加而降低
[
20
]。
本研究发现
,
在
10
,
50cm土层干旱区与湿润区分别与半湿润区和半
干旱区浅层土层存在显著差异
,
且半湿润区
、
半干旱
区土壤容重浅层与深层差异显著
,
浅层土壤更易受到
外界环境及人为的干扰
,
这与易小波等
[
19
]
的研究结
果相一致
。
就平均土壤容重方面
,
本研究发现
,
面砂
土土壤容重最小
,
砂壤土的土壤容重最大
,
砂壤土主
要分布在干旱区
,
而70
—
90cm土层砂壤土与面砂土
土壤容重存在显著性差异
,
可见主要分布在干旱区的
砂壤土其下层土壤容重过大会导致土壤的透气性变
差
,
根系生长速度减缓
,
吸收营养的能力降低
[
21
],
因
此对作物品种及生长要求较高
。
田间持水量作为土
壤水分的重要参数
,
对于生态环境的改善及水土流失
的研究具有重要意义
[
22
]。
相关研究[
23-24
]
表明
,
黄土
高原干旱与半干旱区田间持水量呈东南向西北递减
的趋势
,
甘肃地区陇西黄土高原的田间持水量明显高
于陇东黄土高原
。
本文利用甘肃省气候分区对田间
持水量进行分析
,
甘肃省田间持水量地区差异明显
,
田间持水量由西北向东南方向递增
,
最大值在高寒湿
润区10
—
50cm土层
,
该区域土壤质地主要是壤土
,
且10
—
50cm土层田间持水量明显高于60
—
100cm
土层
,
可能是由于土层越深
,
土壤的孔隙度越小
,
深层
田间持水量偏低
,
但未考虑土壤有机质及土地利用情
况对田间持水量的影响
;
陇中冷温带半湿润区
、
陇南
暖温带湿润区及亚热带半湿润区3个区域的田间持
水量呈增加
—
降低
—
增加的变化趋势
,
表层土壤田间
持水量最高
,
土壤质地为壤土
、
粉壤土
、
黏壤土
,
这与
蔡福等
[
25
]
研究结果相似
。
通过对10
—
100cm各土
层土壤田间持水量的相关分析
,
探究不同层次间土壤
912第5期杨阳等
:
甘肃省不同气候类型区土壤水分特性
Copyright©博看网htsReserved.
田间持水量的垂直分布特征
,
通过相关系数的大小来
判断不同层次土壤之间的相似性
[
25
],
本研究发现
,
10
cm与20cm土层差异较小与其他层次间存在较大差
异
,
即表层土壤与深层土壤的田间持水量存在差异
,
40cm与50cm间田间持水量较为相似
;50cm上下
层土壤持水能力存在明显差异
,50cm土层很可能是
甘肃地区土壤田间持水量的分界层
。
土壤的凋萎湿度是土壤有效水的下限
,
作为估算
作物水分需求
,
模拟土壤水分的重要参数
,
研究土壤
凋萎湿度的变化具有重要的意义
[
6
]。
对于不同气候
区不同层次土壤凋萎湿度的研究
,
有学者
[
24
]
发现
,
甘
肃黄土高原区域的土壤凋萎湿度变化趋势不明显
,
0
—
50cm陇西黄土高原东部最大
,50
—
100cm的凋
萎湿度明显低于上层
,
段兴武等
[
6
]
研究东北黑土区土
壤凋萎湿度发现
,
随着土层深度增加凋萎湿度呈增加
趋势
。
成兆金等
[
26
]
对山东省0
—
100cm不同土壤类
型的凋萎湿度研究发现
,3种土壤质地的凋萎湿度大
小为黏土>壤土>沙土
。
本文对不同气候区不同层
次土壤凋萎湿度进行分析
,10
—
50cm土层甘南高寒
湿润区及冷温带干旱区
、
高寒半干旱半湿润区中部凋
萎湿度最大
,60
—
100cm土层冷温带干旱区
、
高寒半
干旱半湿润区中部最大
。
甘南高寒湿润区各土层深
度的凋萎湿度的变化趋势与田间持水量的变化趋势
相一致
,
浅层的土壤凋萎湿度较高而深层的土壤凋萎
湿度较低
,
这与段兴武等
[
6
]
研究结果相似
,
陇中冷温
带半湿润区
、
陇南暖温带湿润区及陇南南部北亚热带
半湿润区10
—
50cm土层土壤凋萎湿度明显高于
60
—
100cm土层
,
且凋萎湿度最大值出现在陇西黄
土高原的东部
,
与蒲金涌等
[
24
]
研究结果一致
。
从甘肃省不同质地土壤水分常数可以看出
,
全省
大部地区主要以壤土为主
,
一般壤土的有效水相对于
砂质土壤和黏土较多
[
27
],
可见甘肃省大部地区植物
对水分的利用较为有效
。
干旱区与半干旱北部地区
以砂壤土为主
,
土壤容重较大
,
土壤的持水性能与供
水性能相对较差
,
这与邹立尧等
[
27
]
研究相一致
,
该地
区对植物的品种及抗旱能力要求较高
;
半湿润区
、
湿
润区及半干旱南部地区以粉壤土与黏壤土为主
,
田间
持水量与凋萎湿度均较高
,
黏壤土土壤容重在植物生
长范围内
,
土壤的持水性能与供水性能较好
,
加之半
干旱
、
半湿润区土层深厚
、
蓄水性较好
、
耕作层良好
,
有利于植物的生长
,
但要考虑部分地区植被覆盖及较
高的通量密度造成高蒸发而不利于保墒的问题
,
应做
好提高土壤抗旱的应对措施
[
24
,
28
]。
4结论
甘肃省全省的土壤容重属于紧实级别
,
其中半湿
润区
、
半干旱区土壤容重浅层与深层差异显著
,
从平
均土壤容重来看
,
砂壤土的土壤容重最大
,
主要分布
在干旱区
。
甘肃全省大部地区田间持水量由西北向东南呈
增加趋势
,
田间持水量的最大值在高寒湿润区10
—
50cm土层
,50cm土层是甘肃地区土壤田间持水量
的分界层
,
其上下层田间持水量存在明显差异
。
各土
层凋萎湿度最大值位于冷温带干旱区
、
高寒半干旱半
湿润区中部
,
不同层次间田间持水量与凋萎湿度呈极
显著相关
。
甘肃省全省大部地区主要以壤土为主
,
除此之外
干旱区与半干旱区北部地区以砂壤土为主
,
土壤容重
较大
,
土壤的持水性能与供水性能相对较差
;
半湿润
区
、
湿润区及半干旱南部地区主要以粉壤土与黏壤土
为主
,
土壤的持水性能与供水性能较好
,
有利于植物
的生长
。
参考文献
:
[
1
]
LuYW
,
SiBC
,
LiHJ
,
atin
g
controlsof
thevariabilit
y
ofdee
p
soilbulkdensit
y
[
J
]
.Geoderma
,
2019
,
348
:
146-157.
[
2
]
TianZC
,
RenTS
,
HortondR
,
tin
g
soil
bulkdensit
y
withcombinedcommercialsoilwatercon-
tentandthermal
p
ro
p
ert
y
sensors
[
J
]
.SoilandTilla
g
e
Research
,
2020
,
196
:
1-8.
[
3
]
FerreiraTR
,
Bor
g
esJAR
,
p
resentative
elementar
y
areaforsoilbulkdensit
y
measurementsof
sam
p
lescollectedinvolumetricrin
g
sb
y
CTima
g
eana-
l
y
ses
[
J
]
.SoilandTilla
g
eResearch
,
2015
,
152
:
74-84.
[
4
]罗清元
,
杨丹
,
刘丽娜
,
等.基于不同环境下的河南省典
型区域土壤田间持水量研究
[J
]
.节水灌溉
,2019
(
6
):
35-
38
,
42.
[
5
]
AschonitisVG
,
Antono
p
oulosVZ
,
LekakisEH
,
et
tionoffifieldca
p
acit
y
fora
gg
re
g
atedsoilsu-
sin
g
chan
g
esofthewaterretentioncurveunderthe
effectsofcom
p
action
[
J
]
.Euro
p
eanJournalofSoilSci-
ence
,
2013
,
64
:
688-698.
[
6
]段兴武
,
谢云
,
冯艳杰
,
等.东北黑土区土壤凋萎湿度研
究
[J
]
.水土保持学报
,2008
,
22
(
6
):
212-216.
[
7
]
Al-shammar
y
AAG
,
KouzaniAZ
,
Ka
y
nakA
,
etal.
Criticalsoilbulkdensit
y
forso
y
bean
g
rowthinOxisols
[
J
]
.Pedos
p
here
,
2018
,
28
(
4
):
581-596.
[
8
]
LiS
,
LiQQ
,
Wan
g
CQ
,
etal.S
p
atialvariabilit
y
ofsoil
bulkdensit
y
anditscontrollin
g
factorsinana
g
riculturalin-
tensiveareaofChen
g
duPlain
,
SouthwestChina
[
J
]
.Journal
ofInte
g
rativeA
g
riculture
,
2019
,
18
(
2
):
290-300.
[
9
]宋丽
,
杨秀云
,
米美霞
,
等.太原市公园绿地土壤容重特
征研究
[J
]
.山西农业科学
,2020
,
48
(
5
):
779-783.
[
10
]田皓
,
张红燕
,
徐向明
,
等.不同土壤质地对作物凋萎湿
度及苗期生长的影响
[J
]
.湖北农业科学
,2012
,
51
(
20
):
779-783.
[
11
]王胜
,
王毅荣.甘肃春小麦产量时空分布及其气候响应[
J
]
.干旱气象
,2013
,
31
(
2
):
298-302.
(
下转第226页
)
022水土保持学报第35卷
Copyright©博看网htsReserved.
[
11
]尤南山
,
董金玮
,
肖桐
,
等.退耕还林还草工程对黄土高
原植被总初级生产力的影响
[J
]
.地理科学
,2020
,
40
(
2
):
315-323.
[
12
]胡鹏飞
,
李净
,
张彦丽
,
等.黄土高原水储量的时空变化及
影响因素
[J
]
.遥感技术与应用
,2019
,
34
(
1
):
176-186.
[
13
]穆兴民
,
徐学选
,
王文龙
,
等.黄土高原人工林对区域深层
土壤水环境的影响
[J
]
.土壤学报
,2003
,
40
(
2
):
210-217.
[
14
]
LüMX
,
MaZG
,
tativeanal
y
sisof
terrestrialwaterstora
g
echan
g
esunderthe
g
rainfor
g
reen
p
ro
g
ramintheYellowRiverBasin
[
J
]
Journalof
Geo
p
h
y
sicalResearch
:
Atmos
p
heres
,
2019
,
124
(
3
):
1336-1351.
[
15
]刘欢欢
,
王飞
,
张廷龙.CLDAS和GLDAS土壤湿度资
料在黄土高原的适用性评估
[J
]
.干旱地区农业研究
,
2018
,
36
(
5
):
270-276
,
294.
[
16
]郭永强.黄土高原植被覆盖变化归因分析及其对水储
量的影响
[D
]
.陕西杨凌
:
西北农林科技大学
,2020.
[
17
]邹贤才
,
金涛勇
,
朱广彬.卫星跟踪卫星技术反演局部
地表物质迁移的MASCON方法研究
[J
]
.地球物理学
报
,2016
,
59
(
12
):
4623-4632.
[
18
]吴奇凡.黄土高原陆地水储量变化归因分析及区域尺度地
下水补给
[D
]
.陕西杨凌
:
西北农林科技大学
,2019.
[
19
]
LiJJ
,
LiZ
,
y
sisofs
p
atiotem
p
oralvariations
inlanduseontheLoessPlateauofChinadurin
g
1986-
2010
[
J
]
.EnvironmentalEarthSciences
,
75
(
11
):
e997.
[
20
]
Pen
g
SZ
,
Din
g
YX
,
LiuWZ
,
et.1kmmonthl
y
tem-
p
eratureand
p
reci
p
itationdatasetforChinafrom1901
to2017
[
J
]
.EarthS
y
stemScienceData
,
2019
,
11
(
4
):
1931-1946.
[
21
]刘垚燚
,
曾鹏
,
张然
,
等.基于GEE和BRT的1984
—
2019年长三角生态绿色一体化发展示范区植被覆盖
度变化
[J
]
.应用生态学报
,2021
,
32
(
3
):
1033-1044.
[
22
]皮青山
,
席茜
,
周玉科.Goo
g
leEarthEn
g
ine云平台及
植被遥感案例研究
[J
]
.测绘与空间地理信息
,2021
,
44
(
2
):
38-41.
[
23
]张晨成
,
邵明安
,
王云强
,
等.黄土区切沟对不同植被下
土壤水分时空变异的影响
[J
]
.水科学进展
,2016
,
27
(
5
):
679-686.
[
24
]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
):
1975-1983.
[
25
]刘丙霞
,
任健
,
邵明安
,
等.黄土高原北部人工灌草植被
土壤干燥化过程研究
[J
]
.生态学报
,2020
,
40
(
11
):
3795-3803.
(
上接第220页
)[
12
]秦娟
,
许克福.我国城市绿地土壤质量研究综述与展望
[
J
]
.生态科学2018
,
37
(
1
):
200-210.
[
13
]王瑜
,
朱清科
,
赵维军
,
等.陕北黄土区人工林地土壤水
分的垂直变化规律
[J
]
.中国水土保持科学
,2015
,
13
(
6
):
54-60.
[
14
]
SantraP
,
KumarM
,
KumawatRN
,
ans-
ferfunctionstoestimatesoilwatercontentatfifieldca-
p
acit
y
and
p
ermanentwiltin
gp
ointinhotAridWestern
India
[
J
]
.IndianAcadem
y
ofSciences
,
2018
,
35
:
1-16.
[
15
]
Mohant
y
M
,
SinhaNK
,
PainuliDK
,
in
g
soilwatercontentsatfieldca
p
acit
y
and
p
ermanentwil-
tin
gp
ointusin
g
artifificialneuralnetworkforIndian
soils
[
J
]
.NationalAcadem
y
ScienceLetters
,
2015
,
38
(
5
):
373-377.
[
16
]
Un
g
ureanuN
,
VladutV
,
BirisSS
,
g
esin
bulkdensit
y
asindicatorofsoilcom
p
action
[
Z
]
.Interna-
tionalConferenceonThermalE
q
ui
p
ment
,
Renewable
Ener
gy
andRuralDevelo
p
ment
,
2018
:
391-396.
[
17
]丛晓峰
,
刘立成
,
王宇超
,
等.不同干扰对城市绿化用地
土壤物理性质的影响
[J
]
.中国农学通报
,2015
,
31
(
28
):
166-172.
[
18
]魏强
,
凌雷
,
王多锋
,
等.不同海拔甘肃兴隆山主要森林
群落的土壤理化性质
[J
]
.西北林学院学报
,2019
,
34
(
4
):
26-35.
[
19
]易小波
,
邵明安
,
赵春雷
,
等.黄土高原南北样带不同土
层土壤容重变异分析与模拟
[J
]
.农业机械学报
,2017
,
48
(
4
):
198-205.
[
20
]吴江琪
,
马维伟
,
李广
,
等.黄土高原4种植被类型对土
壤物理特征及渗透性的影响
[J
]
.水土保持学报
,2018
,
32
(
4
):
133-138.
[
21
]张亚如
,
侯凯旋
,
崔洁亚
,
等.不同土层土壤容重组合对
花生衰老特性及产量的影响
[J
]
.花生学报
,2017
,
46
(
3
):
26-31.
[
22
]张笑培
,
杨改河
,
胡江波
,
等.不同植被恢复模式对黄土
高原丘陵沟壑区土壤水分生态效应的影响
[J
]
.自然资
源学报
,2008
,
23
(
4
):
635-642.
[
23
]游松财
,
邸苏闯
,
袁晔.黄土高原地区土壤田间持水量
的计算
[J
]
.自然资源学报
,2009
,
24
(
3
):
545-552.
[
24
]蒲金涌
,
冯建英
,
姚晓红
,
等.甘肃黄土高原土壤农业水
分常数分布特征
[J
]
.干旱地区农业研究
,2008
,
26
(
3
):
205-209.
[
25
]蔡福
,
明惠青
,
张淑杰
,
等.辽宁农田土壤田间持水量的空
间变异性分析
[J
]
.气象与环境学报
,2009
,
25
(
1
):
27-30.
[
26
]成兆金
,
李斌.山东省土壤水分自动站土壤水分常数评
估
[J
]
.湖北农业科学
,2017
,
56
(
18
):
3468-3483.
[
27
]邹立尧
,
赵秀兰.黑龙江省农田土壤水分的时空分布规
律
[J
]
.黑龙江气象
,2001
(
3
):
34-38.
[
28
]郭海英
,
马鹏里
,
杨兴国
,
等.陇东黄土高原塬区冬小麦
越冬期土壤水分损耗规律浅析
[J
]
.土壤通报
,2005
,
36
(
2
):
165-168.
622水土保持学报第35卷
Copyright©博看网htsReserved.