黄土丘陵半干旱区人工林草地土壤水资源利用限度

Widespread soil deterioration occurs on the Loess Plateau of China in the form of excessive soil drying under both perennial grasses and forests，suggesting that perennial artificial vegetation overuse soil water resources. Probing into the method of making a sustainable use of soil water resources is one of the most important scientific issues for the soil and water conservation and ecological constructions on the Loess Plateau. Thus, the research on soil water resources use limit by plant is extremely important. In this research, we will take widely planting artificial Caragana korshinskii and alfafa as an example and establish fixed field experimental plots in a semiarid loess hilly region. A neutron probe and several other instruments will be used to monitor the field soil water content，canopy interception, runoff, and plant growth,including height,basical diameter and biomass. The research is expected to systematicly investigate the machanism of dynamic changes in soil water supply,storage and consumption in the woodland and grassland during the process of artificial vegetation.The results will improve the theory of soil water resources use limit. soil water resources use limit by C.korshinskii and by alfafa will be determined. The results will supply theoretic basis and scientific support for elucidating dialectical relationship between soil water and plant growth in the Soil, Vegetation and Atmosphere Transfer continuum, making a rational use of soil water resources，improving ecological environment and sustainable management of forestland and grassland.

在我国北方和黄土高原地区的多年生人工林草地出现了大面积以土壤旱化为主要特征的土壤退化问题，说明植物过度利用土壤水资源。探索植被恢复过程中土壤水资源可持续利用途径，已成为水资源紧缺的黄土高原地区以水土保持为中心的生态建设中急待解决的基础性科学问题之一，人工林草地土壤水资源利用限度的研究就显得尤为重要。本研究以黄土丘陵半干旱区广泛种植的柠条和紫花苜蓿为对象，通过直播建立固定样地，利用中子水分仪等仪器，采用适当的生态学组织层次和时空尺度，定位观测降雨量、地表径流、土壤水分和植物（基径、高度和生物量）生长，系统研究植被恢复过程中植物生长与土壤水分的互动关系，土壤水分补给、存储和消耗的动态变化机理，完善土壤水资源利用限度理论，确定人工柠条林和苜蓿地土壤水资源利用限度。研究成果将为揭示SVAT系统土壤水分与植物生长辩证关系，合理利用土壤水资源，改善生态环境，可持续经营林草地提供理论依据和科技支撑。

按照项目计划，2012年秋在黑刺峁中部，重复修建5米（水平）宽，20米长（沿山坡）修建标准径流观测场，2013年4月25日播种柠条，播种量为1.5kg/100m2；6月下旬播种苜蓿量为0.2kg/100m2小区。建立柠条和苜蓿实验小区。2013-2016对人工柠条、苜蓿小区进行连续观测，并对实验结果进行分析。结果表明：土壤水资源即储存在土壤中的水量。大部分林草地土壤水分来自于天然降水。土壤水资源有静态和动态水资源。静态水资源有广义和狭义之分。广义土壤水资源是指地表面以下至地下水面(潜水面) 以上土壤中的水分。狭义土壤水资源是指可被植物吸收利用土层中土壤水分。动态土壤水资源有是一定时期之初植物根系吸收利用土层内初始土壤储水量与期间土壤水分补给量之和。在水资源紧缺地区，土壤水分只能被植物根系吸收和利用，但是植物对土壤水分的吸收利用应该有一个阈值，即土壤水资源利用限度（SWRULP）。它是指当最大入渗深度范围内所以土层的土壤含水量等于指示植物萎蔫系数时的残留土壤储水量。次降水入渗深度采用二线法确定，最大入渗深度采用系列二线法确定。天然植被的指示植物为建群种，人工植被为主要树种或目的树(草)种。确定了柠条和苜蓿土壤水资源利用限度。从造林开始，随着林木生长，植物利用土壤水分深度增加，林地土壤水资源呈下降趋势，土壤水资源危险度(Q)增加，尽管降水后出现短暂的土壤水资源上升。当最大入渗深度范围内所有土层的土壤水资源等于土壤水资源利用限度时，土壤水分严重影响林草生长，此时需要依据土壤水分植被承载力调控土壤水分和植物生长的关系；当最大入渗深度范围内土壤水资源小于土壤水资源利用限度时，如桤叶唐棣，不需要调控土壤水分和植物生长。建立了二线法确定入渗深度和入渗量。按照天气预报测定雨前然后测雨后土壤水分垂直变化，两次测定剖面土壤水分垂直变化交点距地面距离即为次降水入渗深度。次降水入渗深度范围内土壤储水量之差即为次降水补给量。提出了人工林地一室土壤水分-模型。