黃土高原荒漠草原區(qū)典型生態(tài)系統(tǒng)人工干預(yù)的水分效應(yīng)研究.pdf

1、水資源短缺是黃土高原荒漠草原區(qū)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力提高的主要限制因素，集雨和覆蓋干預(yù)是提高水資源利用率的重要手段。本項(xiàng)研究以該區(qū)域的天然草地、人工草地和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為主要研究對(duì)象，以水平溝、魚鱗坑、壟溝集雨和地面覆蓋為主要干預(yù)方式，結(jié)合集雨補(bǔ)灌，對(duì)三種生態(tài)系統(tǒng)的代表性植被進(jìn)行了水分干預(yù)，通過干預(yù)前后天然植被、人工草地和大田作物土壤水分的測定和利用情況的分析，提出了該區(qū)域不同土地利用類型水干預(yù)的最佳方式。 對(duì)該區(qū)域代表性草本植被—短花針

2、茅(Stipabreviflora)和灌木植被—珍珠豬毛菜(Salsolapassorina)及荒漠錦雞兒(C.roborovskyi)土壤水分的多年觀測結(jié)果說明，天然植被的土壤含水量較低，降雨量是土壤水分的主要影響因子。在降雨少的年份，短花針茅和珍珠豬毛菜0-200cm土層的重量含水量降低到6﹪左右，荒漠錦雞兒的土壤含水量更低，達(dá)到5﹪左右。對(duì)天然植被采取不正確的干預(yù)措施，如栽植高密度的側(cè)柏，增加了植被對(duì)土壤水分的消耗，即使進(jìn)行補(bǔ)灌，

3、仍會(huì)造成較為嚴(yán)重的土壤干層。其中種植側(cè)柏的水平溝土壤干層可達(dá)2m，使水平溝的土壤水分低于天然植被的集雨坡面。受低降雨量和降雨強(qiáng)度的影響，坡地天然植被的產(chǎn)流率很低，因此，僅采用水平溝、魚鱗坑等單一集雨措施進(jìn)行水干預(yù)，水分效應(yīng)不明顯，魚鱗坑加地面覆蓋的復(fù)合干預(yù)效果也不理想。只有將水平溝集雨和礫石覆蓋結(jié)合起來，才能有效的增加土壤水分。另外，采用壟溝集雨、壟覆膜，溝覆礫石的綜合干預(yù)措施，可顯著提高土壤的含水量，在低降雨的年份，是一種較為理想的水

4、干預(yù)方式。 該區(qū)域種植高耗水的苜蓿，由于苜蓿的根系可深達(dá)8m以上，使6m以上土層的含水量均低于4﹪，形成了深厚的土壤干層。受降雨量的限制，土壤干層一旦形成，很難逆轉(zhuǎn)。因此，在黃土高原荒漠草原區(qū)的生態(tài)恢復(fù)中，應(yīng)減少苜蓿的種植面積，搭配耗水較少、產(chǎn)量較高的甜高粱等一年生牧草，并采用壟溝覆膜集雨加補(bǔ)灌30mm的干預(yù)技術(shù)。通過這種方式種植的甜高粱，其產(chǎn)量甚至高于覆膜種植、膜下補(bǔ)灌60mm的處理，且比常規(guī)覆膜旱作種植增產(chǎn)69.2﹪。但采用

5、壟溝集雨，如果壟面不覆膜，在降雨量較低的年份沒有顯著的增產(chǎn)效果。 采取礫石覆蓋，減少土壤蒸發(fā)是提高水分利用率的有效措施之一。但礫石覆蓋層對(duì)土壤蒸發(fā)的抑制效果與礫石粒徑和覆蓋厚度密切相關(guān)。土壤蒸發(fā)與礫石粒徑呈線性關(guān)系，與覆蓋厚度呈冪函數(shù)關(guān)系。粒徑增大，土壤蒸發(fā)增加，覆蓋厚度增大，土壤蒸發(fā)減少。但粒徑太小或覆蓋厚度太大，土壤溫度降低。土壤溫度最高的粒徑范圍為20-60mm，覆蓋厚度范圍為5-8cm，當(dāng)覆蓋厚度超過9cm時(shí)，厚度繼續(xù)增

6、加，土壤蒸發(fā)降幅很小，而覆蓋成本又大幅增加，因此，礫石覆蓋最適宜的粒徑和厚度分別為20-60mm和8cm。在西瓜田采用礫石覆蓋能減少土壤蒸發(fā)，提高和穩(wěn)定土壤溫度，促進(jìn)根系的生長，提高產(chǎn)量和水分利用率，是一項(xiàng)行之有效的農(nóng)田水干預(yù)方式。另外，降雨少的年份，對(duì)沙田西瓜進(jìn)行補(bǔ)灌有顯著的增產(chǎn)效果，但降雨多的年份，砂田補(bǔ)灌增產(chǎn)效果不明顯。 對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中小麥、玉米等作物水分干預(yù)的研究結(jié)果表明，降雨較多的年份，在農(nóng)田采用壟覆膜的壟溝集雨技術(shù)

7、，能顯著提高小麥、玉米等作物的產(chǎn)量。降雨少的年份，采用該技術(shù)仍能顯著增加玉米的產(chǎn)量，但小麥的產(chǎn)量降低。將該技術(shù)與地面覆砂或覆草及補(bǔ)灌技術(shù)相結(jié)合，玉米的增產(chǎn)效果更顯著，水分利用率更高。研究結(jié)果還表明，小麥、玉米和甜高粱補(bǔ)灌后均有顯著的增產(chǎn)效果。其中小麥不同補(bǔ)灌量的增產(chǎn)幅度有顯著差異，但不同灌溉方式的差異不顯著。 對(duì)不同生態(tài)系統(tǒng)水干預(yù)效應(yīng)的研究結(jié)果表明，在黃土高原荒漠草原區(qū)，選擇耐旱及耗水量較低的灌木、牧草和作物，采用水平溝或壟面覆