孟婷婷，王欢元*，刘金宝，杨亮彦，石磊

黄土丘陵区退耕还林草对深层土壤水分动态的影响

孟婷婷1,2,3,4，王欢元1,2,3,4*，刘金宝1,2,3,4，杨亮彦1,2,3,4，石磊1,2,3,4

（1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，西安 710075；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，西安 710075；3.自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，西安 710075；4.陕西省土地整治工程技术研究中心，西安 710075）

【】量化黄土丘陵区退耕还林草植被恢复下深层土壤储水量和耗水量，弄清植被恢复类型对深层土壤水分动态的影响，为优化该区植被管理和土壤水资源调控提供理论依据。采用室外调查和室内检测的方法，研究了黄土丘陵区园则沟小流域坡耕地，草地和枣林0～1 000 cm剖面土壤含水率和深层（200～1 000 cm）耗水量。① 0～1 000 cm土层，土壤含水率为枣林＜草地＜坡耕地。0～200 cm土层，坡耕地、草地和枣林土壤含水率均呈先增加后减少的趋势，均值分别为11.91%、11.23%和9.99%；200～1 000 cm土层，土壤含水率缓慢下降趋于稳定，均值分别为11.77%、11.62%和9.96%。② 200～1 000 cm土层，土壤储水量坡耕地>草地>枣林，均值分别为148.78、145.28和121.11 mm；各土层坡耕地和草地土壤储水量显著大于枣林（<0.05），但坡耕地储水量和草地土壤储水量无显著差异。③ 200～1 000 cm土层，枣林存在明显的深层土壤耗水量并显著高于草地（<0.05），枣林耗水量范围为21.67～32.97 mm，均值为27.67 mm，草地耗水量范围为-4.47～10.32 mm，均值为3.50 mm。④ 各样地土壤深层含水率与黏粒呈显著正相关，与砂粒呈显著负相关，与有机碳质量分数呈负相关。枣林存在明显的深层土壤水分消耗量，且显著高于草地；草地在深层土壤虽然也出现土壤水分消耗，但消耗量较低。

退耕还林草；深层土壤水分；草地；枣林

0 引言

【研究意义】土壤水分是陆地生态系统重要的驱动力，尤其在干旱、半干旱地区，土壤水分成为黄土丘陵区植被恢复与重建的重要限制因子[1-2]。深层土壤水分作为植物生长利用的储备水资源，在植物应对长期干旱等极端气候事件中起着至关重要的作用[3]。因此，准确认识植被对深层土壤水分的影响对干旱、半干旱区植被恢复的可持续性具有重要意义。【研究进展】自1999年国家实施退耕还林还草工程以来，黄土高原植被覆盖度大幅度增加，土地资源利用呈现多元变化。退耕还林还草过程中，不同人工林种或自然恢复林种对土壤水分的响应不同。杨亚辉[4]对黄土丘陵区吴起县6种不同植被恢复类型与土壤理化性质关系分析认为，草地土壤自然含水率大于沙棘林地和山杏林地，各样地自然含水率随土层加深先增后减。唐敏等[5]对黄土高原不同土地利用下降水常态年和干旱年土壤水分变化规律及蓄水特征研究表明，枣园土壤水分亏缺较为严重，梯田具有良好的保水能力。吕婷等[6]采用氧稳定同位素的方法，对黄土丘陵区典型退耕细裂叶莲蒿和柠条的土壤水分利用策略研究表明，当浅层（0～40 cm）土壤水可利用时，植物主要利用40 cm以上的土壤水分；当浅层土壤干燥时，主要吸收40～80 cm土层土壤的水分。随着对退耕还林草植被恢复下土壤水分研究的关注，不同林种土壤水分的研究逐渐加深，从浅层2 m到深层5 m的研究逐渐增多。郭忠升等[7]在黄土丘陵区研究发现，随着树龄增加，柠条对土壤水分利用深度逐渐增强，导致土壤水分亏缺严重；王力等[8]研究发现，深根系刺槐为维持自身正常生长，需极大地消耗土壤深层储水。【切入点】但是，目前对黄土丘陵区退耕还林草后植被土壤水分变化的探究，无论是季节性多次测定，或是雨期监测，所研究的土层均局限在500 cm土层，500 cm土层以下的研究相对匮乏。【拟解决的关键问题】由于黄土高原土层深厚，表层土壤含水率受降水和蒸散发影响较大，因此研究退耕还林草后植被深层次土壤水分的变化规律，可以更好地反映退耕还林草后植被对土壤水分的影响。为此，本研究以黄土高原典型丘陵区的园则沟小流域为主要研究区域，通过野外采样和室内分析相结合的方法，研究该区域退耕枣林和草地1 000 cm土层土壤水分垂直变化特征，为该区退耕还林植被恢复对土壤水资源的影响提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本研究选择黄土高原北部的丘陵沟壑区园则沟小流域，该流域位于陕西省榆林市清涧县（37°15′N，118°18′E），为典型黄土丘陵区沟道小流域，面积0.58 km2，其中沟道面积0.31 km2，占流域总面积的53.4%。小流域内土壤主要为黄绵土，属于砂壤土或粉壤土，具有较强的入渗能力。本区属温带大陆性季风气候，多年平均降水量505 mm，降水主要集中在7—9月，年均气温8.6 ℃，月均最低空气温度-6.5 ℃（1月），月均最高空气温度22.8 ℃（7月）。自退耕还林草措施实施以来，流域内大面积的坡耕地转换成自然恢复草地及人工枣林，人工枣林作为一种传统的耐旱经济物种在该区种植面积急剧增加，为当地生态恢复做出了重大贡献，同时也增加了当地居民的经济收入。流域内主要有坡耕地、人工枣林和自然恢复草地，坡耕地主要种植谷子（）、玉米（），一年一熟，人工管理施用有机肥和复合肥；人工枣林主要品种是骏枣（），管理主要是清耕，无人工施肥和灌溉；自然恢复草地主要植被是贴地面生长的铁杆蒿（）、长芒草（）、猪毛蒿（）等体积和冠层较小的浅根系植物，无人为干扰。

1.2 土样采集与测定方法

2020年5月，在流域内选择10 a退耕草地和10 a退耕枣林为研究对象，并以坡耕地为对照，坡向和坡度大概一致。根据样地面积大小不同，采用口径40 mm的土钻随机采取土样，采取深度为1 000 cm，0～200 cm土层为浅层土壤，每20 cm为1层；200～1 000 cm为深层土壤，从200 cm开始，每100 cm为1层。并用便携式手持GPS（MG838，UniStrong）记录样点详细地理信息，各样地基本信息如表1所示。在每个点的附近随机采取3个点，每层均匀混合后，挑出杂物，一部分装入自封袋，一部分装入铝盒。装入铝盒的土在105 ℃的烘箱中烘干24 h，采用称质量法测量土壤含水率；装入自封袋中的土带回去经自然风干后，分别过2 mm和1 mm筛，过2 mm筛的土样用来测土壤机械组成，土壤质地分类根据美国农业部制系统划分土壤颗粒粒度：黏粒（粒径＜0.002 mm）、粉粒（粒径0.002～0.05 mm）和砂粒（粒径0.05～2 mm），测定方法为马尔文激光粒度仪[9]（Mastersizer 2000，Malvern Instruments Ltd）；过1 mm筛的土用来测定土壤有机碳质量分数，土壤有机碳的测定方法为重铬酸钾滴定法[10]。

表1 样地基本信息

1.3 土壤水分状况评价指标

由于0～200 cm土层土壤水分受降水入渗和植被蒸散发影响较大，因此不予考虑[11]。本研究将200 cm以下的土层定义为深层土壤，主要针对200～1 000 cm的深度范围，探讨退耕还林还草对深层土壤水分的影响。土壤储水量计算式为：

ms··10，（1）

式中：ms为土壤储水量（mm）；为土壤质量含水率（%）；为土壤体积质量（g/cm3）；为土层深度（cm）。

对200～1 000 cm土层的体积质量（）估计，用王云庆[12]根据黄土高原数据集建立的位相传递函数（PTF）计算式为：

ρ=1.828 4+0.042 9log10Clay+

0.020 5Clay0.5-0.012 5cosClay-0.006 1Silt+

0.000 1Silt·SG-0.009 8SG-0.007 1SOC-

0.050 5SOC0.5+0.000 2SOC0.5， （2）

式中：Clay和Silt分别是指第层土壤黏粒和粉粒体积分数；SG指每个样点的坡度；SOC是第层土壤有机碳质量分数。

土壤耗水量为土壤初始储水量和现有储水量的差值，把对照地（坡耕地）储水量作为初始储水量，计算式为：

depeteinitialpresent，（3）

式中：depete为土壤耗水量（mm）；initial为坡耕地储水量（mm）；present为土壤现有储水量（mm）。

1.4 数据分析

数据分析采用Excel 2020和Spss 22.0软件，绘图使用Origin 2018软件。不同样地对深层土壤含水率的影响采用单因素方差分析，并用LSD法进行差异比较，深层土壤含水率与土壤质地的相关程度采用Pearson相关性分析。

2 结果与分析

2.1 土壤颗粒组成和有机碳分布

坡耕地、草地和枣林0～1 000 cm剖面土壤颗粒组成和有机碳分布如图1所示。坡耕地、草地和枣林土壤平均黏粒体积分数变化范围分别为12.55%～19.51%、13.17%～20.4%和11.27%～18.24%；平均粉粒体积分数变化范围为65.19%～72.33%、57.08%～71.31%和58.8%～73.41%；平均砂粒体积分数变化范围为11.05%～22.20%、11.38%～27.63%和11.13%～29.92%。黏粒体积分数变化趋势为枣林＜坡耕地＜草地，粉粒体积分数变化趋势为草地<枣林<坡耕地，砂粒体积分数变化趋势为坡耕地＜枣林＜草地。

图1 土壤颗粒组成和有机碳质量分数垂直分布

坡耕地、草地和枣林土壤有机碳质量分数随着土层深度的增加呈减少趋势。浅层0～200 cm土层，坡耕地、草地和枣林土壤有机碳质量分数较高且波动较大，均值分别为21.3%、13.2%和21.6%；200～1 000 cm土层，土壤有机碳质量分数缓慢下降趋于稳定，均值分别为11.2%、10.9%和14.3%。3块样地土壤有机碳质量分数在0～1 000 cm剖面表现为枣林>坡耕地>草地。

2.2 土壤含水率垂直分布特征

坡耕地、草地和枣林的土壤含水率垂直变化特征如图2所示。0～200 cm土层，坡耕地、草地和枣林土壤含水率均呈先增加后减少的趋势，波动较大。坡耕地土壤含水率变化范围为10.20%～12.99%，均值为11.91%，草地土壤含水率变化范围为9.96%～12.15%，均值为11.23%；枣林土壤含水率变化范围为9.10%～10.75%，均值为9.99%。

200～1 000 cm土层，坡耕地土壤含水率缓慢下降趋于稳定，土壤水分整体波动较小，变化范围为11.40%～11.93%，均值为11.77%；草地土壤含水率在900～1 000 cm土层呈增加趋势，变化范围为10.85%～12.33%，均值为11.62%；枣林土壤含水率在300～500 cm土层，土壤水分比上层略微增大，但在600 cm土层以下呈稳定减少的趋势，变化范围为9.18%～10.40%，均值为9.96%。随着深度增加，由于降雨和蒸散发影响减弱，坡耕地、草地和枣林300～1 000 cm土层土壤含水率存在较大差异，总体表现为枣林＜草地＜坡耕地。

图2 土壤含水率垂直分布

2.3 深层土壤耗水量垂直分布特征

坡耕地、草地和枣林的土壤储水量如图3所示。200～1 000 cm剖面，坡耕地土壤储水量变化范围为144.67～153.06 mm，均值为148.78 mm，随着土壤深度的增加储水量差异不大；草地储水量变化范围为137.78～157.42 mm，均值为145.28 mm，随着土层的加深储水量逐渐增大；枣林储水量变化范围为114.29～125.53 mm，均值为121.11 mm，随着土壤深度的增加储水量差异不大。各土层坡耕地和草地土壤储水量显著大于枣林（<0.05），但是坡耕地和草地土壤储水量无显著差异。200～1 000 cm剖面土壤储水量均值为坡耕地>草地>枣林，但在900 cm和1 000 cm土层处，草地储水量略高于坡耕地。

草地和枣林的深层土壤耗水量如图4所示。由图4可知，200～1 000 cm土层，枣林存在明显的深层土壤水分消耗量且显著高于草地（<0.05）。枣林耗水量范围为21.67～32.97 mm，均值为27.67 mm，低耗水量出现在500 cm土层（21.67 mm），高耗水量出现在300 cm土层（32.97 mm），600～900 cm土层耗水量差异不大。随着土层深度的增加，枣林耗水量无明显变化规律，增加与减少并存。草地耗水量范围为-4.47～10.32 mm，均值为3.50 mm，各土层间草地耗水量变化较大，且在300 cm和600 cm土层耗水量较其他土层略高，分别为9.14 mm和10.32 mm；自700 cm土层开始草地土壤耗水量呈减少趋势，直至在900 cm和1 000 cm土层出现负值，分别为-4.47 mm和-4.35 mm，即无水分消耗量。随着土层深度的增加，草地耗水量呈减少趋势且存在无水分消耗层。

图3 深层土壤储水量垂直分布

图4 深层土壤耗水量垂直分布

2.4 深层土壤含水率的影响因素

各样地深层土壤含水率与颗粒组成和有机碳的相关性如表2所示。坡耕地、草地和枣林深层土壤含水率与黏粒呈极显著正相关；坡耕地深层土壤含水率与砂粒呈极显著负相关，草地和枣林深层土壤含水率与砂粒体积分数呈显著负相关；坡耕地和枣林深层土壤含水率与粉粒呈负相关，草地土壤含水率与粉粒体积分数呈正相关；坡耕地和草地土壤深层含水率与有机碳呈负相关，枣林土壤深层土壤含水率与有机碳质量分数呈显著正相关。

表2 深层土壤含水率与颗粒组成和有机碳的相关性

注 表中“*”表示在0.05时的显著水平，“**”表示在0.01时的显著水平。

3 讨论

本研究中，坡耕地、草地和枣林土壤含水率在0～200 cm土层波动较大，主要因为浅层土壤含水率受降雨、蒸散发影响较大，并且地上植被对降雨拦截和入渗也有较大影响[13]。由于降雨补给，坡耕地和草地土壤含水率在0～200 cm土层呈增加趋势，这与赵磊等[14]研究一致，即降水会导致浅层土壤含水率增加。0～1 000 cm剖面，土壤含水率坡耕地>草地>枣林，枣林含水率和储水量明显低于坡耕地和草地，这与王志强[15]、王超花[16]、刘丙霞[17]的研究相一致，即农地土壤含水率明显高于其他植被类型。本研究中，坡耕地土壤含水率和储水量最高，这与前人的研究一致，即黄土丘陵区小流域内缓坡种植的土壤有较好的蓄水性能[18]。主要因为坡耕地坡度在15°以上，无机械翻耕，土地扰动性小，减少了水土流失；长期耕种，土体表层疏松，孔隙度大，利于降雨入渗，且主要农作物是玉米和谷子，根系较浅，一年一熟，耗水较少；施用有机肥，以肥调水，对土壤水分保持有一定的作用[19]。

本研究中，草地土壤含水率和储水量较高且仅次于坡耕地，与坡耕地差异不大，这与肖列等[20]在黄土丘陵区安塞纸坊沟的研究相一致，即自然草地（铁杆蒿）含水率与农田坡地（谷子）差异不大，与马婧怡等[21]在黄土丘陵区砖窑沟流域研究相似，即0～300 cm土层，自然草地（长茅草）土壤含水率较高，大于刺槐林和柠条地；与张永旺等[22]的研究也一致，即在黄土高原植被恢复过程中，草地的土壤含水率大于灌木林地和乔木林地。但是，与兰志龙等[23]在黄土丘陵区不同土地利用中的研究结果不同，兰志龙研究表明，由于人工草地为苜蓿地，根系分布深且生物量大，对深层水分利用大，导致人工草地土壤含水率较低，与人工柠条林无明显差异。由此看来，草地或人工林地的耗水量，不能仅仅视林地或草地的区别而论，需要同时考虑人工恢复和自然恢复的区别以及恢复植被类型的不同。

枣林存在明显的深层土壤水分消耗且显著高于草地，主要因为研究区枣树种植年限较短仅为10 a，正处于旺盛生长期，需水量大，并且清耕的管理方式使得土壤表面蒸散发增强；此外，枣树根系发达，0～600 cm土层中的细根根长密度占总根长密度的89.54%[24]，在生长过程中会消耗深层的土壤水分，乃至出现土壤干层。这与张文飞等[25]的研究一致，即枣树在前期生长过程中存在极大的土壤水分消耗量。本研究中，人工枣林的耗水特征与其他人工林也有一定的相似性，如杨敏等[26]、于博威等[27]在黄土丘陵区的研究表明，人工刺槐林和人工柠条在200～500 cm土层均会存在明显的土壤水分消耗，且均发生了不同程度的土壤干燥化，而荒草地与耕地均无干燥化的发生。本研究中，草地虽然也出现深层土壤水分消耗量，但耗水量较低，是因为草地主要植被是自然恢复的铁杆蒿等体积和冠层较小的贴地面生长浅根系植物，垂直根系不发达，水平根系较发达[28]。一方面，地表的枯枝落叶层具有很大的持水能力，可以有效增加地表水分入渗量；另一方面，地下根系层还可以有效的提高土壤的抗冲性[29]，减少水土流失。因此，草地对深层土壤耗水有限，无深根系耗水，甚至在深层增加了土壤含水率，具有涵养水源的作用。

本研究中，坡耕地、草地和枣林深层土壤含水率与黏粒呈极显著正相关关系，与砂粒呈负相关关系，与前人研究一致，即土壤质地是影响深层土壤水分状况的关键因素[30]。退耕还林草后，草地平均黏粒和砂粒体积分数均呈增加趋势，主要因为草地表面枯落物在土壤中形成腐殖质，对土壤形成了很好的保护作用，使得黏粒体积分数增加；同时枯落物促进了土壤熟化，改善了土壤结构，使得土壤中大颗粒（0.1～0.2 mm）增加，因此草地砂粒体积分数也呈增加趋势。

本文在分析深层土壤含水率的影响因素时缺乏对枣林根系的研究，需要进一步分析枣树根系对土壤含水率的影响。

4 结论

1）黄土丘陵区退耕还林草植被恢复后，0～1 000 cm土层，土壤平均含水率和储水量均表现为坡耕地>草地>枣林，坡耕地和草地差异不大，但枣林明显低于坡耕地和草地；各样地在浅层0～200 cm土层，土壤含水率和储水量波动较大，但是在200～1 000 cm土层趋于稳定。

2）200～1 000 cm土层，枣林存在明显的深层土壤消耗量，且显著高于草地；草地深层土壤水分消耗量很低，甚至在900～1 000 cm土层无水分消耗，出现土壤含水率增加的趋势。

3）土壤质地是影响深层土壤水分的主要因素之一，坡耕地、草地和枣林深层土壤含水率与黏粒呈极显著正相关，与砂粒呈负相关；坡耕地和草地土壤深层含水率与有机碳质量分数呈负相关，枣林深层土壤含水率与有机碳质量分数呈显著正相关。

[1] CHEN L, WEI W, FU B, et al. Soil and water conservation on the Loess Plateau in China: review and perspective[J]. Progress in Physical Geography, 2007, 31(4): 389-403.

[2] 李玉山. 黄土区土壤水分循环特征及其对陆地水分循环的影响[J]. 生态学报, 1983, 3(2): 91-101.

LI Yushan. The properties of water cycle in soil and their effect on water cycle for land in the loess region[J]. Acta Ecologica Sinica, 1983, 3(2): 91-101.

[3] YANG F, FENG Z, WANG H, et al. Deep soil water extraction helps to drought avoidance but shallow soil water uptake during dry season in four subtropical plantations[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2017, 234/235: 106-114.

[4] 杨亚辉. 黄土丘陵沟壑区植被恢复对土壤理化性质影响分析[D]. 北京：中国科学院大学（中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心）, 2017.

YANG Yahui. Impacts of vegetation restoration on soil physical and chemical properties in the Loess Hilly Gully Region of Loess Plateau[D]. Beijing: The University of Chinese Academy of Sciences (Research Center of Soil and Water Conservation and Ecological Environment Chinese Academy of Sciences and Ministry of Education), 2017.

[5] 唐敏, 赵西宁, 高晓东, 等. 黄土丘陵区不同土地利用类型土壤水分变化特征[J]. 应用生态学报, 2018, 29(3): 765-774.

TANG Min, ZHAO Xining, GAO Xiaodong, et al. Characteristics of soil moisture variation in different land use types in the Hilly Region of the Loess Plateau, China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2018, 29(3): 765-774.

[6] 吕婷, 赵西宁, 高晓东, 等. 黄土丘陵区典型天然灌丛和人工灌丛优势植物土壤水分利用策略[J]. 植物生态学报, 2017, 41(2): 175-185.

LYU Ting, ZHAO Xining, GAO Xiaodong, et al. Soil water use strategy of dominant species in typical natural and planted shrubs in Loess Hilly Region[J]. Chinese Journal of Plant Ecology, 2017, 41(2): 175-185.

[7] 郭忠升, 邵明安. 黄土丘陵半干旱区柠条林锦鸡儿人工林对土壤水分的影响[J]. 林业科学, 2010, 46(12): 1-7.

GUO Zhongsheng, SHAO Ming’an, Effect of artificial Caragana Korshinskii forest on soil water in the semiarid area of Loess Hilly Region[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2010, 46(12): 1-7.

[8] 王力, 邵明安, 李裕元. 陕北黄土高原人工刺槐林生长与土壤干化的关系研究[J]. 林业科学, 2004, 40(1): 84-91.

WANG Li, SHAO Ming’an, LI Yuyuan. Study on relationship between growth of artificial robinia pseudoacacia plantation and soil desiccation in the Loess Plateau of northern Shannxi province[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2004, 40(1): 84-91.

[9] LIU Y, TONG J, LI X. Analysing the silt particles with the Malvern Mastersizer 2000[J]. Water Conservancy Science and Technology and Economy, 2005, 11(6): 329-331.

[10] WALKLEY A, BLACK I A. An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method[J]. Soil Science, 1934, 37: 29-38.

[11] YANG L, WEI W, CHEN L, et al. Spatial variations of shallow and deep soil moisture in the semi-arid Loss Plateau, China[J]. Hydrology and Earth System Sciences, 2012, 16(9): 3 199-3 217.

[12] WANG Y Q, SHAO M A, LIU Z P, et al. Prediction of bulk density of soils in the Loess Plateau region of China[J]. Surveys in Geophysics, 2014, 35: 395-413.

[13] 杨文治, 邵明安. 黄土高原土壤水分研究[M]. 北京: 科学出版社, 2000．

YANG Wenzhi, SHAO Ming’an. Study on Soil Moisture in Loess Plateau [M]. Beijing: Science Press, 2000.

[14] 赵磊, 曹文华, 李鑫浩, 等. 黄泛平原风沙区不同土地利用方式土壤水分对降水的响应[J]. 灌溉排水学报, 2021, 40(S1): 94-101.

ZHAO Lei, CAO Wenhua, LI Xinhao, et al. The response of soil moisture to precipitation of different land use types in the sandy area of the Yellow River Flood Plain[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(S1): 94-101.

[15] 王志强, 刘宝元, 刘刚, 等. 黄土丘陵区人工林草植被耗水深度研究[J]. 中国科学: 地球科学, 2009, 39(9): 1 297-1 303.

WANG Zhiqiang, LIU Baoyuan, LIU Gang, et al. Study on water consumption depth of artificial forest and grass vegetation in Loess Hilly Region[J]. Scientia Sinica Terrae, 2009, 39(9): 1 297-1 303.

[16] 王超花. 半干旱黄土区不同土地利用方式对土壤生态水文性质的影响[D]. 兰州: 兰州大学, 2016.

WANG Chaohua. The effect of different land uses on soil Eco-hydrological properties in the semi-arid Loess Area[D]. Lanzhou: Lanzhou University, 2016.

[17] 刘丙霞. 黄土区典型灌草植被土壤水分时空分布及其植被承载力研究[D]. 北京：中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）, 2015.

LIU Bingxia. Experimental study of soil water spatial-temproal distribution and soil water carving capacity for vegetation of typical shrub and grass on the northern Loess Plateau[D]. Beijing: The University of Chinese Academy of Sciences(Institute of Soil and Water Conservation of Chinese Academy of Sicences), 2015.

[18] 邢贵, 张新民, 费喜亮, 等. 孙家岔流域坡面不同土地利用的土壤水分变化分析[J]. 干旱地区农业研究, 2012, 30(2): 225-229.

XING Gui, ZHANG Xinmin, FEI Xiliang, et al. Study on soil moisture content under different land use types in Sunjiacha basin[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2012, 30(2): 225-229.

[19] 李娟, 葛磊, 曹婷婷, 等. 有机肥施用量和耕作方式对旱地土壤水分利用效率及作物生产力的影响[J]. 水土保持学报, 2019, 33(2): 121-127.

LI Juan, GE Lei, CAO Tingting, et al. Effects of organic fertilization and tillage on soil water use efficiency and crop yield in dryland[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2019, 33(2): 121-127.

[20] 肖列, 刘国彬, 薛萐, 等. 黄土丘陵区不同土地利用方式对土壤水分及地上生物量的影响[J]. 水土保持通报, 2016, 36(4): 204-209, 215.

XIAO Lie, LIU Guobin, XUE Sha, et al. Effects of land use types on soil water and aboveground biomass in Loess Hilly Region[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2016, 36(4): 204-209, 215.

[21] 马婧怡, 贾宁凤, 程曼. 黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤水分变化特征[J]. 生态学报, 2018, 38(10): 3 471-3 481.

MA Jingyi, JIA Ningfeng, CHENG Man. Water characteristics of soil under different land-use types in the Loess Plateau Region[J]. Acta Ecologica Sinica, 2018, 38(10): 3 471-3 481.

[22] 张永旺, 王俊, 屈亚潭, 等. 黄土高原植被恢复过程中土壤水分有效性评价[J]. 灌溉排水学报, 2020, 39(6): 79-85, 114

ZHANG Yongwang, WANG Jun, QU Yatan, et al. Evaluating bioavailable soil water during vegetation restoration in the Loess Plateau[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(06): 79-85, 114.

[23] 兰志龙, 潘小莲, 赵英, 等. 黄土丘陵区不同土地利用模式对深层土壤含水量的影响[J]. 应用生态学报, 2017, 28(3): 847-855.

LAN Zhilong, PAN Xiaolian, ZHAO Ying, et al. Effects of land use types on deep soil water content in the loess hilly area of the north Shaanxi Province, China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2018, 38(10): 3 471-3 481.

[24] 李陆生, 赵西宁, 高晓东, 等. 黄土丘陵区不同树龄旱作枣园土壤水分动态[J]. 农业工程学报, 2016, 32(14): 145-152.

LI Lusheng, ZHAO Xining, GAO Xiaodong, et al. Soil water dynamic of rain-fed jujube (Ziziphus jujube) with stand age on Loess Plateau[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2016, 32(14): 145-152.

[25] 张文飞, 汪星, 汪有科, 等. 黄土丘陵区深层干化土壤中节水型修剪枣树生长及耗水[J]. 农业工程学报, 2017, 33(7): 140-148.

ZHANG Wenfei, WANG Xing, WANG Youke, et al. Growth and water consumption of jujube with water-saving pruning in deep dried soil of Loess Hilly area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2017, 33(7): 140-148.

[26] 杨敏, 赵西宁, 高晓东, 等. 黄土高原人工林深层土壤水分利用研究[J]. 水土保持研究, 2019, 26(6): 100-106.

YANG Min, ZHAO Xining, GAO Xiaodong, et al. Deep soil moisture use of planted forests in the Loess Plateau[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2019, 26(6): 100-106.

[27] 于博威, 刘高焕, 崔保山. 晋西黄土丘陵区人工刺槐林土壤干燥化效应[J]. 环境生态学, 2020, 2(Z1): 51-58.

YU Bowei, LIU Gaohuan, CUI Baoshan. Soil desiccation effects under Robinia Pseudoacacia plantations in the loess hilly region of western Shanxi province[J]. Environmental Ecology, 2020, 2(Z1): 51-58.

[28] 张雷. 准格尔黄土丘陵沟壑区铁杆蒿 (Artemisia sacrorum Ledeb.) 种群特征与生态适应性研究[D]. 呼和浩特: 内蒙古大学, 2009.

ZHANG Lei. Study on population characteristics and ecological adaptability of Artemisia Sacrorum Ledeb.in junger Loess Hill-Gully region[D]. Hohhot: Inner Mongolia University, 2009.

[29] 李鹏, 李占斌, 郑良勇. 植被保持水土有效性研究进展[J]. 水土保持研究, 2002, 9(1): 76-80.

LI Peng, LI Zhanbin, ZHENG Liangyong. Advances in researches of the effectiveness for vegetation conserving soil and water[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2002, 9(1): 76-80.

[30] FANG X, ZHAO W, WANG L, et al. Variations of deep soil moisture under different vegetation types and influencing factors in a watershed of the Loess Plateau, China[J]. Hydrology and Earth System Sciences, 2016, 20(8): 3 309-3 323.

Changes in Subsoil Water Content After Withdrawing Crop Production in the Hilly Loess in Northwestern China

MENG Tingting1,2,3,4, WANG Huanyuan1,2,3,4*, LIU Jinbao1,2,3,4, YANG Liangyan1,2,3,4, SHI Lei1,2,3,4

(1. Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co., Ltd.,Xi’an 710075, China; 2.Institute of Land Engineering and Technology, Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co., Ltd, Xi’an 710075, China; 3. Key Laboratory of Degraded and Unused Land Consolidation Engineering, Ministry of Natural Resources,Xi’an 710075, China; 4.Shaanxi Provincial Land Consolidation Engineering Technology Research Center,Xi’an 710075, China)

【】Withdrawing crop production to restore ecological functions of the loess plateau in northwestern China has greatly increased vegetation coverage since 1999, but there is a lack of understanding of how subsoil water content responded to such land use changes. The purpose of this paper is to fill this knowledge gap.【】Soil water content in the depths from the soil surface to 1000 cm was measured from slopped farmland, grassland and jujube orchard at a small watershed in the Yuanzegou waterhead in a loess hilly region.【】①The average moisture content in the 0～1 000 cm soil in different ecosystems was ranked in the order of jujube orchard < grassland < sloping farmland. In the 0～200 cm soil, soil water content in the farmland, grassland and jujube orchard increased with depth first followed by a decline, with their average water content across the soil profile being 11.91%, 11.23% and 9.99%, respectively. In the depth from 200 to 1000 cm, soil water content decreased asymptotically with depth, with the average soil water content over the profile being 11.77%, 11.62% and 9.96%for the farmland, grassland and jujube orchard, respectively. ②Water stored in the 200～1 000 cm soils was ranked in the order of farmland > grassland >jujube orchard, with their associated average value being 148.78 mm, 145.28 mm and 121.11 mm, respectively. Waters stored in the farmland and grassland were comparable, both being significantly higher than that in the jujube orchard (<0.05). ③Jujube took up more water from the 200～1 000 cm soil than the grasses (<0.05), with the water consumed by the jujube ranging from 21.67 mm to 32.97 mm compared to -4.47 mm to 10.32 mm used by the grasses. ④Subsoil water content was positively correlated with clay while negatively related to sand particles and organic carbon mass fraction, all at significant levels.【】Withdrawing crop production significantly reduced soil water content and water storage in the subsoil, especially when returning to forests. Jujube took a significant amount of water from the subsoil, followed by the grasses. Therefore, managing vegetation coverage after sparing cropped land is critical to restoring ecological functions of the hilly loess landscape in northwestern China.

withdrawing crop production; subsoil water content; forests and grasslands; Jujube orchard

1672 - 3317（2021）12 - 0078 - 07

S15

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021118

孟婷婷, 王欢元, 刘金宝, 等. 黄土丘陵区退耕还林草对深层土壤水分动态的影响[J]. 灌溉排水学报, 2021, 40(12): 78-84.

MENG Tingting, WANG Huanyuan, LIU Jinbao, et al. Changes in Subsoil Water Content After Withdrawing Crop Production in the Hilly Loess in Northwestern China[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(12): 78-84.

2021-0406

陕西省自然科学基金资助项目（2019JQ-945）；陕西省土地工程建设集团科研项目（DJNY2021-30，DJNY2021-15）

孟婷婷，女。硕士，主要研究方向为水土资源高效利用。E-mail: 1498643610@qq.com

王欢元，男。博士，主要研究方向为土地整治工程。E-mail: 181073033@qq.com

责任编辑：陆红飞