土壤水是一种重要的水资源 ,是大气水、地表水、地下水转化的纽带 ,在水资源的形成、转化与消耗过程中不可或缺。大气降水和灌溉水都要转化成土壤水才能被植物吸收 ,因此 ,土壤水是陆地植物赖以生存的源泉 。在干旱和半干旱地区 ,水分是植被生存和发展的主要限制因子。天然植被能够利用的水分的主要来源是大气降水和地下水 ,但是大气降水和地下水都要转化成土壤水才能被植物利用 ,同时土壤水分状况是气候、植被、地形及土壤因素等自然条件的综合反映 。很多学者利用土壤墒情记录仪从不同角度对干旱、半干旱地区的土壤水分进行了研究 ,为干旱、半干旱地区合理利用水分 ,保证植物正常生长和防治荒漠化提出了一些科学依据 。但由于观测手段的限制 ,长期以来土壤水分研究采用的主要通过土盒法或中子仪法获得的土壤含水量瞬时数据 ,在时间上不连续 ,所以不能充分揭示土壤水分的动态变化规律。
　　近年来随着沙地水分测量仪器的快速发展 ,自动记录仪器的使用使沙地水分研究得到提高,沙地水分动态报道不断增加。沙地水分动态主要包括垂直变化 ,和季节变化。在垂直变化上表现为:表层干沙层(0～10cm或 0～20cm);水分活跃层 (20～80cm);水分稳定层 (80cm以下 )。在季节上表现为:冬春季的调整与弱失水阶段 (12月～5月下旬 );夏季降雨补给阶段 (6月 ～8月下旬 );秋季失水阶段 (9月 ～11月下旬 )。但对于不同植被盖度的固定沙地、半固定沙地和流动沙地的土壤水分的动态变化各不相同 ,不能一 　而论。采用 EC - 5土壤水分探头实现了沙地土壤水分的连续定位观测 ,通过对毛乌素沙地东南缘不同盖度的油蒿群落土壤水分进行了连续监测 ,以期能够更准确地揭示沙地土壤水分的变化规律,为深入研究土壤水分对干旱、半干旱地区植被演替的影响提供科学依据。
　　1　研究区概况
　　研究区位于毛乌素沙地东南缘 ,地理坐标 E108°51′55″～108°52′36″,N37°07′08″～37°37′26″,属半干旱气候。多年平均降水 400～450mm,主要集中在 7～9月 ,约占全年降水量的 60%～70%。光照充足 ,年日照时数 2700～3100h,年平均蒸发量 2484. 5mm,多年平均干燥指数 2. 3。每年 3～5月西北风盛行 ,常达6～8级 ,大于 5m /s的起沙风平均每年出现 220次以上 ,大风日数 20～40天 ,尤其是春季 ,干旱少雨、地表干燥 ,大风频繁 ,月平均风速 4～5m /s,最高风速达 20～25m /s。地貌以起伏的沙丘为主 ,机械组成主要为细沙和中沙 ,由东南向西北降水量和气温递减 ,而蒸发量递增。本区属暖温性草原带 ,植被覆盖度低 ,主要植物有油蒿 (Artem isia ordosica)、沙米 (Agriophyllum squarrosum )、软毛虫实 (Corisper - mum puberulum )、沙竹 (Psammochloa villosa)、沙柳 (Salix psammophylla)等。
　　2　研究方法
　　2. 1　样地的选取
　　选取毛乌素沙地东南缘金鸡滩乡大坟滩村作为实验地 ,实验地内建群种为油蒿,按油蒿的退化梯度选取固定沙地、半固定沙地和流动沙地三个样地 ,实验地地下水埋深 3m左右 ,实验地概况
　　2. 2　样地的布设
　　采用 EC - 5探头对土壤水分的动态变化、次降水过程 (某次连续降水过程)以及降水结束后土壤水分入渗与再分配过程进行实地连续观测。EC - 5探头输出的是不同土壤含水率条件下的介电常数 ,观测精度 ≤±1～2. 0% (vol. ) ,测量范围 0～100%,用 AR5数据采集仪对数据进行采集 ,AR5数据采集仪采用 0～2. 5V输出电压 ,能连接 8个 12位分辨率和 3个 24位脉冲 /频率的输入端口 ,兼容直接连接传感器包括土壤水分、温度、压力、相对湿度、风速、降雨、水流量和天然气的消耗没有外部电源要求。2006年 11月在实验样地的三种类型沙地上分别安装一套 AR5土壤采集仪 ,即在三种类型沙地上开挖 160cm深剖面 ,将 EC - 5土壤水分探头按深度 10 φ 、30 φ 、60 φ 、100 φ 、160 φ水平插入。在 10 φ 、30φ 、100 φ土层上安装土壤温度探头 ,同时在固定沙地上安装雨量计 ,雨量计距地面 1m,然后回填。数据输出时间可根据需要自行调整 ,实验的数据输出时间为 30分钟 ,土壤含水量为体积含水量。
　　2. 3　仪器校正
　　仪器校正采用野外实地监测与铝盒取土烘干相结合的方法进行校正。为保证土壤水分含量有一定的梯度 ,在实验地挖 60cm 深土壤剖面 ,以10cm为间距 ,在不同时间段内用 EC - 5探头测量各层土壤水分 ,同时在水平插入探头的部位用铝盒取土烘干测其水分,并用环刀测定各层土壤容重。两种方法共测得 43对数据。回归统计分析 ,如图1所示:烘干法与 EC - 5测定值之间得相关系数 R =0. 9716,自由度 f = n - 1 = 42,经检验 , p < 0.0001,达到极显著相关水平。校正方程为: y =0. 9743x - 0. 7103。式中 y为烘箱烘干法测得的土壤水分值 , x为 EC - 5测定值 ,R为拟合优度 ,R =0. 9716,说明校正以后土壤水分值与采用传统的烘干法测的值相符 ,能很好的反映实测地土壤水分的状况 ,说明 EC - 5监测的土壤水分结果是可靠的。
　　2. 4　土壤蓄水量计算
　　研究采用下式计算土壤蓄水量:W =0. 13 ∑pi 3 Hi
　　i=1式中:w为某一厚度层的土壤蓄水量 (mm) , Pi 为第 i层土壤体积含水量 ,Hi 为第 i层土层厚 (cm); i=1,2,3, ……n,为土壤剖面分层数。
　　由此得出：
　　(1)在时间尺度上固定沙地土壤水分呈现为:秋季 >春季 >夏季;半固定沙地变化趋势与流动沙地相同:夏季 >秋季 >春季。
　　(2)固定沙地与半固定沙地和流动沙地在垂直方向上土壤水分变化存在一定的差异 ,固定沙地土壤水分变化成 "S"型曲线 ,半固定沙地和流动沙地土壤水分变化成反 "S"型曲线。
　　(3)流动沙地土壤蓄水量主要受降水和地表蒸发的影响 ,与植被盖度关系甚微 ,大气降水在流动沙地很容易下渗到 40cm,所以各月土壤蓄水量相差很少,不足 3. 5mm;固定沙地和半固定沙地 0～40cm沙层土壤蓄水量均表现为 8月份较小 ,10月份蓄水量最大 ,其它各月该层土壤蓄水量相差很小;油蒿群落主要消耗 20～40cm土层的蓄水量 ,导致 20～40cm沙层半固定沙地和固定沙地土壤蓄水量均低于流动沙地; 0～200cm各月土壤蓄水量流动沙地最大 ,半固定沙地次之 ,固定沙地的最差。
　　其实测量土壤中的水分可以用仪器来进行测量，建议使用土壤水分测定仪，这个可以直接测出土壤中的水分。想了解更多信息可参考中国土壤仪器网http://www.soil17.com。