● 摘要
针对黄土高原存在的土壤干层现象和部分人对黄土高原生态环境建设成果 产生怀疑的问题，本文以黄土高原自然环境相对较好的关中平原为研究区，应用 野外钻孔采样测量土壤含水量和理论分析等方法，对土壤干层的判定标准、土壤 干层的形成机制、黄土高原土壤干层的分布范围、土壤干层的恢复条件、关中东 西部土壤干层发育强度的时空差异以及该区以何种植被地带类型为标准进行植被 建设等一系列问题进行了系统研究，以期能对黄土高原未来的植被建设提供科学 支持。 通过研究，获得的主要进展和新认识包括： ①创造性地从土壤水分供给和植物水分需求两个方面确定了土壤干层的判定 标准。依据对植物生长的限制程度将土壤干层划分为土壤干化层和土壤干旱层两 种类型，确定了土壤干层的湿度标准。土壤干化层(The dried soil layer)的湿度范 围在土壤稳定湿度和土壤初始凋萎湿度之间，主要表现为土壤对植物的供水发生 困难。土壤干旱层(The soil drought layer)的湿度范围是低于土壤初始凋萎湿度。 表明植物已经受到干旱胁迫，出现凋萎现象甚至死亡。 ②对咸阳、兴平地区土壤水分进行了实验研究，结果显示该区在枯水年和平水 年中龄及以上的人工林下有明显的土壤干层发育，这说明人工林下土壤干层的分 布范围已经扩展到黄土高原南部地区，而不是过去认为的只分布在关中以北地区。 进一步对宝鸡金台区、咸阳武功县和渭南临渭区的采样测量显示，在关中平原， 土壤干层的发育程度从西向东有逐渐增强的趋势，成片非经济林下的土壤水分明 显低于单株树，也低于经济林。而在丰水年，关中平原的土壤干层已基本消失， 显示该区在年降水量大于800mm的丰水年，土壤干层能够恢复。 ③提出了土壤剖面水分分布格局取决于渗透重力水的入渗深度、临界蒸发/蒸 腾深度和地下水埋深三者在剖面上组合关系。根据化学元素的淀积深度理论，初 步判定关中平原的渗透重力水的入渗深度一般在200cm左右，个别情况达到 350～400cm。通过分析大气蒸发和植物根系的分布，初步断定关中平原大气蒸发的 深度在200cm左右，最大可达400cm，而人工林的耗水深度可以超出500cm，但 强烈耗水深度一般在400cm以上。 ④明确地提出了土壤薄膜水带的存在是土壤干层形成的必要条件，而人工林强 烈耗水深度超过渗透重力水的入渗深度是土壤干层形成的充分条件。薄膜水带是 界于上覆重力水带和下部潜水带之间的水带，其含水量较低，且水分运动速度非 常慢。关中平原枯水年和平水年人工林的水分利用或消耗深度要大于重力水的入 渗深度，因此有明显的土壤干层发生；而在丰水年，由于重力水的入渗深度接近 人工林强烈耗水的深度，土壤干层由于得到水分补偿而变为含水量高的层位。 ⑤土壤干层形成的生物气候机制：气候旱化的结果首先是由降水量的减少导致 渗透重力水的入渗深度变浅；其次是导致蒸发力的增加，从而使蒸发深度加深； 再次是植物对旱化的适应是垂直扩展型根系类型的植物获得发展。后二者结合加 深人工林耗水层的深度。因此，一旦耗水深度大于重力水的入渗深度，就会产生 土壤干层，并且土壤干层发育程度会随旱化的加剧而严重。土壤干层存在会促进 局地的旱化。 ⑥土壤干层形成的土层厚度机制：薄膜水带的存在是土壤干层形成的物质基 础。在关中黄土地区，渗透重力水层及其下的悬着毛管水层的厚度加上地下水位 之上的毛管上升水层的厚度一般在400cm以内，最大不会超出500cm。因此，如 果地下水埋深大于500cm，就会形成薄膜水层。也就是说，厚度大于5m的黄土就 有可能形成土壤干层，均会对森林发育形成限制。因此那种以黄土厚度50m作为 能否发育森林植被判据的观点是值得商榷的。 ⑦土壤干层的水分补偿机制：土壤干层的水分恢复存在有重力水入渗(包括悬 着毛管水)形式和薄膜水运移两种形式。前者恢复迅速，后者恢复极其缓慢。 ⑧当代关中平原植被建设的现实目标是界于理想与现状之间的一种状态。研究 表明，全新世大暖期能够发育生长良好的森林植被，其对应的年均降水量接近 800mm，这是该区生态恢复与重建的理想状态；全新世大暖期以后，关中平原的 环境趋于恶化，各种指标显示关中平原近30a的气候整体上属于半干旱型，而不 是过去通常认为的半湿润型。半湿润气候型仅在1980s、在号称关中“水龙头”的 宝鸡地区有所体现，其潜在植被类型应该是森林草原，这是该区生态恢复与重建 的现实状态。 ⑨关中平原的植被建设应该面向变化的环境，采取因时因地制宜的原则，而不 能“刻舟求剑”。在操作中建议采用“移位布局”的新思路，即在原认为关中平原 属于暖温带落叶阔叶林带的基础上，植被建设按暖温带森林草原带进行布局，以 此提高生态建设的效能。