第八章-土壤干化与防治

第八章土壤干化与防治本章内容第一节土壤干层发育概况第二节土壤干层产生的原因分析第三节土壤干化的危害第四节土壤干层的防治措施2023/10/242第一节土壤干层发育概况一、土壤干化研究概况第一节土壤干层发育概况二、土壤干层的分布与分布特征三、土壤干层发育状况四、土壤干层的判定指标1、土壤干层出现的环境背景干旱半干旱地区的生态问题主要是水分问题，包括直接由缺水而引起的干旱问题以及因缺水而引起的一系列间接问题，如盐碱化、荒漠化、水上流失、“小老树”、沙尘暴等严重的环境问题。第一节土壤干层发育概况一、土壤干化研究概况水土流失盐碱化土地荒漠化沙尘暴小老树土壤干化层是广大干旱半干旱地普遍存在的一种特殊的土壤水文现象，其实质是在区域大气干旱和水分不足的大环境下，由于土壤蒸发和植物水分利用的双重作用，导致区域或者局部水分持续亏缺而产生的土壤干燥化结果。在当前我国西部地生态环境建设中，土壤干化层是实施造林种草的主要障碍。如何有效地防止、避免或减轻土壤干化层对造林种草带来的不利影响，是干旱半干旱地区域植被建设急需解决的重大科学问题。2、土壤干化层的基本情况第一节土壤干层发育概况据刘东升等研究，黄土高原的环境自第四纪以来一直处于旱化的发展中。在这一过程中，一方面是水分总量的绝对亏缺，另一方面是在特定的气候-植被条件下植物对水分的吸收消耗。这种水分与植被相互适应、相互选择(自组织)的最终结果，形成了相对稳定的旱生植被群落，主要表现在天然植被演替的顶极群落方面，这一过程是相当漫长的。近40年来，由于人为治理的生态干扰作用，大片的人工林草地在黄土高原得以建立，同时也打破了这种水分与植被的自适应关系，使该区的水分环境与植被之间的相互关系更趋于复杂。

黄土高原的水分-植被问题第一节土壤干层发育概况第一节土壤干层发育概况黄土高原地貌黄河流经黄土高原黄土高原分布范围3、有关土壤干化层的研究与认识第一节土壤干层发育概况什么是土壤干化层?

土壤干化层是干旱半干旱地区的普遍现象抑或只是人工植被下的特有产物?

自然植被和人工植被对于土壤水分生态环境的影响存在着何种差别?

对林草植被建设的土壤干化层现象应如何识别、评价并有效地减轻或避免?

建造何种人植被才能适应干旱半干旱地区自然生态与经济系统协调发展的要求?思考第一节土壤干层发育概况渭北旱积农地

自20世纪60年代土壤干化层的现象由中国科学院水土保持研究所土壤水分课题组在渭北旱积农地发现以来，土壤干化层问题受到国内有关行业学者的广泛关注，并获得了一批初步的研究成果。由于土壤干化层是干旱半干旱地区植被与其水分环境相互作用的结果，关系到在干旱半干旱地区开展林草植被建设成功与否及其治理对策等重大理论与实践问题，尤其在“当前西部大开发强调生态恢复的背景下，这一问题进一步引起了许多学者的兴趣，并开展了相关的研究。第一节土壤干层发育概况在我国把干旱半干旱地区的土壤干化现象作为一个专门的土壤学和生态学问题提出并进行研究的尚未见有报导。第一节土壤干层发育概况在国外所以，对土壤干化现象及其相关问题的提出和研究，是我国科技工作者在世界土壤水文及生态水文领域内开展的一项具有学科开拓性意义的工作杨文治等认为，土壤干化层是由于水分亏缺而在土体内形成的一个低湿层，它具有3个特征:①位于土体的某一深度范围内;②具有相对的持久性;③具有一定的土壤湿度范围。根据水分散失的原因，可以将土壤干化层分成两种情况，分别叫利用型干层和地区型干层或蒸发型干层和蒸散型干层。近几年来，一此学者针对半干旱典型地区黄上高原人工植被下的土壤干化问题进行研究后认为，黄土高原的人工植被下普遍存在着土壤干化层。第一节土壤干层发育概况我国一些学者取得的成果与认识现有的研究成果主要是针对上述问题的定性分析和讨论，尤其是在土壤干化层的识别、判定等基本问题上，仍缺乏严格的实验数理指标界定。另一方，现有的指标过于绝对，多限于从土壤自身的物理特性来考虑，没有与相对于植物生长的生理学反应相联系。从目前看，对土壤干化层问题尤其是对土壤干化层的识别及其类型判定等基本问题的研究，是解决土壤干化层重大基础理论问题的有效方法，这此问题的解决对干旱半干旱地区的林草植被建设有着重要的现实意义。第一节土壤干层发育概况现阶段认识的局限性调查研究表明，陕北黄土高原的土壤水分生态环境整体处于亏缺状态，从南部的森林带到北部的草原带，都有严重程度不一的水分亏缺现象，土壤干层的存在比较普遍.二、土壤干层的分布与分布特征第一节土壤干层发育概况（一）土壤干层的分布范围（以陕北黄土高原为例）陕北黄土高原地图第一节土壤干层发育概况地理条件：属于高原沟壑区南部，位于渭北旱原北部，大部分是黄土覆盖的土石山地，林草资源丰富，梢林密布，林地覆盖率达59%，对涵养水源有重要作用.土壤干层的情况：受地形和森林覆盖的影响，年降雨量较多，年均达710.5mm.在降雨量较充分条件下，宜君土壤水分维持在较高水平，基本没有形成亏缺;仅在一些立地条件较差的梁坡地形成了轻微的水分不足现象，且大多出现在浅层土壤，形成了临时性轻度干化层治理措施：辅以合理和适当的节水整地措施或遇丰水年，干化现象可以得到缓解第一节土壤干层发育概况宜君宜君地貌第一节土壤干层发育概况地理条件：高原沟壑区北部，亦为渭北旱原的一部分，位于宜君的北部，地貌和生态特征上以高原沟壑为主兼有部分破碎塬地.土壤干化的情况：由于降雨量减少，与宜君相比，黄陵和富县的土壤水分亏缺较为严重，相应也出现了较为严重的干化层.第一节土壤干层发育概况黄陵、富县黄陵、富县地貌第一节土壤干层发育概况富县地理条件：陕北黄土高原的南缘，降雨量相对较高，森林覆盖率也较高，在植被类型划分上属于森林带，土壤水分条件相对较好，土壤干化的情况：也出现一定程度的土壤干化现象，表现为愈往西北愈严重的特点第一节土壤干层发育概况句邑、宜川、韩城等12个县句邑、宜川、韩城等12个县的地貌第一节土壤干层发育概况地理条件：属于丘陵沟壑区，区内沟壑纵横，林草的覆盖稀少，土壤抗侵蚀力差，加之暴雨频繁，形成了极为严重的水土流失，是入黄泥沙的主要来源区.土壤干化的情况：该区土壤水分亏缺十分严重，有些地方林草地土壤含水量经常的处于低水平状态，甚至达到凋萎湿度以下，形成了极为严重的干化层。第一节土壤干层发育概况延安、安塞、吴旗、绥德、米脂延安、安塞、吴旗、绥德、米脂地貌第一节土壤干层发育概况陕北丘陵沟壑区的南、西、北三区第一节土壤干层发育概况根据侵蚀程度，陕北丘陵沟壑区可分为南、西、北三区，其土壤水分亏缺状况有一定差异.南区范围：包括延川涎长全部，延安的大部和宜川、安塞的一部分，土地面积占全区的22.2%地理条件：以梁状丘陵为主，间有宽平谷地和残塬的地区，年均降雨量约500mm土地侵蚀度：相对较轻，土壤水分亏缺较西、北区程度要略轻.范围：包括吴旗全部和志丹、安塞、定边、靖边大部或一部分，土地面积占全区37.5%地理条件：大致为1400m海拔高程与其它两区分界，是地势高、气候冷凉的地区，为梁状丘陵，梁大沟深，年均降雨量约480m土地侵蚀度：土壤水分亏缺程度高于南区，低于北区第一节土壤干层发育概况陕北丘陵沟壑区的南、西、北三区西区范围：包括绥德、米脂、吴堡、了洲、清涧、了长的全部和佳县、神木、府谷输林、横山的大部或一部分，土地面积占全区的40.3%地理条件：水蚀最为严重、地形最为破碎的地区土地侵蚀度：土壤水分亏缺最为严重，形成的土壤干化层也最为历害，严重地影响了当地林草植被的生存和发展.继续往北为风沙区，主要为长城以北的大部分区，毛乌素沙地的东南缘，包括靖边、横山、榆林、神木的大部或一部分.影响：该区为水蚀和风蚀的交错带，土地沙化严重，水分亏缺极为严重，土壤干化极大地制了林草植被的生存，是陕北黄土高原生态环境最为恶劣的地区.第一节土壤干层发育概况陕北丘陵沟壑区的南、西、北三区北区陕北丘陵沟壑区的南、西、北三区地图第一节土壤干层发育概况第一节土壤干层发育概况（二）土壤干层的分布特征及地带性规律黄土高原地处我国湿润向西北干旱区的过渡地带，属于半干旱半湿润区.该区降雨量偏少，地表水资源贫乏，大部分地区以雨养农业为主，因此降雨量成为影响本区农林牧业发展最为主要的气候因子。受降雨量分布的影响，土壤水分状况具有明显的水平分布和垂直分布特征。土壤干层在本区随经纬度变化其干化程度呈现较明显的水平地带性规律。第一节土壤干层发育概况黄土区土壤水分含量受气候、土壤、植被地形及时间等因素的强烈影响，其土壤干化程度的分布规律与上述因素密切相关：（1）黄土高原土壤水分的分布在地带性尺度上，只有水平地带性，而没有垂直地带性，其海拔高程不足以形成垂直方向上的地带性差异（2）存在局地空间上的分异由于黄土高原水土流失严重，地形被切割支离破碎，沟壑纵横，坡地多(坡度>50的坡蒂占80%)，土地类型复杂多样，土壤水分状况局地差异明显，因而土壤干化程度也有明显差异(表8－1)（3）从南到北随纬度的增加，降雨量渐趋减少。受此影响，土壤水分状况渐趋恶化，表现出明显的地带性变化规律对陕北黄土高原从南到北9个代表性样点的实地调查表明，不论是农地、草地或是林地，土壤水分状况的表层或深层储水都表现为渐次减少的趋势，即土壤的干化程度逐渐严重，干层厚度逐渐加深（表8-2）1、黄土区土壤水分的分布特点：第一节土壤干层发育概况表8－1部分典型样地不同层次土壤平均含水量第一节土壤干层发育概况表8－2陕北黄土高原各区域概况及土壤干化程度第一节土壤干层发育概况图8－3陕北黄土高原从南到北人工刺槐林地（a）和农田（b）的土壤水分平均状况由图8－3可以看出，人工刺槐林地土壤含水量从南到北呈明显降低，土壤水分状况渐趋恶化.以延安为界，延安以北土壤水分状况极度恶化，土壤表层贮水接近甚至低于凋萎湿度;而深层贮水也不容乐观，严重危胁到植物的生存和生长.这一规律与降雨量从南到北的变化规律一致，从宜君到米脂，降雨量依次从710.5mm减少到487.2mm(表8－2).第一节土壤干层发育概况第一节土壤干层发育概况2、黄土高原年均降水量在时空分布上的特征1)年均降水的绝对量值较小2)年均降水量按照西蔚东北走向自东南向西北逐渐递减3)年内分配极不均一；南北部各季节的降水量在全年降水中的所占的比重也有所不同4)年际变化较大5)降水集中，多暴雨，强度大四季气候原因：黄土高原属典型的大陆性季风气候，由于极地大陆气团非常干燥且稳定，造成黄土高原冬季寒冷干燥，降水稀少。春季由于冬季风衰退，而较弱的太平洋暖湿气流难以影响黄土高原，加之因冬季极地大陆气团长期控制的影响，造成大气和土壤干旱明显，春旱现象严重。夏季黄土高原近地面处于大陆热低压槽的前部，而高空则在副热带高压的影响和控制下，盛行太平洋热带海洋气团，湿度较大，成为黄土高原降水的主要来源，因而暖湿空气经冷空气的激发作用形成大面积降水。秋季暖湿的海洋气团南退，冷空气推进到黄土高原，但因南退的暖湿海洋性气团受秦岭阻隔，而变性大陆性气团侵入很快结果形成较多的锋面降水第一节土壤干层发育概况1)年均降水的绝对量值较小总的来说，黄土高原的年均降水量较低。按照以年降水400mm划分干旱与半干旱区的标准，黄土高原属于典型的从干旱区向半干旱区、半湿润区的过渡区域（表8-2）由于小气候的影响，降水的趋势线与地形、植被等下垫面条件表现一致。在土石山区，南部子午岭、龙山等地，由于森林山地的水文效应，局部降水较多。第一节土壤干层发育概况2)年均降水量按照西蔚东北走向自东南向西北逐渐递减表8－4陕北黄土高原部分地区的年均降水量

黄土高原一年之中的降水通常始于3月，至6月下旬得到加强，主要集中在7-9月，降水总量约占全年降水量的60%一80%(表8-5).而冬季降水一般只占全年降水的5%左右。同时，南北部各季节的降水量在全年降水中的所占的比重也有所不同第一节土壤干层发育概况3)年内分配极不均一;同时，南北部各季节的降水量在全年降水中的所占的比重也有所不同表8－5绥德等三县年降雨量分配

由于季风的影响，黄土高原的降水变率较大，年相对变率平均在20-30%,丰水年的降水量往往是枯水年的几倍，甚至十几倍(表8-6)。总的来说，降水的年变幅为西北部大于东南部，而且降水越少的地区其降水量的年际变化也越大第一节土壤干层发育概况4)年际变化较大表8－6绥德等三县年降雨量分配黄土高原的降水在总量较小、时间分配不均的状况下，多以高强度暴雨的形式出现(表8－7)。据记载，榆林、兰州等地最大月降水量超过200mm，占年均降水量的70%以上，至于短时期最大降水问题更加突出。特大暴雨的出现，无论是出现的时间还是出现的地点，均纯属一种偶然现象，极难预测。降水强度还反映在降水日数和连续无降水日数上，黄土高原多数地方的降水日数均不足100d，而连续无降水日数各地则均较长.第一节土壤干层发育概况5)降水集中，多暴雨，强度大表8－7绥德等三县一日最大降雨量期及出现日期第一节土壤干层发育概况3、陕北黄土高原降水的时空特点主要表现由于黄土高原特殊的气候条件，降雨量的多少直接影响到土壤水分的高低；降雨特征也直接决定了土壤水分的利用程度。因此，陕北黄土高原降水的时空特点对土壤水分的亏缺程度有明显的决定作用。主要表现为：1)在年降雨量绝对值低的前提下，土壤水分生态条件整体处于亏缺状态，土壤干层的出现就是这一问题的直接反映2)降雨的不规则性导致水土流失加剧，干旱问题趋于严重，植被耗水得不到有效补偿，土壤储水恶化，最终形成了土壤水分较难恢复的干化层3)降雨量的地带性变化规律明显影响了土壤水分状况的变化。不论是林地、农地(表8-8)或是草地(表8-9)，土壤水分状况不论是表层还是深层储水，都表现为随降雨量减少渐次减少的趋势，即从东南到西北，降雨量渐次降低，土壤的干化程度逐渐严重，干层厚度逐渐加深第一节土壤干层发育概况表8－8陕北黄土高原几个代表性样点农田的土壤含水量表8－9黄土高原各样地黄草坡土壤水分状况由表8－10可以看出，在其它条件相似情况下，一个坡面上土壤水分从上到下依次减少，特别是0-100cm内的浅层贮水，坡下部的土壤含水量比坡上部的含水量多出近4%,0-500cm内的贮水也多出了近1.2%，说明坡下部的土壤水分状况整体好于坡上部。这主要是因为在其它条件相似的情况下，坡下部的入渗要好于坡中部和坡上部。一般而言，下部汇集了更多的径流，形成了相对较好的土壤贮水，因而土壤干化程度较之中部和上部要轻得多。第一节土壤干层发育概况4、坡面的垂直分异状况表8－10延安试区一个坡面的土壤含水量陕北黄土高原大区范围内的降雨量随海拔高度变化的关系较为复杂。但对于小范围内的山地而言，由于受入渗能力、土壤持水性能等多种因素的影响，土壤水分状况基本表现为随着高度的增加而逐渐恶化趋势。土壤干层在局地空间上的分异主要是指土壤干化程度在同一地区因土地类型不同而产生变化的现象。第一节土壤干层发育概况5、土壤干层在局地空间上的分异黄土高原因其严重的水土流失，地形被切割的支离破碎，在同一地区往往呈现复杂多样的土地类型，土壤水分状况也因之而发生了明显的差异。陕北黄土高原的土地类型主要有梁峁地(坡地)、梯田、塌地、沟掌地、坝地、沟阶地、川滩地以及涧地等,不同的土地类型,土壤水分状况有较大差异。第一节土壤干层发育概况陕北黄土高原的主要土地类型梁峁地米脂梯田靖边县榆林基本状况：梁峁地是黄土高原最为普遍的一种土地类型,特别是在黄土高原丘陵沟壑区约50%-60%的土地属于该类型。梁峁地位于沟缘线之上,是坡耕地的集中分布地.水土条件：一般来说,梁峁地土壤水分条件较差,是水分亏缺较为严重的土地类型,也是形成土壤干化层集中的地类.黄土高原的梁峁地坡度较陡,加之该区降雨集中,且多以暴雨的形式出现,导致了极为严重的水土流失,从而形成了梁峁地土壤水分生态条件较差的现状.存在问题：在目前黄土高原的生态环境治理中,最为重要的就是梁峁地;梁峁地植被能否改善,生态环境能否恢复,是成败的关键.防治建议：经验表明,梁峁地不适宜农业耕作和种植耗水性较强的乔灌木,在植被恢复过程中不应过分地追求经济效益,而应以发展生态效益明显的永久性地或灌木能源林第一节土壤干层发育概况1)梁峁地(坡地)梯田是黄土高原水土流失治理中广泛采用的一项主要工程措施，主要是通过降低地面坡度，改变小地形，达到蓄积雨水、增加入渗、提高土壤水分储量和利用效率，进而提高植物生产力的目的第一节土壤干层发育概况2)梯田基本现状：在一般情况下，梯田的水分状况要比梁峁地优越得多，作物产量也有明显的提高。但据调查，梯田地土壤水分亦有一定程度的亏缺，并形成了土壤干化层。虽与梁峁地相比程度较轻，但仍应引起足够的重视在较为平缓的梁峁之间,发育有平坦的封闭或半封闭的开阔谷地,即称为涧地，一般宽300-1000m,长约2000-20000m,地面比降仅有1%-5%,多沿谷地向下缓倾，它是陕北黄土高原靖边县的一种土地类型,也是当地的主要农业用地靖边县地貌类型较为特殊,其南部属于丘陵沟壑区,北部属于风沙滩地区,中间部分即为较平坦的梁峁涧地区.梁峁涧地区主要分布在白于山以北、榆定公路以南一带,约为1.15×105hm2,占全县总面积的23%，海拔1300-1600m,相对切割深度100-200m,地表为厚层黄土及更新世洪积、坡积、冲积物覆盖,基底为白垩系砂页岩,出露较少，地表形态以黄土梁峁为主,梁缓宽,梁涧相当其中最大的为三岔乡至王渠子乡的20km长涧,面积达14.1km2。目前,涧地多被现代河谷分割,形成20-30m宽的冲沟,成为破涧。一般涧地的沟壑密度为1·5-5km·km-2第一节土壤干层发育概况3)涧地第一节土壤干层发育概况在植被类型划分上,靖边属干草原地带的南界,一般来说,其水分状况较差,土壤水分含量的绝对水平较低,不适宜乔灌木生长;但涧地土壤水分生态条件有明显不同于草原带的特征涧地地势平缓,土质较好,土壤水分条件亦优于梁峁地以及南部的丘陵沟壑区和北部的风沙滩地区,人为活动强烈.

近年来在靖边县城周边营造了大面积的乔灌林(如万亩林),取得了一定的成就,说明涧地的水分条件优于其它类型区.调查发现,靖边涧地柠条(Caragana

korshinskii)林地土壤水分含量甚至高于米脂、安塞等地柠条林梁峁坡地的水分含量(表8－11),原因可能就在于此.表8－11柠条林地土壤水分状况对比基本概况：沟阶地是黄土丘陵区沟底一种窄梯田，其土壤水分的收入和支出受降雨和侧渗的影响明显水分收支情况：其收入项除就地降雨之外还有坡面径流入渗和土壤内侧流量补充，但由于侧面蒸发强烈，其土壤含水量比坡地和梁地仅高1%-2%，仍有程度不轻的亏缺量50cm以下形成了严重程度不一的干化层改造办法：加大梯田宽度,以减小侧面蒸发第一节土壤干层发育概况4)沟阶地土壤水分条件都较好，大都处田间持水量的75%以上，有的甚至常维持在田间持水量左右的水平。如果以田间稳定持水量(一般相当于田间持水量的60%)作为参考标准，土壤水分基本没有亏缺，因此没有土壤干化层存在。第一节土壤干层发育概况5)塌地、沟掌地、坝地、川滩地（1）土壤干层在黄土高原从南到北大范围内普遍分布,根据干化程度可分为4个类型区:1)以宜君为代表的高原沟壑区南部,土壤干化程度轻微,如遇丰水年或辅以适当的整地节水措施,土壤水分亏缺可以得到有效缓解;2)以富县、黄陵为代表的高原沟壑区北部,出现轻度干化层,有的地方较为严重,并有继续恶化的趋势;3)范围较广的丘陵沟壑区,出现程度严重的土壤干化层,该区又可分为南、西、北3个小区域,南区以延安、延长为代表,土壤干化程度为中度;西区以吴旗、安塞为代表,土壤干化程度严重;北区以绥德、米脂为代表,土壤干化程度极为严重;4)以神木为代表的风沙区,由于降雨量的急剧减少,沙化严重,土壤水分亏缺十分历害,出现了极为严重的土壤干化现象.第一节土壤干层发育概况小结1（2）受降雨量的影响,土壤干化程度呈现明显的水平分异规律;受海拔高度、降雨入渗能力的影响.土壤干化程度在小范围的山地呈现明显的垂直分异规律,一般来说,海拔愈高,干化程度愈严重.（3）因土地类型不同,土壤干化程度在局地空间上呈现明显的分异规律.在黄土高原的各种土地类型中,梁峁地的土壤干化程度最为严重,是黄土高原生态环境治理和恢复的重点.第一节土壤干层发育概况小结2土壤干层发育强弱可根据两方面的因素来确定，土层含水量和植物生长状况。土壤干层是指在较长时期内土壤含水量明显减少的土层。有研究者把土壤含水量低于田间持水量30%的土层确定为土壤干层。地表2m以上土壤水分易于得到大气降水的补充，这一层的变干不属于土壤干层。地表之下2-4m土壤的变干难以在短期内恢复，是真正的土壤干层。植物根系大都生长在6m以上，这是土壤干层一般发育在2-4m之间的主要原因。在种植深根系且生长快的植物时，土壤干层也可能延仲到6m或更深。第一节土壤干层发育概况三、土壤干层发育状况根据当前研究可知，黄土高原土壤干层的发育较为广泛，只要种植耗水量大的速生植物，不论是乔木还是灌草，土壤层中都常伴有干层形成。如在降水量偏少的延安地区，土壤干化明显，树林下2-4m深处常有土壤干层发育。特别是在人工林生长的中龄或更老阶段的树林下，土壤干层普遍存在。

第一节土壤干层发育概况土壤的干化是相对于土壤环境所生长的植物而言的，因此对土壤干化层的识别、指标及类型判定等问题的科学界定，应首先从植物对环境水分的生理生态响应机制的分析入手，并且所应用的判定指标应具有严谨、明晰的科学含义和数学界定。实测结果表明，土壤干化层并非绝对意义上的上壤干燥层，而是一个接近凋萎湿度(也称萎蔫湿度、死亡凋萎湿度、永久萎蔫点)的低湿层。第一节土壤干层发育概况四、土壤干层的判定指标第一节土壤干层发育概况1、植物的萎蔫过程图8－12棉花萎蔫过程中土壤湿度的变化实验表明，植物的萎蔫不是一个间断性的突变现象，而是一个连续性的逐渐发展的过程（图8-12）。从植物开始发生萎蔫到枯死，土壤湿度逐渐降低，且存在一个较宽的湿度范围。1)植物萎蔫过程的特点第一节土壤干层发育概况通常用萎蔫湿度(也叫凋萎湿度)来描述植物萎蔫现象。萎蔫湿度是指将萎蔫后的植物置于饱和水汽环境，经一夜不能恢复膨压，此时植物所对应的土壤水分的含量，因此，萎蔫湿度也可称之为稳定萎蔫湿度或死亡凋萎湿度(也叫永久萎蔫湿度)。萎蔫湿度实际上就是土壤无效水的含量，它主要受土壤质地的影响，质地越粗萎蔫湿度越低，质地越细萎蔫湿度就越高。植物从发生萎蔫开始到凋萎死亡(萎蔫湿度)，其所对应的土壤湿度范围变化在土壤松束缚水到紧束缚水之间(土壤水吸力为1.0-1.5kPa)2)萎蔫湿度土壤干化层的“干”是一个相对的概念，它主要是针对植物生长对水分的生理需求而言的。在一定的土壤湿度范围之内(介于过涝与过干之间)，土壤湿度的绝对高低对于植物的正常生长不会造成太多的负面影响，核心问题是土壤的湿度水平对于植物生长的有效性及引起旱涝胁迫的有无及其胁迫程度。第一节土壤干层发育概况2、土壤干旱与植物萎蔫的关系描述植物从正常生长状态到出现萎蔫的土壤湿度临界点(有关该指标的讨论目前尚有待于深入)描述植物由持续萎蔫状态至枯死的土壤湿度临界点，即永久凋萎湿度。第一节土壤干层发育概况科学准确地描述植物在土壤干旱条件下的萎蔫过程，至少需要两个基本的环境水分指标才能完成：定义：初始萎蔫湿度，是指植物因环境水分条件恶化，植株由正常生长状态转为干旱胁迫状态、植株整体或局部开始出现萎蔫现象时的临界土壤湿度意义：标志着土壤水分不能满足植物正常生长时所处的临界土壤湿度水平应用：土壤湿度介于初始萎蔫湿度和稳定萎蔫湿度之间时，发生萎蔫的植物在土壤水分改善的条件下可以恢复正常生长，这正是黄土高原这样的干旱半干旱地带的植物得以生存发展的重要生理学基础第一节土壤干层发育概况3、初始萎蔫湿度的含义及其实验测定1)初始萎蔫湿度的含义永久萎蔫湿度通常采用幼苗法进行测定，初始萎蔫湿度的实验测定同样可采用幼苗法原理：幼苗法是一种直接测定的方法，通过记录植物萎蔫过程中的植物膨压的变化及其对应的土壤水分含量的变化，可以确定初始萎蔫点的位置及初始萎蔫湿度的数量。缺点：采用幼苗法测定需时较长,管理繁杂实际使用：可在田间直接测定。在田间直接测定需要注意如下几个问题:1)测定时间需选择在植物耗水强度最大且少雨的时期，2)应选择生长健壮的植株，3)确定初始萎蔫湿度需要采用数据系列对比的方法进行(比较土壤湿度变化的曲率水平，首次出现的曲率最大点即初始萎蔫湿度点，该点所对应的土壤湿度即初始萎蔫湿度)

第一节土壤干层发育概况2)初始萎蔫湿度的实验测定幼苗法初始凋萎湿度的测定还可以采用另一种间接测定法进行，即土壤水分性质确定法。原理：由前面的分析知道：植物发生萎蔫时所对应的土壤水分性质，在永久萎蔫点时，大致相当于土壤无效水一紧束缚水的范畴(土壤水吸力在15.0kPa以上);而在初始萎蔫点时，大致相当于土壤松束缚水的范畴(土壤水吸力在1.0-15.0kPa)。因此，为了获取初始萎蔫湿度的实测数据，我们可以采用比较容易操作的土壤水含量的实验测定方法(如离心机法、压力膜法等)，直接测定某种土壤的松束缚水含量(相当于毛管断裂水含量，土壤水吸力约为1.0kPa)，并将该值作为该种土壤的初始萎蔫湿度的近似测定值。优势：大大简化的实验测定程序并提高测定效率。第一节土壤干层发育概况间接测定法测定问题：同永久萎蔫湿度一样，初始萎蔫湿度的幼苗法实验测定值还受到植物种及生长期的影响。解决方法：为了便于应用和比较，在黄土高原一般选择当地优势草本植物群落的幼苗期植株作为初始萎蔫湿度的标准测定植株。研究成果：根据李玉山等的研究，黄土高原各质地带的永久萎蔫湿度分别为:砂壤带，3%-4%;轻壤带,4%-5%；中壤Ⅰ带，5%-7%,中壤Ⅱ带，7%-8%;重壤带，大于8%。黄土高原各质地带黄蒿的初始萎蔫湿度分别为:重壤土，10.5%；中壤土，9.3%;轻壤土，7.2%;砂壤土，5.1%。结论：在各质地带内，当土壤湿度低于其相应的初始萎蔫湿度时，土壤干化层开始出现;土壤湿度愈低，土壤干化层的干旱化程度就愈严重。第一节土壤干层发育概况黄土高原各地质带初始萎蔫湿度测定及土壤干层化据目前的研究，土壤干化层的发生与否及其发生类型，可分为不发生干层、生物利用型干层(蒸散型干层)、地区型干层(蒸发型干层)3种。在确定了土壤干化层判定指标的基础上，如何判定一个地区或某类植被下的土壤干化层发生与否及其发生类型，就转变成为一个简单的比较学问题。但是，在确定一个地区或某类植被下的土壤干化层发生与否及其发生类型时，需要将初始萎蔫湿度与待判条件下的另一平行的具体指标进行比较，即在测定初始萎蔫湿度之外，还需要确定一个能与之相比较的平行指标。第一节土壤干层发育概况4、土壤干化层的判定方法思考定义：土壤水分背景值，即不同空间尺度上(如一个地区或其局部范围内)的土壤水分状况在一定时间尺度内维持在一个较稳定的本底水平值。特征：土壤水分背景值具有一定的时空变异特征:在空间上，土壤水分背景值与植被-气候地带密切相联，不同植被-气候地带、不同降水量地区,其对应的土壤水分背景值也有所不同;在时间上，不同植被-气候地带在较民的时间尺度上也会发生一定的变异，从而也决定着土壤水分背景值的时间变异特性不同地带的土壤水分背景值：在森林地带，其土壤水分背景值可具体定义为该地带内森林顶极演替样落下伏的土壤水分状况;在森林草原地带，由于其过渡地带属性而决定的气候一植被一地理的复杂性，土壤水分背景值可根据小生境所处的植被-气候属性来确定。土壤水分背景值，小生境为天然森林时按所对应的森林演替顶极群落确定，小生境为天然草地时按所对应的草原带植被演替顶极群落确定;干草原地带则可具体定义为地带内顶极演替草被群落下伏的土壤水分状况。第一节土壤干层发育概况1)土壤水分背景值的概念干旱半干旱地区黄土高原(黄土高原主要属森林草原和干草原地带)各地区对应的土壤水分背景值见下表：第一节土壤干层发育概况表8－13黄土高原典型地区土壤干层的判断根据各地土壤含水量与其相应初始萎蔫湿度的比较，就可以确定土壤干化层的发生与否、发生类型及其严重程度，这里分两种情况：①将土壤水分背景值与其所在地的初始萎蔫湿度进行比较，就可以确定土壤干化层的类型。即当土壤水分背景值低于其所在地的初始土壤萎蔫湿度时，土壤干层发生，为地区型干层(蒸发型干层);反之，则又有两种可能性结果，即要么发生利用型干层，要么不发生干层②将特定植被生长地土壤水分含量与所在地初始萎蔫湿度进行比较，当植被生长地土壤分含量高于其初始萎蔫湿度时，不出现土壤干化层，反之则出现生物利用型土壤干层(蒸散型干层)第一节土壤干层发育概况2)存在性判定根据上述土壤干化层的判定标准及其判定方法，通过实地测定黄土高原各典型地区的土壤水分背景值、代表性植被土壤水分含量及相应的初始萎蔫湿度，最后确定黄土高原不同典型地区的土壤干化层发生情况，由此得到的研究成果与该区现有土壤水分田间实测结果有着很好的一致性。第一节土壤干层发育概况3)黄土高原典型地区土壤干化类型的判定第二节土壤干层产生的原因分析第二节土壤干层产生的原因分析一、土壤含水量测定二、土壤含水量季节变化与水量平衡三、黄土高原土壤干层形成原因洛川县位于黄土高原中部,年均降水量600mm,属黄土高原半湿润区。洛川塬凤栖镇,地形平坦开阔,表层8m深范围内的马兰黄土是含水量研究的理想土层。第二节土壤干层产生的原因分析一、土壤含水量测定第二节土壤干层产生的原因分析表8－14洛川地区土壤含水量土壤含水量变化是土壤水分收支状况的反映，与大气降水和地表蒸散有关，也与前期含水量有关，用土壤含水量的相对变化能够更好地反映土壤水分时空变化；植被是土壤水分的主要消耗因素，土壤含水量的相对变化能够更好地反映植被对土壤水分的利用能力。测定背景因素处理：（1）土壤水分的动态研究方面，土壤含水量的相对变化实现了时间序列上的前后一致。时间间隔接近的情况下,可不考虑土壤含水量测量时间间隔影响,测量时间间隔差别较大的情况下,应进行时间校正。（2）采用含水量变化率(R)反映土壤含水量变化,公式为：

R=(W2-W1)/W1×100%式中：W1和W2分别表示前期含水量和后期含水量。R为正值时表示土壤含水量前后期增加百分比,R为负值时表示土壤含水量前后期减少百分比。第二节土壤干层产生的原因分析二、土壤含水量季节变化与水量平衡第二节土壤干层产生的原因分析1、春季土壤含水量变化第二节土壤干层产生的原因分析2、夏季土壤含水量变化第二节土壤干层产生的原因分析3、秋季土壤含水量变化第二节土壤干层产生的原因分析4、冬土壤含水量变化2004年1月下旬和2005年1月下旬均处于冬季土壤水分最为稳定时期,这两个时间点上土壤含水量的变化可反映不同植被土壤水分水量平衡状况。除梨树林迹地外,洛川地区2004年所有样地深层土壤的含水量变化率均为负值,8龄乔化苹果林地、17龄矮化苹果林地和17龄乔化苹果林地200~600cm深度土壤含水量年变化率分别为-20·0%、-23·6%和-12·9%(图8-15),其中春季消耗分别占年消耗量的34%、75%和92%;中产农田200~600cm深度含水量年变化率为负值,是缺乏降水入渗补给同时深层土壤水分向下迁移的结果。10