宁南山区坡改梯土壤含水量变化规律研究

Study on the Regularity of Soil Moisture Content Change after the Transformation of Sloping Farmland to Terrace in Southern Ningxia

摘要: 本文对宁南山区6个重点小流域坡改梯工程实施后的不同建设年限梯田土壤含水量进行了为期4年的定点跟踪监测与研究。研究结果表明：水平梯田修建过程中土壤结构和土壤理化性状被改变，导致梯田修建初期土壤保水能力降低，与坡耕地土壤含水量相比，1~2年新修梯田不同土层土壤含水量均有所下降，但减少幅度较小；梯田改造种植3~5年后，土壤含水量恢复并高于修建前；5年以上梯田不同土层深度土壤含水量较坡耕地显著提高。

Abstract: In this paper, the soil moisture content of terrace with different construction years in 6 key watershed areas of Southern Ningxia area was monitored and studied at fixed point for 4 years. The research results show that: The soil structure and properties were changed during the construction of horizontal terraces, the water retention capacity of soil was reduced in the early stage of terrace construction. Compared with the soil water content of sloping farmland, the soil water content of different soil layers in newly constructed terraced fields decreased in 1~2 years, but the decrease was small. After 3~5 years of terrace reconstruction, the soil moisture content recovered and was higher than before the reconstruction. The soil moisture content of terraced fields at different depths in more than 5 years was significantly higher than that of sloping farmland.

1. 引言

宁夏南部山区(简称“宁南山区”)主要指固原市全部，吴忠市盐池县、红寺堡区和同心县，中卫市海原县，国土面积37,394 km²，占宁夏国土面积的56.3%。宁南山区海拔1246~2594 m，年平均气温5℃~7℃，无霜期97~158 d，年平均降水量280~650 mm，降水量不仅偏少，而且年际、年内分布极不均匀，地表和地下水资源缺乏，土壤水分蒸发强烈，作物生长极易受干旱威胁，严重的水土流失已成为宁南山区农业发展的主要制约因素 [1] [2] [3] [4]。水平梯田的建设对改善宁南山区当地生态环境、减少水土流失、稳定粮食产量起到了非常重要的作用，截至2018年底，宁南山区已建设水平梯田35.65万hm²，占宁南山区耕地面积的41.8%。

为了研究坡改梯后不同建设年限梯田土壤含水量变化规律，宁夏水利科学研究院选择国家农发项目宁夏隆德县打食沟项目区的红崖小流域、彭阳县李台项目区的炭洼小流域、固原市原州区上滩项目区的上滩小流域、西吉县腰巴庄项目区的上腰巴庄小流域、同心县下马关项目区的罗家滩小流域和海原县脱烈项目区的曹洼小流域等6个典型小流域作为重点监测流域，开展了各流域不同建设年限梯田土壤含水量的动态监测和研究工作。

2. 土壤含水量监测方法

在每个重点监测小流域分别选择建设年限为1~2年、3~5年和5年以上的梯田作为监测地类，通过GPS定点取样，每种地类选择3个样点，以坡耕地为对照，在每年4、5、6、7、8、9、10月1日分别取10 cm、30 cm、50 cm、100 cm层土壤，按土壤含水率测定方法进行监测 [5]。本次土壤含水量采用重量含水量，即水分重量占烘干土重量的百分比，监测与研究工作自2013年开始，至2016年结束，同一个流域同一样点连续跟踪监测4年。

试验数据用Excel软件和SPSS数据统计分析软件处理。

3. 不同建设年限梯田土壤含水量监测结果

3.1. 2013年监测结果

由于项目自2013年8月开始实施，故2013年只监测到8~10月份土壤含水量结果，详见表1。将3个月不同土层深度土壤含水量进行平均，坡耕地10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为17.09%、17.86%、16.95%、16.62%；1~2年新修梯田10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为16.75%、17.11%、16.52%、16.01%；3~5年梯田10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为17.53%、19.69%、19.12%、17.60%；5年以上梯田10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为16.98%、18.49%、17.81%、17.01%。

Table 1. Monitoring results of soil moisture content of terraced fields with different construction years in 2013

表1. 2013年不同建设年限梯田土壤含水量监测结果

3.2. 2014年监测结果

2014年不同建设年限梯田4~10月土壤含水量监测结果详见表2。将7个月不同土层深度土壤含水量进行平均，坡耕地10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为15.85%、16.17%、15.98%、15.31%；1~2年新修梯田10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为15.75%、16.21%、16.11%、14.95%；3~5年梯田10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为16.24%、16.45%、16.12%、15.16%；5年以上梯田10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为16.44%、17.03%、16.69%、16.16%。

Table 2. Monitoring results of soil moisture content of terraced fields with different construction years in 2014

表2. 2014年不同建设年限梯田土壤含水量监测结果

3.3. 2015年监测结果

2015年不同建设年限梯田4~10月土壤含水量监测结果详见表3。将7个月不同土层深度土壤含水量进行平均，坡耕地10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为13.01%、13.27%、13.88%、13.41%；1~2年新修梯田10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为12.94%、12.88%、12.74%、12.58%；3~5年梯田10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为13.52%、13.48%、14.01%、13.52%；5年以上梯田10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为14.62%、13.86%、13.71%、13.12%。

Table 3. Monitoring results of soil moisture content of terraced fields with different construction years in 2015

表3. 2015年不同建设年限梯田土壤含水量监测结果

3.4. 2016年监测结果

2016年不同建设年限梯田4~10月土壤含水量监测结果详见表4。将7个月不同土层深度土壤含水量进行平均，坡耕地10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为12.72%、12.44%、11.69%、11.53%；1~2年新修梯田10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为12.49%、12.14%、11.39%、10.36%；3~5年梯田10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为12.45%、12.05%、11.17%、9.95%；5年以上梯田10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为12.99%、12.96%、12.93%、11.30%。

Table 4. Monitoring results of soil moisture content of terraced fields with different construction years in 2016

表4. 2016年不同建设年限梯田土壤含水量监测结果

4. 不同建设年限梯田土壤含水量综合分析

将4年不同土层深度土壤含水量进行平均，坡耕地10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为14.67%、14.94%、14.63%、14.22%；1~2年新修梯田10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为14.48%、14.59%、14.19%、13.48%；3~5年梯田10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为14.93%、15.42%、15.10%、14.06%；5年以上梯田10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土层深度土壤平均含水量分别为15.26%、15.59%、15.29%、14.40%。结果详见表5。

Table 5. Monitoring results of soil moisture content of terraced fields in different construction years from 2013 to 2016

表5. 2013~2016年不同建设年限梯田土壤含水量监测结果

Figure 1. Analysis results of different months and average soil moisture content of terraced fields with different construction years from 2013 to 2016

图1. 2013~2016年不同建设年限梯田不同月份及平均土壤含水量分析结果

由于土壤含水量与当年降水量及降水季节有较大关系，单个年度土壤含水量的监测结果规律性不是很明显，将2013~2016年4年的数据平均后进行综合分析，分析结果如图1所示。呈现出以下规律：

1) 不同地类10 cm、30 cm、50 cm、100 cm土壤含水量均随着土层深度的增加呈现出先增大后减小的趋势，30 cm深度土壤含水量达到最大，10 cm、30 cm、50 cm、深度时5年以上老梯田土壤含水量达到最大，其次是3~5年梯田、坡耕地、1~2年新修梯田。

2) 与坡耕地比较，5年以上梯田不同土层深度土壤含水量分别提高了4.51%、4.37%、4.51%、1.28%；与梯田修建初期相比，5年以上梯田不同土层深度土壤含水量分别提高了5.34%、6.87%、7.72%、6.83%；坡耕地与1~2年新修梯田相比，不同土层土壤含水量变化幅度较小。

3) 梯田修建过程中土壤结构和土壤理化性状被改变，导致梯田修建初期土壤保水能力降低，改造种植3~5年后土壤含水量高于修建前。

5. 结论

水平梯田修建过程中土壤结构和土壤理化性状被改变，导致梯田修建初期土壤保水能力降低，与坡耕地土壤含水量相比，1~2年新修梯田不同土层土壤含水量均有所下降，但减少幅度较小；梯田改造种植3~5年后，土壤含水量恢复并高于修建前；5年以上梯田不同土层深度土壤含水量较坡耕地分别提高了5.34%、6.87%、7.72%、6.83%。

基金项目

宁夏自然科学基金资助项目(2020AAC03482)。