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1、黄土区土壤干层形成机理与调控研究进展1 引 言黄土高原地区是我国乃至全球的典型生态脆弱区，同时又是我国的重要能源化工基地。该区生态环境建设是巩固北方生态屏障、促进西部经济社会可持续发展的重要保障。长期以来，黄土高原生态建设所面临的一个重要问题是： 水资源不足→植被配置不合理→生态系统服务功能低。近50年研究表明，在降水量少、植物蒸腾量大、人为扰动剧烈等因素的长期共同作用下，黄土高原土壤水分负平衡现象发生频繁，土壤干燥化日趋严重，土壤干层的空间分布范围持续增大。土壤干层的形成阻碍陆地生态系统中的生物小循环、削弱水文大循环，严重影响当前植被建设成效和区域生态稳定。最近，一些学者
2、研究了黄土高原地区土壤干层的空间分布及影响因素，并建立了预测土壤干层的统计模型，这些研究对于认识土壤干层具有重要价值。然而，目前土壤干层的科学定义仍存在争议，有待深入探讨。例如，有学者认为： 仅从土壤物理学的角度建立土壤干层定量评价指标，而不考虑植被对水分胁迫的响应，会导致土壤干层研究的生态学意义不明显。此外，土壤干层形成后干层内的土壤水分运动（ 低水势段）对植被生长的有效性、土壤干层对土壤-植被-大气传 输 体 （Soil-Vegetation-Atmosphere-Transfer sys-tem,SVATs） 中水分过程的影响强度、土壤干层水动力学模型与科学调控机制等问题也有待解决。加强
3、土壤干层形成机理与调控研究，使土壤干层的研究更加科学、系统、深入，直接面向西北旱区生态系统可持续发展的需求，具有科学意义和实际价值。为此，本文综述了土壤干层研究的最新进展，分析了土壤干层研究的趋势，进而提出了土壤干层前沿科学问题和未来研究重点，以期促进土壤干层研究，加深对干旱半干旱地表过程的认识，服务于黄土高原植被恢复与生态文明建设的重大需求。2 土壤干层的概念与判定指标下伏土壤干化层，简称干层，是指土壤剖面中，隐伏在多年平均降水入渗层以下，因植被深层吸水且不能被雨季降水入渗恢复，由土壤水分负循环而导致的干燥化土层。该层土壤湿度降低到田间持水量以下，到达土壤稳定湿度甚至凋萎湿度，并长期存在，土
4、壤水量存在一定亏缺度。土壤表层或浅层受降水和蒸发影响频繁干湿交替的干燥土层，不属于下伏土壤干化层范畴。因此，土壤干层是指位于多年平均降雨入渗深度以下，因气候变化、地表植被过度消耗深层土壤储水导致水分失衡，在土壤剖面上形成的干燥化土层，其湿度上限是土壤稳定持水量1.土壤稳定持水量在数值上相当于田间持水量的50% 80%,具 体 取 值 与 土 壤 质 地 呈 负 相关2.基于土壤稳定持水量这个静态学指标，相应的土壤干层量化指标有：土壤干层厚度；干层内的平 均 土 壤 含 水 量；土 壤 干 层 形 成 的 起 始 深度1,3（ 图1）。许多学者基于以上3个指标研究了黄土高原地区的土壤干层状况。例
5、如，Li等4测定了23种林地/灌木地10 m剖面土壤水分状况，发现土壤干层厚度达到或超过10 m; 王力等5将土壤干层分为3级，土壤含水量低于5%为强烈干燥化土层，5% 8%为中等干燥化土层，8% 10%为弱干燥化土层；Wang等6通过取样测定，借助地统计学理论，构建了整个黄土高原地区土壤干层厚度和起始形成深度的空间分布图。土壤干层是区域气候与生态系统中各要素（ 土壤质地、植 被 类 型、景 观 格 局 等） 共 同 作 用 的 结果6,与SVATs中的水过程密切相关。以土壤稳定持 水 量 为 量 化 指 标 的 干 层 研 究 已 取 得 重 要 进展1,2,5 9,然而，仅从土壤物理学角度
6、，选择土壤稳定持水量这个静态指标来判定土壤干层，并不能很好地反映土壤水分状况与植被系统的互馈关系，使干层研究缺乏必要的生态学意义。例如，土壤干层形成以后，干层内的水分可供植物根系进一步吸收和利用，但此时的植被生理生态特征是否会发生显着变化，或者说植被生理生态特征发生显着变化时的土壤水能态是否与土壤干层判定阈值相对应，因此，选择SVATs中水分运动的土壤水动力学指标（ 土壤水基质势） 和植物生理生态临界指标，可使土壤干层判定更加科学合理。此外，对于砂性土壤，由于持水性能低，其含水量往往处于较低水平，此时用土壤稳定持水量来判别土壤干层会带来较大误差。因此，当前土壤干层判定指标需要改进。从土壤水能量的角度，以土壤水势为基础，结合植被生理生态响应，选择植被生理生态特征发生显着变化时的土壤水势作为干层判定标准，确定综合土壤物理和植物生理生态学的干层动力学指标，是干层研究深化的需要。