晋西黄土区人工林地降水入渗及对流域地下水补给机制的影响

Three typical plantation woodlands of Robinia pseudoacacia, Pinus tabulaeformis and Platycladus orientalis in loess area of western Shanxi and their catchment were chosen to analyze rainfall infiltration process and its effect on groundwater recharge of catchment. Simulated rainfall and tracing technique were used to study rainfall infiltration process and soil moisture dynamics. And infiltration depth was further analyzed. Through hydrogen and oxygen isotopes measurement and analyses in soil moisture of different soil layers in the woodlands, combined with the isotope characteristics of rainfall and groundwater in the watershed, the evapotranspiration effect depth in the woodlands would be analyzed. Based on the comparative analysis of the effect depth of evapotranspiration and rainfall recharge, the rainfall-soil water-groundwater transformation relationship and time lag effect in different sample plots would be discussed, and then the groundwater recharge mechanism of the catchment and the influence of typical sample plots vegetation on watershed water cycle would be revealed. This study can provide a theory basis for establishing the watershed water cycle mode under the influence of the "Grain for Green" project (converting croplands into forestlands), and be beneficial to ecological environment construction for soil and water conservation on the loess plateau of China.

以晋西黄土区典型人工林小流域为研究对象，选取人工刺槐、油松和侧柏林地为典型样地，通过模拟降雨和示踪技术，结合土壤水分动态监测，分析几种林地降水入渗过程及补给土壤水分的作用层深度，探讨林地土壤、根系及下垫面特征对降水入渗的影响。通过几种林地不同土层土壤水分氢氧同位素测定分析，结合降水、地下水同位素特征，分析其蒸散发的作用土层深度，并结合流域降水径流过程分析，探讨降水、土壤水和地下水的转换关系与时间滞后效应，并揭示各林地对流域地下水补给机制的影响，为退耕还林还草措施影响下的流域水循环模式建立和黄土区水土保持生态环境建设提供理论依据。

干旱缺水和水土流失是黄土区植被建设的重要限制因素，对其降水入渗及土壤水分分布进行研究，可为该区植被重建以及水资源的可持续利用提供指导。本研究选择蔡家川流域不同土地利用方式样地、不同林龄人工刺槐林和不同植被类型流域为研究对象，采用定位观测土壤水分和亮蓝染色的方法，探究不同样地内土壤水分、入渗格局的分布情况以及不同流域内降雨对土壤水分和径流影响关系，结果表明：（1）不同土地利用方式土壤总体含水量荒草地（15.5%）>农地（15.02%）>油松林地（10.22%）>刺槐林地（8.53%）。垂直方向上，刺槐林地和油松林地均呈现出较强的水分亏缺状态，刺槐林地主要利用20-200cm土层的土壤水分，而油松林地则主要利用20-140cm土层的土壤水分。各因素对样地内土壤水分含量影响程度大小的顺序为土地利用>剖面深度>坡面位置。（2）不同林龄刺槐林地与荒草地土壤平均含水量大小顺序为荒草地（16.61%）>20a刺槐林地（10.08%）>15a刺槐林地（9.54%）>10a刺槐林地（8.52%）。成熟刺槐林对坡面土壤水分空间分布的调节作用明显，10a刺槐林处于生长的旺盛期，水分利用土层较深，15a以上刺槐林对100cm以下土壤水分的影响已基本稳定。（3）在降水量较低的年份，不同流域在雨季前后土壤平均含水量的顺序为雨季初期>雨季中期>雨季末期，且自然植被恢复的方式可减少地表径流，表现出良好的涵养水源的功能。流域内的土壤含水量越高，其产流和汇流能力越强，土壤水分与基流量表现出较紧密的相关关系，流域的径流特征也与流域内土壤容重等物理性质有一定关系。（4）人工林具有较高的入渗能力，而荒草地的优先流发育更为明显。人工林和荒草地坡下部位石砾的存在和土壤质地诱导了坡下土壤的优先流发育，而坡位对天然林影响并不明显。研究结果可为退耕还林还草措施影响下的流域水循环模式建立和黄土区水土保持生态环境建设提供理论依据。