付同剛,高 玥,劉麗麗,高 會,齊 菲,2,王 豐,2,劉金銅**

(1.中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心/中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河北省土壤生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 石家莊 050022; 2.中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049; 3.河北省國土整治中心 石家莊 050031)

土壤含水量(soil water content,SWC)不僅是影響土壤水文過程的重要指標(biāo),同時也是影響植物生長的重要因素,尤其在干旱半干旱地區(qū),SWC通常是植被恢復(fù)的限制因子。了解SWC空間分異特征,確定其主要影響因素對深入認(rèn)知土壤水文過程,提升土壤水源涵養(yǎng)功能意義重大。

SWC在空間上的分布特征隨研究區(qū)和研究尺度的不同而變化。有研究指出,SWC在空間上呈強(qiáng)烈或中等的相關(guān)性,也有研究發(fā)現(xiàn)SWC在空間上呈弱的相關(guān)性或沒有空間相關(guān)性。這種不同的分布格局受環(huán)境因子影響較大。在環(huán)境異質(zhì)性較高的地區(qū),SWC空間相關(guān)性較弱,隨機(jī)因素作用較大; 而在環(huán)境相對均勻的地區(qū),SWC一般表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間相關(guān)性。另外,SWC空間分異特征也隨土壤深度的不同而出現(xiàn)差異。一般而言,土壤表層受環(huán)境因子作用最強(qiáng),其空間相關(guān)性小于深層土壤。但也有研究得出相反的結(jié)論,認(rèn)為隨土壤深度的增加,SWC空間相關(guān)性減弱?？傊?SWC在水平、垂直方向上的格局特征非常復(fù)雜。這主要是因?yàn)镾WC影響因素較多且多變,同時主控因素也隨區(qū)域不同而發(fā)生變化。

SWC的影響因素可分為兩大類,即土壤理化性質(zhì)和環(huán)境因子。土壤性質(zhì)中,容重、孔隙度、有機(jī)碳、機(jī)械組成等都是可能影響SWC的重要性質(zhì)。然而,這些性質(zhì)在不同地區(qū)對SWC的影響不同。例如在喀斯特地區(qū),土壤孔隙度、碎石含量是SWC的主要影響因素。而在黃土高原區(qū),黏粒含量是影響坡面SWC時空分布的主要性質(zhì)。對于指定區(qū)域,哪些性質(zhì)是主導(dǎo)影響因素仍不明確。環(huán)境因子中,土地利用類型對SWC的影響被廣泛關(guān)注。例如在黃土丘陵地區(qū),坡耕地、梯田、棗園和草地等土地利用方式的SWC存在顯著差異; 太湖流域丘陵區(qū),竹林地平均SWC兩倍于對應(yīng)深度的茶園。除土地利用外,海拔也是影響SWC的重要因子。有研究表明,隨海拔的升高,SWC逐漸升高; 也有研究發(fā)現(xiàn)相反的結(jié)果,即隨海拔升高,SWC逐漸降低?？梢?環(huán)境因子對SWC影響的研究已經(jīng)受到廣泛重視,并且得出不同的研究結(jié)果。然而,這種結(jié)果差異的成因仍不明確。很多研究將這種差異解釋為環(huán)境因子先影響土壤性質(zhì),進(jìn)而影響SWC。即土壤性質(zhì)是直接影響因素,環(huán)境因子是間接影響因素。但這種解釋多停留在推論階段,如何定量評估環(huán)境因子、土壤性質(zhì)對SWC的直接和間接影響仍不清楚,限制了對SWC的深入認(rèn)知。

太行山為華北平原西側(cè)的屏障,同時也是華北平原的重要水源地,具有特殊的生態(tài)意義。然而,太行山區(qū)土壤條件復(fù)雜,空間異質(zhì)性高,部分地段土壤淺薄,土壤中碎石含量高,導(dǎo)致土壤水分空間異質(zhì)性及影響因素復(fù)雜。目前已有研究對太行山SWC空間變異及其影響因素做了部分探討。例如,有研究發(fā)現(xiàn)SWC從上坡到下坡呈增加趨勢,空間連續(xù)性較好。也有研究發(fā)現(xiàn),土壤水分具有強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性,存在很好的分形特征。在影響因素方面,有研究發(fā)現(xiàn)土壤質(zhì)地對土壤水分變化影響較大,明顯強(qiáng)于植被和坡度。也有研究發(fā)現(xiàn),土地利用方式對土壤水分有重要影響。還有研究發(fā)現(xiàn),土層厚度、植被覆蓋度、土壤容重均對SWC有較大影響。已有研究雖然對太行山區(qū)SWC空間變異及影響因素有了一定認(rèn)識,但多為小尺度上的研究,僅能反映較小區(qū)域的狀況。太行山區(qū)自西向東橫跨160余km,海拔呈迅速降低趨勢,并且這種海拔梯度在中段更加明顯。在急劇下降的海拔梯度下SWC如何變化、其主控因素是什么還不清楚。因此,本研究選擇太行山區(qū)中段,通過設(shè)置自西向東兩條樣線,采集土壤樣品,測定SWC及其他理化性質(zhì),調(diào)查各采樣點(diǎn)環(huán)境信息,利用統(tǒng)計學(xué)方法及結(jié)構(gòu)方程模型,分析了土壤水分在海拔梯度上的變異特征并探討其主要影響因素,以期為深入認(rèn)知土壤水文過程、提升山區(qū)水源涵養(yǎng)功能提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

太行山位于34°36′～40°47′N、110°42′～116°34′E,西接黃土高原、東臨華北平原,是我國第二、第三階梯的重要分界線。太行山脈呈西南-東北走向,東西寬約160 km,南北長約800 km,總面積約13萬 km。受造山運(yùn)動的影響,太行山區(qū)西部和東部有明顯不同的構(gòu)造演化,海拔自西向東急劇下降。該區(qū)為大陸性季風(fēng)氣候,四季分明,夏季溫暖多雨、冬季寒冷干燥。多年(1968-2017年)平均降水量為518.26 mm,平均氣溫為11.41 ℃。太行山區(qū)母質(zhì)成土速度慢,土層淺薄且多含有碎石。

1.2 研究方法

1.2.1 樣點(diǎn)布設(shè)及樣品的采集與測定

本研究在太行山區(qū)中段,沿海拔梯度,設(shè)置了自西向東兩條平行樣線(北部樣線和南部樣線,南北距離約為85 km)。兩條樣線穿越了太行山中段的所有地貌類型及植被類型,可以代表太行山中段實(shí)際情況。在兩條樣線上每隔4 km設(shè)置一個采樣點(diǎn)。北部樣線全長約140 km,共布設(shè)樣點(diǎn)35個,自西向東以N1、N2、···、N35編號,涵蓋了壽陽縣、陽泉市、平定縣、井陘縣、鹿泉區(qū)等5個縣區(qū); 南部樣線全長約164 km,共布設(shè)40個樣點(diǎn),自西向東以S1、S2、···、S40編號,涵蓋了太谷縣、榆社縣、左權(quán)縣、信都區(qū)等4個縣區(qū)(圖1)。樣點(diǎn)中,位于上坡位、中坡位、下坡位、谷地的樣點(diǎn)比例分別為10.53%、23.68%、36.84%和28.95%; 位于林地、草地、耕地的樣點(diǎn)所占比例分別為40.8%、25.0%和32.9%。海拔＜500 m、500～1000 m和＞1000 m的樣點(diǎn)比例分別為28%、32%和40%。

圖1 太行山中段樣線位置及采樣點(diǎn)設(shè)置Fig.1 Location of sampling points in the middle part of the Taihang Mountain

在旱季(2018年3月20-21日)采集表層(0～10 cm)和次表層(10～20 cm)原狀土和擾動土樣品。原狀土用環(huán)刀(體積為100 m)采取,每個樣點(diǎn)采取3個重復(fù)樣品,用來測定SWC、容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度等性質(zhì)。采樣時攜帶便攜式天平(精度0.01 g),在采樣后立即對環(huán)刀進(jìn)行稱重,保證土壤水分不受蒸發(fā)的影響。所有樣點(diǎn)在2 d內(nèi)完成采樣,盡量減少土壤水分時間上的差異。擾動土用鐵鏟采取,在每個樣點(diǎn)周圍采取5個點(diǎn)土壤進(jìn)行均勻混合,帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干,挑出碎石后進(jìn)行磨碎過篩,用來測定土壤有機(jī)碳含量、土壤機(jī)械組成等性質(zhì)。在每個取樣點(diǎn),均用手持GPS記錄樣點(diǎn)位置、海拔,并測定坡度、坡向等地形因子。同時記錄樣點(diǎn)周邊植被類型、枯落物厚度等信息。另外利用太行山區(qū)降水量柵格數(shù)據(jù),提取樣點(diǎn)降水量數(shù)據(jù); 利用MODIS遙感影像數(shù)據(jù),提取樣點(diǎn)NDVI數(shù)據(jù)。SWC用質(zhì)量含水量表示,采用烘干法測定; 容重采用環(huán)刀法測定; 土壤孔隙度利用吸水法測定; 土壤有機(jī)碳利用重鉻酸鉀外加熱法測定; 土壤機(jī)械組成利用比重計法,按照美國制土壤機(jī)械組成分級標(biāo)準(zhǔn),測定不同粒徑土壤顆粒所占比重。

1.2.2 數(shù)據(jù)分析方法

所有的數(shù)據(jù)在Excel和SPSS軟件中進(jìn)行統(tǒng)計分析。正態(tài)分布檢驗(yàn)利用K-S (Kolmogorov-Smirnov)方法; 不同層次、不同樣線間SWC差異用單因素方差分析方法(ANOVA); 土壤性質(zhì)對SWC的影響利用多元線性逐步回歸的方法進(jìn)行分析; 環(huán)境因子對SWC的影響用相關(guān)分析方法檢驗(yàn)。SWC的直接影響因素和間接影響因素用結(jié)構(gòu)方程模型分析,模型在AMOS軟件中構(gòu)建。環(huán)境因子和土壤性質(zhì)設(shè)置為潛變量,選取降水量、海拔、坡度、坡向、NDVI中對SWC有顯著影響的因子作為環(huán)境因子的測量變量,選取土壤容重、孔隙度、有機(jī)碳、機(jī)械組成中對SWC有顯著影響的指標(biāo)作為土壤性質(zhì)的測量變量。模型中,假設(shè)土壤性質(zhì)對SWC的影響只有直接影響,環(huán)境因子對SWC的影響包括了直接影響和間接影響。若模型通過檢驗(yàn),則假設(shè)成立,可通過模擬結(jié)果得出環(huán)境因子對SWC的直接影響和間接影響的比例。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樣線及不同層次SWC差異

對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析之前,首先對其分布特征進(jìn)行檢驗(yàn)。K-S檢驗(yàn)結(jié)果顯示,SWC在兩個層次均呈正態(tài)分布。其他土壤性質(zhì)中,表層土壤容重、次表層土壤有機(jī)碳含量、次表層土壤黏粒含量呈正態(tài)分布;環(huán)境因子中,降水量、坡向、NDVI呈正態(tài)分布。對其他非正態(tài)分布的土壤因子和環(huán)境因子進(jìn)行正態(tài)轉(zhuǎn)換(表1),將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)用來進(jìn)行后續(xù)的統(tǒng)計分析。

表1 太行山中段兩條樣線不同層次土壤屬性及環(huán)境因子數(shù)據(jù)分布特征Table 1 Data distribution of soil properties of different layers and environmental factors in two line transects of the middle part of the Taihang Mountain

太行山區(qū)旱季表層SWC顯著低于次表層(表2)。并且在南北兩條樣線上無顯著差異。兩條樣線的變異系數(shù)表層為0.37和0.43,次表層為0.28和0.33。表層SWC變異系數(shù)大于次表層。總體而言,隨海拔的升高,兩個層次的SWC均表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢,且兩個層次表現(xiàn)出的總體趨勢一致(圖2)。

圖2 太行山區(qū)中段不同層次土壤含水量(SWC)在北部樣線(a)和南部樣線(b)上的分布特征Fig.2 Spatial distribution of soil water content (SWC)of different layers along the north transect (a)and south transect (b)in the middle part of the Taihang Mountain

表2 太行山中段兩條樣線不同層次土壤含水量描述性統(tǒng)計Table 2 Describe statistic of soil water contents of different layers in two line transects of the middle part of the Taihang Mountain

2.2 不同樣線不同層次SWC地統(tǒng)計學(xué)特征

兩條樣線均表現(xiàn)出表層SWC為線性模型擬合最佳,沒有明顯的空間結(jié)構(gòu); 次表層SWC為指數(shù)模型擬合最佳,具有明顯的空間結(jié)構(gòu)特征(表3)。次表層SWC塊基比為48.01% (北部樣線)和31.62% (南部樣線),均為中等程度的空間相關(guān)性,且兩條樣線差別不大(表3)。表層SWC變程較小,為65.7 km和80.2 km。次表層SWC變程較大,分別為145.5 km和128.4 km。模型的決定系數(shù)次表層顯著高于表層。說明表層SWC影響因素更為復(fù)雜,不確定性更大。

表3 太行山區(qū)中段不同樣線不同層次土壤含水量地統(tǒng)計學(xué)特征Table 3 Geostatistical characteristic of soil water contents of different layers in two line transects of the middle part of the Taihang Mountain

2.3 土壤理化性質(zhì)對SWC的影響

以SWC為因變量,容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、有機(jī)碳含量、砂粒含量、粉粒含量、黏粒含量等為自變量進(jìn)行逐步回歸分析。結(jié)果顯示,表層SWC僅容重達(dá)到顯著水平,調(diào)整后的為0.356,其他土壤性質(zhì)均被模型排除,說明容重對表層SWC影響最大。次表層SWC預(yù)測模型包括了毛管孔隙度和黏粒含量,調(diào)整后的分別為0.560和0.585。說明土壤孔隙和機(jī)械組成是影響次表層SWC的重要因素。土壤性質(zhì)對次表層SWC的解釋程度顯著高于表層,說明表層可能受環(huán)境因子影響更大(表4)。

表4 太行山區(qū)中段不同層次土壤屬性對土壤含水量的回歸分析Table 4 Regression analysis of soil water content of different layers and other soil properties in the middle part of the Taihang Mountain

2.4 環(huán)境因子對SWC的影響

兩個土層SWC與降水均呈極顯著正相關(guān)(＜0.01)。說明雖然旱季降水量少,但是由于土壤性質(zhì)決定了土壤持水能力,降水量高的區(qū)域,SWC在旱季也較高。表層SWC與海拔呈顯著正相關(guān)(＜0.05),次表層SWC與海拔呈極顯著正相關(guān)(＜0.01)。兩個土層的SWC與坡度、坡向的相關(guān)性均不顯著(表5)。方差分析表明,地形部位、土地利用類型及二者的交互作用對SWC的影響均不顯著。其中,地形部位顯著性檢驗(yàn)值比土地利用類型和二者的交互作用小。且10～20 cm地形部位對SWC的影響在＜0.1水平顯著(表6)。說明地形部位對SWC的影響高于土地利用類型。

表5 太行山區(qū)中段不同層次土壤含水量與地形因素的相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis between soil water contents of different layers and geographical factors in the middle part of the Taihang Mountain

表6 太行山中段不同層次土壤含水量在不同地形部位和不同土地利用類型的方差分析Table 6 Variance analysis of soil water contents of different layers at different topographical locations and land use types in the middle part of the Taihang Mountain

2.5 太行山區(qū)旱季SWC空間格局的主控因素

在假設(shè)土壤性質(zhì)為SWC的直接影響因素、環(huán)境因子為間接影響因素的前提下,以回歸分析中對SWC影響顯著的因子(包括降水量、海拔、表層土壤容重、次表層土壤毛管孔隙度和黏粒含量)為顯變量構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型(零假設(shè)為模型均值、方差、協(xié)方差與總體的均值、方差、協(xié)方差相等)。結(jié)果顯示,兩個層次模型值分別為0.186和0.185 (圖3),說明接受零假設(shè),模型成立。在此條件下,表層和次表層環(huán)境因子對SWC的直接效應(yīng)分別為18.75%和10.00%,遠(yuǎn)小于其間接效應(yīng)(81.25%和90.00%)?？梢?環(huán)境因子對SWC的影響有超過80%是通過土壤因子而產(chǎn)生的間接影響。直接影響中,表層略高于次表層,說明環(huán)境因子越復(fù)雜,其對SWC的直接影響越大(表7)。

表7 太行山中段不同層次土壤性質(zhì)和環(huán)境因子對土壤含水量的直接影響和間接影響Table 7 Direct and indirect effects of soil properties and environmental factors on soil water contents of different layers in the middle part of the Taihang Mountain

圖3 太行山中段不同層次土壤含水量影響因素的結(jié)構(gòu)方程模型Fig.3 Structural equation modeling of soil water content of different layers in the middle part of the Taihang Mountain

3 討論

3.1 太行山區(qū)旱季SWC空間分布特征

太行山區(qū)旱季表層SWC在兩條樣線分別為16.06%和17.56%,比喀斯特地區(qū)、南方丘陵等地區(qū)低,而比黃土高原地區(qū)和華北平原地區(qū)略高。說明在大尺度上,SWC總體上受降雨量的影響。次表層SWC顯著高于表層(＜0.05)(表2)。SWC在土壤剖面上的變異呈現(xiàn)出較高的不確定性。有研究發(fā)現(xiàn),與其他層次相比,表層SWC一直處于較高的水平;而也有研究指出,表層SWC顯著低于其他層次。這種不同的分布方式受土壤性質(zhì)、土地利用、地形地貌以及降水量等多種因素的影響。在太行山區(qū),表層土壤砂粒含量較高,土壤孔隙大且連通性好,土壤飽和導(dǎo)水率高。降水通過表層迅速入滲到深層。這導(dǎo)致僅在降水過程中,表層SWC較高的現(xiàn)象,隨著降水的結(jié)束,表層SWC迅速下降,并呈現(xiàn)出小于次表層的現(xiàn)象。

太行山區(qū)旱季SWC的變異系數(shù)為0.28～0.43,屬中等變異程度。變異系數(shù)高于其西部的黃土高原(0.21)以及東部的華北平原(0.15),說明過渡區(qū)SWC具有相對較高的空間異質(zhì)性。與其他地區(qū)相比,太行山區(qū)SWC變異系數(shù)略低于云南元謀干熱河谷區(qū)地區(qū)的0.21～0.67,而略高于甘肅景泰縣的≤0.25。雖然SWC的變異在不同地區(qū)表現(xiàn)出一定的差異,但以中等變異程度為主。即使在高度異質(zhì)性的喀斯特地區(qū),SWC的變異系數(shù)也僅為0.33。這可能是因?yàn)镾WC除受土壤性質(zhì)影響外,降水量也是重要的影響因素。而小尺度上降水量的空間變異相對較小,從而降低了SWC的變異程度。另外,含水量的變異程度也與SWC的大小有關(guān),含水量越高,其變異越低。太行山區(qū)旱季土壤表層含水量變異大于次表層(表2)。也有研究發(fā)現(xiàn),隨土壤深度的增加,SWC變異程度逐漸減小。這主要是因?yàn)楸韺覵WC影響因素較為復(fù)雜,包括了蒸發(fā)、植物根系吸收等。隨土壤深度增加,這些因素對SWC的影響逐漸降低,從而導(dǎo)致SWC變異程度下降。太行山區(qū)旱季次表層SWC表現(xiàn)出明顯的塊金效應(yīng)(表3),這與大多數(shù)研究結(jié)果類似,說明SWC作為空間變量具有明顯的空間結(jié)構(gòu)特征。而表層空間結(jié)構(gòu)性較差,隨機(jī)性占主導(dǎo)地位。說明表層SWC影響因素較為復(fù)雜,隨機(jī)因素對土壤含水量有較大的影響。

3.2 土壤性質(zhì)和環(huán)境因子對太行山區(qū)SWC的影響

太行山區(qū)環(huán)境因子中,海拔對SWC影響較大,而坡度、坡向?qū)WC沒有顯著影響(表5)。海拔對SWC的影響一方面通過影響降水來影響含水量。一般而言,隨海拔的升高,降水量也呈升高的趨勢。另一方面,海拔可以影響土壤水分的再分布。土壤水分在重力的作用下,由上坡向下坡運(yùn)動。因此,SWC通常表現(xiàn)出下坡高于上坡的現(xiàn)象。但SWC影響因素眾多,比如受植被類型的影響,SWC會表現(xiàn)出上坡位大于下坡位的“倒置”現(xiàn)象。坡向?qū)WC影響較大,一般情況下,陰坡SWC要明顯高于陽坡。這主要因?yàn)椴煌孪蚴芴栞椛洳煌?并且不同坡向土壤性質(zhì)也有較大差異,導(dǎo)致SWC出現(xiàn)較大差異。坡度對SWC的影響也較為復(fù)雜。有研究發(fā)現(xiàn),隨坡度的增加,SWC呈現(xiàn)降低的趨勢。也有研究指出,當(dāng)坡度小于15°時,SWC隨坡度增加而降低,但當(dāng)坡度大于15°時,SWC隨坡度的增加反而升高,并解釋為受太陽輻射不同的影響。然而在本研究中,坡度、坡向?qū)WC的影響均不顯著。這可能是由于本研究尺度相對較大,坡度、坡向?qū)WC的影響被海拔的影響所覆蓋。陽坡、大坡度的樣點(diǎn)若處于低海拔處,其含水量也可能低于高海拔處的陰坡、低坡度樣點(diǎn)。因此,若探討坡度、坡向?qū)WC的影響,需選擇海拔、植被等條件一致的坡面進(jìn)行分析。地形部位和土地利用類型以及二者的交互作用通常認(rèn)為對SWC有重要影響。本研究中,方差分析顯示地形部位、土地利用類型及二者的交互作用對SWC影響均不顯著。這可能是因?yàn)榻邓秃０蔚闹鲗?dǎo)作用,導(dǎo)致地形部位和土地利用類型對SWC的影響減小。

通常而言,SWC受諸多土壤性質(zhì)的影響。而在本研究中,回歸分析顯示,表層SWC受容重的影響,次表層SWC受毛管孔隙度和黏粒含量的影響?？梢?太行山區(qū)SWC主要受孔隙度和土壤機(jī)械組成的影響。容重越小,則土壤孔隙度越大,可供土壤水儲存的空間越大,導(dǎo)致SWC增大。土壤孔隙中,毛管孔隙對SWC影響更大,主要是因?yàn)橥寥浪苊芰Φ募s束可以保存在土壤中,進(jìn)一步增加了SWC。土壤機(jī)械組成對含水量的影響一直是研究的熱點(diǎn)。本研究中,表層土壤黏粒含量為4.18%～39.58%,次表層為1.12%～36.04%,并且次表層黏粒含量對SWC影響較大(表4)。有研究發(fā)現(xiàn)隨土壤黏粒和粉粒含量的增加,SWC呈顯著增加趨勢,而隨砂粒含量的增加,SWC呈顯著下降的趨勢。這與本研究結(jié)果相同,主要是因?yàn)榧?xì)顆粒土壤具有更強(qiáng)的吸附水分的能力,而粗顆粒土壤的持水能力較弱。

土壤性質(zhì)和環(huán)境因子對SWC都有重要影響。但有研究認(rèn)為環(huán)境因子對SWC的影響多是通過改變土壤性質(zhì)而間接影響SWC。例如趙世偉等認(rèn)為植被類型主要是通過提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,改善結(jié)構(gòu),降低土壤容重和增加土壤毛管孔隙度等對土壤的蓄水和持水性能產(chǎn)生作用; 任婷婷等發(fā)現(xiàn)不同坡位SWC存在明顯差異,認(rèn)為原因是上坡位、中坡位的土壤長期以來受到徑流沖刷較嚴(yán)重,細(xì)粒土壤不斷流失并在坡腳處富集,細(xì)顆粒越多越有利于土壤水分的保持。可見多數(shù)研究者已經(jīng)認(rèn)識到環(huán)境因素的影響可能是間接的,但是還沒有進(jìn)行定量的分析。本研究在假設(shè)土壤性質(zhì)為SWC的直接影響因素,環(huán)境因子為間接影響因素構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型后,發(fā)現(xiàn)模型達(dá)到顯著性水平,說明假設(shè)成立。并且兩個層次環(huán)境因子通過土壤的間接作用都超過了80% (表7)。這主要是因?yàn)楸疚难芯酷槍Φ氖呛导維WC。旱季一方面降水量較少,降水對SWC的影響相對雨季較低; 另一方面,太行山區(qū)植被以落葉林為主,旱季蒸騰作用小,減少了植被的影響。因此,旱季環(huán)境因子對SWC間接影響可能更加明顯。并且表層環(huán)境因子的直接作用大于次表層,說明環(huán)境因子越復(fù)雜,對SWC直接作用越大。

4 結(jié)論

通過對太行山區(qū)兩條樣線旱季土壤含水量空間格局及其主要影響因子的分析,發(fā)現(xiàn)太行山區(qū)土壤含水量雖然呈現(xiàn)中等程度的變異和中等程度的空間相關(guān)性,但變異系數(shù)大于其西部的黃土高原和東部的華北平原。說明過渡區(qū)土壤含水量表現(xiàn)出較高的異質(zhì)性。土壤性質(zhì)中,容重、毛管孔隙度、黏粒含量分別對不同層次土壤含水量有著顯著影響。說明土壤孔隙和機(jī)械組成是影響太行山區(qū)土壤含水量的主要性質(zhì); 環(huán)境因子中,降水量和海拔與土壤含水量呈顯著相關(guān),說明太行山區(qū)土壤含水量受降水、海拔影響較大。土壤性質(zhì)是影響土壤含水量的直接因素,環(huán)境因子是間接因素。兩個土壤層次環(huán)境因子通過土壤性質(zhì)對土壤含水量的間接影響達(dá)81.25%和90.00%。并且次表層的間接作用大于表層,說明環(huán)境因素越復(fù)雜,對土壤含水量的直接影響越大。以上結(jié)果為太行山區(qū)土壤水文過程的深入研究提供了理論基礎(chǔ),對提升山區(qū)水源涵養(yǎng)功能意義重大。