1 引 言

黃土高原地區是我國乃至全球的典型生態脆弱區，同時又是我國的重要能源化工基地。該區生態環境建設是鞏固北方生態屏障、促進西部經濟社會可持續發展的重要保障。長期以來，黃土高原生態建設所面臨的一個重要問題是： 水資源不足→植被配置不合理→生態系統服務功能低。近50年研究表明，在降水量少、植物蒸騰量大、人為擾動劇烈等因素的長期共同作用下，黃土高原土壤水分負平衡現象發生頻繁，土壤干燥化日趨嚴重，土壤干層的空間分布范圍持續增大。土壤干層的形成阻礙陸地生態系統中的生物小循環、削弱水文大循環，嚴重影響當前植被建設成效和區域生態穩定。最近，一些學者研究了黃土高原地區土壤干層的空間分布及影響因素，并建立了預測土壤干層的統計模型，這些研究對于認識土壤干層具有重要價值。然而，目前土壤干層的科學定義仍存在爭議，有待深入探討。例如，有學者認為： 僅從土壤物理學的角度建立土壤干層定量評價指標，而不考慮植被對水分脅迫的響應，會導致土壤干層研究的生態學意義不明顯。此外，土壤干層形成后干層內的土壤水分運動（ 低水勢段）對植被生長的有效性、土壤干層對土壤-植被-大氣傳 輸 體 （Soil-Vegetation-Atmosphere-Transfer sys-tem,SVATs） 中水分過程的影響強度、土壤干層水動力學模型與科學調控機制等問題也有待解決。加強土壤干層形成機理與調控研究，使土壤干層的研究更加科學、系統、深入，直接面向西北旱區生態系統可持續發展的需求，具有科學意義和實際價值。為此，本文綜述了土壤干層研究的最新進展，分析了土壤干層研究的趨勢，進而提出了土壤干層前沿科學問題和未來研究重點，以期促進土壤干層研究，加深對干旱半干旱地表過程的認識，服務于黃土高原植被恢復與生態文明建設的重大需求。

2 土壤干層的概念與判定指標

下伏土壤干化層，簡稱干層，是指土壤剖面中，隱伏在多年平均降水入滲層以下，因植被深層吸水且不能被雨季降水入滲恢復，由土壤水分負循環而導致的干燥化土層。該層土壤濕度降低到田間持水量以下，到達土壤穩定濕度甚至凋萎濕度，并長期存在，土壤水量存在一定虧缺度。土壤表層或淺層受降水和蒸發影響頻繁干濕交替的干燥土層，不屬于下伏土壤干化層范疇。因此，土壤干層是指位于多年平均降雨入滲深度以下，因氣候變化、地表植被過度消耗深層土壤儲水導致水分失衡，在土壤剖面上形成的干燥化土層，其濕度上限是土壤穩定持水量[1].土壤穩定持水量在數值上相當于田間持水量的50% ~ 80%,具 體 取 值 與 土 壤 質 地 呈 負 相關[2].基于土壤穩定持水量這個靜態學指標，相應的土壤干層量化指標有：①土壤干層厚度；②干層內的平 均 土 壤 含 水 量；③土 壤 干 層 形 成 的 起 始 深度[1,3]（ 圖1）。許多學者基于以上3個指標研究了黃土高原地區的土壤干層狀況。例如，Li等[4]測定了23種林地/灌木地10 m剖面土壤水分狀況，發現土壤干層厚度達到或超過10 m; 王力等[5]將土壤干層分為3級，土壤含水量低于5%為強烈干燥化土層，5% ~ 8%為中等干燥化土層，8% ~ 10%為弱干燥化土層；Wang等[6]通過取樣測定，借助地統計學理論，構建了整個黃土高原地區土壤干層厚度和起始形成深度的空間分布圖。

土壤干層是區域氣候與生態系統中各要素（ 土壤質地、植 被 類 型、景 觀 格 局 等） 共 同 作 用 的 結果[6],與SVATs中的水過程密切相關。以土壤穩定持 水 量 為 量 化 指 標 的 干 層 研 究 已 取 得 重 要 進展[1,2,5 ~ 9],然而，僅從土壤物理學角度，選擇土壤穩定持水量這個靜態指標來判定土壤干層，并不能很好地反映土壤水分狀況與植被系統的互饋關系，使干層研究缺乏必要的生態學意義。例如，土壤干層形成以后，干層內的水分可供植物根系進一步吸收和利用，但此時的植被生理生態特征是否會發生顯著變化，或者說植被生理生態特征發生顯著變化時的土壤水能態是否與土壤干層判定閾值相對應，因此，選擇SVATs中水分運動的土壤水動力學指標（ 土壤水基質勢） 和植物生理生態臨界指標，可使土壤干層判定更加科學合理。此外，對于砂性土壤，由于持水性能低，其含水量往往處于較低水平，此時用土壤穩定持水量來判別土壤干層會帶來較大誤差。因此，當前土壤干層判定指標需要改進。從土壤水能量的角度，以土壤水勢為基礎，結合植被生理生態響應，選擇植被生理生態特征發生顯著變化時的土壤水勢作為干層判定標準，確定綜合土壤物理和植物生理生態學的干層動力學指標，是干層研究深化的需要。