岷江上游干旱河谷区位于青藏高原东缘，是我国典型的生态脆弱区，自然环境十分恶劣，土壤水分严重匮乏.岷江上游是我国西部经济的重要支撑点其生态环境的恶化不仅威胁着成都平原，甚至会危及长江中下游地区的稳定与繁荣.为改变该区恶劣的生态环境，国家提出退耕还林还草政策.但由于该区土壤水分严重亏缺，致使苗木成活率很低，因此，有关土壤水分的研究成为该区植被恢复和生态环境改善的关键.目前，有关该区土壤水分的研究报道较为少见，特别是农林交错区土壤水分的研究尚未见报道.本文以岷江上游花椒地/林地边界为研究对象，在坡面尺度上对垂直于边界的土壤水分的边界影响域进行研究，探索不同时间条件下土壤水分的边界影响域范围，以指导当地的农林业生产，为退耕还林还草计划的实施提供科学依据。

2.1　自然概况

      研究区为岷江上游的四川省茂县(103°51′~103°57′E，30°37′~30°45′N).该地区属高原型季风气候，干燥多风，干湿季节交替明显，年均气温11.2℃，年降水量494.8 mm，年蒸发量1 355.7 mm.区内地貌为高山峡谷，新构造运动强烈。由于特殊的地貌和大气环流的共同作用，使得该区“焚风效应”显著.研究区土壤主要为褐土。本研究所选样地位于茂县凤仪镇，海拔1 858 m，是岷江上游干旱区代表地段。

2.2　研究方法

2.2.1试验设计　

      选取有代表性的花椒地/林地边界和无边界影响的对照样地.样地均设在坡面上，花椒地/林地边界上侧为油松(Pinus tabulaeformis)2华山松(Pinus armandii)人工混交林，树高约7 m，平均胸径8~10 cm，总盖度约0.5：下侧为花椒地，株高约2 m，总盖度约0.2.以花椒地和林地间的边界为0点，设置深入林地100 m、同时深入花椒地50 m的样线， 3次重复，样线间距为5m。利用便携式时域反射仪(TDR)测定0~15 cm表土层水分含量，方法为沿样线每隔2m测定3次，取其平均值.测定时间为最干旱时(2004年7月11日、7月12日，由于仪器故障，林地在12日只测了80m长的样带)、大雨后(2004年8月24日、8月25日和8月26日)和每月(2004年每月15日，遇雨天则在雨后3日进行测定)土壤水分含量.对照样地样线长50 m，测定方法同上。

2.2.2分析方法　

      采用土壤水分仪法对野外实测数据进行分析：数据处理过程同时使用了Microsoft Excel、SPSS和自编QB程序。移动窗口法是将分割窗平分为两个半窗口，通过计算来比较两个半窗口内样点的相异性.然后，窗口顺序向后移动一个样点，再计算半窗口间的相异系数，直到整个样线上的所有样点都参与计算为止。采用欧氏距离的平方计算相异性：

      式中，n为两个半窗口的中点或窗口的停顿点，a和b分别为两个半窗口，w为窗口的宽度，m为样点的变量数。以SED为纵坐标，样点位置为横坐标作图.在SED曲线上随着窗口的移动，曲线变化较为一致，根据半峰宽法判定边界影响域.

3.1　花椒地/林地边界土壤水分动态变化

     岷江上游干旱河谷区土壤水分含量较低，在雨季也未超过20%.土壤水分含量随时间的变化呈现出规律性的变化，沿样带梯度最大含水量出现在6月和10月，最小含水量出现在1月和7月. 1~6月水分含量逐渐上升： 7月降雨较少，但蒸发量最大，以致出现伏旱天气，土壤水分含量迅速下降： 8月随着降雨增加和蒸发量减少，水分含量又迅速回升，直到10月止，而11~12月水分含量又开始下降(图1和图2).年内土壤水分干湿交替，并且季节变化明显.根据土壤水分含量的动态变化，可将干旱河谷区土壤水分季节动态变化分为土壤水分上升期(1~4月)、高峰期(5~10月)和消退期(11~12月) 3个时期(图2).

3.2　花椒地/林地边界土壤水分边界影响域的判定

3.2.1花椒地/林地边界干旱时土壤水分影响域　

      用移动窗口法分析边界时，如果窗口宽度太小，距离函数的分布图会出现大小不同的波峰噪音干扰，从而影响边界的判定：但如果窗口宽度太大，波峰不明显，也会影响判定。窗口宽度在6~10个取样单位时，通常不影响对边界判定的解释。由图3可以看出，当窗口宽度为≥8时，曲线变化趋于一致，说明SED在最小窗体单位为8时能够清晰地判定边界影响域.当窗口宽度为8时，在SED曲线上有3个明显的波峰出现，其中在花椒地部分距边界2 m处的峰值最大，利用半峰宽法判定干旱条件下土壤水分的边界影响域约从花椒地6 m到林地2 m，影响域宽度为8 m。

      由图3可以看出，除边界附近外，在其它样点也有稳定波峰出现，如林地内距边界28m处的波峰一直是稳定的.说明此处样点的土壤水分与其它样点的土壤水分有明显差异。其原因可能是光照、温度和小地形等因子的影响，也可能是多种因子共同作用的结果，具体原因还有待进一步研究.

3.2.2花椒地/林地边界雨后土壤水分影响域　

      雨后第1天移动分析表明，当窗口宽度≥8时， SED曲线变化基本一致，曲线上有几个波峰出现，但距边界最近且稳定的波峰在距边界4m处的花椒地中出现(图4a).因此，雨后土壤水分的边界影响域约从花椒地10m到边界处，影响域宽度为10m。据此，可以判定出雨后第3天土壤水分的边界影响域约从花椒地12 m到林地2 m，影响域宽度为14 m(图4b)。而雨后第2天的影响域不明显。

3.2.3花椒地/林地边界不同季节土壤水分影响域

   　土壤水分上升期和土壤水分高峰期，当窗口宽度≥8时， SED曲线的变化趋向稳定.由半峰宽法判定土壤水分的边界影响域范围在土壤水分上升期约从花椒地5m到林地1m，宽度为6m (图5a)：在土壤水分高峰期约从花椒地10 m到林地2 m，宽度为12m(图5b).而在土壤水分消退期，当窗口宽度≥12时， SED曲线趋向于稳定，其边界影响域范围从花椒地8 m到林地2 m，宽度为10 m。

　　综上所述，与干旱时相比，雨后土壤水分的边界影响域范围增加，说明降水对土壤水分的补给使坡面上土壤水分含量增加，从而改变了边界的影响范围.土壤水分的边界影响域在雨后各日和年内不同时期的变化，说明土壤水分的边界影响域是随时间而呈现动态变化•这与Saunders等对温度边界影响域的研究结果相一致.

　　对照样地土壤水分的移动分析表明，当窗口宽度从2变化到18时，曲线上没有稳定波峰出现.由于对照样地无边界影响，可以认为SED曲线上稳定波峰的出现是边界效应造成的.对林地50~100 m内的土壤水分进行移动分析，当窗口宽度从2变化到18时，曲线上也没有稳定波峰出现，说明稳定波峰的出现是边界效应造成的。

边界影响域的判定方法已从最初的统计分析方法发展到利用多元排序、聚类分析和移动窗口法等多种分析方法.本文采用移动窗口法判定土壤水分的边界影响域取得了较好的效果，说明移动窗口法是边界定量判定的有效工具.但也有报道指出，用移动窗口法对边界进行判定时，常常出现无效边界(即实际上不存在的边界，但在曲线上仍显示出有边界存在)，本研究也有此类情况发生。如何对其进行合理的解释，则需要对土壤水分的空间变化进行深入研究.同时，解释和探讨边界影响域变化的原因和机制，也需要结合土壤水分的时空变化进行分析。

      本研究对土壤水分时间分布的分析表明，上坡林地中土壤水分对下坡花椒地土壤水分的影响范围未超过14 m，林地涵养的水源对下坡花椒的生长意义不大。由此可以认为，由于水分的严重缺乏，岷江上游地区目前进行的将花椒地退耕成林地、栽植树苗的措施，从生态学意义上讲是不可取的.Ma等对岷江上游地区土壤水分空间分布的研究也表明，干旱河谷区水分条件不利于林木生长.由于干旱河谷区高山峡谷的地貌特征，采用工程方式引水或人工灌溉也不可行.因此，该地区退耕还林的最好方法应该是退耕，使其灌木林或草本植物自然生长。