中亞熱帶地區橘園坡地水分動態監測研究

摘要：為掌握中亞熱帶季節性干旱地區農業水分生態特征，進行了3a田間實測。數據說明橘園坡地水分狀況隨年降水周期和坡位高低變化。0～150cm土壤貯水量大致分為盈余期、消耗期和補充期3個階段。土壤水勢變化與貯水量3階段相對應，總體由大變小再回升，只是土體空間從上而下，水勢值增大，變幅減小，120cm土層以下近乎常年穩定，0～120cm坡下土層濕潤程度高于坡上。在4個水勢段出現頻率中，水勢較高的水勢段出現頻率越大，順序為飽和＞濕潤＞虧缺＞干旱。飽和與濕潤段出現頻率比例總體上底土＞心土＞表土，坡下＞坡上；低水勢干旱段主要出現在橘園坡上、土壤上層和伏秋干旱季節。橘園地坡地對降水分配有一定的滯后作用，坡上滲漏總量高于坡下，為分析水文生態提供了依據。

關鍵詞：橘園地；水勢；季節性干旱；頻率

中圖分類號：S666 文獻標識碼：A 文章編號：1009-9980(2010)02-188-05

中亞熱帶紅壤地區是我國南方農業綜合開發與經濟林果發展的重要基地。由于受東南季風影響，降水豐沛，干燥指數＜1，只是時空分布不均，水熱不完全同季。7—9月月平均溫度29～30℃，降水不足全年的20％，蒸發量卻是同期降水量的1.6倍，伏秋旱發生頻率2.3a1次，同時紅壤土有效水少、供水力弱，作物、果樹季節性干旱嚴重。為此，監測和研究中亞熱帶橘園地水分動態特征，分析土壤、植被、大氣系統中水分和能量傳輸過程，對抗旱防旱、有效地促進水資源高效配置和節約用水的水資源管理模式有重要意義。

1 材料和方法

1．1 材料

試驗區地處武夷山區向鄱陽湖平原過渡地段的余江縣三分場，低丘崗地地形，海拔37～56m，坡度3～8°，面積46hm²。氣候溫暖濕潤，年均溫17.7℃，年降水量1794.7mm，年蒸發量1229.1mm。土壤多為紅砂巖或紅黏土發育的普通紅壤(系統分類屬濕潤富鐵土)。自然植被為馬尾松疏林草地。1956年墾為茶園，1982年棄茶種花生、板栗和柑橘。其中2/3為橘園坡地，順坡壟作，壟溝徑流大，水土流失較重。

1．2 方法

于2001-2003年在試驗區代表性橘園地段。橘樹品種為溫州蜜柑，平均高度3.5m，株行距4m×4m。其中4月中旬行間播種花生，8月中旬收獲。選擇上坡、下坡建造20m×5m(100m²)的試驗小區，小區與點內埋設深度為10、20、40、60、85、150cm的負壓計和20cm以下相同深度的中子管。花生小區由水泥板圍成。水泥板高出地面30cm，以阻擋小區外徑流流入。小區旁安裝20cm直徑的雨量計。

負壓計用于測量土壤水勢，部分裝有壓力傳感器，與數據采集器連接，每10min自動記錄1次。在自記不能正常工作時，隔天用手記作為替代數據；土壤水勢由其水分特征曲線轉化為土壤含水量；土壤含水量用LNW-50C中子儀測定，每5d監測1次。中子儀數值由標定曲線轉化為土壤體積含水量。田間持水量和凋萎含水量是通過測定田間土樣的水分特征曲線獲得。

2 結果與分析

2．1 橘園地貯水量動態

橘園地貯水量與坡位、降水年際、季節變化密切相關。2001年降雨量1614.5min，平均150cm土壤貯水量548.2mm；2002年降雨量1697.8mm，平均土壤貯水量566.7mm；2003年降雨量1531.3mm，低于多年平均值，屬干旱年，平均土壤貯水量530.2mm。雨季降水量占全年比例分別為52.1％、47.6％、67.9％，大于50mm降水量分別為7次、2次與8次。2003旱季比2001年、2002年長1個月左右。但貯水量的年周期動態變化相似，可分為水分盈余期、水分消耗期、水分補充期3個階段(圖1)。

2．1．1 水分盈余期 一般每年3—6月為降水頻而多的雨季，前期溫度上升緩慢，花生處于播種出苗期，蒸散較少。土壤水不斷得到補充而盈余。不論坡上還是坡下，土壤貯水均超過田間持水量(542～568mm)而產生地表徑流。橘園坡地田間持水量減去凋萎含水量的有效貯水量坡下＞坡上。

2．1．2 水分消耗期 7—10月為高溫少雨的旱季(2003年延至11月中)，由于降水補給少、蒸散作用強，耗水快而多，期末常為全年貯水量最低點。橘園地年際差異大，2002年干旱不明顯，貯水量多在凋萎含水量線之上；2003年遭百年一遇干旱，7月份降雨37.4mm，坡上、坡下均處凋萎含水量以下；2001年7月份降雨為50mm，貯水情況略好于2003年。

2．1．3 水分補充期 一般是11月初至翌年2月底。這期間氣溫低，降雨少，田問蒸發耗水少。土壤貯水量隨降水補充而回升，后期降水漸增，逐步恢復到旱季初期的水平，貯水量差異逐漸縮小，變幅不大。

2．2 橘園地土壤水勢動態

橘園地土壤水勢與其貯水量一樣，受到相關諸因素的影響。尤其是季節性干旱對橘園地水勢影響明顯。幾乎從旱季一開始，整個剖面水勢就從上而下逐漸降低。圖2可見，橘園地耕層(0～15cm)土壤水勢變化普遍僅滯后雨季終結3～5d。年際間干旱發生的早晚、輕重，直接關系到當年花生是否受干旱脅迫。2003年遭百年一遇伏秋旱，7月初土壤水勢就達50kPa，干旱比2001、2002年分別早7d和3d；長35d與28d，花生相應減產6.5％和2.4％。其下的心底土，水勢相對上層降速慢而小，120cm以下土層近乎常年穩定，但0～120cm坡下土層濕潤程度高于坡上。150cm多出現最大值，坡上120～150cm近飽和水勢范圍高于坡下。

2．3 橘園地水分狀況頻率分布

根據土壤水勢劃分；＞-3kPa，飽和狀態：-3～-6kPa，近飽和；-6～-12kPa，濕潤；-12～-32kPa中等濕潤；-32～-50kPa，水分虧缺：-50～-80kPa中等水分虧缺；＜-80kPa為干旱。如果將水分狀況分為飽和(＞-6kPa)、濕潤(-6～-32kPa)、虧缺(-32～-80kPa)和干旱(＜-80kPa)4個水勢段，分析統計其出現的頻率，則與該區屬氣候濕潤區相對應，越是較高水勢段出現頻率越大，順序為飽和＞濕潤＞虧缺>干旱(圖3)。且高水勢段比例總體上是底土＞心土>表土(耕層0-20cm)，坡下＞坡上。低水勢的干旱段主要出現在坡上、上層土和伏秋干旱季節。

2．4 橘園地各物候期水平衡

橘樹2001-2003年不同物候期水平衡狀況見表1。橘園地試驗期間坡上年平均總蒸散786.4mm與坡下808.7mm差異不顯著，柑橘生長季以果實膨大期蒸散量最大，坡上、坡下蒸散分別為649.4mm與652.8mm。雨季坡上平均總蒸散為311.9mm，坡下為306.1mm。坡下出現最大蒸散值67.9mm時間(2003年第24旬)，晚于坡上出現試驗時期中最大蒸散值60.5mm時間(2003年第21旬)，說明橘園坡地對降水分配有一定的滯后作用。整個108旬試驗期，橘園地坡上滲漏總量為2278.4mm，坡下滲漏總量為2063.2mm，而土壤貯存水變化在平水年(2001年、2002年)坡上高于坡下。

3 討論

中亞熱帶橘園地土壤貯水量、水勢與水分狀況頻率分布與坡位、年降水周期變化等相關。0～150cm土壤貯水量大致可分為水分盈余期、水分消耗期和水分補充期3個階段：這與前人研究的紅壤坡地飽和、虧卻和補充3階段劃分基本一致，土壤水勢是土壤水分的強度指標，它的大小與土壤水的流動性、作物對養分的吸收利用及對植物的有效性有密切的關系，而不同土壤水分條件下根系吸水過程對光合作用的控制機理有較大影響，所以本文研究的角度可為水文生態的相關分析提供依據。

坡地不同部位水勢與出現頻率差異與土壤持水特性不同有關。我們對實驗區土樣測量分析發現：同一土壤水吸力下，100cm土層持水量明顯高于表層10cm，平均差值為10.3％。這與試驗區土壤表層的容重(151g·cm^-3)低于100cm土壤容重(1.58g·cm^-3)，使得表層土壤孔隙大，水分釋放多，其保持的水分相應地低于100cm土層有關。同時，在土壤表層10cm，下坡不同土壤水吸力下的持水量顯著高于相應的上坡，平均差值為2.2％，表現在下坡0～20cm貯水庫容(52.1mm)高于上坡(46.1mm)，但在飽和點(25hPa)或凋萎點(15000hPa)附近無明顯差異，而土壤100cm土層與表層情況相反。李成亮等也認為不同成土母質的土壤機械組成、土壤結構的變化能造成水分狀況差異。試驗區的坡地水分動態監測說明低丘紅壤上坡位深層可利用貯水量高于下坡，這對提高上坡位作物的抗旱能力有利。

水分觀測與水分分析平衡說明橘園坡地對降水分配有一定的滯后作用，坡上滲漏總量高于坡下。實際上，橘園坡地對降水分配與水分平衡受到季節、農業耕作措施、作物或果樹種類、土地利用類型等多種因素影響。例如，農林復合可吸收不同土層水分，提高有效水利用率1.3倍，能比單純橘園更有效地保持水土和抵御當地的季節性干旱，還能有效提高雨水和灌溉水利用效率。紅壤不同的農業生態系統、不同農作措施及不同季節條件下的果樹的生理生態特性和能量平衡影響方面需作進一步研究，這對促進我國紅壤生態系統健康、穩定的發展有重要意義。

4 結論

中亞熱帶地區橘園坡地3a田間實測數據說明，水分狀況隨年周期、地面花生生育期、土壤深度和坡位高低等因素變化。土壤水勢變化與貯水量盈余期、消耗期和補充期三階段相對應，總體由大變小再回升，只是土體空間從上而下，水勢值增大，變幅減小，坡地不同部位水勢與出現頻率差異與土壤持水特性不同有關。橘園各物候期水分平衡動態能為分析能量傳輸過程和采取調控措施提供依據。