江淮丘陵不同土地利用類型的土壤水分和容重變化特征

魏曉雅，湯勝勝，鄭浩然，顧成軍

(滁州學院 土木與建筑工程學院，安徽 滁州 239000)

1 引言

土壤水分是水循環(huán)的重要組成部分，是植被生態(tài)系統(tǒng)存在的基礎，也是衡量和評價土地資源的重要指標[1，2]。容重是土壤的主要物理性質之一，它不僅影響到土壤孔隙大小分布、孔隙度及其穿透阻力，還與土壤水分的含量密切相關[3]。土地利用是影響土壤水分和容重大小的一個重要因素，研究不同土地利用的土壤水分和容重變化特征對于加強土壤資源的水分管理具有重要的意義。

目前已有眾多學者對不同土地利用的土壤水分特征進行了研究，但這些研究主要集中于黃土丘陵等北方干旱地區(qū)[4～10]，而在南方如江淮丘陵地區(qū)研究較少。江淮丘陵位于長江與淮河之間，涉及安徽省合肥、滁州、六安和安慶等地市，土地面積約4.4萬km2，其中耕地 133.0萬hm2，占安徽省耕地總面積的31.8%，是安徽省最為重要的糧食主產區(qū)之一[11,12]。該區(qū)雖然地處亞熱帶和暖溫帶過渡地帶，多年平均降雨量可以達到900 mm左右，但由于特殊的地形和水文地質條件，水資源供給不足，干旱災害頻發(fā)，農作物受旱災損失減產嚴重[11]。干旱已成為制約江淮丘陵地區(qū)糧食生產安全與農村經(jīng)濟穩(wěn)定和發(fā)展的重要因素。因此本文通過在江淮地丘陵地區(qū)選擇典型土地利用類型進行實地土壤采樣和室內實驗分析，研究了江淮丘陵不同土地利用類型土壤水分和容重的變化特征，以便為江淮丘陵地區(qū)提高土壤水分含量，改善土壤理化性狀，加強土壤資源的水分管理，保障農業(yè)生產安全提供理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

由于江淮丘陵地區(qū)的江淮分水嶺嶺脊附近，地勢高亢，又基本無外水引入條件，灌溉保證率較低，是安徽省最旱地區(qū)之一[11]，所以本研究選擇了位于江淮丘陵地區(qū)江淮分水嶺嶺脊附近的章廣鎮(zhèn)作為研究區(qū)。章廣鎮(zhèn)位于安徽省滁州市南譙區(qū)的西部，面積209.5 km2。氣候為北亞熱帶濕潤性季風氣候，年均氣溫15 ℃，年均降水量1031 mm。地貌為典型的丘陵地區(qū)，江淮分水嶺東西貫穿而過，把鎮(zhèn)域一分為二，南水流入長江，北水流入淮河。土壤類型多樣，其中以馬干土、黃粘土和沙土為主。區(qū)域內有林地80720畝，耕地44216畝，其中水田31797畝，旱地12419畝。

2.2 土壤樣品采集

江淮丘陵地區(qū)降雨季節(jié)分配不均衡，降雨量年內分配一般以春夏較多，秋冬較少[11]，為加強江淮丘陵地區(qū)缺水狀態(tài)下土壤水分的管理以應對農業(yè)生產安全，本次土壤樣品采集時間選擇在秋末。2019年11月，在滁州市南譙區(qū)章廣鎮(zhèn)選取了林地、大豆、玉米和花生四種典型的土地利用類型進行土壤樣品采集。其中林地是退耕還林后的楓葉林，大豆和玉米地是大豆和玉米收獲后的裸地，花生地上有花生收獲后遺留的花生秸稈覆蓋。樣品采集時統(tǒng)一選取在坡度小于3度的坡中進行剖面分層取樣。由于章廣鎮(zhèn)位于江淮分水嶺嶺脊附近，受長期土壤侵蝕影響，該地區(qū)土層普遍較薄，所以采集土壤時土壤剖面深度只選擇了0～30 cm并按照0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm三個土壤剖面分層進行取樣。取樣時對同一土層的土樣進行了混合，樣品取出后立即裝入塑料密封袋中用于測定土壤含水量，同時用環(huán)刀采集表層(0～20 cm)土壤用于測定土壤表層容重。

2.3 實驗方法

土壤含水量采用烘干法將采集的土樣先放置在105～108 ℃的烘箱中烘干至12h，接著再將土樣放置在干燥器中進行干燥，降到室溫后進行稱重，最后根據(jù)公式計算得出土壤的含水量，用重量百分比表示。土壤含水量的計算公式如下：

W(%)=(W1-W2)/W2×100

(1)

式(1)中：W為所測土樣的含水量(%)，W1為新鮮土樣重量(g)，W2為烘干之后的土壤重量(g)。

土壤容重采用環(huán)刀法測定。容重=純干土質量(g)/環(huán)刀體積。

3 結果與分析

3.1 不同土地利用土壤含水量變化特征

3.1.1 不同土地利用土壤含水量垂直變化

土壤水分的垂直變化特征能夠反映出土壤含水量與土層深度的關系，通過分析垂直變化，可了解不同土地利用類型下，不同土層水分的利用狀況，這對于了解土壤水分規(guī)律有重要意義[13]。表1為江淮丘陵滁州市章廣鎮(zhèn)四種土地利用不同深度的土壤含水量，不同土地利用土壤含水量的垂直變化存在差異。四種土地利用中林地、花生和大豆三種土地利用不同深度的土壤含水量均是以0～10 cm的土壤含水量最低，分別為13.98%、13.69%和12.04%；其次為10～20 cm的土壤含水量，分別為16.37%、15.93%和14.62%；20～30 cm的土壤含水量最高，分別為18.22%、17.52%和15.64%。 三種土地利用土壤含水量的垂直分布均表現(xiàn)為從土壤表層向下隨深度的增加而逐漸增加的變化特征。而大豆地土壤含水量也是以0～10 cm的土壤含水量最低，然后在10～20 cm土壤含水量增大到14.20%，但在20～30 cm土壤含水量又減少為13.16%，土壤含水量的垂直分布表現(xiàn)為從土壤表層向下先增加后減少的變化特征。

表1 滁州市章廣鎮(zhèn)四種土地利用不同深度的土壤含水量統(tǒng)計 %

3.1.2 不同土地利用土壤含水量大小差異

滁州市章廣鎮(zhèn)不同土地利用的土壤含水量大小也存在差異，且這種差異隨土壤深度的變化而有所不同。如表1所示，0～10 cm的土壤含水量以林地最高為13.98%，其次為花生地和大豆地土壤含水量，分別為13.69%和12.98%，玉米地土壤含水量最低僅為12.04%。而10～20 cm和20～30 cm的土壤含水量仍是以林地(16.37%和18.22%)最高，其次為花生地土壤含水量(15.93%和17.52%)和玉米地土壤含水量(14.62%和15.64%)，大豆地土壤含水量最低(14.20%和13.16%)。四種土地利用中，林地和花生地土壤含水量雖然存在差異，但在各個剖面深度上差異均小于4.0%，差異相對較小。而林地和花生地土壤含水量與大豆和玉米地土壤含水量之間最小差異為5.5%，最大差異可以達到38.4%，差異相對較大。因此滁州市章廣鎮(zhèn)四種土地利用的土壤含水量差異總體上可以表現(xiàn)為林地和花生地土壤含水量較高，而大豆和玉米地土壤含水量相對較低。

3.2 不同土地利用土壤容重變化特征

表2為滁州市章廣鎮(zhèn)四種土地利用的表層(0～20 cm)土壤容重。從表中可以看出，四種土地利用的土壤容重表現(xiàn)為林地土壤容重最高，為1.359 g/cm3，其次為玉米和大豆地土壤容重，分別為1.120 g/cm3和1.137 g/cm3，花生地土壤容重最小，僅為0.977 g/cm3。其中玉米和大豆兩種土地利用的土壤容重雖然存在差異，但僅相差1.5%，相差較小。而玉米和大豆地表層土壤容重與林地和花生地表層土壤容重相差相對都較大。例如玉米地與林地表層土壤容重相差19.5%，而大豆地與花生地表層土壤容重相差為14.6%。因此滁州市章廣鎮(zhèn)四種土地利用的表層土壤容重差異主要表現(xiàn)為林地土壤容重大于大豆和玉米地的土壤容重大于花生地土壤容重。

表2 滁州市章廣鎮(zhèn)不同土地利用表層土壤容重

4 結論

通過本次試驗，可以看出滁州市章廣鎮(zhèn)不同土地利用的土壤含水量垂直分布特征和含量大小以及表層土壤容重均存在很大差異。土壤含水量垂直分布上林地、花生和玉米三種土地利用的土壤含水量表現(xiàn)為從表層向下逐漸增加的變化特征，而大豆地土壤含水量表現(xiàn)為從表層向下先增加后減少的變化特征。土壤含水量大小表現(xiàn)為林地和花生地土壤含水量大于大豆和玉米地土壤含水量。表層土壤容重表現(xiàn)為林地土壤容重最大，其次為玉米和大豆，花生地土壤容重最小。土地利用是江淮丘陵土壤含水量和表層土壤容重差異的一個重要因素，江淮丘陵地區(qū)可以通過改變土地利用的類型及管理措施來改善土壤含水量和表層土壤容重。