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      紅壤丘崗區(qū)以緩坡地(6°~15°)為主要地貌特征，是我國自然生產(chǎn)潛力最高的地區(qū)。該區(qū)水熱資源豐沛，但時空分布不均，易產(chǎn)生氣候性干旱危害，而且紅壤持水力強，有效水含量低，因此水分是該區(qū)坡地農(nóng)業(yè)利用的重要限制因子。土壤水分是坡地生態(tài)系統(tǒng)水熱平衡中的一個重要因素，對整個生態(tài)系統(tǒng)水熱平衡起著決定性作用。坡地土壤水分狀況影響坡地土地利用和植物生長，反過來，土地利用方式及其植被覆蓋又影響坡地土壤含水量及其分布。而且，不同時空尺度下二者關系變化不一。因此，研究南方紅壤丘崗坡地土地利用與土壤水分的時空關系，對有效利用土壤水分，緩解本區(qū)的季節(jié)性干旱問題，以及合理利用和配置坡地資源都具有重要意義。

      已有許多學者對南方紅壤丘崗坡地的水分特征以及周年土壤水分狀況、土壤水分有效性以及不同土地利用方式對土壤水分特性的影響等進行了研究。但對年際間不同土地利用方式與土壤水分關系的研究則很少。本研究選擇南方紅壤丘崗坡地5種典型土地利用類型，對比分析其不同水文年的土壤水分時空變化特點，為土壤水分的有效利用及坡地生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1.1　試驗區(qū)概況

　　試驗區(qū)設在中國科學院桃源農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗站定位觀測試驗場(111°30′E， 28°55′N)，是紅壤地區(qū)典型的低丘崗坡地，海拔92. 2~125. 3 m。該區(qū)受中亞熱帶季風濕潤氣候控制，水熱資源豐沛，年均氣溫16. 5℃，≥10℃年積溫5 200~5 300℃，年日照時數(shù)1 520 h，年降水量1 440 mm，蒸發(fā)量1 167 mm，但降水年際、年內(nèi)分配不均，水熱不同期。多雨季節(jié)(3—6月)，土壤水分盈余，常伴有濕害、澇害，而少雨時段(7—9月)常伴隨強烈的蒸散，水分不能滿足植被生長需求，旱情嚴重。主要土壤類型為第四紀紅土發(fā)育的紅壤土，黏粒(<0. 002 mm)含量40%左右，有效水庫容較低，不同土地利用類型土壤基本性質(zhì)見表1。該區(qū)植被屬武陵山植被區(qū)系。試驗地為1995年建成的徑流小區(qū)，南偏東15°，坡長62 m，坡度8~11°，是坡地不同利用結構功能及其演替長期定位試驗區(qū)。1998年各小區(qū)墊面基本形成。根據(jù)紅壤丘陵區(qū)現(xiàn)有土地利用方式選取濕地松區(qū)、甜柿園、茶園、農(nóng)作區(qū)和退化區(qū)為試驗點。每個小區(qū)的投影面積均為20 m×50 m，用水泥板圍成以防區(qū)內(nèi)徑流交換，水泥板插入土中50 cm，露出地表30cm。各小區(qū)基本情況見表2。

1.2　研究方法

       在每個小區(qū)右側(cè)靠近擋水墻3m處選擇樣點埋設中子管，坡地上面第2梯和倒數(shù)第2梯的中心位置各埋1根(總共16梯，梯幅寬3m)，中子管管長1m，用中子儀法[6]測定10、20、30、40、50、70和90cm深度土壤含水量。3—10月每5 d 1次， 11月至次年2月每10d1次，如遇降雨則推遲測量。降水量利用試驗場氣象園儀器測定，按當?shù)啬昃�降水量大小劃�?種水文年型，即豐水年、平水年和欠水年。以大于當?shù)爻Ｄ昶骄�降水�?成以上定為豐水年，低于常年平均降水量2成以上定為欠水年，在二者之間的為平水年。在試驗觀測期間， 2002年為豐水年，降水量為2 196. 9 mm： 2003年為平水年，降水量為1 468.3 m。采用SPSS和EXCEL軟件對數(shù)據(jù)進行分析。

2. 1　不同水文年生長季0—90 cm深土壤水分特征

      豐水年和平水年生長季(3—10月)土壤平均含水量分別為0. 318 8和0. 310 0 cm3.cm-3，豐水年生長季各土地利用類型土壤含水量大于平水年(表3)。生長季土壤含水量年際變化與降水量年際變化相吻合。這與文獻報道結果一致。

      由表3可知，豐水年和平水年土壤平均含水量均以退化區(qū)最高，茶園最低，甜柿園略高于濕地松區(qū)。在豐水年，茶園和其他4種土地利用類型之間土壤含水量均存在顯著差異：在平水年，茶園僅與退化區(qū)及農(nóng)作區(qū)2種土地利用類型間土壤含水量有顯著差異，而與甜柿園及濕地松區(qū)間無顯著差異。其原因是茶園植被根系分布深且廣(其主根可達1m以上，根系幅度大于樹冠幅度)，生長期長，年耗水量大，貯水量低，最容易受旱。因此，應在季節(jié)性干旱時給予適量灌溉，提高其生產(chǎn)力。

2.2　不同水文年土壤水分季節(jié)變化特征及其主要影響因子

      紅壤丘崗坡地同一土地利用類型在不同水文年的土壤水分季節(jié)變化差異明顯(圖1)。豐水年降水量多且降水量的季節(jié)分配與植物生長期同步，土壤含水量較高，年內(nèi)變化平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)持續(xù)干旱。平水年降水量相對較少且降水多分布在3月初至7月中旬之間，此時，植被進入生長期，土壤耗水增多，但由于降水量豐富，土壤水分波動較小，始終保持較高含水量。7月下旬至10月底，隨著降水量的減少，氣溫逐漸升高，植被生長旺盛，土壤蒸發(fā)、植被蒸騰的耗水量迅速增加，土壤水分顯著降低，出現(xiàn)明顯的干季。11月以后，氣溫降低，植被生長活動減弱，蒸散量減小，土壤水分緩慢增加，但無明顯干、濕季之別。表明年生長季的降水量及其分配是影響土壤水分季節(jié)變化趨勢的主導因子。

      由于降水對土壤水分季節(jié)變化起主導作用，同一年份不同土地利用類型土壤水分季節(jié)變化規(guī)律具有明顯的相似性，隨降水量波動呈規(guī)律性起伏(圖1)。這種現(xiàn)象在豐水年表現(xiàn)尤為突出，各土地利用類型土壤水分季節(jié)變化趨勢基本一致，說明在豐水年植被類型對土壤水分季節(jié)變化趨勢影響很小，或者說降水掩蓋了植被類型對土壤水分季節(jié)變化趨勢的影響。而在平水年略有不同，主要是在土壤干旱期，不同土地利用類型土壤水分降低的幅度與時間均存在較大差異。表現(xiàn)為退化區(qū)沒有受到水分脅迫，農(nóng)作區(qū)受水分脅迫時間較短(8月初至9月初)，而甜柿園、濕地松區(qū)和茶園受水分脅迫時間長(8月初至11月底)，說明植被類型在干旱期對土壤水分季節(jié)變化趨勢有明顯影響，生長期長、根系深的植被(濕地松、茶樹、甜柿樹)比生長期短、根系淺的植被(農(nóng)作物、茅草)水分消耗期長，耗水量大，土壤水分降低快，恢復慢，較易受到季節(jié)性干旱的影響。

2.3　不同水文年5種土地利用類型剖面土壤水分特征

2.3.1　剖面土壤水分的季節(jié)性變化特征

      5種土地利用類型剖面土壤含水量的季節(jié)性變化特征見表4，其數(shù)值為土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)的準確記錄。由表4可知，無論豐水年還是平水年， 5種土地利用類型剖面土壤水分的季節(jié)性變化與土壤深度成反比，即隨土壤深度增加，變異系數(shù)變小，基本呈明顯的系統(tǒng)規(guī)律。這表明紅壤丘崗坡地剖面土壤水分隨著土壤深度增加，受外界環(huán)境變化的影響減弱，穩(wěn)定性相對增強。深根系植被(濕地松、茶樹、甜柿樹)土壤剖面30 cm以下各層次的水分季節(jié)性變化大于淺根系植被(農(nóng)作物、茅草)土壤剖面相應層次的水分季節(jié)性變化，這在平水年表現(xiàn)尤為明顯。反映植被生長期深根系植被比淺根系植被的深層土壤水分消耗多且快，利用土壤深層水分的能力更強。暗示選擇深根系植被有利于有效利用土壤深層水，從而緩解旱情。另外，也反映出淺根系植被條件下，土壤深層水分豐富穩(wěn)定，有效利用率低，無效水多。因此，建議推廣農(nóng)林復合模式，提高土壤水分利用率。

 

　將不同水文年同一土地利用類型剖面土壤水分的季節(jié)性變化進行比較發(fā)現(xiàn)，平水年土壤剖面各層次的水分季節(jié)性變化均大于豐水年土壤剖面相應層次的水分季節(jié)性變化，說明平水年增大了剖面土壤水分的季節(jié)性變化。可見，豐富的降水可以減弱剖面土壤水分的季節(jié)性變化。

2.3.2　剖面土壤水分的垂直變化特征

      由圖2可知，不同水文年5種土地利用類型剖面土壤含水量的垂直變化規(guī)律基本一致，即隨土壤深度增加，含水量不斷增大，但增幅越來越小：濕地松區(qū)在50—70 cm深度土層呈相反規(guī)律，可能是其根系主要分布于50—70 cm土層，生長期間該層耗水過于劇烈，水分虧缺嚴重。根據(jù)土壤水分剖面變化特征，將其分為穩(wěn)定型(土壤含水量上下層持平)、增長型(下層高于上層)、降低型(下層低于上層)和波動型(上下層大小波動)。可見，濕地松區(qū)剖面土壤水分變化在豐水年和平水年都屬于波動型，而其他土地利用方式剖面土壤水分變化類型都屬于增長型。從豐水年到平水年土壤水分的剖面變化類型沒有發(fā)生改變。

      將不同水文年5種土地利用類型剖面土壤水分的垂直變化進行比較(圖2)可以看出， 70 cm深度以下5種土地利用類型的土壤水分差異在平水年比豐水年大。其原因可能是在平水年的伏秋干旱時期，深根系植被(濕地松、甜柿樹及茶樹)對深層土壤水分利用消耗多，且降水對深層土壤水分補充也較少：但伏秋干旱對淺根系植被(農(nóng)作物、茅草)深層土壤水分的影響卻相對較小，主要是因為淺根系作物的根系難以達到下層土壤，不能吸收利用下層土壤水分。由此可見，降水增加會減少不同土地利用類型之間深層土壤水分的差異，而干旱能增大這種差異。

2.4　不同水文年土壤水分沿坡位的變化特征

      選取濕地松區(qū)(深根系)和退化區(qū)(淺根系)2種代表性土地利用類型，比較其0—90 cm深土壤水分在不同水文年沿坡位的變化特征(圖3)。

      由圖3可知，無論是在豐水年還是平水年， 2種不同植被類型的土壤水分沿坡位的年內(nèi)變化始終是坡上大于坡下，這種現(xiàn)象發(fā)生可能主要源于土壤理化性質(zhì)隨地形的變化。一般來說，質(zhì)地越黏持水量越高，因而主要原因可能是土壤物理性黏粒含量由坡上向坡下降低。柳云龍等的研究表明，南方紅壤丘崗坡地的土壤物理性黏粒含量由坡上向坡下降低，其降低程度表現(xiàn)為林地>茶園>旱地，而持水性也呈相似的變化規(guī)律，即持水性由坡上向坡下降低程度表現(xiàn)為林地>茶園>旱地。植被的分布狀況(如坡上和坡下的植物個體大小，生物量多少，覆蓋度高低以及根系分布的深淺等)也可能是另一重要原因。

      在豐水年及平水年的1月至7月中旬，由于雨水豐沛，濕地松區(qū)和退化區(qū)坡上與坡下的土壤水分差異均較大：而在平水年的伏秋干旱時期，由于持續(xù)干旱使土壤水分降低較大， 2種植被類型坡上與坡下的土壤水分差異均不斷減少，說明持續(xù)干旱能減少土壤水分沿坡位分布的變化幅度。

(1)豐水年生長季各土地利用類型土壤含水量差異大于平水年。

(2)豐水年土壤含水量較高，年內(nèi)變化平穩(wěn)。而平水年土壤含水量在7月中旬以前較高， 7月下旬至10月底顯著降低， 11月以后又緩慢升高，出現(xiàn)明顯的干、濕季。

(3)剖面土壤水分的季節(jié)性變化隨土壤深度增加而減少。豐水年的剖面土壤水分季節(jié)性變化小于平水年。

(4)土壤含水量均隨土壤深度增加而增大，增幅逐漸減少。從豐水年到平水年，土壤水分的剖面結構類型沒有發(fā)生改變，濕地松區(qū)屬波動型，其他4種土地利用類型屬增長型。

(5)深、淺根系2種植被類型的土壤水分沿坡位的年內(nèi)變化始終是坡上大于坡下，持續(xù)干旱能減少土壤水分沿坡位分布的變化幅度。