不同土地利用条件下红壤持水能力研究

摘要 为了提高南方红壤的利用率，选取江西省赣州市上犹县不同土地利用条件下的红壤为研究对象，通过红壤持水特征数据的测定，对不同利用方式、不同地形位置的红壤持水性质进行分析，建立不同类型红壤水分特征曲线的拟合模型。结果表明，不同土地利用类型的土壤物理性质存在差异，饱和土壤含水量表现为脐橙地 > 马尾松松香混交林地 > 裸地;土壤黏粒含量表现为马尾松松香混交林地 > 裸地 > 脐橙地;不同样地土壤饱和含水量、田间持水量、凋萎含水量、土壤有效水存在差异，整体上马尾松松香混交林地的水分状况较好，裸地其次，脐橙地较弱。不同样地田间持水量和凋萎含水量表现为脐橙地 > 马尾松松香混交林地 > 裸地，土壤有效水表现为脐橙地 > 裸地 > 马尾松松香混交林地。

关键词 红壤;土地利用类型;土壤颗粒含量;土壤水分有效性;土壤持水能力

中图分类号 S 152.7+1  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）18-0064-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.18.016

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research on Water Holding Capacity of Red Soil under Different Land Use Conditions

NIE Ke-yi1，WU Zhi-kang2， LIU Ji-chao3

（1.Nanchang Institute of Technology， Nanchang， Jiangxi 330099;2. Luzhai Xianglu Investment Co.，Ltd.， Liuzhou， Guangxi 545600;3.Guangxi Wanzong Construction Engineering Co.，Ltd.， Liuzhou， Guangxi 545000）

Abstract In order to improve the utilization rate of red soil in south China， the red soil under different land use conditions in Shangyou County， Ganzhou City， Jiangxi Province was selected as the research object. Through the determination of water-holding characteristic data of red soil， the water-holding properties of red soil in different utilization modes and different topographical locations were analyzed， and the fitting model of water characteristic curve of different types of red soil was established.The results showed that the soil physical properties of different land utilization types were different， and the saturated soil moisture content was navel orange land > Pinus massoniana and rosin mixed forest land > bare land;soil clay content of Pinus massoniana and rosin mixed forest land > bare land > navel orange land.There were differences in soil saturated water content， field water capacity， withered water content and soil available water in different places. On the whole， the water status of Pinus massoniana and rosin mixed forest land was better， followed by bare land， and weaker in navel orange land.Field water holding capacity and wilting coefficient in different land showed navel orange land >Pinus massoniana and rosin mixed forest land > bare land;soil available water showed navel orange land > bare land > pine and rosin mixed forest land.

Key words Red soil;Land use type;Soil particle content;Soil water availability;Soil water holding capacity

南方红壤区存在严重的养分流失现象，其中部分地区水土流失越来越严重。而红壤作为南方典型的农作物耕作土壤，它的持水能力是决定南方农作物收成的重要因素。红壤的富铝化比较显著，风化的程度比较深，有黏重的质地且易于板结，保水性差，易干旱。因此在不同土地利用条件下，展开对红壤持水能力的研究，能够有效提高红壤的利用率，对红壤的农业生产与环境保护有着重大意义。目前，国内外也存在许多有关不同土地利用类型和持水能力的研究，如于元芬等[1]研究表明不同植被、不同深度的土壤持水能力、释水特性及水分有效性存在一定差异;曹春霞等[2]研究表明，有机管理措施可以有效改善土壤质量，包括有效防止农田土壤酸化，降低重金属含量，提升有机质含量，但是并非在所有土地利用方式下都能取得显著效果。成兆金[3]研究发现黏土对植物供水较稳且能力强，对水分的协调能力较好，砂土对水分的协调能力较差，对旱涝灾害的抵抗力较差，壤土介于两者之间;葛建等[4]研究了分层土壤的持水性能，结果表明粗质土壤上覆细质土壤界面存在的毛细屏障作用能提高上层土壤的持水能力;郑荣伟等[5]研究发现土壤水分特征曲线受土地利用、土层深度影响，而以土壤质地影响最为显著。综上所述，国内对土壤水分特征曲线的影响因素以及土壤持水能力的研究较为成熟，但在不同土地利用条件下对红壤的研究较少，笔者研究了南方红壤区不同土地利用类型的持水能力，以期为南方农业生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于江西省赣州市上犹县水村，上犹县（114°00′～114°40′E、25°42′～26°01′N）属于中亚热带潮湿天气，年均气温18.8 ℃，无霜期为284 d，年日照时数为1 621.9 h，年降雨量为1 497 mm。取样地位于114°57′E、25°87′N。上犹县地形从西北向东南倾斜，东北西和西南多高山，东南为丘陵和河谷盆地。

考虑到不同高程的地形，此次研究对不同地形位置的土壤进行采样。以赣州市上犹县的红壤作为研究对象，分别在裸地、脐橙林地、马尾松松香混交林地的上坡、中坡、下坡进行多点混合采样，采样的深度是 0～10 cm，采用环刀进行取样，每个坡面取3组平行样本，一种红壤需取样9个，共采集27个样点。土壤取样时间为2021年4月20日，取样时天气为小雨转多云，最低温度为17.0 ℃，最高温度为22.0 ℃，东南风。坡地面积100 m 坡度为9°，整地方式为穴垦。

1.2 研究方法

通过激光粒度分析仪分析9个不同样土的颗粒粒径，根据国际制土壤质地分类规范对土样进行分析。采用压力膜仪法测定土壤水分特征含水量，并绘制土壤水分特征曲线，一般要求在25 ℃下进行测定，测得吸力分别为30、100、200、300、400、500、800、1 000、1 300、1 500 kPa下的土壤质量，即压力水头分别为300、1 000、2 000、3 000、4 000、5 000、8 000、10 000、13 000、15 000 cm下的土壤质量。得到一系列的土壤水吸力和对应的土壤质量，后经公式（1）计算出各吸力下的土壤质量含水量，再由公式（2）、（3）计算出土壤体积含水量，从而得到脱湿曲线。

θm=W1-W2W2-W3×100%（1）

θv=θm×ρ（2）

ρ=mv（3）

式中，θm为土壤质量含水量（%）;W1为湿土加环刀重量（g）;W2为干土加环刀重量（g）;W3为环刀重量（g）。θv为土壤体积含水量（cm3/cm3）;ρ为土壤干容重（g/cm3）;m为干土质量（g）;v为土壤体积（cm3）。

采用Van-Genuchten公式对各吸力下的土壤体积含水量进行拟合，图表制作采用origin，拟合公式为：

θv（h）=θr+θs-θr（1+|ah|n）m （4）

式中，θv为土壤体积含水量（cm3/cm3）;θr为残余含水量（cm3/cm3），即为风干土的体积含水量;θs为饱和含水量（cm3/cm3）;h为压力水头（cm），即为土壤基质势;m=1-1/n;a和n为试验常数。

用土壤水分有效性指标Aw来表示土壤水分有效性强度，土壤水分有效性指标是指实际的有效水分与最大有效水分的比值，它是表征土壤水分能够被植物充分利用的程度。计算公式如下：

Aw=θ-θwθf-θw（5）

式中，Aw是土壤水分有效性指数;θ为土壤实际水分含量（用烘干法可以测得）;θw为土壤凋萎湿度;θf为田间持水量;其中θw、θf可以在土壤水分特征曲线中查出。

2 结果与分析

2.1 土壤质地对红壤持水能力的影响

土壤粒度组成可用来确定土壤质地和土壤的结构性，在土壤学研究中是不可或缺的基础数据[6]。土壤的粒度特征既决定土壤质地，也反映土壤抵抗风蚀的能力。粒径越小，质地越细，土壤的孔隙结构越密实，大孔隙减少，中小孔隙增多，孔隙连通性变差，使得水分运移速率较粗质地土壤慢[7]。

从表1可以看出，对于脐橙地、马尾松松香混交林地、裸地这3种不同土地利用类型的土壤，脐橙地的土壤黏粒含量明显低于马尾松松香混交林地，土壤黏粒含量从大到小依次为马尾松松香混交林地 > 裸地 > 脐橙地;而对于土壤粉粒而言，其变化规律与土壤黏粒含量呈现不同趋势，土壤粉粒含量从大到小依次为裸地 > 脐橙地 > 马尾松松香混交林地;土壤砂粒含量从大到小依次为脐橙地 > 马尾松松香混交林地 >裸地。

2.2 不同土地利用类型对土壤水分特征曲线的影响

将试验中脐橙地、裸地、马尾松松香混交林地的各个上、中、下坡的3个平行样品的试验数据求和取平均值后计算出土壤质量含水量，再乘以容重得到体积含水量，后将数据用origin进行拟合，结果发现，Van-Genuchten 模型拟合黏质红壤水分特征曲线的效果较好，决定系数（R2）在0.981 4～0.999 4，因此该模型可以用于黏质土壤水分特征曲线的研究[8]。

以土壤体积含水量变化最明显的吸力（图1）来看，随着土壤基质吸力的增加，脐橙地上坡的土壤体积含水量由0.462 cm3/cm3减少至0.222 cm3/cm3，中坡的土壤体积含水量由0.484 cm3/cm3减少至0.236 cm3/cm3，下坡的土壤体积含水量由0.525 cm3/cm3减少至0.317 cm3/cm3;可见赣州市上犹县脐橙地的土壤持水能力表现为上坡最弱，中坡地其次，下坡最强。

马尾松松香混交林地上坡的土壤体积含水量由0.376 cm3/cm3减少至0.299 cm3/cm3，中坡的土壤体积含水量由0.389 cm3/cm3减少至0.298 cm3/cm3，下坡的土壤体积含水量由0.362 cm3/cm3减少至0. 263 cm3/cm3，可见赣州市上犹县马尾松松香混交林地的土壤持水能力和水分释放性能有着少许差异，土壤持水能力为下坡最弱，中坡和上坡相似。对照组裸地上坡的土壤体积含水量由0.382 cm3/cm3至0.251 cm3/cm3，中坡的土壤体积含水量由0. 384 cm3/cm3减少至0.230 cm3/cm3，下坡的土壤体积含水量由0.322 cm3/cm3减少至0.246 cm3/cm3，可见赣州市上犹县裸地的土壤持水能力表现为中坡最弱，下坡地其次，上坡最强。