周寅杰，王瑞輝，陳志鋼,鐘飛霞，廖文婷

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083）

油茶Camellia oleiferaAbel.與橄欖、油棕、椰子并稱(chēng)為世界四大油料樹(shù)種，是我國(guó)南方地區(qū)特有的重要木本食用油料樹(shù)種。茶油含不飽和脂肪酸90%以上，耐貯藏，易被人體吸收，是優(yōu)質(zhì)食用油[1]。油茶及其副產(chǎn)品在日用化工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和工業(yè)中具有多種用途[2]。油茶主要分布于長(zhǎng)江和珠江中、下游流域的14個(gè)省區(qū)，湖南是最主要的集中栽培地之一。土壤水分對(duì)油茶生長(zhǎng)有著決定性作用，而面臨水資源分布不均勻、季節(jié)性干旱等問(wèn)題，加之管理粗放，油茶產(chǎn)量與品質(zhì)變化均很大。因此，對(duì)油茶林地土壤水分的研究具有重要意義。國(guó)外有關(guān)學(xué)者對(duì)于土壤水分及其物理性質(zhì)的研究開(kāi)展得較早[3-4]，而我國(guó)學(xué)者對(duì)于土壤水分的研究，在植物種類(lèi)方面多集中于草地、園林植物，而在研究區(qū)域方面多集中于干旱地區(qū)，而對(duì)低山丘陵地區(qū)油茶林地土壤水分特征的研究尚未見(jiàn)諸報(bào)道。為此，文中對(duì)油茶林地土壤水分特征進(jìn)行了研究，以期為油茶林的科學(xué)灌溉提供參考依據(jù)，以確保油茶產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在湖南省長(zhǎng)沙市天際嶺地區(qū)。該地屬典型的亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年平均總降水量1 422.4 mm，但降雨量分配嚴(yán)重不均，3～6 月為多雨期,降雨量占年降雨總量的60%以上，7～11月為少雨期,降雨量不足全年的30%。年均相對(duì)濕度為80%，全年無(wú)霜期約275 d，年平均氣溫16.8～17.2 ℃，極端最高氣溫為40.6 ℃，極端最低氣溫為-12 ℃。土壤種類(lèi)多樣，可劃分為9 個(gè)土類(lèi)、21 個(gè)亞類(lèi)、85 個(gè)土屬、221 個(gè)土種，油茶林地總面積約400萬(wàn)hm2，其中以紅壤、水稻土為主，其分別占土壤總面積的70%與25%。

2 試驗(yàn)方法

2.1 土樣的選取方法

試驗(yàn)地選在湖南省林業(yè)科學(xué)研究院天際嶺油茶良種繁育基地。該油茶林樹(shù)齡為8 a，平均地徑4.5 cm，已進(jìn)入盛果期。土樣取樣點(diǎn)為同一坡面，分別在同一坡面的上坡位和下坡位各設(shè)置了10 m × 10 m的標(biāo)準(zhǔn)樣地，在每塊標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)設(shè)置典型的土壤剖面，用環(huán)刀分層采樣，重復(fù)3次，帶回試驗(yàn)室測(cè)定其物理性質(zhì)指標(biāo)值。油茶雖是深根性樹(shù)種，但其吸收根仍多分布于20～50 cm的土層內(nèi)[5]，故土層深度分別設(shè)為0～10、10～20、20～30、30～40 cm。

2.2 土壤自然含水量的測(cè)定方法

利用土鉆在標(biāo)準(zhǔn)樣地隨機(jī)分層取樣，重復(fù)3次，每月上、中、下旬各取樣1次。取樣后立即帶回實(shí)驗(yàn)室，采用烘干法測(cè)定月平均土壤自然含水量，取其平均值。

2.3 土樣物理性質(zhì)的測(cè)定方法

采用比重計(jì)法測(cè)定土壤質(zhì)地（機(jī)械組成），按卡慶斯基質(zhì)地分類(lèi)系統(tǒng)分類(lèi)，采用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重、孔隙度、毛管含水量、飽和含水量和田間持水量，采用飽和硫酸鉀法測(cè)定土壤的最大吸濕水量，用電位測(cè)定法測(cè)定土壤的pH值。

2.4 數(shù)據(jù)處理

在實(shí)際應(yīng)用中可以采用不同方法來(lái)表示土壤水分含量，本實(shí)驗(yàn)選用土壤蓄水量來(lái)表示，即某一土層內(nèi)所有水分形成水層后的厚度（mm），用公式表示為：

式（1）中：S為某一土層的土壤蓄水量（mm）[6]，R為土壤容重（g/cm3），H為土層厚度(mm)，W為某一土層的土壤質(zhì)量含水率（%）。

只有介于凋萎濕度與田間持水量這一范圍之內(nèi)的土壤含水量，才能滿(mǎn)足作物正常生長(zhǎng)發(fā)育的需要。因此，可以計(jì)算出土壤蓄水量的盈余值。實(shí)驗(yàn)中取田間持水量的65%為生長(zhǎng)阻滯濕度。

當(dāng)土壤濕度低于生長(zhǎng)阻滯濕度時(shí)，虧缺的土壤蓄水量Q1值為：

式（2）中：W0為田間持水量（%）；W為實(shí)測(cè)土壤質(zhì)量含水量（%）。

當(dāng)土壤濕度大于田間持水量時(shí)，盈余的土壤蓄水量Q2為：

當(dāng)土壤濕度介于生長(zhǎng)阻滯濕度與田間持水量之間時(shí)，土壤蓄水量不存在盈余與虧缺的問(wèn)題，不必計(jì)算其含水量[7]，只利用公式（2）和（3）就可計(jì)算出各土層的土壤蓄水量的盈虧值。

3 結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)地土壤特征值分析

試驗(yàn)地土壤的機(jī)械組成如表1。根據(jù)卡慶斯基質(zhì)地分類(lèi)系統(tǒng)，試驗(yàn)地土壤為長(zhǎng)沙地區(qū)典型的紅壤土。從表1中可以看出，在0～40 cm的土層中，上坡位的土壤顆粒含量，1.00～0.25 mm的顆粒含量最多，平均含量為30.68%；而下坡位的土壤顆粒含量，0.05～0.01 mm的顆粒含量最多，平均含量為27.55%。物理性黏粒含量，下坡位的平均為45.23%，上坡位的平均為32.53%，下坡位大于上坡位；同一坡位各土層中小于0.01 mm的物理性黏粒含量相差不明顯。造成上述現(xiàn)象的原因是，該林地降雨量大，林地郁閉不充分，加上人為翻土施肥，造成土壤結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，坡面存在水土流失現(xiàn)象，物理性黏粒在下坡位沉積，導(dǎo)致砂粒含量上坡位大于下坡位，黏粒含量下坡位大于上坡位，同一坡位各土層中的顆粒含量相差不大。

表1 試驗(yàn)地土壤的機(jī)械組成Table 1 Soil texture of the test plots %

試驗(yàn)地土壤各項(xiàng)特征指標(biāo)的測(cè)定值如表2。從表2中可以看出：土壤平均密度，上坡位為1.41，下坡位為1.25，上坡位大于下坡位，同一坡位各層土壤容重變化不大；最大吸濕水量、凋萎系數(shù)、孔隙度、毛管孔隙度、毛管持水量、田間持水量、飽和含水量、pH值，上坡位土壤各層各指標(biāo)的平均 值 分 別 為5.93%、7.94%、46.75%、30.58%、23.57%、21.74%、29.35%、4.37，下坡位土壤各層各指標(biāo)的平均值分別為6.75%、9.05%、52.62%、36.20%、30.09%、28.94%、39.21%、4.51，下坡位均大于上坡位，且同一坡位各土層的變化不大。由于該基地的油茶人工林存在一定程度的水土流失和土壤侵蝕現(xiàn)象，上坡位物理性砂粒含量大于下坡位，導(dǎo)致上坡位的土壤容重大于下坡位；同時(shí)，由于下坡位土壤中物理性黏粒含量遠(yuǎn)大于上坡位，物理性黏?；谄渚薮蟮谋缺砻娣e成為土壤水分的重要載體，同時(shí)也使得土壤具有良好的孔隙狀況，這使得下坡位土壤的水分特征值要優(yōu)于上坡位。因此，對(duì)于上坡位的油茶林地應(yīng)加強(qiáng)土壤水分管理。

表2 試驗(yàn)地土壤各特征指標(biāo)值Table 2 Characteristic indexes of the test plot soils

3.2 試驗(yàn)地土壤的持水狀況

有效水含量是介于田間持水量與凋萎含水量之間的含水量，試驗(yàn)地土壤有效含水量如表3。從表3中可以看出，上坡位凋萎含水量、有效水含量、田間持水量、飽和含水量、毛管持水量的平均值分別為7.94%、13.80%、21.74%、29.35%、23.57%，下坡位各項(xiàng)指標(biāo)的平均值分別為9.05%、19.90%、28.94%、39.21%、30.09%，下坡位的各項(xiàng)指標(biāo)值均大于上坡位，而同一坡位各土層的變化不大。就植物生長(zhǎng)而言，土壤水分含量的高低不在于總含量的多少，而在于有效水含量的多少，因?yàn)橥寥赖囊恍┧质侵参镫y以利用或無(wú)法利用的[8]。由于下坡位黏粒含量和毛管孔隙較多，毛管孔隙具有明顯的毛管作用，水分能借助毛管引力被保存在孔隙中，且易被植物吸收[9]。

為了明確土壤有效水含量與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系，對(duì)兩者進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表4。從表4中可以看出，該試驗(yàn)地土壤有效水含量與田間持水量的相關(guān)性最大，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.991，且為正相關(guān)關(guān)系；其次與毛管孔隙含水量的相關(guān)性很好，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.96，也為正相關(guān)關(guān)系；但其與土壤容重呈負(fù)相關(guān)；也就是說(shuō)，各項(xiàng)特征值對(duì)有效水含量都有影響，但主要影響因素是田間持水量和毛管孔隙度，其他土壤特征值則通過(guò)影響田間持水量和毛管孔隙度來(lái)影響有效水含量，土壤容重越小，毛管孔隙就越多，從而有效水分含量就越高。各項(xiàng)特征值與有效水含量的相關(guān)性大小依次為：田間持水量＞毛管孔隙度＞全持水量＞土壤容重＞毛管持水量＞物理性黏粒。

表3 試驗(yàn)地土壤有效含水量Table 3 Available moisture content of the test plot soils

表4 土壤有效水含量與土壤各理化性質(zhì)指標(biāo)值的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficients of soil available moisture content and physicochemical property

3.3 試驗(yàn)地土壤中易于利用水量的評(píng)價(jià)

土壤中植物易于利用的水量通常為田間持水量的一部分，當(dāng)土壤水分從田間持水量下降到某一限度（約為田間持水量的65%～70%）時(shí)，毛管懸著水的連續(xù)狀態(tài)開(kāi)始破裂，液態(tài)流動(dòng)量急劇減少，此時(shí)植物雖然能從土壤中吸收到水分，但土壤中的水分不易流向植物的根區(qū)，如果土壤中的水分不能得到及時(shí)補(bǔ)充，將會(huì)使植物生長(zhǎng)受阻，此時(shí)的土壤含水量稱(chēng)為生長(zhǎng)阻滯濕度（growth critical moisture）。

根據(jù)每月土壤中的自然含水量，以生長(zhǎng)阻滯濕度（田間持水量的65%）為臨界點(diǎn)，利用公式（2）計(jì)算各層土壤中易被植物利用的水分含量，得出如圖1所示的不同月份各土層易于利用水量的變化情況。由圖1可知，全年5、7～9月出現(xiàn)了不同程度的易于利用水分虧缺的現(xiàn)象，而水分虧缺主要集中在7～9月，7、8、9月的水分虧缺值分別為17.39、7.02、22.64 mm，其中9月的虧缺值最大，8月的最小。不同土層中不同月份的易被植物利用的水分含量的虧缺值分別如下：5月，0～10、10～20 cm的土層中的水分虧缺值分別為2.35和1.75 mm；7、9月0～10 mm的土層中的水分虧缺值最大，分別為7.80和7.63 mm；易被植物利用的水分含量，6月和11月的較多，分別為30.39與31.08 mm，而10月份的較小，僅為6.85 mm。上述有關(guān)植物生長(zhǎng)易于利用水分含量的變化情況主要與當(dāng)年的降雨量相關(guān)，根據(jù)有關(guān)該試驗(yàn)地的氣象數(shù)據(jù)，2011年該試驗(yàn)地的降雨量，5～ 11月分別為 41.80、322.60、10.60、76.61、30.20、87.60、24.60 mm，其中6月的降雨量明顯偏多，而7月和9月的降雨量明顯偏少；同時(shí)，土壤中易于植物利用的水分狀況也可能與油茶林分狀況、油茶生長(zhǎng)節(jié)律和氣象因子有關(guān)，該油茶林郁閉不充分，土壤蒸發(fā)量較大，造成夏季0～10 mm土層的水分虧缺值較大，而8月的土壤水分虧缺值較小，這可能與此時(shí)氣溫高、油茶生長(zhǎng)出現(xiàn)暫緩期有關(guān)。

圖1 不同月份不同土層中植物易于利用的水分含量的變化情況Fig.1 Variation of easy use water content at different soil layers in different months

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié) 論

文中對(duì)長(zhǎng)沙天際嶺油茶林地土壤各項(xiàng)水分特征值的分析結(jié)果表明，該地區(qū)存在水土流失現(xiàn)象，造成物理性黏粒物在林地的下坡位沉積，砂粒含量上坡位大于下坡位，黏粒含量下坡位大于上坡位，這又導(dǎo)致了土壤容重上坡位大于下坡位，而最大吸濕水、凋萎系數(shù)、孔隙度、毛管孔隙度、毛管持水量、田間持水量、全持水量、pH值等項(xiàng)土壤特征值均是下坡位大于上坡位，由于人為翻土施肥，造成同一坡位各土層中顆粒含量相差不大，同一坡位各層土壤特征值的差異不明顯；上下坡位土壤顆粒組成的差異致使土壤各水分特征值相應(yīng)變化，測(cè)定結(jié)果表明，下坡位土壤中各水分特征值均明顯優(yōu)于上坡位。水分特征值的相關(guān)性分析結(jié)果表明，田間持水量和毛管孔隙度與有效水含量的相關(guān)性最大，其他各項(xiàng)特征值則通過(guò)影響田間持水量和毛管孔隙度來(lái)影響有效水的含量，各項(xiàng)水分特征值與有效水含量的相關(guān)性的大小依次為：田間持水量＞毛管孔隙度＞飽和含水量＞容重＞毛管持水量＞物理性黏粒。根據(jù)實(shí)測(cè)的水分含量，該地區(qū)油茶林生長(zhǎng)可利用的水分含量在當(dāng)年的5、7～9月出現(xiàn)了不同程度的虧缺，其中7、9月出現(xiàn)較嚴(yán)重的虧缺現(xiàn)象，水分虧缺值分別達(dá)17.39和22.64 mm。土壤水分常處于虧缺狀態(tài)可能是由油茶林分狀況、生長(zhǎng)節(jié)律和氣象因子等影響因素造成的[10]，故出現(xiàn)了季節(jié)性的干旱現(xiàn)象，林諺有“7月干果，8月干油”之說(shuō)，如不及時(shí)灌溉或采取保墑措施，則對(duì)油茶生長(zhǎng)和油脂轉(zhuǎn)化會(huì)產(chǎn)生不利影響。

4.2 討 論

充足的土壤水分是確保油茶高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的物質(zhì)條件。陳永忠等人[11-15]研究發(fā)現(xiàn)，油茶果實(shí)體積生長(zhǎng)主要在6月中旬至7月下旬，而油茶果實(shí)質(zhì)量的增加主要在6月中旬至7月下旬和9月中旬至10月下旬，其質(zhì)量增加值超過(guò)油茶果實(shí)總質(zhì)量的2/3。油茶種仁含油率、鮮籽含油率和鮮果含油率有兩個(gè)增長(zhǎng)高峰期，即為8月中旬至9月初與9月下旬至10月下旬。油茶鮮果含油率在9月20日至10月20日的高峰期的增幅達(dá)鮮果總含油量的68.9%。由此可見(jiàn)，每年的7～10月為油茶產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，在此期間油茶對(duì)土壤水分十分敏感，如果土壤水分供應(yīng)不足，將會(huì)影響油茶的產(chǎn)量，林諺有“7月干果，8月干油”之說(shuō)，即如果7月干旱，則影響油茶果實(shí)生長(zhǎng)，使其果實(shí)減少，如果8月干旱，則影響油脂轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致其產(chǎn)油量減少[16]。從本次試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，該油茶林存在夏秋干旱現(xiàn)象，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)油茶林的田間管理和治理改造，使其變?yōu)閱?、灌草多層覆蓋的、具有良好經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益的集約經(jīng)營(yíng)山地，并調(diào)整林業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高經(jīng)營(yíng)管理水平，提高產(chǎn)量，增加收入。

根據(jù)該地區(qū)自然特點(diǎn)和水土流失特征，可以采取以下措施：(1)坡面治理,該地區(qū)雨量充沛且暴雨多，容易發(fā)生地表徑流，可以對(duì)坡面進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠秸?，并在山坡上每隔一定距離設(shè)置截流溝，阻止徑流，減少?gòu)搅鳑_刷，將分散的坡面徑流集中起來(lái)，輸送到蓄水工程中或林地中；(2)林農(nóng)間作，油茶林的株行距比較大，郁閉往往不充分，適當(dāng)間作紅薯、花生[17]等農(nóng)作物，可增加土壤表層的覆蓋度，減輕水土流失，減少土壤蒸發(fā)，增加土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)；(3)加強(qiáng)水分管理，在容易出現(xiàn)水分虧缺現(xiàn)象的夏秋季節(jié)應(yīng)加強(qiáng)水分管理，對(duì)油茶植株應(yīng)進(jìn)行人工澆水灌溉。

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