李洪勛，王龍昌，冉春艷，陳光宇，潘文杰，陳 偉，林葉春

（1.貴州省煙草科學(xué)研究院/煙草行業(yè)山地烤煙品質(zhì)與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550081；2.西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院/三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/南方山地農(nóng)業(yè)教育部工程研究中心，重慶 400716）

微地形耕作土水分分布及對(duì)降雨響應(yīng)差異分析

李洪勛1，2，王龍昌2*，冉春艷2，陳光宇2，潘文杰1，陳 偉1，林葉春1

（1.貴州省煙草科學(xué)研究院/煙草行業(yè)山地烤煙品質(zhì)與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550081；2.西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院/三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/南方山地農(nóng)業(yè)教育部工程研究中心，重慶 400716）

西南山區(qū)的耕地可劃分為壩地、坡地和臺(tái)地3種微地形。采用小型氣象站和溫濕度自動(dòng)記錄儀動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的方法，對(duì)貴州省凱里市龍井壩微地形煙地10~40 cm土層相對(duì)水分含量及其對(duì)降雨響應(yīng)的差異進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果表明，不同微地形對(duì)土壤相對(duì)含水量具有顯著影響?？緹熒趬蔚赝寥老鄬?duì)含水量最高，坡地居中，臺(tái)地最低；壩地、坡地和臺(tái)地的各層土壤平均相對(duì)水分含量分別為55.7%、51.22%和49.96%。通過(guò)降雨量與烤煙生育期不同微地形土層相對(duì)水分含量的回歸方程得知，降雨主要影響壩地和臺(tái)地的40 cm土層的水分含量，而坡地為30 cm土層；坡地土層之間差異對(duì)降雨最敏感，臺(tái)地次之，壩地最差。無(wú)論降雨過(guò)程中還是雨后24 h統(tǒng)計(jì)，微地形不同土層相對(duì)含水量對(duì)降雨強(qiáng)度有著各自不同的響應(yīng)規(guī)律。

微地形；耕作土壤；含水量；降雨；響應(yīng)

國(guó)際土壤水分監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò) （ISMN）[1]的出現(xiàn)，顯示土壤水分研究已成為國(guó)際學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)的全球共享[2]為土壤水分研究領(lǐng)域提供了新的思路和方法。土壤水分中表層土壤含水量變化較為劇烈，不僅受降水輸入影響[3]，也受微地形的影響[4]。

現(xiàn)今，有關(guān)土壤土層水分動(dòng)態(tài)變化規(guī)律和對(duì)降雨響應(yīng)的報(bào)道很多，主要集中在各類(lèi)植被土壤方面，如王青杵等研究了不同人工植被對(duì)土壤含水量的影響[5]；Wang等對(duì)黃土高原地區(qū)植被的耗水深度以及土壤干燥化特點(diǎn)進(jìn)行了研究[6]；Wang等研究得出黃土高原不同植被類(lèi)型間土壤水分含量表現(xiàn)差異較大[7]；高富等對(duì)森林群落表層土壤水分含量值在空間變化特點(diǎn)進(jìn)行了研究[8]。

微地形一般指小尺度的地形變化，Kikuchi[9]、Nagamatsu和Mirura[10]等將丘陵地區(qū)微地形分為頂坡、上部邊坡、谷頭凹地、下部邊坡、麓坡、泛濫性階地和谷床7類(lèi)。根據(jù)云貴高原山區(qū)煙地的地形特征，本研究按照坡位、坡度及海拔高低等因素把山區(qū)煙地劃分為壩地、坡地和臺(tái)地3個(gè)微地形單元。關(guān)于其他類(lèi)型微地形與土壤水分關(guān)系研究時(shí)有報(bào)道，如路保昌等[11]對(duì)干旱陽(yáng)坡半陽(yáng)坡微地形土壤水分分布的研究表明坡向和微地形的變化對(duì)土壤水分有很大的影響；呂貽忠[12]等指出鄂爾多斯高原不同地形下土壤水分具有不同的空間變異特征；馬迎賓等對(duì)降雨后不同坡向上裂縫兩側(cè)的不同土層水分動(dòng)態(tài)變化特征進(jìn)行了研究[13]。目前對(duì)不同植煙微地形土壤水分含量差異的研究未見(jiàn)報(bào)道。由于土壤的非均質(zhì)性，土壤水分存在著較大的空間變異[14]，研究山地?zé)焻^(qū)微地形下土壤水分的空間變異、分布特征及對(duì)降雨的響應(yīng)，對(duì)研究烤煙生產(chǎn)水分管理及以水調(diào)肥理論具有一定的生產(chǎn)參考意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

小區(qū)試驗(yàn)設(shè)置在貴州省凱里市大風(fēng)洞鄉(xiāng)龍井壩村，選擇3種類(lèi)型試驗(yàn)地，即壩地、坡地和臺(tái)地，分別在其上栽煙。土壤類(lèi)型均為黃壤，肥力中等，前作為玉米。供試烤煙品種為k326，漂浮育苗；2014年4月26日井窖式移栽，9月4日全部烤煙采收結(jié)束；栽培密度1.6株/m2，行距×株距=1.1 m×0.55 m；非地膜覆蓋；第一中心花開(kāi)放時(shí)打頂；施純氮量0.01 kg/m2，基肥配比N∶P2O5∶K2O=10∶10∶25，追肥配比N∶P2O5∶K2O=10∶0∶30，基追肥比例為7∶3，栽后25 d一次性追肥。

試驗(yàn)區(qū)位于亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，年平均日照時(shí)數(shù)1 890 h，年日均溫度18.0℃，年內(nèi)大于10℃積溫2 660℃；年平均降雨量1 240.5 mm，其中常年烤煙生育期 （5~9月）854.9 mm，占年總降雨量的68.9%。

1.2 研究方法

在三個(gè)煙地典型微地形區(qū) （壩地、坡地和臺(tái)地）各安裝一臺(tái)JL-03型自動(dòng)氣象站和一臺(tái)JL-01-1型土壤溫濕度記錄儀 （四溫四濕），監(jiān)測(cè)全生育期其降雨量和土壤10~40 cm各土層，設(shè)置每24 h整點(diǎn)時(shí)刻記錄土層相對(duì)含水量數(shù)據(jù)。儀器是根據(jù)試驗(yàn)具體需要由邯鄲開(kāi)發(fā)區(qū)清易電子科技有限公司專(zhuān)門(mén)配套設(shè)計(jì)。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析方法

采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用SPSS數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中單因素隨機(jī)區(qū)組統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用Duncan法檢測(cè)差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙生育期試驗(yàn)地降雨分布情況

2014年5月1日至9月10日為該試驗(yàn)地烤煙生育期，該階段降雨總量為968.4 mm，多于常年的平均水平，大小降雨次數(shù)為70次。降雨頻度月份分布情況大致為：5月降雨次數(shù)最多，達(dá)22次，降雨總量為204.6 mm；6月降雨次數(shù)次之，為20次，降雨總量為187.4 mm；7月降雨次數(shù)為15次，降雨總量為335.2 mm，其中包括7月4日的最大一次降雨148.4 mm；8月降雨次數(shù)為12次，降雨總量為240.8 mm（圖 1）。

圖1 烤煙生育期降雨分布及不同微地形土層土壤水分相對(duì)含量變化Fig.1 Temporal variations of rainfall distribution and soil moisture relative content at different depths in micro-topographies during tobacco growth period

2.2 烤煙生育期微地形不同土層土壤水分相對(duì)含量變化及與降雨的相關(guān)性

2.2.1 烤煙生育期微地形不同土層土壤水分相對(duì)含量變化趨勢(shì)比較

如圖1所示，不同微地形的各層土壤相對(duì)水分含量在整個(gè)烤煙生育期基本都與降雨呈不同程度的正相關(guān)關(guān)系。7月10日以前，也就是烤煙成熟期之前，壩地各層土壤相對(duì)水分含量基本上表現(xiàn)為：10 cm＞20 cm＞30 cm＞40 cm，這與古文婷[15]等和云雷[16]等的研究結(jié)果一致，土層土壤水分均隨土層深度增加而逐漸降低；成熟期以后，各層土壤相對(duì)水分含量表現(xiàn)為：10 cm＜20 cm＜30 cm＜40 cm。與壩地不同，坡地的各層土壤相對(duì)水分含量在整個(gè)烤煙生育期都一致表現(xiàn)為：10 cm＜20 cm＜30 cm＜40 cm，這與王晶等研究得出的微地形土壤水分的垂直分布基本趨勢(shì)是隨土層深度的增加而增加的結(jié)論一致[17]。而臺(tái)地的變化更復(fù)雜，10 cm土層相對(duì)水分含量在整個(gè)烤煙生育期都是所有土層中最低的，6月之前20 cm和30 cm土層相對(duì)水分含量較高，且20 cm土層略高于30 cm土層；6月之后30 cm和40 cm土層相對(duì)水分含量較高，且30 cm土層略高于40 cm土層。

2.2.2 降雨與微地形不同土層土壤水分相對(duì)含量相關(guān)分析

降雨量與土層相對(duì)含水量的相關(guān)系數(shù)結(jié)果表明，除臺(tái)地20 cm土層外，整個(gè)生育期的降雨基本都與土層的相對(duì)含水量呈正相關(guān)；坡地20~40 cm土層相對(duì)含水量與降雨的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了極顯著水平，10 cm土層相對(duì)含水量與降雨的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了顯著水平；壩地40 cm土層相對(duì)含水量與降雨的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了極顯著水平，30 cm土層相對(duì)含水量與降雨的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了顯著水平，10~20 cm未達(dá)到顯著水平；而臺(tái)地的各土層相對(duì)含水量與降雨的相關(guān)系數(shù)都未達(dá)到顯著水平 （見(jiàn)表1）。

表1 降雨量與不同土層相對(duì)水分含量的相關(guān)系數(shù)Table 1 Correlation coefficients between rainfall and relative moisture contents at different depths

不同微地形降雨量與不同土層相對(duì)水分含量的回歸方程為：

其中Y為降雨量，X為不同土層相對(duì)水分含量。

從回歸方程可以得出，壩地和臺(tái)地的降雨主要影響40 cm土層的水分含量，而坡地的降雨主要影響30 cm土層的水分含量。

2.2.3 烤煙生育期微地形不同土層土壤水分相對(duì)含量差異分析

不同土層相對(duì)水分含量的方差分析結(jié)果表明，總體上三種微地形土壤的各土層相對(duì)水分含量之間差異都達(dá)到了極顯著水平 （見(jiàn)表2）。具體表現(xiàn)為：壩地的10~20 cm土層與30~40 cm土層都達(dá)到了顯著差異水平，但是10 cm土層與20 cm土層、30 cm土層與40 cm土層之間未達(dá)到顯著差異；坡地的各個(gè)土層之間都達(dá)到了極顯著差異；而臺(tái)地的30 cm土層與40 cm土層之間僅達(dá)到顯著差異，其余都達(dá)到了極顯著差異?？梢?jiàn)，就土層之間差異而言，坡地對(duì)降雨最敏感，臺(tái)地次之，壩地的響應(yīng)三者中最差。這是由于地表起伏對(duì)地表徑流方向的改變?cè)斐善旅鎯?nèi)局部土壤含水量不同，并最終影響土壤水分的垂直和水平運(yùn)動(dòng)，形成各種微地形特有的生境條件[18]。

表2 微地形不同土層相對(duì)水分含量的方差分析Table 2 ANOVA results of relative moisture contents at different depths at micro-topographies

2.3 不同微地形土壤水分相對(duì)含量對(duì)不同降雨強(qiáng)度的響應(yīng)

根據(jù)氣象局降雨等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)降雨頻率情況具體分布見(jiàn)表3。

表3 降雨強(qiáng)度和等級(jí)頻率分布表Table 3 Classification standards of rainfall intensity and corresponding rainfall events

微地形不同土層含水量對(duì)不同強(qiáng)度降雨有著不同的響應(yīng)。下面以小雨、中雨、大雨和大暴雨4種降雨強(qiáng)度實(shí)例進(jìn)行具體說(shuō)明。

2.3.1 小雨

選擇6月10日持續(xù)21 h降雨6.4 mm的一次小雨進(jìn)行分析。雨前壩地、坡地和臺(tái)地10~40 cm土層的含水量分別為61.33%、53.98%和50.93%。

對(duì)于壩地土壤，10~20 cm土層水分含量分別由雨前的63.70%和58.00%增加到小雨過(guò)后的65.10%和58.40%，分別增加了2.20%和0.69%，雨后隨著時(shí)間的延續(xù)土層含水量逐漸下降，雨后24 h降到了63.40%和57.30%；下小雨時(shí)30~40 cm土層水分含量響應(yīng)不敏感，基本沒(méi)有變化，雨后隨著時(shí)間的延續(xù)土層含水量逐漸下降，雨后24 h降到了59.10%和57.70%?？傊瑝蔚氐男∮杲涤赀^(guò)程中只增加了10~20 cm的含水量，對(duì)雨后24 h的土壤水分沒(méi)有增加。方差分析結(jié)果表明，降雨過(guò)程不同土層兩兩之間差異都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P＜0.01）；雨后24 h的30 cm與40 cm土層之間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其余兩兩之間差異都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

對(duì)于坡地土壤，小雨降雨會(huì)致使10~40 cm土層含水量都有不同程度的增加，相比雨前增加的比率分別為1.28%、1.57%、2.17%和4.60%；雨后隨著時(shí)間的延續(xù)土層含水量逐漸下降，雨后24 h的10~40 cm土層含水量又降回到原來(lái)的水平，而30~40 cm土層則降到比雨前更低的水平。因此，雨后24 h統(tǒng)計(jì)，小雨并沒(méi)有增加土層含水量，反而降低了30~40 cm土層的含水量。方差分析結(jié)果表明，無(wú)論是降雨過(guò)程還是雨后24 h不同土層兩兩之間差異都達(dá)到了極顯著水平。

對(duì)于臺(tái)地土壤，小雨降雨會(huì)致使10~40 cm土層含水量都有不同程度的增加，相比雨前增加的比率分別為10.02%、0.76%、0.54%和1.13%；雨后隨著時(shí)間的延續(xù)10 cm土層含水量逐漸下降，但雨后24 h的10 cm土層含水量還是高于雨前水平，其他土層也都略微增加，與雨前相比，增加比率分別為7.23%、0.95%、1.27%和1.70%。因此，小雨主要增加10 cm土層的含水量。方差分析結(jié)果表明，降雨過(guò)程和雨后24 h都為30 cm和40 cm土層之間差異顯著，其余兩兩之間都為極顯著水平 （見(jiàn)表4）。

表4 小雨降雨中不同土層相對(duì)水分含量的方差分析Table 4 ANOVA results of relative moisture contents at different depths for small rainfall

微地形不同土層對(duì)小雨降雨有著不同的響應(yīng) （見(jiàn)圖2）。降雨過(guò)程中壩地10~20 cm土層的含水量增加，30~40 cm土層不敏感；坡地和臺(tái)地土壤各層總體上均增加。雨后24 h統(tǒng)計(jì)，壩地40 cm的含水量降低，坡地10~20 cm土層的含水量沒(méi)有增加，30~40 cm土層的含水量反而有降低趨勢(shì)，而臺(tái)地10 cm的含水量略有增加。

圖2 微地形土壤水分相對(duì)含量對(duì)小雨降雨的響應(yīng)Fig.2 Response of soil moisture relative content to small rainfall in micro-topographies

2.3.2 中雨

選擇5月21日持續(xù)6 h降雨15.4 mm的一次中雨進(jìn)行分析。雨前壩地、坡地和臺(tái)地10~40 cm土層的含水量分別為59.58%、53.03%和54.90%。

對(duì)于壩地土壤，中雨降雨過(guò)程會(huì)使10~40 cm土層水分含量不同程度地增加，分別由雨前的62.90%、59.00%、59.20%和57.20%增加到中雨過(guò)后的65.50%、62.70%、61.90%和67.60%，分別增加了4.13%、6.27%、4.56%和18.18%；雨后隨著時(shí)間的延續(xù)土層含水量逐漸下降，雨后24 h分別降到了64.00%、59.30%、59.40%和57.70%，與雨前相比還是分別增加了1.75%、0.51%、0.34%和0.87%?？傊瑝蔚氐闹杏杲涤曛饕黾恿?0 cm的含水量。方差分析結(jié)果表明，降雨過(guò)程10 cm與其余3個(gè)土層之間差異達(dá)到顯著水平，后三者之間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；雨后24 h的10 cm與其余3個(gè)土層之間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P＜0.01），后三者之間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

對(duì)于坡地土壤，中雨降雨會(huì)致使10~40 cm土層含水量都有不同程度的增加，相比雨前增加的比率分別為1.26%、6.20%、9.47%和0.67%；10 cm土層隨后保持穩(wěn)定，20~40 cm土層含水量雨后隨著時(shí)間的延續(xù)逐漸下降，雨后24 h的10~40 cm土層含水量相比雨前增加的比率分別為1.46%、1.36%、2.08%和1.17%。因此，雨后24 h統(tǒng)計(jì)，中雨主要增加了30 cm土層的含水量。方差分析結(jié)果表明，無(wú)論是降雨過(guò)程還是雨后24 h不同土層兩兩之間差異都達(dá)到了極顯著水平。

對(duì)于臺(tái)地土壤，中雨降雨會(huì)致使10 cm和20 cm土層含水量都有不同程度的增加，相比雨前增加的比率分別為5.17%和1.91%，雨后隨著時(shí)間的延續(xù)土層含水量逐漸下降，但雨后24 h土層含水量還是高于雨前水平，增加比率分別為1.59%和0.87%；30 cm和40 cm土層含水量基本不受中雨的影響，雨后24 h反而有所增加。因此，中雨主要增加10 cm土層的含水量。方差分析結(jié)果表明，降雨過(guò)程20 cm和30 cm土層之間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其余兩兩之間都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P＜0.01）；雨后24 h兩兩土層之間都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P＜0.01）（見(jiàn)表 5）。

表5 中雨降雨中不同土層相對(duì)水分含量的方差分析Table 5 ANOVA results of relative moisture contents at different depths for moderate rainfall

微地形不同土層對(duì)中雨降雨有著不同的響應(yīng) （見(jiàn)圖3）。降雨過(guò)程中壩地、坡地和臺(tái)地的10~40 cm土層的含水量都有不同程度的增加；雨后24 h統(tǒng)計(jì)，壩地的降雨降低了10 cm和40 cm土層的含水量，坡地主要增加30 cm土層的含水量，而臺(tái)地主要增加10 cm土層的含水量。

圖3 微地形土壤水分相對(duì)含量對(duì)中雨降雨的響應(yīng)Fig.3 Response of soil moisture relative content to moderate rainfall in micro-topographies

2.3.3 大雨

選擇8月5日持續(xù)2 h降雨40.2 mm的一次大雨進(jìn)行分析。雨前壩地、坡地和臺(tái)地10~40 cm土層的含水量分別為47.23%、44.80%和44.48%。

對(duì)于壩地土壤，10 cm土層水分含量對(duì)大雨響應(yīng)不敏感，下雨時(shí)水分含量反而略有下降，雨后24 h雖然回升到41.90%，但比雨前的42.20%的水分含量還是要低些；同樣，20 cm土層含水量也基本上不受降雨影響，含水量基本上沒(méi)有變化；30 cm和40 cm土層含水量雨前為50.50%和52.00%，下雨開(kāi)始2 h后分別達(dá)到66.20%和65.00%，雨后又隨時(shí)間的延伸有所降低，雨后24 h含水量分別降到55.00%和57.50%，總體上還是比雨前增加很多?？傊?，壩地的降雨只增加了30~40 cm的含水量。

對(duì)于坡地土壤，10 cm土層含水量雨前為38.50%，下雨后2 h迅速增加到41.70%，接著趨于緩和，雨后24 h緩慢增加到42.2%；20~40 cm土層，下雨開(kāi)始2 h含水量都達(dá)到最大值，然后緩慢降低，但24 h后還是比雨前有所增加，分別由雨前的38.80%、46.00%和55.9%增加到最后的49.00%、52.00%和60.70%?？傊?，大雨會(huì)致使坡地10 cm、20 cm、30 cm和40 cm土層含水量比雨前都有增加，只是增加比例不同，比雨前分別增加9.61%、26.29%、13.04%和6.59%。因此，大雨主要增加20 cm和30 cm土層的含水量。

對(duì)于臺(tái)地土壤，10 cm土層的含水量雨前為36.80%，雨后2 h迅速增加到40.30%，接著趨于穩(wěn)定；20 cm土層，下雨開(kāi)始2 h迅速由雨前的42.2%增加到47.70%，然后緩慢降低，但24 h后的46.50%含水量還是比雨前有所增加；30 cm和40 cm土層，其雨前含水量分別為49.70%和49.20%，下雨時(shí)沒(méi)有響應(yīng)，反而略有下降，后來(lái)緩慢上升到50.00%和49.90%，總體雨后24 h比雨前略有增高?？傊?，大雨會(huì)致使坡地10 cm、20 cm、30 cm和40 cm土層含水量比雨前都有增加，只是增加比例不同，比雨前分別增加9.78%、10.19%、0.60%和1.42%。因此，大雨主要增加10 cm和20 cm土層的含水量。

微地形不同土層對(duì)大雨降雨有著不同的響應(yīng) （見(jiàn)圖4）。降雨過(guò)程中壩地30~40 cm土層的含水量增加，10~20 cm土層不敏感，與吳漩等人得出的灌水量過(guò)高時(shí)會(huì)促使土壤中水分發(fā)生深層滲漏不利于土壤剖面水分蓄積的結(jié)論相類(lèi)似[19]；坡地和臺(tái)地土壤各層總體上都是增加的，具體為10 cm土層一致增加，20~40 cm土層是先增后降。雨后24 h統(tǒng)計(jì)，壩地的降雨只增加了30~40 cm土層的含水量，坡地主要增加20~40 cm土層的含水量，而臺(tái)地主要增加10~20 cm土層的含水量。

方差分析結(jié)果表明，降雨過(guò)程壩地、坡地的各土層之間差異總體上具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，臺(tái)地具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；雨后24 h三種微地形各土層之間總體上都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P＜0.01），臺(tái)地的30 cm和40 cm土層之間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其余兩兩土層之間都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P＜0.01），而壩地、坡地的各土層兩兩之間差異都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P＜0.01）（見(jiàn)表6）。

圖4 微地形土壤水分相對(duì)含量對(duì)大雨降雨的響應(yīng)Fig.4 Response of soil moisture relative content to heavy rainfall in micro-topographies

表6 大雨降雨中不同土層相對(duì)水分含量的方差分析Table 6 ANOVA results of relative moisture contents at different depths for heavy rainfall

2.3.4 大暴雨

選擇7月4日持續(xù)16 h降雨148.4 mm的一次大暴雨進(jìn)行分析。雨前壩地、坡地和臺(tái)地10~40 cm土層的含水量分別為54.98%、53.05%和47.70%。

對(duì)于壩地土壤，大暴雨降雨過(guò)程會(huì)使10~40 cm土層水分含量不同程度地增加，分別由雨前的53.20%、52.20%、57.30%和57.20%增加到雨后的63.00%、57.60%、60.40%和60.80%，分別增加了18.42%、10.34%、5.41%和6.29%；雨后隨著時(shí)間的延續(xù)土層含水量逐漸下降，雨后24 h降到了59.8%、55.2%、58.10%和57.70%，與雨前相比還是分別增加了12.41%、5.75%、1.40%和0.87%。總之，雨后24 h統(tǒng)計(jì)，壩地的大暴雨降雨主要增加了表層特別是10 cm的含水量。方差分析結(jié)果表明，降雨過(guò)程只有10 cm和20 cm土層之間差異達(dá)到顯著水平；雨后24 h的30 cm和40 cm土層之間不顯著，其余兩兩之間都達(dá)到極顯著水平。

對(duì)于坡地土壤，大暴雨降雨會(huì)致使10~40 cm土層含水量都有不同程度的增加，相比雨前增加的比率分別為8.33%、10.14%、5.21%和1.29%；雨后10~40 cm土層含水量隨著時(shí)間的延續(xù)而逐漸下降，雨后24 h的10~20 cm土層含水量相比雨前增加的比率分別為6.31%和2.98%，而30~40 cm土層含水量反而比雨前低。因此，雨后24 h統(tǒng)計(jì)，大暴雨只是增加了表層特別是10 cm土層的含水量。方差分析結(jié)果表明，降雨過(guò)程20 cm和30 cm土層之間僅達(dá)到顯著水平，其余兩兩之間都為極顯著水平；雨后24 h兩兩土層之間都達(dá)到極顯著水平。

對(duì)于臺(tái)地土壤，與壩地相似，大暴雨降雨過(guò)程會(huì)使10~40 cm土層水分含量不同程度地增加，分別由雨前的39.70%、47.80%、51.70%和51.60%增加到雨后的43.80%、49.60%、55.40%和54.10%，分別增加了10.33%、3.77%、7.16%和4.84%；雨后隨著時(shí)間的延續(xù)土層含水量逐漸下降，雨后24 h降到了42.6%、50.2%、53.3%和52.60%，與雨前相比還是分別增加了7.30%、5.02%、3.09%和1.94%。總之，雨后24 h統(tǒng)計(jì)，臺(tái)地的大暴雨降雨主要增加了表層特別是10 cm的含水量。方差分析結(jié)果表明，降雨過(guò)程30 cm和40 cm土層之間差異不顯著，其余兩兩之間都為極顯著水平；雨后24 h兩兩土層之間都達(dá)到極顯著水平 （見(jiàn)表7）。

微地形不同土層對(duì)大暴雨降雨有著不同的響應(yīng) （見(jiàn)圖5）。降雨過(guò)程中壩地、坡地和臺(tái)地的10~40 cm土層的含水量都有不同程度的增加；雨后24 h統(tǒng)計(jì)，坡地只是增加了10~20 cm土層的含水量，而壩地和臺(tái)地主要增加10 cm的含水量。

圖5 微地形土壤水分相對(duì)含量對(duì)大暴雨降雨的響應(yīng)Fig.5 Response of soil moisture relative content to large storm in micro-topographies

表7 大暴雨降雨中不同土層相對(duì)水分含量的方差分析Table 7 ANOVA results of relative moisture contents at different depths in large storm

3 討 論

3.1 烤煙生育期微地形不同土層土壤水分相對(duì)含量差異分析

整個(gè)烤煙生育期，壩地的土壤相對(duì)含水量總體上最高，坡地居中，臺(tái)地最低，通過(guò)測(cè)算，壩地、坡地和臺(tái)地的各層土壤平均相對(duì)水分含量分別為55.70%、51.22%和49.96%。這是因?yàn)榻邓诮佑|地面后通過(guò)地表徑流和壤中流，在重力作用下向下坡位運(yùn)移，下坡位的土壤含水量應(yīng)比上坡位高[20]。其中，壩地土壤的各土層相對(duì)水分含量之間差別最接近，坡地的差別最大，坡地、臺(tái)地和壩地的各層土壤的平均相對(duì)水分含量差異分別為5.18%、3.55%和1.33%。這是因?yàn)槠教沟貐^(qū)容易聚水，不易形成徑流，另外土層也比較深厚，容易保水，這與徐亞輝等人研究平坦地區(qū)和山坡地區(qū)的玉米土壤含水量變化規(guī)律結(jié)果相類(lèi)似[21]。

3.2 不同微地形煙地土壤對(duì)降雨的響應(yīng)分析

研究合理的旱地土壤耕作措施，提高天然降水的利用效率，緩解作物需水與自然降水之間不協(xié)調(diào)的矛盾具有重要意義[22-23]。從烤煙生育期降雨量分布與不同微地形土層相對(duì)水分含量的回歸方程得知，壩地和臺(tái)地的降雨主要影響40 cm土層的水分含量，而坡地的降雨主要影響30 cm土層的水分含量。根據(jù)以上分析，在坡地?zé)熑~耕作類(lèi)型的選取上應(yīng)該采用間種類(lèi)型或者農(nóng)林混種類(lèi)型，提高植物的郁閉度，有利于保持水土；建議烤煙生產(chǎn)中對(duì)壩地和臺(tái)地進(jìn)行深耕，坡地進(jìn)行淺松措施，以利于不同微地形土壤的水分合理分配；此外，山坡種植裸露土層較多，應(yīng)適當(dāng)增種一些防風(fēng)固沙的植物，減少水土流失或其他地質(zhì)災(zāi)害。

4 結(jié) 論

（1）整個(gè)烤煙生育期壩地的土壤相對(duì)含水量最高，臺(tái)地最低，坡地居中，壩地、坡地和臺(tái)地的各層土壤的平均相對(duì)水分含量分別為55.70%、51.22%和49.96%。

（2）就土層之間差異而言，坡地對(duì)降雨最敏感，臺(tái)地次之，壩地的響應(yīng)三者中最差。

（3）從烤煙生育期降雨量分布與不同微地形土層相對(duì)水分含量的回歸方程得知，壩地和臺(tái)地的降雨主要影響40 cm土層的水分含量，而坡地的降雨主要影響30 cm土層的水分含量。

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責(zé)任編輯：余友清

Cultivated Soil Moisture Distribution and Difference in Response to Rainfall at Micro-topographies

LI Hongxun1,2，WANG Longchang2*，RAN Chunyan2，CHEN Guangyu2，PAN Wenjie1，CHEN Wei1，LIN Yechun1

（1.Guizhou Academy of Tobacco Science/Upland Flue-Cured Tobacco Quality&Ecology Key Laboratory of China Tobacco,Guiyang,Guizhou,550081,China;2.College of Agronomy and Biotechnology,Southwest University/Key Laboratory of Eco-environments in Three Gorges Reservoir Region,Ministry of Education,Engineering Research Center of South Upland Agriculture,Ministry of Education,Chongqing 400716,China)

In the mountainous areas of southwest China,the mountain arable land can be divided into three types of micro-topography：dam,slope fields,and platform.In the typical three micro-topographies of tobacco planting area located at Longjingba town in Kaili city of Guizhou province,the temperature and humidity have been dynamically monitored at small weather stations.By usingtheobserved data,therelativemoistureof soil at 10~40 cm depths and its response to rainfall were studied.The results show that the micro-topographies have significant impacts on soil moisture content.During the period of flue-cured tobacco growth,the soil relative water content was highest in dam,but less in sloping fields,and the lowest in platform.The values of relative water contents averaged over different layers were 55.7%,51.22%and 49.96%in dam,sloping fields and platform,respectively.As shown by the regression analysis,rainfalls mainly affected the moisture content at 40 cm soil layer at dam and platform,but that at 30 cm soil layer at sloping fields.The depth difference was most sensitive to rainfall at slopingfields,less at platform,and the most insensitive at dam.Either during a rainfall process or in 24 hours later,different responses to rainfall intensities were observed for soil relative water contents at different depths in the three micro-topographies.

micro-topography;cultivated soil;moisture;rainfall;response

X144

A

2096-2347（2017）03-0049-13

10.19478/j.cnki.2096-2347.2017.03.07

2017-05-31

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 （31271673）；國(guó)家煙草專(zhuān)賣(mài)局項(xiàng)目 （Ts-02-20110015）；黔科合重大專(zhuān)項(xiàng) （2014-6015）

李洪勛 （1975-），男，山東菏澤人，博士，副研究員，主要從事煙草研究。E-mail：ggxx_666@163.com

*通信作者：王龍昌 （1964-），男，陜西周至人，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)研究。E-mail：wanglc2003@163.com