江淮丘陵不同土地利用类型的土壤水分和容重变化特征

魏晓雅，汤胜胜，郑浩然，顾成军

(滁州学院 土木与建筑工程学院，安徽 滁州 239000)

1 引言

土壤水分是水循环的重要组成部分，是植被生态系统存在的基础，也是衡量和评价土地资源的重要指标[1，2]。容重是土壤的主要物理性质之一，它不仅影响到土壤孔隙大小分布、孔隙度及其穿透阻力，还与土壤水分的含量密切相关[3]。土地利用是影响土壤水分和容重大小的一个重要因素，研究不同土地利用的土壤水分和容重变化特征对于加强土壤资源的水分管理具有重要的意义。

目前已有众多学者对不同土地利用的土壤水分特征进行了研究，但这些研究主要集中于黄土丘陵等北方干旱地区[4～10]，而在南方如江淮丘陵地区研究较少。江淮丘陵位于长江与淮河之间，涉及安徽省合肥、滁州、六安和安庆等地市，土地面积约4.4万km2，其中耕地 133.0万hm2，占安徽省耕地总面积的31.8%，是安徽省最为重要的粮食主产区之一[11,12]。该区虽然地处亚热带和暖温带过渡地带，多年平均降雨量可以达到900 mm左右，但由于特殊的地形和水文地质条件，水资源供给不足，干旱灾害频发，农作物受旱灾损失减产严重[11]。干旱已成为制约江淮丘陵地区粮食生产安全与农村经济稳定和发展的重要因素。因此本文通过在江淮地丘陵地区选择典型土地利用类型进行实地土壤采样和室内实验分析，研究了江淮丘陵不同土地利用类型土壤水分和容重的变化特征，以便为江淮丘陵地区提高土壤水分含量，改善土壤理化性状，加强土壤资源的水分管理，保障农业生产安全提供理论依据。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

由于江淮丘陵地区的江淮分水岭岭脊附近，地势高亢，又基本无外水引入条件，灌溉保证率较低，是安徽省最旱地区之一[11]，所以本研究选择了位于江淮丘陵地区江淮分水岭岭脊附近的章广镇作为研究区。章广镇位于安徽省滁州市南谯区的西部，面积209.5 km2。气候为北亚热带湿润性季风气候，年均气温15 ℃，年均降水量1031 mm。地貌为典型的丘陵地区，江淮分水岭东西贯穿而过，把镇域一分为二，南水流入长江，北水流入淮河。土壤类型多样，其中以马干土、黄粘土和沙土为主。区域内有林地80720亩，耕地44216亩，其中水田31797亩，旱地12419亩。

2.2 土壤样品采集

江淮丘陵地区降雨季节分配不均衡，降雨量年内分配一般以春夏较多，秋冬较少[11]，为加强江淮丘陵地区缺水状态下土壤水分的管理以应对农业生产安全，本次土壤样品采集时间选择在秋末。2019年11月，在滁州市南谯区章广镇选取了林地、大豆、玉米和花生四种典型的土地利用类型进行土壤样品采集。其中林地是退耕还林后的枫叶林，大豆和玉米地是大豆和玉米收获后的裸地，花生地上有花生收获后遗留的花生秸秆覆盖。样品采集时统一选取在坡度小于3度的坡中进行剖面分层取样。由于章广镇位于江淮分水岭岭脊附近，受长期土壤侵蚀影响，该地区土层普遍较薄，所以采集土壤时土壤剖面深度只选择了0～30 cm并按照0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm三个土壤剖面分层进行取样。取样时对同一土层的土样进行了混合，样品取出后立即装入塑料密封袋中用于测定土壤含水量，同时用环刀采集表层(0～20 cm)土壤用于测定土壤表层容重。

2.3 实验方法

土壤含水量采用烘干法将采集的土样先放置在105～108 ℃的烘箱中烘干至12h，接着再将土样放置在干燥器中进行干燥，降到室温后进行称重，最后根据公式计算得出土壤的含水量，用重量百分比表示。土壤含水量的计算公式如下：

W(%)=(W1-W2)/W2×100

(1)

式(1)中：W为所测土样的含水量(%)，W1为新鲜土样重量(g)，W2为烘干之后的土壤重量(g)。

土壤容重采用环刀法测定。容重=纯干土质量(g)/环刀体积。

3 结果与分析

3.1 不同土地利用土壤含水量变化特征

3.1.1 不同土地利用土壤含水量垂直变化

土壤水分的垂直变化特征能够反映出土壤含水量与土层深度的关系，通过分析垂直变化，可了解不同土地利用类型下，不同土层水分的利用状况，这对于了解土壤水分规律有重要意义[13]。表1为江淮丘陵滁州市章广镇四种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变化存在差异。四种土地利用中林地、花生和大豆三种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，分别为13.98%、13.69%和12.04%；其次为10～20 cm的土壤含水量，分别为16.37%、15.93%和14.62%；20～30 cm的土壤含水量最高，分别为18.22%、17.52%和15.64%。 三种土地利用土壤含水量的垂直分布均表现为从土壤表层向下随深度的增加而逐渐增加的变化特征。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土壤含水量又减少为13.16%，土壤含水量的垂直分布表现为从土壤表层向下先增加后减少的变化特征。

表1 滁州市章广镇四种土地利用不同深度的土壤含水量统计 %

3.1.2 不同土地利用土壤含水量大小差异

滁州市章广镇不同土地利用的土壤含水量大小也存在差异，且这种差异随土壤深度的变化而有所不同。如表1所示，0～10 cm的土壤含水量以林地最高为13.98%，其次为花生地和大豆地土壤含水量，分别为13.69%和12.98%，玉米地土壤含水量最低仅为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，其次为花生地土壤含水量(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%)。四种土地利用中，林地和花生地土壤含水量虽然存在差异，但在各个剖面深度上差异均小于4.0%，差异相对较小。而林地和花生地土壤含水量与大豆和玉米地土壤含水量之间最小差异为5.5%，最大差异可以达到38.4%，差异相对较大。因此滁州市章广镇四种土地利用的土壤含水量差异总体上可以表现为林地和花生地土壤含水量较高，而大豆和玉米地土壤含水量相对较低。

3.2 不同土地利用土壤容重变化特征

表2为滁州市章广镇四种土地利用的表层(0～20 cm)土壤容重。从表中可以看出，四种土地利用的土壤容重表现为林地土壤容重最高，为1.359 g/cm3，其次为玉米和大豆地土壤容重，分别为1.120 g/cm3和1.137 g/cm3，花生地土壤容重最小，仅为0.977 g/cm3。其中玉米和大豆两种土地利用的土壤容重虽然存在差异，但仅相差1.5%，相差较小。而玉米和大豆地表层土壤容重与林地和花生地表层土壤容重相差相对都较大。例如玉米地与林地表层土壤容重相差19.5%，而大豆地与花生地表层土壤容重相差为14.6%。因此滁州市章广镇四种土地利用的表层土壤容重差异主要表现为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 滁州市章广镇不同土地利用表层土壤容重

4 结论

通过本次试验，可以看出滁州市章广镇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层土壤容重均存在很大差异。土壤含水量垂直分布上林地、花生和玉米三种土地利用的土壤含水量表现为从表层向下逐渐增加的变化特征，而大豆地土壤含水量表现为从表层向下先增加后减少的变化特征。土壤含水量大小表现为林地和花生地土壤含水量大于大豆和玉米地土壤含水量。表层土壤容重表现为林地土壤容重最大，其次为玉米和大豆，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层土壤容重差异的一个重要因素，江淮丘陵地区可以通过改变土地利用的类型及管理措施来改善土壤含水量和表层土壤容重。