施肥对热带砖红壤胶林土壤水分特征曲线的影响及模型优选

林晓燕, 王晶晶, 吴炳孙, 宁松瑞, 王紫璇, 邱偲雨, 吴耀华

(1.海南大学 热带农林学院, 海口 570228; 2.海南五指山森林生态系统国家定位观测研究站, 海南 五指山 572299;3.中国热带农业科学院橡胶研究所, 海口 571101; 4.西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室, 西安 710048)

橡胶树(Heveabrasiliensis)是重要的热带经济林木[1],在我国主要分布在海南等地[2],截至2020年海南岛橡胶林种植面积约51.92万hm2[3]。近年来,社会经济发展对橡胶需求量持续增长,橡胶林的种植面积逐年扩大;橡胶林生长消耗了大量的土壤水分和养分,造成部分植胶区地面径流和水井发生干涸现象[4],分析胶林不同施肥处理对土壤持水能力及孔隙分布特征的影响,可为胶林管理提供参考。

土壤水分特征曲线反映了土壤水能量(基质势)与数量(含水率)之间关系[5-6],是研究土壤持水性能、土壤水分有效性和孔隙分布状况的重要指标之一[6],通常采用室内试验进行测定。吕殿青等采用操作简单、速度较快的离心法测定土壤水分特征曲线,但测量结果受土壤压实、离心时间等影响[7];王红兰等认为沙箱排水法测定土壤水分特征曲线的低吸力段数据较为真实准确,但不适宜测定高吸力段[8];Cresswell等认为压力膜仪法适宜测定高吸力段土壤水分特征曲线,但存在低吸力段数据少且不精确等问题[9]。结合沙箱排水法和压力膜仪法可克服单一测定方法的缺陷,能完整且较为准确地获得全吸力段的土壤水分特征曲线。20世纪50年代以来,学者们建立了不同形式不同情况下的土壤水分特征曲线经验模型:Brooks和Corey提出通过测定土壤水分特征参数(残余含水率、饱和含水率、进气值和土壤水吸力等)来预测土壤含水率的Brooks和Corey(BC)模型[10]。Gardner根据BC模型参数的内在联系,通过考虑土壤持水能力和土壤水分特征曲线的形状来模拟土壤含水率,建立Gardner模型[11]。1980年,van Genuchten通过土壤水分特征参数和土壤水分特征曲线形状参数来推导土壤含水率,构建van Genuchten(VG)模型[12]。Kosugi采用土壤水分特征参数及孔隙毛细管压力分布来模拟土壤含水率,提出Log-Normal Distribution(LND)模型[13]。

学者们研究了土壤容重、粒径分布和土壤质地等土壤理化性质及施肥管理等措施对土壤水分特征曲线的影响[14]。Seyedeh等基于粒径分布和土壤容重等土壤性质来估算土壤水分特征曲线[15]。兰志龙等发现有机肥与氮磷钾肥配施可提高土壤持水能力,降低土壤容重从而改变土壤水分特征曲线[16]。部分学者对比了利用不同经验模型描述实测土壤水分特征曲线的精度[17]。丁新原等[18]采用VG模型和Gardner模型对沙漠公路防护林土壤水分特征曲线的拟合精度进行了比较,发现VG模型的拟合精度总体高于Gardner模型。王子龙等采用VG,BC,Modified Gardner和LND模型对黑土区土壤水分特征曲线进行模拟,发现VG模型和Modified Gardner模型的精度高[19]。总体来看,当前研究主要集中在温带[20]、暖温带[21]、亚热带等[22-25]气候区,土壤类型以黄壤、荒漠土、红壤[26]及黄棕壤等为主,土地类型包括农田、沙漠、裸地等类型,研究对象多是生长周期较短的玉米、小麦和水稻等作物;此外,描述土壤水分特征曲线的相关模型的适用性和精确度也高度依赖土壤类型及田间管理措施等。

受气候(如多雨)和人类活动(施肥等)[27]影响,浅表层(0—10 cm)土壤的持水能力及孔隙分布受到扰动,改变了根系层土壤的水源涵养功能[28];尤其是在高温、高湿、多雨的热带砖红壤植胶区,橡胶林不同施肥处理对浅表层土壤的水分有效性、持水能力及孔隙特征的影响尚不清楚,而且针对热带砖红壤植胶区土壤水分特征曲线的模型的适用性和精确度仍不明确。为此,本文采用沙箱排水法结合压力膜仪法,测定砖红壤植胶区典型施肥处理下全吸力段土壤水分特征曲线,利用BC,Gardner,VG和LND经验模型模拟土壤水分特征曲线并评估其适用性及精度,揭示不同施肥处理对胶林土壤持水能力及孔隙分布的影响,为胶林土壤培肥提供参考。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

试验区位于海南省西北部琼中县的海胶集团乌石农场(19°1′7″N,109°57′36″E,海拔127 m)。地处热带北缘,属于典型热带海岛型季风气候区,年平均气温20.8～26.0℃,积温为8 500～9 100℃,年光照为1 750～2 650 h。研究区雨季为5—10月,旱季为11月到次年4月,年降雨量在900～2 200 mm,年平均相对湿度为83%。研究区土壤为砖红壤,土壤母质为花岗岩。

在橡胶林(株行距为3.0×7.0 m)设置5种常规施肥处理:有机肥混施化肥(H)、施化肥(C)、种植绿肥(G)、施专用肥(S)以及不施肥(CK)。各处理每株橡胶树的年施肥量分别为:H处理施有机肥(牛粪)20 kg、复合肥(N∶P2O5∶K2O为15∶15∶15)0.6 kg和尿素0.4 kg;C处理施复合肥0.6 kg、尿素0.4 kg;S处理施专用肥(N∶P2O5∶K2O为14∶7∶9)2 kg。G处理为橡胶树间种葛藤绿肥。CK处理为对照组,不进行施肥处理。

1.2 研究方法

1.2.1 样品采集和处理 2020年11月,在5个不同施肥处理的胶林样地内选取代表性采样点,以不施肥处理的胶林样地为对照。分层采集0—5 cm和5—10 cm土层的原状土样。每层取3个平行试样,共计30个土壤样品。用于测定土壤水分特征曲线和容重。为测定全吸力段的土壤水分特征曲线,应用沙箱排水法(08.01型,荷兰,Eijkelkamp公司)测定低吸力段(0,10,20,40,60,80 cm)的土壤水分特征曲线,结合压力膜仪(1500F2型,美国,SEC公司)测定高吸力段(510,1 020,3 060,5 100,15 300 cm)的土壤水分特征曲线。土壤容重采用烘干称重法测定,吸湿水含量采用烘干称重法测定。此外,在取样点周边分层采集1.50 kg扰动土样测定土壤容重和吸湿水含量,测定结果见表1。

表1 不同处理的土壤容重合吸湿水含量测定结果Table 1 Measurement results of soil bulk density and moisture absorption water content under different treatments

1.2.2 土壤水分特征曲线模型 常用的4种代表性土壤水分特征曲线模型如下:

(1) Brooks-Corey模型(BC模型)

θ=θr+(θs-θr)(1/αh)λαh>1

(1)

式中:θ为土壤含水率(cm3/cm3);θr为土壤残余含水率(cm3/cm3);θs为土壤饱和含水率(cm3/cm3);α为土壤进气值的倒数(cm-1);h为土壤基质吸力(cm);λ为经验参数,能够反映土壤孔隙的分布特征。

(2) Gardner模型

θ=Ah-B

(2)

式中:A表示土壤持水能力,A值越大,土壤持水能力越强;B(0≤B≤1)表示曲线的走向,当A值不变时,B值越大,表示土壤水分特征曲线越靠近水势轴[25]。

(3) van Genuchten模型(VG模型)

θ=θr+(θs-θr)〔1/(1+α|h|n)〕1-1/n

(3)

式中:n为形状参数,n越大时曲线越缓。

(4) Log-Normal Distribution模型(LND模型)

(4)

式中:q为模型参数;erfc表示余误差函数。

1.2.3 当量孔径 根据土壤毛管理论,土壤中的孔隙可概化为孔径不一的圆形毛管,土壤基质吸力h(cm)和毛管直径d(mm)之间关系可表示为[29]:

d=3/h

(5)

式中:d为当量孔径(mm);h为土壤基质吸力(cm)。若土壤含水率分别为θ1和θ2,对应的当量孔径分别为d1和d2,则d1和d2之间的孔隙所占体积与孔隙总体积之比为θ1-θ2(其中θ1>θ2)[29]。Cameron将土壤当量孔径分为极微孔隙(<0.3 μm)、微孔隙(≥0.3～5 μm)、小孔隙(≥5～30 μm)、中等孔隙(≥30～75 μm)、大孔隙(≥75～100 μm)、土壤空隙(≥100 μm)[23,29]。

1.2.4 比水容量 比水容量C(h)是衡量土壤水分对植物的有效性和反映土壤持水性能的重要指标[23]。C(h)可表示为:

C(h)=-dθ/dh=(θs-θr)mnα|αh|n-1/〔1+|αh|n〕m+1

(6)

式中:m为经验拟合参数,m=1-1/n。

1.2.5 模型评价 通过对比各处理的实测值与模型模拟值来评估模型的模拟精度,评价指标包括均方根误差(RMSE)、平均偏差(AD)和确定系数(R2)。RMSE值越小,AD越接近0,R2值越接近1,表示模型拟合效果越好。

1.2.6 数据处理 采用Retention Curve(RETC)软件结合Origin 2021软件拟合土壤水分特征曲线并计算不同经验模型的拟合参数。数据统计分析及制图采用Excel 2016,Origin 2021软件。利用IBM SPSS Statistics 25进行Spearman相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对土壤容重和吸湿水含量的影响

如表1所示,不同处理的土壤容重介于1.37～1.54 g/cm3。0—5 cm土层,与CK处理的容重(1.43 g/cm3)相比,H,S,C和G处理的容重分别增加了4.2%,7.7%,0.7%和1.4%。5—10 cm土层,H和S处理的容重分别比CK处理的容重(1.40 g/cm3)减少了0.7%和2.1%,C和G处理的容重则分别比CK处理的容重增加2.9%和9.3%。不同处理的土壤吸湿水含量介于0.01～0.03 cm3/cm3;0—5,5—10 cm土层中,G处理的吸湿水含量均是最高的,S处理的吸湿水含量则是最低的;G处理比CK处理的土壤吸湿水含量增加了2.1倍,S处理比CK处理的土壤吸湿含水量减少了2.0倍。

2.2 不同施肥处理的土壤水分特征曲线

根据土壤基质吸力的对数(pF)和土壤体积含水率绘制不同处理0—5,5—10 cm土层实测的土壤水分特征曲线(见图1)。随着pF的增加,土壤含水率在低吸力段(pF≤3.01)快速下降但在高吸力段(3.01

图1 不同施肥处理0-5,5-10 cm土层实测的土壤水分特征曲线

2.3 不同施肥处理的土壤水分有效性

土壤有效含水率是指田间持水量和凋萎系数的差值,有效含水率越高说明土壤持水能力越好。整体来说,0—5 cm土层各处理的平均有效含水率(0.11 cm3/cm3)是5—10 cm土层各处理的平均有效含水率(0.09 cm3/cm3)的1.3倍,说明各处理0—5 cm土层比5—10 cm土层的土壤持水能力强。在0—5 cm土层中,G处理的有效含水率最小(0.06 cm3/cm3),CK处理的有效含水率最大(0.19 cm3/cm3)且是G处理的3.4倍。5—10 cm中,H处理的有效含水率最小(0.07 cm3/cm3),C处理的有效含水率最大(0.11 cm3/cm3)且是H处理的1.4倍。

土壤水分特征曲线的高低反映了土壤的持水能力[26],土壤水分特征曲线越高说明土壤持水能力越强,反之,说明土壤持水能力越弱。在0—5 cm土层中,CK处理在低吸力段(pF≤3.01)持水能力最强,C处理在高吸力段(3.01

各土层不同处理的实测θs分布区间为0.39～0.79 cm3/cm3(表2),变化幅度较大,其中5—10 cm土层C处理的θs最高(0.79 cm3/cm3),0—5 cm土层S处理的θs最低(0.39 cm3/cm3);实测的θr分布区间为0.12～0.27 cm3/cm3,其中5—10 cm土层中H处理的θr最高(0.27 cm3/cm3),0—5 cm土层中的S处理的θr最低(0.12 cm3/cm3)。饱和含水率和残余含水率的差值越大,说明该质地类型的土壤持水性越强[30]。在0—5 cm土层中CK处理的饱和含水率和残余含水率的差值最大,土壤持水能力最强。在5—10 cm土层中C处理的饱和含水率和残余含水率的差值最大,土壤持水能力最强。

表2 不同处理的理化性质实测值Table 2 Measured values of physical and chemical properties of different treatments

结合土壤水分特征曲线的高低以及饱和含水率和残余含水率的差值,可以得出0—5 cm土层低吸力段,CK处理土壤持水能力最强,如pF=1.90时,H,S,C,G和CK处理的土壤含水率分别为0.36,0.22,0.38,0.34,0.45 cm3/cm3,相比于CK处理,所有处理均未提高土壤持水能力;0—5 cm土层高吸力段,CK处理土壤持水能力最强,如pF=4.18时,H,S,C,G和CK处理的土壤含水率分别为0.18,0.12,0.24,0.20,0.19 cm3/cm3,相比于CK处理,C和G处理的土壤含水率增加了22.7%和5.6%,C和G处理均提高了土壤持水能力。在5—10 cm土层pF≤1.90中,C处理土壤含水率均是最大的,如在pF=1.60时,H,S,C,G和CK处理的土壤含水率分别为0.44,0.33、0.74,0.40,0.47 cm3/cm3,相比CK处理,C处理的土壤含水率增加85.4%,说明C处理提高了土壤持水能力。在5—10 cm土层1.90

2.4 4种经验模型拟合土壤水分特征曲线

图2为不同土层不同处理实测的土壤基质吸力及土壤体积含水率,并利用4种模型拟合绘制的土壤水分特征曲线。根据图2知,不同处理0—5,5—10 cm土层实测的土壤水分特征曲线数据点与VG,BC,LND和Gardner这4种经验模型中的拟合曲线总体较为相近,但0—5 cm土层的G和CK处理的模型拟合曲线与实测值相差较远,5—10 cm土层的H和CK处理的模型拟合曲线与实测值相差较远。

图2 4种经验模型拟合不同施肥处理0-5 cm和5-10 cm土层的土壤水分特征曲线

结合图2和表3可知,0—5 cm土层,H处理Gardner模型的拟合精度(RMSE=0.11 cm3/cm3,AD=0.10 cm3/cm3,R2=0.99)优于其他3个模型,VG模型的拟合精度最差(RMSE=0.12 cm3/cm3,AD=0.10 cm3/cm3,R2=0.99);S处理VG模型的拟合精度(RMSE=0.09 cm3/cm3,AD=0.08 cm3/cm3,R2=0.96)优于其他3个模型,LND模型的拟合精度最差(RMSE=0.09 cm3/cm3,AD=0.08 cm3/cm3,R2=0.94);C处理BC模型的拟合精度(RMSE=0.15 cm3/cm3,AD=0.13 cm3/cm3,R2=0.99)优于其他3个模型,LND模型的拟合精度最差(RMSE=0.15 cm3/cm3,AD=0.12 cm3/cm3,R2=0.91);G处理VG模型的拟合精度(RMSE=0.14 cm3/cm3,AD=0.11 cm3/cm3,R2=1.00)优于其他3个模型,Gardner模型的拟合精度最差(RMSE=0.06 cm3/cm3,AD=0.04 cm3/cm3,R2=0.97);CK处理BC模型的拟合精度(RMSE=0.23 cm3/cm3,AD=0.21 cm3/cm3,R2=0.98)优于其他3个模型,Gardner模型的拟合精度最差(RMSE=0.20 cm3/cm3,AD=0.20 cm3/cm3,R2=0.94)。

表3 4种经验模型的拟合精度Table 3 Fitting accuracy of four empirical models

综合比较4种模型对土壤水分特征曲线拟合效果,发现BC模型的拟合曲线与实测值最为接近,同时R2更接近于1且RMSE与 AD均较小,说明BC模型的拟合精度最高,可作为描述砖红壤胶林不同施肥处理0—5 cm土壤水分特征曲线的最优模型。类似地,对5—10 cm土层,BC模型的拟合精度最高,可作为刻画砖红壤胶林不同施肥处理下5—10 cm土壤水分特征曲线的最优模型。

0—5 cm土层,VG,BC,LND和Gardner模型拟合不同处理的参数θs和θr不同(表4)。H处理中,LND模型拟合参数θs和θr均最大,分别为0.50,0.20 cm3/cm3;Gardner模型拟合参数θr最小,为0.18 cm3/cm3;S处理中,LND模型拟合θs最大为0.39 cm3/cm3,VG模型拟合的参数θr最大为0.14 cm3/cm3,BC模型拟合θs和θr均最小,分别为0.39,0.11 cm3/cm3;C处理中,BC模型拟合的参数θs和θr均最大,分别为0.69,0.25 cm3/cm3,LND模型拟合θs和θr均最小,分别为0.69,0.19 cm3/cm3;G处理中,VG模型拟合θs和θr均最大,分别为0.68,0.24 cm3/cm3,LND模型拟合θs和θr均最小,分别为0.68,0.21 cm3/cm3;CK处理中,VG模型拟合θs最大为0.78 cm3/cm3,VG模型拟合θr最大为0.27 cm3/cm3。5—10 cm土层,各处理实测的θs、θr均与Gardner模型拟合的θs和θr的值相差最大,而VG,BC和LND模型拟合的结果十分相近,拟合曲线比较聚集,S和C处理还出现曲线重合的现象,这说明VG,BC和LND模型在5—10 cm土层中的拟合效果比较相近,Gardner模型的拟合结果与实测值相差较大。如C处理中,实测θr为0.22 cm3/cm3,VG,BC和LND模型拟合的θr分为0.22,0.22,0.22 cm3/cm3,而Gardner模型拟合的θr为0.14 cm3/cm3。总的来说,VG模型拟合结果与各处理实测的θs和θr的误差最小(RMSE=0.09 cm3/cm3,AD=0.07 cm3/cm3,R2=0.97),Gardner模型拟合结果与各处理实测的参数θs和θr的误差最大(RMSE=0.05 cm3/cm3,AD=0.04 cm3/cm3,R2=0.68)。

表4 4种经验模型的参数拟合结果Table 4 Parameter fitting results of four empirical models

2.5 不同施肥处理的土壤孔隙特征

土壤孔隙决定土壤的通透性和持水性[23]。根据式(5)计算不同处理各土层的当量孔径。不同处理0—5,5—10 cm土层的孔径分布差异明显,累计当量孔径分布结果见图3。0—5 cm土层,CK处理的土壤空隙占比(5.2%)和大孔隙占比(0.8%)最小,中等孔隙占比(48.7%)最高。同时有研究表明,土壤当量孔径类别单一且某一孔隙类别占比高则分选性好,分选性好的土壤持水能力较强[22]。结合CK处理土壤空隙、大孔隙占比最小以及土壤当量孔径类别较为单一的情况,这就解释了CK处理在低吸力段下持水能力最强。由图3可以看出,0—5 cm土层C处理与G处理的较小孔隙(≤30 μm)占比相似,不考虑其他理化性质的情况下,这2个处理的土壤持水能力表现应该相似,但是结合土壤黏粒含量(表2)来说,可以发现C处理的黏粒含量是所有处理中最高的。有研究表明,土层的水分曲线特征曲线与其基本物理性质对应,粉黏粒含量较多的土层对应的持水性较强[18]。结合土壤孔隙特征和土壤黏粒含量情况,就解释了0—5 cm土层C处理在高吸力段下持水能力最强。在5—10 cm土层中,可以看出C处理的土壤空隙和大孔隙的占比是所有处理中占比最小的,且土壤孔隙类型较为单一,其中中等孔隙(≥30～75 μm)占比甚至达到63.6%,同理可得C处理在低吸力段下的土壤持水能力最强,以及也解释了5—10 cm土层中其余处理的饱和含水率和残余含水率之间差值变小,而C处理的饱和含水率和残余含水率差值变大,土壤持水能力增强的现象。虽然H处理土壤孔隙类型较为单一,但较大孔隙(≥30 μm)整体占比较高,故H处理在低吸力段表现出的土壤持水能力不强。然而,结合土壤质地分析,可以知道H处理的黏粒含量是所有处理中含量最高的,这就解释了H处理在低吸力段下土壤持水能力表现不佳,但在高吸力段情况下土壤持水能力表现最优。同时,除G处理外,H,S,C和CK处理5—10 cm土层的较大孔隙(≥30 μm,包括中等孔隙(≥30～75 μm)、大孔隙(≥75～100 μm)和土壤空隙(≥100 μm))占比高于0—5 cm土层的较大孔隙占比(≥30 μm),说明这4个处理的土壤持水能力下降。虽然G处理5—10 cm土壤空隙占比(30.1%)比0—5 cm土壤的空隙占比(50.8%)低20.7%,G处理5—10 cm土壤中较小孔隙(≤30 μm)的比例比0—5 cm土层的较小孔隙占比高9.7%,但是可以看出,5—10 cm土层中G处理各土壤孔径占比较为均衡,土壤分选性较差,故土壤持水能力也较差。

图3 不同施肥处理0-5,5-10 cm土层的当量孔径分布

2.6 不同施肥处理土壤持水能力的影响

土壤比水容量C(h)反映土壤持水能力的情况,数值越大说明土壤持水能力越强[31]。不同处理不同土层深度的C(h)见表5。可以看出,研究区不同施肥处理的C(h)数值均偏小,整体持水能力较差,这可能是因为研究区土壤发育于花岗岩母质,在高温多雨的热带地区容易发生水土流失,土壤粉黏粒含量较低,土壤颗粒间大孔隙多,土壤易于失水,导致土壤持水能力较差。0—5 cm土层中,各施肥处理土壤比水容量数值比较接近。5—10 cm土层,S,C和G处理的C(h)数值分别是CK处理的1.4,1.4,1.2倍,说明S,C和G处理均提高了土壤的持水能力。对比0—5,5—10 cm土层的土壤比水容量,发现0—5 cm土层的H和S处理C(h)数值分别是5—10 cm土层H和S处理C(h)数值的0.77,0.5倍,说明H和S处理的0—5 cm土层持水性比5—10 cm土层持水性差。而0—5 cm土层的C,G和CK处理C(h)数值分别是5—10 cm土层C,G和CK处理C(h)数值的1.09,1.79,1.0倍,说明C,G和CK处理在0—5 cm土层的持水性比5—10 cm土层的持水性好。整体来看,0—5 cm土层的土壤比水容量比5—10 cm土层的土壤比水容量高,故0—5 cm土层土壤持水能力比5—10 cm土层强。

表5 土壤基质吸力与土壤比水容量对应关系Table 5 Correspondence between soil matrix suction and soil specific water capacity

3 讨 论

0—5 cm土层不同处理的土壤当量孔径类别比较单一且占比高,说明0—5 cm土壤的分选性较好;5—10 cm土层,土壤当量孔径类别比较多样且占比较平衡,说明土壤的分选性较差,这与石浩楠等[22]的研究结果相同,随土层深度由浅变深,土壤当量孔径类别复杂且占比不一,说明分选性差,失水效率大,土壤中可能存在优先流现象,导致土壤持水能力下降。

牛晓彤等[32]的研究表明影响经验模型拟合参数n的主要因子由有机质和土壤颗粒组成。这与本研究的结果相同,本研究发现土壤性质相似的,如在同一个土层中,其经验模型拟合结果及精度更为相似。

对比BC,VG,Gardner和LND 4种经验模型拟合不同处理实测土壤水分特征曲线数据点的结果,拟合精度由大到小依次为:BC,VG,LND,Gardner模型。这个结果与秦文静[33]和王子龙等[19]的研究结果一致,即偏砂性土壤实测土壤水分特征曲线采用BC模型拟合的结果最优。不同经验模型拟合各处理实测土壤水分特征曲线的结果也有差异,表现为不同模型对同一处理不同土壤基质吸力下实测数据的拟合精度也不同,特别是CK处理0—5 cm土层和C处理5—10 cm土层的拟合精度相比于其他处理较低,造成这些差异的可能原因主要有:(1)不同经验模型的函数形状影响模型的拟合精度[34]。根据图1可知,不同处理实测的)土壤水分特征曲线(脱湿曲线)总体呈现由急变缓(急—缓)的变化趋势,这与部分土壤质地类型的土壤水分特征曲线呈现急—缓—急的变化趋势有一定差异;VG模型的拟合曲线总体呈现急—缓—急的“S”形拟合效果,故VG模型在本研究中的拟合精度不高。(2) 不同经验模型的拟合参数个数不同。根据式(1),(3) 和(4) 可知,BC,VG和LND模型均包含4个拟合参数,故其拟合的精度比较接近。根据式(2)可知,Gardner模型包含2个参数(A和B),有学者发现A和B之间存在函数关系,所以Gardner模型实质上属于单一参数模型[35]。通常来说在同等条件下,模型包含的拟合参数数量越多,其拟合的精度越高[36];因此Gardner模型的拟合精度低于其他3个模型。

4 结 论

(1) 相同土壤基质吸力下,橡胶林0—5 cm土层土壤持水能力强于5—10 cm土层。0—5 cm土层各处理的平均有效含水率是5—10 cm土层各处理的平均有效含水率的1.3倍;0—5 cm土层的平均较大孔隙占比低于5—10 cm土层的较大孔隙占比;0—5 cm土层的平均土壤比水容量比5—10 cm土层的土壤比水容量高。

橡胶林0—5 cm土层中,CK处理的有效含水率最大,土壤空隙和大孔隙占比小,中等孔隙占比最高;5—10 cm土层中,C处理的有效水含率最大,土壤空隙和大孔隙占比最小,而中等孔隙占比最高达63.5%。因此,不同施肥处理对不同土层深度土壤的持水能力影响不同。其中0—5 cm土层,不施肥处理的土壤持水能力最强;5—10 cm土层,施化肥处理的土壤持水能力最强。

(2) 4种模型拟合的土壤体积含水率与实测值基本相符,均可拟合砖红壤胶林的土壤水分特征曲线,模型拟合精度由高到低依次为:BC,VG,LND和Gardner模型,因此推荐BC模型作为橡胶林土壤水分特征曲线的拟合模型。与BC,LND和Gardner模型相比,VG模型对θs和θr的拟合精度最高。