保墒措施对盛果期油茶林地土壤水分时空特征的影响

左继林，秦 健，孙 颖，周文才，龚 春，徐林初

( 1.江西省林业科学院，江西 南昌 330013；2.江西农业大学 林学院，江西 南昌 330045)

油茶(CamelliaoleiferaAbel) 属于山茶科(Theaceae)植物，为我国南方重要的木本油料树种，也是世界四大木本油料植物之一[1]。目前，油茶产业作为江西、湖南等主产区的特色和优势，逐渐成为壮大县域经济的支柱产业。推动绿色发展、实现精准扶贫，发展油茶产业初步为山区、林区和贫困地区的群众打造出扶贫攻坚利器[2]。然而，油茶种植区的水热条件始终是影响农业生产、生态环境与油茶产业的重要因素；主产区长江流域多年平均降雨量1 400 mm左右，总降雨量虽然较大，但雨量多集中在雨季(3—6月)，一般占全年的60%～70%，而7—10月降雨量少，一般只占全年总雨量的20%左右，夏秋干旱胁迫茶果的发育与油脂转化成为影响油茶成林高产与稳产的重要问题[3]。

关于土壤水分对油茶生长影响及油茶林地水分的研究文献主要集中在光合作用、叶绿素荧光、果实的经济性状、可溶性糖、可溶性蛋白以及组培苗、苗木生长过程内源变化及夏秋季节土壤水分的动态变化等[1-9]；而较全面地对油茶林地各季节水分的时空动态及其与保墒措施之间的关系研究鲜见[10]。据此，本试验选择江西油茶主产区的成林油茶，设计稻草、茶壳、生态膜与滴灌4类保墒试验，每月定期观测林地不同土层水分含量并对其时空变化规律进行分析，研究结果可为盛果期油茶林水分调控技术和高效保墒措施的筛选提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验林地概况

试验样地位于江西省宜春市袁州区西村镇(114°11′38.24″E,27°43′38.68″N)，该地属典型亚热带湿润季风气候，年平均气温16.8～17.2 ℃，年降雨量为 422.4 mm，为丘陵缓坡地，土壤为第四纪红壤，土层厚度60 cm，中等肥沃程度。样地油茶为2010年春季种植的主推良种长林4号无性系，已进入盛果期。样地油茶树生长正常，树冠与长势基本一致，平均地径2.5～3.0 cm，树高2.2～2.6 m，冠辐2.5～3.0 m2，试验地面积6.67 hm2。

1.2 试验设计与调查方法

自2015年6月开始，在长林4号油茶林中选择5行树，每行15株。设计4个处理与1个对照，1行为1个处理。各处理分别为在每行油茶树兜部依次覆盖稻草(每株3.5 kg，厚度2.5～3.5 cm)、油茶果壳(即茶蒲，每株2.5 kg，厚1.5～2.5 cm)、生态膜(膜厚0.03～0.05 mm)、滴灌(滴灌6 h，处理区滴灌量0.042～0.045 m3)与对照。从7月上旬开始灌溉，连续晴天3 d后清晨浇水。

从2016年1月至12月的每月中旬晴日(遇雨后第4天)，在各处理油茶树冠下林地土壤剖面0～20 cm、20～40 cm处采集土样，带回实验室，采用经典烘干法(放在105 ℃的烘箱中烘24 h后称量干土质量)获得相应时段不同土层的土壤质量含水率。

2 结果与分析

2.1 春季各种保墒措施对不同深度土壤含水量的影响

春季气温逐渐上升而雨水多，油茶春梢生长加快，数量增多，这与林地土壤蓄水状况有关。图1中0～20 cm土层除稻草措施外，其它处理下的土壤含水量均低于对照，稻草覆盖的土壤含水量最高，但各处理与对照间的差异不显著；而20～40 cm土层各处理下的土壤含水量除稻草的外均比对照高，且以茶壳与灌溉措施的显著高于对照的，分别是对照的1.19与1.22倍。对照、稻草覆盖的上层土壤含水率分别高于下层的12.24%与8.9%，表明春季雨水频繁、降雨大，稻草与粘重的裸地易于滞留水分，造成上层含水量高，不利于油茶林地的土壤呼吸且易腐烂而滋生病菌，而生态膜由于隔离降水，茶壳间隙大而透水率较高，灌溉易于流向下层。因此，生态膜、茶壳及灌溉措施更有利春季油茶成林的深层水分需求。

2.2 夏季各种保墒措施对不同深度土壤含水量的影响

夏季雨水少而气温高。图2中0～20 cm土层除生态膜覆盖措施外，其它处理下的土壤含水量均高于对照，稻草与茶壳覆盖的土壤含水量最高，分别比对照高30.0%与24.51%，效果显著；而20～40 cm土层各处理下的土壤含水量虽均高于对照，但仅以茶壳、稻草与灌溉处理的显著高于对照；分别是对照的1.22～1.25倍。左右图比较知只有稻草覆盖后的0～20 cm土壤含水量均高于下层，其余均低于20～40 cm层土壤的含水量。因此，夏季油茶林地稻草措施利于上层水分的增加与油茶细根生长，而茶壳有保持20～40 cm土层水分的显著效应。

图2 夏季油茶林各处理下的土壤含水量Fig.2 The soil moisture content of Camellia oleifera under different treatments in summer

2.3 秋季各种保墒措施对不同深度土壤含水量的影响

由图3可知，0～20 cm土层采用各保墒处理下的土壤含水量均高于对照，稻草覆盖的土壤含水量最高(比对照高15.11%)，但各处理与对照间的差异不显著；而20～40 cm土层各处理下的土壤含水量分别是对照的1.22倍、1.24倍、1.14倍和1.19倍，且各处理均与对照的土壤含水量差异显著；且只有稻草覆盖后的0～20 cm土壤含水量均高于下层。

图3 秋季油茶林各处理下的土壤含水量Fig.3 The soil moisture content of Camellia oleifera under different treatments in autumn

因此，秋季油茶林地以稻草覆盖对0～20 cm层水分的保持与油茶细根生长效果最佳，而有利于20～40 cm土层水分的保持效果依次为茶壳、生态膜、灌溉及稻草覆盖。

2.4 冬季各种保墒措施对不同深度土壤含水量的影响

由图4可知，茶壳覆盖、灌溉、生态膜及稻草覆盖保墒措施下冬季0～20 cm土层的土壤含水量均高于对照，灌溉与稻草覆盖措施下的土壤含水量较高，分别比对照高17.12%、12.55%，且与对照的差异显著；而20～40 cm土层各处理下的土壤含水量也均比对照的高，稻草覆盖与灌溉的土壤含水量分别是对照的1.10与1.06倍。图4中唯有灌溉措施下的0～20 cm土壤含水量高于20～40 cm的。冬季的油茶林地采取灌溉、稻覆盖措施能显著增加0～20 cm层的水分。

图4 冬季油茶林各处理下的土壤含水量Fig.4 The soil moisture content of Camellia oleifera under different treatments in winter

2.5 林地降雨量与不同土层深度含水量变化特征

我省油茶产区普遍降雨量时空分布不均，由图3可知，试验区2016年全年降雨量最多的是4月份，最少的8月为零；春季降雨量占全年总降雨量的43.6%，是夏季的2.0倍，是冬季的3.41倍。土壤含水量的高低变化与月均降雨量变化密切相关。

油茶林地不同土层含水量可体现出土壤的蓄水状况及在土壤—植被—大气连续体水循环的规律，每月土壤含水量的定期观测可综合反映林地降雨、入渗、蒸发、渗漏及油茶树水分的消耗状况。

图5为2016年期间油茶林地土壤0～20 cm(上层)与20～40 cm(下层)含水量的季节性变化状况。春季的土壤0～20 cm与20～40 cm含水量均最高，其次是冬季土壤含水量较高，夏季的最低；夏季林地上层与下层的土壤含水量分别只有春季的75.2%与83.4%；上层土壤变异系数均大于下层，全年变化幅度大，尤其是夏、秋季节的上层土壤的水分含量；0～20 cm层土壤含水量波动范围从15.38%～21.58%；而土层20 cm 以下平均含水量较高，季节性波动小，变化范围较小。

图5 油茶林地月均降雨量与土壤不同土层含水量Fig.5 The monthly average rain and soil water content of different soil layers in Camellia oleifera forest

土壤含水量上、下层均表现5月最高，分别达到27.9%和22.0%；随后逐渐减少，从7月份开始土壤含水量明显下降，8月份达到谷底，只有15.38%和17.30%，均低至凋萎点，7月土壤20～40 cm处的含水量与9月份土壤0～20 cm处的含水量均低于凋萎点。

3 结论与讨论

分析4种油茶林地保墒措施下土壤不同层次水分含量的全年分布状况，表明茶壳覆盖措施下的不同深度的土壤水分含量分布较均匀，整体效果最好；而稻草等调控措施的明显利于提高0～20 cm层的土壤水分，只不过不同季节的效果显著程度不同，尤其在夏季与冬季的效果最明显；覆盖茶壳增加春、夏与秋季林地20～40 cm的土壤水分效果显著；灌溉措施对于春、秋季林地20～40 cm的土壤水分效果显著，而生态膜覆盖显著有利秋、冬季林地20～40 cm土壤水分保墒；只有油茶林稻草覆盖0～20 cm的土壤水分均高于林地土壤水分20～40 cm。

出现以上效果差异的原因可能与不同水分调控措施有关，稻草、茶壳及生态膜材料不同，稻草、茶壳吸水且保水，稻草类秸秆覆盖的保水机理主要是降低土壤温度[9，11]。土壤表面温度显著影响入渗和蒸发过程等土壤水分的运动行为，能一定程度改善土壤的持水性和水分有效性[10]。油茶林地水分损失主要通过树体蒸腾和地面蒸发途径，由于稻草覆盖主要能调节表土层的温度,因此其保墒效应也主要体现在土壤表层[12]，特别在降雨量小时，覆盖的保水增水效应更加显著[13]，但春季雨水多，不宜采用。油茶果壳厚重多孔(活性炭的原料)，吸水与透水性能好；而生态膜由于有不透水层，雨量小仅浸湿表面且易于蒸发，但在雨量大时能通过侧方渗入土壤后防止高温蒸发，因此生态膜一类地膜覆盖可抑制土壤水分蒸发，增温、保墒且能提高作物光合能力和利于光合产物的形成和积累[14-17]；滴灌是显效最快的手段，它水流缓而时间长易渗入深层土壤，但高温天气下上层渗入水分易于蒸发损失。因此在仅春、秋季节对20 cm以下的土壤剖面保水效果显著。

南方油茶主产区降雨量普遍为上半年多，占到全年的68.29%，仅春季就占全年近一半，降雨量季节分布不均，一定程度影响了林地土壤含水量的时空分布；夏季不同剖面的土壤含水量分别只有春季的75.2%与83.3%；林地0～20 cm层的土壤含水量波动明显大于20～40 cm的，季节间尤其以夏、秋季波动幅度大；而20～40 cm层土壤含水量高于上层，季节波动小。

总之，4种保墒措施在改善油茶林地不同季节不同层次的土壤水分方面各具优点，今后应根据生产实际(经济、实用与便利方面)把稻草、茶壳等有机覆盖材料或生态膜与灌溉措施结合实现油茶林地水分的高效管理。

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