不同土层一作物的干旱研究
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摘要：我国南方红壤地区存在严重的季节性干旱，研究干旱程度并确定土壤一作物系统干旱阚值对干旱评价和土壤水分管理具有很重要的意义。在众多作物受早研究中，基于土壤分层水分变化研究的较少。针对此问题，在红壤上进行了遮雨条件下花生干旱试验，设持续干旱4～25d共7个处理。每日监测各个土层基质势，收获后测量生物量。主要研究结果如下：土壤干旱到一定程度后，花生与土壤干旱均存在阈值反应，干旱超过12d后，生物量明显下降；土层O-30cm水分变化可以代表测简土层O-60cm的水分变化，同时该土层的水势在干旱12d的时候降至最低，与产量阈值反应存在对应关系。结果说明，通过监测或模拟恰当土层的水分动态变化可以反映土壤的干旱程度和作物的受旱状况。这一结果为土壤和作物干旱评价和田间灌溉提供了理论依据。
关键词：干旱土壤分层阚值反应 花生 红壤
在农业生态系统发中，水分是重要的生态因子之一。但水资源短缺已成为主要的环境问题，如何用好有限的水资源满足需求是农业生产的关键问题。植物干旱时有形态的表现，也有生理的表现；评价农田生态系统干旱的指标有简单的，也有综合性指标。当前的评价干旱的指标大多针对作物，涉及的参数较多，需要的数据量大，获得比较困难。而土壤指标简单宜行，是土壤一作物系统水分变化的综合，且技术已经成熟。但是土壤指标应用多数是单层的研究，而分层次的研究土壤水分的研究不多，其中对南方地区的研究更少。我国南方地区水资源充沛，但降雨分配不均，再加上红壤特有的物理性质如有效水含量低、低水量时导水能力低等，在每年的7～9月份经常发生季节性干旱，对农业生产极为不利。本文通过花生在不同干旱程度下不同层次土壤水分变化情况，为当地的农业生态生产提供依据。
一、试验设计计
本试验在湖北省咸宁地区进行。供试土壤为粘性红壤，饱和导水率值比较小，田间持水量值较大，同时永久萎蔫点的含水量值也比较大，有效含水量比较低，有机质含量比较小，呈微酸性。
2005年6月～10月，在遮雨的条件下进行了筒栽花生干旱试验。试验设7个水分处理，分别干旱4d、8d、12d、16d、19d、22d和25d，分别记作D4、D8、D12、D16、D19、D22和D25，每个处理设5个重复。材料为直径200毫米的PVC圆筒，两端均无底。土样风干过约icm的筛，装满，每筒装土35，Okg。管子竖放地上，下端约5厘米埋在土中。在PVC圆筒高为100cm，在5cm、15cm、25cm、35cm、45cm和55cm处钻孔，平插张力计。每日7：00左右读取0-10cm、10-20cm、20-30cm、30-40cm、40-50cm和50-60cm土层的张力计读数。干旱处理开始之前，所有的处理灌水至接近田间持水量，各处理的灌水量相同，干旱处理结束后复水。花生收获后进行产量构成和产量分析。数据用SAS数据分析软件进行统计分析。花生试验的肥料处理为N：P:K=1:1:1，氮肥为尿素，磷肥为磷酸二氢钙，钾肥为氯化钾，施用量依次为3.76g、4.96g和2.56g，作基肥一次性施入。在花生幼苗期与花期叶面喷施浓度为O.2％的钼酸铵和硼酸溶液等微肥。
二、结果分析
(一)花生生物量对土壤干旱的反应
处理D1-D7的花生干生物量分别为22.5、22.1、22.9、19.2、19.1、18.8、17.5(g)。随土壤干旱程度的增加，单株花生的生物量逐渐减小，而且处理间的生物量差别显著(F=966.28**)。处理D4、D8、D12间的生物量差异不显著，它们其他处理的生物量差异显著；处理D16、D19、D22之间的生物量的差异不显著；处理D25与其它所有处理生物量的差异显著。与处理D4的生物量相比，其余处理D8～P25的降幅分别为1.2％、9.0％、17.3％、22.6％、29.4％和43.4％。处理D25过度干旱，其干生物量下降幅度最大。与干旱程度轻的处理相比，处理D16的生物量下降幅度突然增大，因此可判干旱时间超过12d，花生生物量大幅减少，复水之后不能恢复到干旱时间较短的处理水平。结果说明，干旱超过12d花生生长受到的影响不可逆转，所以处理D12的干旱程度可能是花生的干旱阈值点。花生的干旱变化，生物量可以很好的反应花生的干旱情况，可以作为花生的作物干旱指标。
(二)土壤干旱过程中花生土水势变化
花生不同干旱处理各土层的土壤水势变化如图所示。干旱胁迫开始时，各个土层的水势基本相同，土壤含水量较高，之后0.10cm处水势开始快速下降，随后是土层10-20cm和20-30cm的水势开始下降并且很快低于土层0-10cm的水势，这应该与花生根系在此深度处密集有关；而土层40-60cm的土壤水势在干旱10d以后才有明显下降。干旱到8d时候，土层0-10cm的水势达到一个稳定的数值，大约在70KPa左右：干旱到10d时候，土层lO-20cm的水势达到一个稳定的数值，大约在80ZPa左右；干旱到12d时候，土层20-30cm的水势到一个稳定的数值，大约在85KPa左右；干旱到15d、18d、22d时候，土层30-40cm、40-50cm、50-60cm的水势相继达到稳定，其数值均在90KPa左右，此时整个土体已经非常干旱。可见，干旱胁迫不严重时，土壤上层水势低而下层水势仍较高；干旱严重时，下层水势也很低，甚至比上层更低。大约在12d的时候开始，各土层中O-30cm土层水势已经降至最低，因为花生根系绝大部分集中在土层0—30cm内，土层O-30cm以内的土壤水分最容易被根系吸收利用。所以，土层O-30cm的土壤变化可以代表筒栽花生的土壤水分变化。同时发现，干旱12d之后，土壤供水能力明显降低，此时花生发生了阈值反应，表明监测土层O～30cm的水分状况可以反映地上部花生干旱状况。
三、结论
由本试验可知在土壤不断的干旱过程中，土壤水分与花生产量指标存在阈值反应，且二者存在对应关系。花生在干旱超过12d，生物量明显下降，其中土层O-30cm的土壤水分变化可以代表花生的土壤水分变化。这些结果说明，通过监测或模拟恰当土层的水分动态变化可以反映土壤的干旱程度和作物的受旱状况。
关键词：干旱土壤分层阚值反应 花生 红壤
在农业生态系统发中，水分是重要的生态因子之一。但水资源短缺已成为主要的环境问题，如何用好有限的水资源满足需求是农业生产的关键问题。植物干旱时有形态的表现，也有生理的表现；评价农田生态系统干旱的指标有简单的，也有综合性指标。当前的评价干旱的指标大多针对作物，涉及的参数较多，需要的数据量大，获得比较困难。而土壤指标简单宜行，是土壤一作物系统水分变化的综合，且技术已经成熟。但是土壤指标应用多数是单层的研究，而分层次的研究土壤水分的研究不多，其中对南方地区的研究更少。我国南方地区水资源充沛，但降雨分配不均，再加上红壤特有的物理性质如有效水含量低、低水量时导水能力低等，在每年的7～9月份经常发生季节性干旱，对农业生产极为不利。本文通过花生在不同干旱程度下不同层次土壤水分变化情况，为当地的农业生态生产提供依据。
一、试验设计计
本试验在湖北省咸宁地区进行。供试土壤为粘性红壤，饱和导水率值比较小，田间持水量值较大，同时永久萎蔫点的含水量值也比较大，有效含水量比较低，有机质含量比较小，呈微酸性。
2005年6月～10月，在遮雨的条件下进行了筒栽花生干旱试验。试验设7个水分处理，分别干旱4d、8d、12d、16d、19d、22d和25d，分别记作D4、D8、D12、D16、D19、D22和D25，每个处理设5个重复。材料为直径200毫米的PVC圆筒，两端均无底。土样风干过约icm的筛，装满，每筒装土35，Okg。管子竖放地上，下端约5厘米埋在土中。在PVC圆筒高为100cm，在5cm、15cm、25cm、35cm、45cm和55cm处钻孔，平插张力计。每日7：00左右读取0-10cm、10-20cm、20-30cm、30-40cm、40-50cm和50-60cm土层的张力计读数。干旱处理开始之前，所有的处理灌水至接近田间持水量，各处理的灌水量相同，干旱处理结束后复水。花生收获后进行产量构成和产量分析。数据用SAS数据分析软件进行统计分析。花生试验的肥料处理为N：P:K=1:1:1，氮肥为尿素，磷肥为磷酸二氢钙，钾肥为氯化钾，施用量依次为3.76g、4.96g和2.56g，作基肥一次性施入。在花生幼苗期与花期叶面喷施浓度为O.2％的钼酸铵和硼酸溶液等微肥。
二、结果分析
(一)花生生物量对土壤干旱的反应
处理D1-D7的花生干生物量分别为22.5、22.1、22.9、19.2、19.1、18.8、17.5(g)。随土壤干旱程度的增加，单株花生的生物量逐渐减小，而且处理间的生物量差别显著(F=966.28**)。处理D4、D8、D12间的生物量差异不显著，它们其他处理的生物量差异显著；处理D16、D19、D22之间的生物量的差异不显著；处理D25与其它所有处理生物量的差异显著。与处理D4的生物量相比，其余处理D8～P25的降幅分别为1.2％、9.0％、17.3％、22.6％、29.4％和43.4％。处理D25过度干旱，其干生物量下降幅度最大。与干旱程度轻的处理相比，处理D16的生物量下降幅度突然增大，因此可判干旱时间超过12d，花生生物量大幅减少，复水之后不能恢复到干旱时间较短的处理水平。结果说明，干旱超过12d花生生长受到的影响不可逆转，所以处理D12的干旱程度可能是花生的干旱阈值点。花生的干旱变化，生物量可以很好的反应花生的干旱情况，可以作为花生的作物干旱指标。
(二)土壤干旱过程中花生土水势变化
花生不同干旱处理各土层的土壤水势变化如图所示。干旱胁迫开始时，各个土层的水势基本相同，土壤含水量较高，之后0.10cm处水势开始快速下降，随后是土层10-20cm和20-30cm的水势开始下降并且很快低于土层0-10cm的水势，这应该与花生根系在此深度处密集有关；而土层40-60cm的土壤水势在干旱10d以后才有明显下降。干旱到8d时候，土层0-10cm的水势达到一个稳定的数值，大约在70KPa左右：干旱到10d时候，土层lO-20cm的水势达到一个稳定的数值，大约在80ZPa左右；干旱到12d时候，土层20-30cm的水势到一个稳定的数值，大约在85KPa左右；干旱到15d、18d、22d时候，土层30-40cm、40-50cm、50-60cm的水势相继达到稳定，其数值均在90KPa左右，此时整个土体已经非常干旱。可见，干旱胁迫不严重时，土壤上层水势低而下层水势仍较高；干旱严重时，下层水势也很低，甚至比上层更低。大约在12d的时候开始，各土层中O-30cm土层水势已经降至最低，因为花生根系绝大部分集中在土层0—30cm内，土层O-30cm以内的土壤水分最容易被根系吸收利用。所以，土层O-30cm的土壤变化可以代表筒栽花生的土壤水分变化。同时发现，干旱12d之后，土壤供水能力明显降低，此时花生发生了阈值反应，表明监测土层O～30cm的水分状况可以反映地上部花生干旱状况。
三、结论
由本试验可知在土壤不断的干旱过程中，土壤水分与花生产量指标存在阈值反应，且二者存在对应关系。花生在干旱超过12d，生物量明显下降，其中土层O-30cm的土壤水分变化可以代表花生的土壤水分变化。这些结果说明，通过监测或模拟恰当土层的水分动态变化可以反映土壤的干旱程度和作物的受旱状况。
