红壤丘岗区以缓坡地(6°~15°)为主要地貌特征，是我国自然生产潜力最高的地区。该区水热资源丰沛，但时空分布不均，易产生气候性干旱危害，而且红壤持水力强，有效水含量低，因此水分是该区坡地农业利用的重要限制因子。土壤水分是坡地生态系统水热平衡中的一个重要因素，对整个生态系统水热平衡起着决定性作用。坡地土壤水分状况影响坡地土地利用和植物生长，反过来，土地利用方式及其植被覆盖又影响坡地土壤含水量及其分布。而且，不同时空尺度下二者关系变化不一。因此，研究南方红壤丘岗坡地土地利用与土壤水分的时空关系，对有效利用土壤水分，缓解本区的季节性干旱问题，以及合理利用和配置坡地资源都具有重要意义。

      已有许多学者对南方红壤丘岗坡地的水分特征以及周年土壤水分状况、土壤水分有效性以及不同土地利用方式对土壤水分特性的影响等进行了研究。但对年际间不同土地利用方式与土壤水分关系的研究则很少。本研究选择南方红壤丘岗坡地5种典型土地利用类型，对比分析其不同水文年的土壤水分时空变化特点，为土壤水分的有效利用及坡地生态系统的持续发展提供理论依据。

1.1　试验区概况

　　试验区设在中国科学院桃源农业生态试验站定位观测试验场(111°30′E， 28°55′N)，是红壤地区典型的低丘岗坡地，海拔92. 2~125. 3 m。该区受中亚热带季风湿润气候控制，水热资源丰沛，年均气温16. 5℃，≥10℃年积温5 200~5 300℃，年日照时数1 520 h，年降水量1 440 mm，蒸发量1 167 mm，但降水年际、年内分配不均，水热不同期。多雨季节(3—6月)，土壤水分盈余，常伴有湿害、涝害，而少雨时段(7—9月)常伴随强烈的蒸散，水分不能满足植被生长需求，旱情严重。主要土壤类型为第四纪红土发育的红壤土，黏粒(<0. 002 mm)含量40%左右，有效水库容较低，不同土地利用类型土壤基本性质见表1。该区植被属武陵山植被区系。试验地为1995年建成的径流小区，南偏东15°，坡长62 m，坡度8~11°，是坡地不同利用结构功能及其演替长期定位试验区。1998年各小区垫面基本形成。根据红壤丘陵区现有土地利用方式选取湿地松区、甜柿园、茶园、农作区和退化区为试验点。每个小区的投影面积均为20 m×50 m，用水泥板围成以防区内径流交换，水泥板插入土中50 cm，露出地表30cm。各小区基本情况见表2。

1.2　研究方法

       在每个小区右侧靠近挡水墙3m处选择样点埋设中子管，坡地上面第2梯和倒数第2梯的中心位置各埋1根(总共16梯，梯幅宽3m)，中子管管长1m，用中子仪法[6]测定10、20、30、40、50、70和90cm深度土壤含水量。3—10月每5 d 1次， 11月至次年2月每10d1次，如遇降雨则推迟测量。降水量利用试验场气象园仪器测定，按当地年均降水量大小划分3种水文年型，即丰水年、平水年和欠水年。以大于当地常年平均降水量2成以上定为丰水年，低于常年平均降水量2成以上定为欠水年，在二者之间的为平水年。在试验观测期间， 2002年为丰水年，降水量为2 196. 9 mm： 2003年为平水年，降水量为1 468.3 m。采用SPSS和EXCEL软件对数据进行分析。

2. 1　不同水文年生长季0—90 cm深土壤水分特征

      丰水年和平水年生长季(3—10月)土壤平均含水量分别为0. 318 8和0. 310 0 cm3.cm-3，丰水年生长季各土地利用类型土壤含水量大于平水年(表3)。生长季土壤含水量年际变化与降水量年际变化相吻合。这与文献报道结果一致。

      由表3可知，丰水年和平水年土壤平均含水量均以退化区最高，茶园最低，甜柿园略高于湿地松区。在丰水年，茶园和其他4种土地利用类型之间土壤含水量均存在显著差异：在平水年，茶园仅与退化区及农作区2种土地利用类型间土壤含水量有显著差异，而与甜柿园及湿地松区间无显著差异。其原因是茶园植被根系分布深且广(其主根可达1m以上，根系幅度大于树冠幅度)，生长期长，年耗水量大，贮水量低，最容易受旱。因此，应在季节性干旱时给予适量灌溉，提高其生产力。

2.2　不同水文年土壤水分季节变化特征及其主要影响因子

      红壤丘岗坡地同一土地利用类型在不同水文年的土壤水分季节变化差异明显(图1)。丰水年降水量多且降水量的季节分配与植物生长期同步，土壤含水量较高，年内变化平稳，没有出现持续干旱。平水年降水量相对较少且降水多分布在3月初至7月中旬之间，此时，植被进入生长期，土壤耗水增多，但由于降水量丰富，土壤水分波动较小，始终保持较高含水量。7月下旬至10月底，随着降水量的减少，气温逐渐升高，植被生长旺盛，土壤蒸发、植被蒸腾的耗水量迅速增加，土壤水分显著降低，出现明显的干季。11月以后，气温降低，植被生长活动减弱，蒸散量减小，土壤水分缓慢增加，但无明显干、湿季之别。表明年生长季的降水量及其分配是影响土壤水分季节变化趋势的主导因子。

      由于降水对土壤水分季节变化起主导作用，同一年份不同土地利用类型土壤水分季节变化规律具有明显的相似性，随降水量波动呈规律性起伏(图1)。这种现象在丰水年表现尤为突出，各土地利用类型土壤水分季节变化趋势基本一致，说明在丰水年植被类型对土壤水分季节变化趋势影响很小，或者说降水掩盖了植被类型对土壤水分季节变化趋势的影响。而在平水年略有不同，主要是在土壤干旱期，不同土地利用类型土壤水分降低的幅度与时间均存在较大差异。表现为退化区没有受到水分胁迫，农作区受水分胁迫时间较短(8月初至9月初)，而甜柿园、湿地松区和茶园受水分胁迫时间长(8月初至11月底)，说明植被类型在干旱期对土壤水分季节变化趋势有明显影响，生长期长、根系深的植被(湿地松、茶树、甜柿树)比生长期短、根系浅的植被(农作物、茅草)水分消耗期长，耗水量大，土壤水分降低快，恢复慢，较易受到季节性干旱的影响。

2.3　不同水文年5种土地利用类型剖面土壤水分特征

2.3.1　剖面土壤水分的季节性变化特征

      5种土地利用类型剖面土壤含水量的季节性变化特征见表4，其数值为土壤水分监测系统的准确记录。由表4可知，无论丰水年还是平水年， 5种土地利用类型剖面土壤水分的季节性变化与土壤深度成反比，即随土壤深度增加，变异系数变小，基本呈明显的系统规律。这表明红壤丘岗坡地剖面土壤水分随着土壤深度增加，受外界环境变化的影响减弱，稳定性相对增强。深根系植被(湿地松、茶树、甜柿树)土壤剖面30 cm以下各层次的水分季节性变化大于浅根系植被(农作物、茅草)土壤剖面相应层次的水分季节性变化，这在平水年表现尤为明显。反映植被生长期深根系植被比浅根系植被的深层土壤水分消耗多且快，利用土壤深层水分的能力更强。暗示选择深根系植被有利于有效利用土壤深层水，从而缓解旱情。另外，也反映出浅根系植被条件下，土壤深层水分丰富稳定，有效利用率低，无效水多。因此，建议推广农林复合模式，提高土壤水分利用率。

 

　将不同水文年同一土地利用类型剖面土壤水分的季节性变化进行比较发现，平水年土壤剖面各层次的水分季节性变化均大于丰水年土壤剖面相应层次的水分季节性变化，说明平水年增大了剖面土壤水分的季节性变化。可见，丰富的降水可以减弱剖面土壤水分的季节性变化。

2.3.2　剖面土壤水分的垂直变化特征

      由图2可知，不同水文年5种土地利用类型剖面土壤含水量的垂直变化规律基本一致，即随土壤深度增加，含水量不断增大，但增幅越来越小：湿地松区在50—70 cm深度土层呈相反规律，可能是其根系主要分布于50—70 cm土层，生长期间该层耗水过于剧烈，水分亏缺严重。根据土壤水分剖面变化特征，将其分为稳定型(土壤含水量上下层持平)、增长型(下层高于上层)、降低型(下层低于上层)和波动型(上下层大小波动)。可见，湿地松区剖面土壤水分变化在丰水年和平水年都属于波动型，而其他土地利用方式剖面土壤水分变化类型都属于增长型。从丰水年到平水年土壤水分的剖面变化类型没有发生改变。

      将不同水文年5种土地利用类型剖面土壤水分的垂直变化进行比较(图2)可以看出， 70 cm深度以下5种土地利用类型的土壤水分差异在平水年比丰水年大。其原因可能是在平水年的伏秋干旱时期，深根系植被(湿地松、甜柿树及茶树)对深层土壤水分利用消耗多，且降水对深层土壤水分补充也较少：但伏秋干旱对浅根系植被(农作物、茅草)深层土壤水分的影响却相对较小，主要是因为浅根系作物的根系难以达到下层土壤，不能吸收利用下层土壤水分。由此可见，降水增加会减少不同土地利用类型之间深层土壤水分的差异，而干旱能增大这种差异。

2.4　不同水文年土壤水分沿坡位的变化特征

      选取湿地松区(深根系)和退化区(浅根系)2种代表性土地利用类型，比较其0—90 cm深土壤水分在不同水文年沿坡位的变化特征(图3)。

      由图3可知，无论是在丰水年还是平水年， 2种不同植被类型的土壤水分沿坡位的年内变化始终是坡上大于坡下，这种现象发生可能主要源于土壤理化性质随地形的变化。一般来说，质地越黏持水量越高，因而主要原因可能是土壤物理性黏粒含量由坡上向坡下降低。柳云龙等的研究表明，南方红壤丘岗坡地的土壤物理性黏粒含量由坡上向坡下降低，其降低程度表现为林地>茶园>旱地，而持水性也呈相似的变化规律，即持水性由坡上向坡下降低程度表现为林地>茶园>旱地。植被的分布状况(如坡上和坡下的植物个体大小，生物量多少，覆盖度高低以及根系分布的深浅等)也可能是另一重要原因。

      在丰水年及平水年的1月至7月中旬，由于雨水丰沛，湿地松区和退化区坡上与坡下的土壤水分差异均较大：而在平水年的伏秋干旱时期，由于持续干旱使土壤水分降低较大， 2种植被类型坡上与坡下的土壤水分差异均不断减少，说明持续干旱能减少土壤水分沿坡位分布的变化幅度。

(1)丰水年生长季各土地利用类型土壤含水量差异大于平水年。

(2)丰水年土壤含水量较高，年内变化平稳。而平水年土壤含水量在7月中旬以前较高， 7月下旬至10月底显著降低， 11月以后又缓慢升高，出现明显的干、湿季。

(3)剖面土壤水分的季节性变化随土壤深度增加而减少。丰水年的剖面土壤水分季节性变化小于平水年。

(4)土壤含水量均随土壤深度增加而增大，增幅逐渐减少。从丰水年到平水年，土壤水分的剖面结构类型没有发生改变，湿地松区属波动型，其他4种土地利用类型属增长型。

(5)深、浅根系2种植被类型的土壤水分沿坡位的年内变化始终是坡上大于坡下，持续干旱能减少土壤水分沿坡位分布的变化幅度。