中国南方的红壤理化性质差,养分贫瘠,加上干湿季节明显,因而红壤作物经常遭遇季节性干旱。较差的土壤性质和季节性干旱是限制红壤作物产量的主要因素。施肥制度对于提高土壤特性和作物生长非常重要,而且土壤和作物的水分关系可以通过长期施肥得以改善。了解长期施肥制度如何影响南方红壤作物的水分关系很有必要。湖北咸宁的红壤实验站从1998年开始,进行了长期施肥制度的大田试验,用于比较不同的施肥种类对该地区一种粘质红壤理化性质、水力性质、玉米作物水分状况和干旱胁迫状况、生长状况和产量的影响。施肥方式包括不施肥对照(CK)、单施氮磷钾化肥(NPK)、单施有机粪肥(猪粪和鸡粪,OM)、氮磷钾化肥配合秸秆还田(NPK+S),已经持续了16年。大田设计采用随机化完全区组设计,包括4个重复,总共16个实验小区。玉米和冬小麦进行轮作,通过铁锹翻土进行施肥和播种,其余时间大田采取免耕措施。2014年试验观测开始之前,采集土壤样品并分析土壤的基本物理化学性质,玉米(郑单958)于2014年7月播种,出苗之后开始田间观测研究。在玉米生长过程中,分别测量土壤0-10 cm,10-20 cm,20-30 cm, and 30-40 cm深度的水分含量。同时测定土壤的穿透阻力,穿透阻力的测定深度在40 cm,每2.5 cm间隔测定数值。定水头法测量土壤饱和导水率。通过测量土壤水分特征曲线和并拟合VG方程,测量土壤水势。玉米叶子和根系的水势通过压力室测定。在玉米生长过程中,叶片温度,玉米形态特征,玉米产量和天气情况定期测量。2014年10月玉米收获后,田间原位测定了土壤非包和导水率。同时测量地上和地下干物质产量和养分含量。主要结果如下：与对照相比,长期施用含有猪粪和鸡粪的有机肥处理(OM)在各种水势范围内都显著提高了土壤的持水能力,但是提高程度最显著的位于0-10 cm和10-20 cm深度的低水势范围内。反之,氮磷钾化肥(NPK)、氮磷钾化肥和秸秆还田(NPK+S)降低了土壤持水能力。OM处理的土壤非饱和导水率都明显低于其他处理,这使得在干旱时间段,OM处理的土壤水分含量显著高于无机施肥(NPK和NPK+S)。反之,OM处理的土壤近饱和导水率高于其他处理,这有利于土壤水分运动和作物吸收水分。OM处理的土壤在4种施肥处理中具有最低的土壤容重和穿透阻力,以及较高的孔隙度。研究发现有机肥处理(OM)显著增加了0-20 cm耕层土壤的含碳量,而无机肥料(NPK)仅提高10 cm土壤的含碳量。统计分析发现土壤有机碳、容重和穿透阻力之间存在非常高的显著负相关关系。各施肥处理都增加了土壤养分含量,尤其是有机肥(OM)和氮磷钾和秸秆还田的混合肥(NPK+S)最明显。结果表明,有机肥和无机肥都有益于提高土壤养分积累,达到了相近的水平,但对土壤物理性质和水力性质的影响差异巨大。施肥显著改善了玉米作物株高、茎直径、叶片面积、叶面积指数,但处理之间存在差异。NPK+S处理玉米籽粒产量最高,其次是OM,而NPK处理产量提高(相对于CK)最少。但是对于玉米生物量的增产效果,OM处理大于NPK+S和单施化肥NPK。研究发现施肥使玉米叶面积增大,同时提高了根系重量和根系深度。NPK+S对根系干重影响大于OM,NPK和CK处理。研究还显示,OM处理的玉米植物的N、P吸收量显著高于NPK+S、NPK和CK处理。土壤水分和穿透阻力受施肥制度显著影响。土壤水分缺乏的时期,在0-10 cm表层,OM和NPK+S可以提高土壤水分,但是NPK却降低土壤水分含量；在10-20 cm土层,3种施肥处理都提高了土壤水分含量；而20-40 cm土壤水分的变化趋势受施肥影响并不明显。在土壤水分相对较高的降雨集中的雨季,施肥处理对土壤水分并无显著影响,但是却显著影响土壤穿透阻力。NPK+S处理的土壤穿透阻力最低,其次是OM处理。3种施肥处理均降低了土壤0-10和20-40 cm深度穿透阻力的变化幅度,而提高了10-20 cm穿透阻力变化幅度,NPK+S引起的变幅最高,其次是OM和NPK。由于穿透阻力随土壤水分的降低而急剧升高,红壤因水分降低引起的较高穿透阻力的改变,这个问题在施肥时应该予以考虑。作物水分胁迫指数(CWSI)常用于检测作物水分状态。在阴天多云状态下,本地区难以确定该指标的下基线,因为这个时期的空气饱和水汽压差(VPD)常常低至1到1.25 KPa。晴天状态下,饱和水汽压差(VPD)可以达到l至3 KPa,因而CWSI可有效地反映作物水分状况。结果表明施肥显著影响作物水分胁迫指数CWSI,NPK+S降低了玉米CWSI中的下基线。虽然作物生长期间CWSI值每天存在变化,但CWSI值随着水分胁迫增长而增长,对作物水分胁迫指示作用明显。从低到中等水分胁迫下,三种施肥处理均对CWSI有显著影响,降低了CWSI平均值。另一方面,作物水分胁迫指数CWSI和玉米产量存在显著负相关性。因而施肥可以改善土壤作物水分关系,提高作物对季节性干旱的抵抗能力。施肥改善了供试红壤水力性质,也进一步影响了作物根叶水势。各种施肥处理的玉米根系水势大小次序如下,OM>NPK+S>NPK>CK。其作用与施肥增加了土壤含水量,降低了土壤穿透阻力,促进了根系生长有关。施肥制度对叶水势、叶水分含量也有显著影响,与对根水势的影响呈现相同的规律,其中OM处理比NPK和NPK+S有更高叶水势、叶水分含量。长期施用含有有机质的肥料(OM和NPK+S施肥制度),对于改善红壤养分、水分、阻力特性以及玉米生长有重要作用,特别是长期施用有机肥提高了土壤水势,进而提高作物根叶水势,降低作物水分胁迫指数,改善作物水分关系,这对于减缓红壤季节性干旱和提高作物产量有重要影响。