鐘 誠，張軍保，韓曉明，杜清勝

（1 吉林省水文水資源局，吉林 長春 130022；2 吉林省墑情監(jiān)測中心，吉林 長春 130033）

不同土壤質(zhì)地田間持水量實(shí)驗(yàn)成果分析

鐘 誠1，張軍保1，韓曉明2，杜清勝2

（1 吉林省水文水資源局，吉林 長春 130022；2 吉林省墑情監(jiān)測中心，吉林 長春 130033）

文中應(yīng)用不同田間持水量實(shí)驗(yàn)方法，測定不同土壤質(zhì)地的田間持水量，實(shí)驗(yàn)證明，田間持水量與土壤質(zhì)地、滲透性能及退水能力密切相關(guān)。應(yīng)用這三種實(shí)驗(yàn)方法均可準(zhǔn)確測得田間持水量,為確定土壤灌溉量、土壤墑情和旱情評價(jià)指標(biāo)提供依據(jù)。

田間持水量；實(shí)驗(yàn)；成果分析

田間持水量，指在地下水較深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允許水分充分下滲，并防止其水分蒸發(fā)，經(jīng)過一定時(shí)間，土壤剖面所能維持的較穩(wěn)定的土壤水含量（土水勢或土壤水吸力達(dá)到一定數(shù)值）,常用來作為灌溉上限和計(jì)算灌水定額的指標(biāo)，同時(shí)田間持水量也是確定墑情和旱情評價(jià)指標(biāo)的重要參數(shù)。

國內(nèi)田間持水量的測定方法一般分為野外測定法和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測定法，野外測定法包括天然降水法、圍框淹灌法（小區(qū)灌水法）等，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測定法包括環(huán)刀法（威爾科克斯法）、整段標(biāo)本法、壓力模法等。由于土壤樣本的唯一性（即使同一地塊取樣土壤質(zhì)地仍有差異）導(dǎo)致田間持水量成為一個(gè)理想化的概念，嚴(yán)格地說不是一個(gè)常數(shù)，雖在田間或室內(nèi)實(shí)驗(yàn)均可測定，卻不易再現(xiàn)，且測定值隨測定條件和排水時(shí)間而有較大的出入。

基于以上情況，為了找出不同實(shí)驗(yàn)方法、不同土壤質(zhì)地的土壤樣本田間持水量測定的差異，文中選用砂土、砂壤土、壤土、粘壤土、粘土 5 種土壤質(zhì)地，采用天然降水法、圍框淹灌法、環(huán)刀法三種方法實(shí)驗(yàn)測定田間持水量及土壤水代謝過程，對測定成果進(jìn)行分析，比較不同土壤質(zhì)地田間持水量差異、土壤水分入滲、退墑差異等。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1．1 天然降水法

天然降水法是野外測定田間持水量方法中最簡便、直接、有效的方法，天然降水法是指當(dāng)大氣降水達(dá)到一定量級使預(yù)測土層深度土壤水分含量達(dá)到飽和，排除多余重力水后測定的土壤含水量。

1．2 圍框淹灌法

圍框淹灌法是在選定的具有代表性地塊中建立實(shí)驗(yàn)區(qū)，所選實(shí)驗(yàn)區(qū)地塊作物耕作面積應(yīng)超過1.33hm2，通過設(shè)置圍框、人工灌水、地膜覆蓋、自然滲透等一系列人工操作手段，測取最大毛管懸著水量，此時(shí)的土壤水分含量即為土壤田間持水量。

1.3 環(huán)刀法

環(huán)刀法也稱室內(nèi)測定法，是用環(huán)刀在欲測地塊上采集原狀土帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土樣吸水、排水、烘干測定土壤田間持水量的一種方法。

2 實(shí)驗(yàn)成果分析

2.1 不同土壤入滲速度分析

通過圍框淹灌法實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，澆灌不同土壤類型實(shí)驗(yàn)地塊使相同深度土壤達(dá)到飽和所需時(shí)間不同，即土壤入滲速度不同，實(shí)驗(yàn)成果如表 1。以瞻榆鎮(zhèn)實(shí)驗(yàn)地塊及開安鎮(zhèn)實(shí)驗(yàn)地塊為例，瞻榆鎮(zhèn)地塊屬于砂土質(zhì)地，開安鎮(zhèn)地塊屬于粘土質(zhì)地，分別澆灌計(jì)算的飽和 40cm 土深所需的用水量至完全滲透，瞻榆鎮(zhèn)地塊入滲累計(jì)用時(shí) 4h，開安鎮(zhèn)地塊入滲累計(jì)用時(shí) 6.5h。可見，不同土壤質(zhì)地的水分入滲速度有著明顯差異，當(dāng)水量足夠使 40cm 土壤達(dá)到飽和時(shí)，砂土、砂壤土所需入滲時(shí)長達(dá)到 4h即可，而粘土、粘壤土至少要超過 6h，壤土入滲時(shí)長則在兩者之間?？梢娚巴?、壤土、粘土的入滲速度隨土壤質(zhì)地的變化而變緩，飽和入滲時(shí)長則逐漸增加。

表 1 圍框淹灌法飽和土壤（40cm）灌水歷時(shí)統(tǒng)計(jì)表

2.2 不同土壤退水時(shí)長分析

通過分析監(jiān)測到的土壤含水量變化過程，可得到土壤水分衰退規(guī)律：當(dāng)土壤含水量達(dá)到飽和后，在重力作用下，土壤水分迅速排泄，當(dāng)達(dá)到田間持水量時(shí)，土壤水分存在一個(gè)穩(wěn)定期，這個(gè)穩(wěn)定期就是進(jìn)行田間持水量監(jiān)測的最佳時(shí)期。穩(wěn)定期后土壤含水量又呈現(xiàn)出一個(gè)緩慢消退過程，此現(xiàn)象由于地表水分蒸散及植物蒸騰作用、屬于正常失墑現(xiàn)象。

成果顯示，應(yīng)用天然降水法測定田間持水量時(shí)，砂土退水穩(wěn)定期一般為 1～2d，壤土為 2～3d，粘土為 3～5d。

2.3 不同土壤干容重分析

通過環(huán)刀法室內(nèi)測定土壤干容重實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

1）不同土層深度土壤干容重不同。以農(nóng)安縣華家鎮(zhèn)為例，取土深度為 10cm 時(shí)，測得土壤干容重為 1.52g/cm3；取土深度為 20cm 時(shí)，測得土壤干容重為 1.61g/cm3；取土深度為 40cm 時(shí)，測得土壤干容重為 1.35g/cm3。由此可見，同一地塊不同土層深度土壤質(zhì)地存在差異。

2）土壤干容重與田間持水量呈負(fù)相關(guān)。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)土壤干容重與田間持水量呈負(fù)相關(guān)，即土壤干容重越大，土壤越緊實(shí)，孔性越差，田間持水量越??；反之干容重越小，土壤越松散，孔性越好，田間持水量越大。

2.4 土壤田間持水量分析

1）不同土壤質(zhì)地田間持水量不同。以農(nóng)安縣華家鎮(zhèn)、伊通縣、通榆縣實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)為例，土壤質(zhì)地分別為粘土、壤土和砂壤土，三站平均田間持水量分別為 25.3%，24.6%，17.5%，長春市凈月區(qū)監(jiān)測點(diǎn)與農(nóng)安縣郊外監(jiān)測點(diǎn)（均為壤土）監(jiān)測到的田間持水量，分別為 24.8%和 19.9%，深井子、伏龍泉監(jiān)測點(diǎn)（均為砂壤土）監(jiān)測到的田間持水量，分別為18.8%和 16.7%，綜合實(shí)驗(yàn)成果可以看出：不同土壤質(zhì)地田間持水量差異較大。粘土、壤土、砂土隨土壤顆粒逐漸變大、粘著力減小，通氣透水性更好，其田間持水量成遞減趨勢，其中粘土田間持水量最大，在 25%～30%之間、粘壤土在 23%～26%之間，壤土在 22%～25%之間，砂壤土為 19%～22%，砂土田間持水量最小，平均為 16%～19%，見表 2。

表2 田間持水量實(shí)驗(yàn)綜合成果表

2）以不同土層深度田間持水量存在差異。以農(nóng)安縣華家鎮(zhèn)為例，取土深度為 10cm 時(shí)，田間持水量為 23.3%；取土深度為 20cm 時(shí)，測得田間持水量為 22.4%；取土深度為 40cm 時(shí)，測得田間持水量為 31.3%。由此可見，同一地塊不同土層深度土壤質(zhì)地有所差異，不僅土壤干容重不同，所對應(yīng)田間持水量也不同，砂土土質(zhì) 10cm 表土田間持水量，較 20cm、40cm 稍??；砂壤土、粘壤土、粘土40cm 深土層田間持水量最大，故墑情及旱情評價(jià)指標(biāo)的制定，在參考按照不同土壤質(zhì)地的同時(shí)也要考慮不同土層深度。

3 結(jié)論

1）不同土壤質(zhì)地滲透性能不同。砂壤土對降水過程十分敏感，特別是反映在淺層土壤的水分含量變化上。降水使得淺層土壤含水量急劇增大，遠(yuǎn)高于中層及深層土壤含水量變化；粘壤土各層對于降水反映均有不同，表層含水量增加最大，中層次之但仍較大，深層土壤含水量增加幅度較?。徽惩劣捎谄錆B透性較差，對降水反映最不敏感，各層土壤含水量在降水過程中增加緩慢。由此可見，對于土壤質(zhì)地組成主要成分來說，砂粒含量與土壤滲透性能呈正相關(guān)，且達(dá)到顯著水平，土壤中砂粒含量越高，越有利于水分的滲透，表現(xiàn)為入滲速度快、滲透深度深；粘粒含量及特性剛好與之相反。

2）不同土壤質(zhì)地飽和退水時(shí)長不同。砂壤土在降水結(jié)束初期，淺層土壤含水量衰退過程十分明顯，在降水結(jié)束后 3d，含水量即減小到與其他層相似，從而達(dá)到田間持水量值；粘壤土在降水結(jié)束后 3d，淺層及中層土壤含水量衰退較快，3～4d時(shí)，含水量仍有一個(gè)緩和衰退過程，第 4d 以后各層土壤含水量趨于穩(wěn)定達(dá)到田間持水量；粘土由于其孔隙度小、透水透氣能力差，退水時(shí)間最長，至少需要 5d才能達(dá)到穩(wěn)定值即田間持水量。不同土壤質(zhì)地排除重力水所需時(shí)長，見表 3。

表3 不同土壤質(zhì)地排除重力水所需排水歷時(shí)表

3）不同土壤質(zhì)地田間持水量不同。通過實(shí)驗(yàn)比對可以看出，土壤顆粒越細(xì)，其表面積越大，壘結(jié)起來之后形成的空隙也就越小，對水的吸持能力就越大，田間持水量相對較高，砂土、砂壤土、壤土、粘壤土、粘土田間持水量依次增大。

［1］吉林省墑情監(jiān)測中心.鄒文安，姜波，張薇等.吉林省墑情評價(jià)指標(biāo)實(shí)驗(yàn)及旱情分析技術(shù)研究項(xiàng)目報(bào)告［R］.2011.

［2］SL424-2008，旱情等級標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］彭世琪，鐘永紅.農(nóng)田土壤墑情監(jiān)測技術(shù)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008.

［4］章樹安，王愛華，等.旱情監(jiān)測與評價(jià)進(jìn)展研究與思考［J］.水文，2010,30(3)：15-20.

［5］王振龍，高建峰.實(shí)用土壤墑情監(jiān)測預(yù)報(bào)技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2006.

［6］趙應(yīng)同，王景秀等.過程降水與土壤水滲透深度實(shí)驗(yàn)分析［J］.山西氣象，2003(4)：19-21.

［7］楊文娟，潘云波等.降水滲透深度的計(jì)算方法［J］.黑龍江水利科技，2008,36(2)：61-63.

表 3 哈爾濱站大水年洪峰組成表（豐滿、白山水庫還原后）

[收稿日期]2014-01-10

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1002－0624（2014）05－0065－03

2013-11-14