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。
1.1 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。
2.1 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。
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。
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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
S157
B
1002-0624(2014)05-0065-03
2013-11-14