鄒文安，呂守貴（.吉林省墑情監(jiān)測中心，30033，長春；.吉林省水文水資源局通化分局，34000，通化）

田間持水量測定成果合理性分析

鄒文安1，呂守貴2
（1.吉林省墑情監(jiān)測中心，130033，長春；2.吉林省水文水資源局通化分局，134000，通化）

田間持水量是土壤排除重力水后的最大土壤含水量，是對作物有效的最高土壤水含量，也是進行土壤墑情評價的重要依據(jù)。由于田間持水量測定方法、測定條件等的不同，導致測定結(jié)果也不盡相同，為此對田間持水量測定成果進行合理性分析非常必要。從測定方法、測定條件、土壤質(zhì)地、退水過程、墑情評價等方面，闡述了墑情站點的田間持水量測定成果合理性分析過程，為土壤田間持水量測定、成果分析驗證、墑情評價、旱情分析等提供借鑒和參考。

墑情站點；田間持水量；測定成果；分析

田間持水量是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)過一定時間，排除重力水后，土壤剖面所能維持較穩(wěn)定的土壤水含量。田間持水量是土壤水分常數(shù)之一，是各墑情站點必測的本底數(shù)據(jù)，是計算土壤相對濕度（土壤重量含水量與田間持水量的比值，下同）的重要依據(jù)，是開展墑情評價、旱情分析不可缺少的基礎信息。

一、測定方法

田間持水量測定方法較多，常見的有環(huán)刀法、圍框淹灌法和天然降水法等。

環(huán)刀法是利用環(huán)刀在測定地塊上采集原狀土樣帶回室內(nèi)，放置在裝有水的平底容器中，使土樣含水量達到飽和，置于風干土或石英砂上，排出重力水后，利用人工取土烘干法測定的土壤重量含水量即為田間持水量。該法屬實驗室法測定，操作簡單，成本低。不足之處主要是測定環(huán)境與實際不符。該法適用于多站點田間持水量的批量集中測定。

圍框淹灌法即小區(qū)灌水法，在代表性地塊內(nèi)建立測定區(qū)，通過設置不透水圍框、人工灌水、地膜覆蓋等一系列人工干預技術手段，使圍框內(nèi)土壤含水量達到飽和，自然排出重力水后，測取土壤最大毛管懸著水量，此時的土壤重量含水量即為土壤田間持水量。該法在田間測定，測定結(jié)果可靠。不足之處主要是測定周期長、成本高。該法適用于墑情站田間持水量的精準測定。

天然降水法即飽和雨后測定法，當大氣降水使測定地塊土壤水分含量達到飽和時，連續(xù)監(jiān)測土壤水分衰退過程，排除多余重力水后的土壤重量含水量即為田間持水量。該法在田間測定，測定結(jié)果可靠。不足之處主要是該法測定周期長、降雨條件高（量級大、歷時長）。該法適用于墑情站田間持水量的校對或精準測定。

二、測定條件

野外進行田間持水量測定時，應滿足以下條件：①測定地塊土壤質(zhì)地、農(nóng)作物種類及種植結(jié)構、地形地貌應具有代表性，宜選取旱象較敏感、日常墑情采集點處測定；②測定地塊地下水埋深不宜過高，雨水浸潤線應高于地下水水位0.5m以上；③測定區(qū)為原狀性土壤，土質(zhì)均勻；④測定區(qū)土壤含水量需達到飽和，土壤表面應覆蓋塑料布和草墊子等，防止土壤水分蒸散發(fā)；⑤需測定土壤退水過程，從飽和含水量開始，直至田間持水量出現(xiàn)；⑥土壤含水量應采用人工烘干法測定，土樣采集孔不得重復使用。

三、合理性分析

1.土壤質(zhì)地

田間持水量的大小與土壤質(zhì)地有關。土壤顆粒越細，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。盡管不同土壤質(zhì)地對應田間持水量有所不同，但田間持水量量級分布與土壤質(zhì)地仍有一定規(guī)律可遵循。通常情況下，砂土、壤土、黏土對應的田間持水量依次增大，見表1。

利用土壤質(zhì)地進行田間持水量測定成果合理性分析時，土壤質(zhì)地劃分十分關鍵。首先應判斷測定地塊土壤質(zhì)地屬性，根據(jù)土壤質(zhì)地屬性來分析測定成果是否合理，即砂土田間持水量應為5％～12％，壤土田間持水量應為14％～28％，黏土則應大于25％。當土壤質(zhì)地劃分不合理時，會導致測定成果系統(tǒng)偏差，此時應調(diào)整土壤質(zhì)地的分組。如砂壤土應劃為壤土，田間持水量為14％～20％，如果將砂壤土劃分為砂土，會出現(xiàn)測定成果系統(tǒng)偏大。其次，對于同一種土壤質(zhì)地來講，當砂粒所占比例越大，對應田間持水量較??；反之，田間持水量則較大。對于砂土來講，粗砂土（砂粒含量大于90％）田間持水量應為5％～8％，細砂土、面砂土（砂粒含量為80％～90％）為8％～12％。

此外，田間持水量測定結(jié)果與土壤質(zhì)地垂向分布有一定的關系。當測定點垂向土壤為均勻質(zhì)地時，各土層的田間持水量測定結(jié)果應接近；如果不均勻，各土層的田間持水量會有不同，應計算垂向平均田間持水量作為測定結(jié)果。

2.退水過程

土壤水儲存和運移在包氣帶土壤中。在土壤的耕作層，土壤水的補給主要是降水和灌溉水，毛細管上升水在地下水埋深大時所占比重極小，一般不予考慮。田間土壤水的運動，一般視為一維運動，即向下入滲或向上蒸散發(fā)。當土壤達到田間持水量后，蒸散發(fā)是土壤水消退的主要途徑。當表層土壤含水量超過田間持水量后，便形成了重力水迅速向下運移補給深層土壤水或形成地下水，同時表層土壤水的蒸散發(fā)隨時發(fā)生，形成土壤水的退水過程。

在野外進行田間持水量測定時，需在測定區(qū)四周設置鐵皮圍框、覆蓋塑料薄膜和草墊子，防止土壤水橫向運移和向上蒸散發(fā)，土壤水的運動僅是重力水向下運移，運移穩(wěn)定時（排除重力水）即為該土壤的田間持水量。由于土壤顆粒組成（土壤質(zhì)地）的不同，土壤結(jié)構也會有較大差距，對土壤水運移也有一定影響。砂土的顆粒粗，中小孔隙多，透水性能強，土壤水運移速度快，退水迅速，達到穩(wěn)定時間也快（田間持水量出現(xiàn)時間）。黏土的顆粒小，土壤孔隙細密，吸水、保水性能就越強，土壤水運移速度慢，退水緩慢，達到穩(wěn)定時間也慢。壤土的退水速度、達到穩(wěn)定時間介于砂土和黏土之間。

通常情況下，土壤水達到穩(wěn)定時即田間持水量出現(xiàn)時間是在土壤水快速消退后會出現(xiàn)一個短暫的穩(wěn)定階段（相鄰測次土壤含水量較為接近），穩(wěn)定階段會持續(xù)數(shù)小時或1～2天，隨后又會出現(xiàn)土壤水緩慢消退階段。從飽和土壤含水量退水起算，砂土田間持水量出現(xiàn)時間不超過1天，土壤水穩(wěn)定（土壤水分處于田間持水量階段）持續(xù)時長約幾個小時；壤土為1～2天，穩(wěn)定持續(xù)時長不超過24小時；黏土為2～3天，穩(wěn)定持續(xù)時長1～2天。

為了準確掌握土壤水消退過程，宜對測定點的土壤含水量進行連續(xù)監(jiān)測，并點繪土壤水退水過程線，以便合理分析確定田間持水量出現(xiàn)時間。當土壤水分處于飽和或高含量時，土壤退水速度快，應加密測次。后期退水速度慢，可適當減少測次。從飽和土壤含水量退水起算，第1日，砂土2～3小時監(jiān)測一次，壤土3～6小時監(jiān)測一次，黏土6小時監(jiān)測一次；第2日，每6小時監(jiān)測一次；第3日及以后，每日不少于一次，連續(xù)監(jiān)測5～7天。

表1　不同質(zhì)地土壤水分常數(shù)參考值

3.墑情評價

墑情評價是檢驗田間持水量合理性的有效手段。方法是：利用測定的田間持水量成果對歷史旱情、實時旱情進行評價，研判評價結(jié)果是否符合實際。也就是通過分析土壤相對濕度（土壤重量含水量與田間持水量的比值）與實際旱情（分為輕旱、中旱、重旱、特旱）是否一致來驗證其合理性。當測定的田間持水量合理時，輕旱對應的土壤相對濕度為50％～60％，中旱對應的土壤相對濕度為40％～50％，重旱對應的土壤相對濕度為30％～40％，特旱對應的土壤相對濕度小于30％。土壤相對濕度與旱情等級對應關系見表2。

表2　土壤相對濕度與旱情等級關系表

為了確保旱情等級評判結(jié)果科學合理，當某地出現(xiàn)旱情時，需要到現(xiàn)場進行旱情調(diào)查，實地查勘作物生長情況、土壤水分狀況、表層干土厚等，現(xiàn)場評判旱情等級，與墑情評價結(jié)果進行比較，進而驗證田間持水量的合理性。同時，該站的降水距平、連續(xù)無雨日數(shù)也可以作為旱情等級評判指標，連同主要作物水分狀況、主要作物生長情況和干土厚等因素綜合分析確定旱情等級。如果該站多數(shù)測次墑情評價合理（土壤相對濕度與旱情等級吻合），說明田間持水量測定成果合理；如果該站多數(shù)測次不合理或長期不合理，且存在系統(tǒng)偏大或偏小現(xiàn)象，說明田間持水量測定成果不合理，需重新測定。

需要注意的是，某墑情站監(jiān)測地塊種植的農(nóng)作物是變化的，不同農(nóng)作物的旱情等級與土壤相對濕度對應關系（抗旱能力）是不一致的，谷子、甘薯、花生等抗旱能力強，小麥、油菜、旱作水稻、馬鈴薯等抗旱能力弱。此外，同一種農(nóng)作物不同生長期的同一旱情等級與土壤相對濕度對應關系也是變化的。玉米在播種出苗期、孕穗期（抽雄期）土壤水分含量要求高，抗旱能力弱，同一土壤相對濕度對應墑情等級高；在苗期、灌漿期（成熟期）土壤水分含量要求低，抗旱能力稍強，同一土壤相對濕度對應墑情等級低（見表3）。

為此，利用墑情評價檢驗田間持水量合理性時，除考慮監(jiān)測地塊土壤質(zhì)地外，還需考慮監(jiān)測地塊種植的農(nóng)作物及生長期，兼顧其他旱情評判指標評價結(jié)果，因地制宜，綜合檢驗旱情等級與土壤相對濕度對應關系，防止用單一要素片面地分析驗證。

表3　玉米各生育期墑情評價指標表

四、討論及結(jié)論

①田間持水量長期以來被認為是土壤所能穩(wěn)定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持懸著水的最大量，是對作物有效的最高土壤含水量，常作為計算灌水定額和墑情評價的指標。但它是一個理想化的概念，嚴格說不是一個固定不變的土壤水分常數(shù)。雖然在田間、實驗室可以測定，且隨著測定方法、測定條件的不同，以及土壤結(jié)構、地下水埋深和土壤中有機物的變化，會有一定的出入。為此，在測定田間持水量時，宜選用多種方法、不同季節(jié)定期復測，嚴格按照測定條件進行對比分析確定。

②田間持水量測定成果合理性需要進行墑情評價來檢驗，根據(jù)工作實際科學合理選用墑情評價技術標準十分關鍵。《旱情等級標準》（SL 424—2008）是以土壤為評價對象，以土壤相對濕度為評價依據(jù)的技術標準，適合尚未播種地塊或白地的土壤墑情評價。《土壤墑情評價指標》（SL 568—2012）是以17種農(nóng)作物、不同生育期為評價對象，以土壤相對濕度為評價依據(jù)的技術標準，適合具體農(nóng)作物的墑情評價。由于兩個技術標準墑情評價對象不一致，評價結(jié)果也有出入，個別墑情評價相差一個等級，但評價結(jié)果總體趨勢是一致的。應用時，應考慮監(jiān)測地塊的實時農(nóng)情，有選擇地使用墑情評價技術標準。

田間持水量合理性檢驗離不開生產(chǎn)實踐，應結(jié)合墑情評價、旱情調(diào)查和其他旱情評判指標評價結(jié)果進行綜合分析驗證。■

［1］鄒文安，等.土壤水分常數(shù)的測定［J］.水文，2015（4）.

［2］陳曉燕，等.全國土壤田間持水量分布探討［J］.水利水電技術，2004（9）.

責任編輯韋鳳年

Rationality analysis of measurement results of on-farm water-holding capacity//

Zou Wenan，Lyu Shougui

On-farm water holding capacity is the maximum soil moisture content excluding gravity water and also the basis for evaluating moisture condition of soil as it is most effective for crops.However，the results vary due to the differences between methods of measuring on-farm water holding capacity and conditions.Therefore，evaluation on measurement results is crucial for understanding its rationality.An introduction is made on the process of evaluating results from soil moisture condition stations in terms of methodology，condition，soil texture，returned water and moisture condition evaluation.The analysis is valuable for measuring on-farm water holding capacity，verification of result analysis，moisture condition assessment and drought condition analysis.

moisture condition station；on-farm water-holding capacity；measurement result；analysis

S152.7

B

1000-1123（2016）11-0055-03

2016－04－19

鄒文安，副主任，教授級高級工程師，主要從事墑情監(jiān)測、墑情評價研究。