王金帥

(河北省廊坊水文水資源勘測(cè)局，河北 廊坊 065000)

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廊坊市國(guó)家報(bào)旱站田間持水量測(cè)定及成果分析

王金帥

(河北省廊坊水文水資源勘測(cè)局，河北 廊坊 065000)

隨著近幾年華北地區(qū)旱災(zāi)發(fā)生的頻率增加，旱情監(jiān)測(cè)工作已經(jīng)成為各地抗旱工作的主要數(shù)據(jù)依據(jù)。但廊坊市國(guó)家級(jí)報(bào)旱站各站點(diǎn)的田間持水量均暫時(shí)借用農(nóng)業(yè)科技部門上世紀(jì)90年代的少數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使得土壤旱情的監(jiān)測(cè)和計(jì)算結(jié)果均存在一定誤差。為了確保旱情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，廊坊水文局開展了田間持水量測(cè)定工作，通過(guò)測(cè)定得到更為準(zhǔn)確的田間持水量數(shù)據(jù)，為今后進(jìn)一步搞好旱情報(bào)旱工作提供良好的數(shù)據(jù)支撐。

旱情；田間持水量；合理性分析

自2001年河北省開展旱情監(jiān)測(cè)工作以來(lái)，廊坊水文局在全市范圍內(nèi)共設(shè)立旱情監(jiān)測(cè)站10處，為全市抗旱指揮決策提供信息依據(jù)。各旱情監(jiān)測(cè)站均采用烘干稱重法測(cè)量土壤含水率及相對(duì)濕度。但各站點(diǎn)的田間持水量采用值受到資金、技術(shù)等多方面影響，均暫時(shí)借用農(nóng)業(yè)科技部門上世紀(jì)90年代的少數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使得土壤旱情的監(jiān)測(cè)和計(jì)算結(jié)果均存在一定誤差。2015年10月，根據(jù)水利部水文局《關(guān)于加強(qiáng)人工墑情信息報(bào)送工作的通知》(水文情[2015]92號(hào))要求，河北省水文局組織開展了全省81處國(guó)家級(jí)報(bào)旱站的田間持水量測(cè)定工作。借此契機(jī)廊坊水文局開展了全部5處國(guó)家級(jí)報(bào)旱站田間持水量測(cè)定實(shí)驗(yàn)工作，為今后進(jìn)一步搞好旱情報(bào)旱工作提供數(shù)據(jù)支撐。

1　實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及目的

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：環(huán)刀法測(cè)定田間持水量。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1)通過(guò)測(cè)定得到較為準(zhǔn)確的各報(bào)汛地塊田間持水量數(shù)據(jù)值。(2)通過(guò)歷史資料，對(duì)測(cè)定值和現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比及合理性分析。

2　實(shí)驗(yàn)時(shí)機(jī)的選擇、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)步驟

較理想的采樣時(shí)機(jī)是土壤處于半干半濕具有一定可塑性時(shí)。過(guò)濕潤(rùn)狀態(tài)的土壤在削平環(huán)刀刃口時(shí)會(huì)破壞土壤孔隙結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生“鏡面”效應(yīng)，導(dǎo)致浸泡時(shí)水分難以進(jìn)入；較干燥狀態(tài)的土壤在削平環(huán)刀刃口時(shí)會(huì)造成環(huán)刀內(nèi)土壤脫落，影響原狀土結(jié)構(gòu)。由于廊坊市2015年10月份降水較少，土壤較為干燥，為確保土樣采集工作順利進(jìn)行，在采集進(jìn)行的前三天，采樣人員驅(qū)車各采集地塊進(jìn)行澆灌，同時(shí)為了避免在大風(fēng)天氣下土壤中的水分蒸發(fā)過(guò)快，在地塊上方鋪設(shè)一平米塑料布，確保了土樣采集的順利進(jìn)行。

所采用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器分別有：環(huán)刀(容積100 cm3，φ50.46×50 mm，包含上、下蓋)、環(huán)刀柄、鐵鍬、錘子(橡膠或?qū)嵞?、厘米尺、整平尺、鋁盒、削土刀、切土刀、濾紙、膠帶或橡皮筋、盛水容器、石英砂(粒徑小于1 mm)、篩子(孔徑1 mm)、托盤、天平(量程0～500 g、感量0.01 g)、電熱恒溫干燥箱、干燥器、沙箱。

實(shí)驗(yàn)步驟：

(1)田間采樣：與日常旱情監(jiān)測(cè)地塊一致、土壤質(zhì)地均勻，在10 cm、20 cm、40 cm三個(gè)土層深度采樣，同一深度采集六個(gè)土樣；耕作層采取剖面開挖水平取土法。

(2)土樣吸水：將裝有原狀土樣的環(huán)刀放入鋪有砂子的平底盆中，向盆內(nèi)緩慢注入清水，水面低于環(huán)刀頂1～2 mm時(shí)停止注水(注意：千萬(wàn)不要淹沒(méi)環(huán)刀；浸泡過(guò)程中隨時(shí)向容器內(nèi)補(bǔ)水，保持水面低于環(huán)刀上沿1～2 mm不變)，環(huán)刀土樣浸水時(shí)間不少于24 h，確保土壤樣本浸泡均勻(砂土、壤土1 d，粘土2～3 d)。

(3)土樣退水及稱重：將飽和土樣放入沙箱，按一定時(shí)間間隔進(jìn)行稱重，直至相鄰測(cè)次質(zhì)量相差小于0.5 g為止。退水時(shí)間砂土1～2 d，壤土2～3 d，粘土3～7 d。在此過(guò)程中，外置水箱水深始終保持在10 cm。

(4)濕土切碎后稱重后烘干，烘箱溫度應(yīng)設(shè)置在105℃±2℃，時(shí)間為12 h，冷卻稱重。

(5)計(jì)算田間持水量：算術(shù)平均計(jì)算每層平均土壤田間持水量，土層深度加權(quán)平均計(jì)算垂線平均土壤田間持水量。

3　結(jié)果計(jì)算

1)土壤容重按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：γ0為干容重，單位為克每立方厘米(g/cm3)； wg為干土質(zhì)量，單位為克(g)；V為原狀土樣體積即環(huán)刀體積，單位為每立方厘米(cm3)。

2)單站每層平均田間持水量計(jì)算：每層深度采集的3個(gè)土樣土壤重量含水量監(jiān)測(cè)結(jié)果最大值與最小值之差的絕對(duì)值應(yīng)小于1.5%，則取3個(gè)的均值；若絕對(duì)值大于1.5%，且中間值與最大、最小值之差絕對(duì)值小于等于1.0%，則取中間值；否則，土樣不具有代表性，應(yīng)重新采樣。

3)單站每層平均干容重計(jì)算：按照計(jì)算田間持水量所選擇的3個(gè)土樣對(duì)應(yīng)的干容重，采用算術(shù)平均計(jì)算。

4)單站平均田間持水量、干容重計(jì)算按照《土壤田間持水量測(cè)定技術(shù)規(guī)程》式(2)計(jì)算：如下

(2)

θ10、θ20、θ40分別為10 cm、20 cm、40 cm采集深度的平均土壤田間持水量、干容重。

4　實(shí)驗(yàn)成果

4.1退水曲線

將飽和土樣放入沙箱進(jìn)行退水，每3 h稱重一次并持續(xù)24 h，而后每6 h稱重一次并持續(xù)24 h，然后每12 h稱重一次，直至相鄰測(cè)次質(zhì)量相差小于0.5 g為止。得到土樣退水過(guò)程后繪制退水曲線。如下圖為西灘里站20 cm深度各土樣退水曲線(見圖1)。

所得各個(gè)地塊及土層退水曲線均類似上圖，退水開始階段，水分流失較快，曲線變化較為明顯，至后期基本無(wú)明顯變化，可確定土樣達(dá)到田持狀態(tài)。

4.2實(shí)驗(yàn)成果

實(shí)驗(yàn)成果見表1。

表1　廊坊市土壤田間持水量測(cè)定成果表

由表中可以看出，各地塊每個(gè)土層所選取的3個(gè)土樣測(cè)定的田間持水量值之間的誤差較小，測(cè)定值比較具有代表性。

圖1　西灘里站20 cm土樣退水曲線圖

4.3成果合理性分析

本次測(cè)定的各地塊田間持水量與現(xiàn)狀田間持水量存在著一定誤差，但本次測(cè)量各步驟較為規(guī)范，同時(shí)測(cè)量結(jié)果之間存在的誤差較小，可通過(guò)土壤性質(zhì)、歷史資料代入等方法分析本次測(cè)量結(jié)果的合理性。

田間持水量測(cè)定結(jié)果對(duì)比評(píng)價(jià)表見表2。

表2　田間持水量測(cè)定結(jié)果對(duì)比評(píng)價(jià)表

4.3.1土壤性質(zhì)

通過(guò)旱情考證資料分析，西灘里站土壤性質(zhì)為粘土；王文站土壤性質(zhì)雖然是壤土，但部分土層含有粘土性質(zhì)；永清站及大廠站部分土層含有沙土性質(zhì)。根據(jù)土壤的物理性質(zhì)，顆粒越細(xì)，其表面積越大，壘結(jié)后形成的空隙也就越小，對(duì)水的吸持能力就越大，田間持水量相對(duì)較高，也就是砂土、壤土、粘土田間持水量依次增大。一般情況下，砂土田間持水量為14%～20%，壤土為20%～28%，粘土為25%以上。而本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果恰恰符合本原理：粘土性質(zhì)的西灘里站(29.89%)大于部分土層含有粘土性質(zhì)的王文站(27.55%)，壤土性質(zhì)的史各莊站(24.35%)大于部分土層含有沙土性質(zhì)的大廠站(22.74%)及永清站(22.68%)。

4.3.2資料代入

(1)永清站2014年5月21日監(jiān)測(cè)資料：2014年5月21日我局對(duì)永清站水澆作物地塊進(jìn)行正常監(jiān)測(cè)，通過(guò)計(jì)算得出永清站10 cm、20 cm、40 cm土壤相對(duì)濕度分別為26.5%、24.3%、24.9%。由于本次監(jiān)測(cè)前期降水量較少，其中旬雨量?jī)H為8.5 mm，且降水天數(shù)為0 d，可知該站在本次監(jiān)測(cè)前10 d內(nèi)沒(méi)有一次降水超過(guò)3 mm，旬雨量中的8.5 mm分別為幾場(chǎng)零星降雨，加之5月中下旬日照較強(qiáng)及大風(fēng)天氣較多，蒸發(fā)量較大，降水不會(huì)對(duì)10 cm深度土層產(chǎn)生影響，但本次監(jiān)測(cè)結(jié)果10 cm深度土層相對(duì)濕度大于20及40 cm，顯然不太合理。

通過(guò)將2014年5月21日永清站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)代入此次田持實(shí)驗(yàn)所得的各土層田間持水量進(jìn)行重新計(jì)算，得出結(jié)果10 cm、20 cm、40 cm相對(duì)濕度分別為24.3%、31.0%、31.4%，顯然采用本次實(shí)驗(yàn)所得田持進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果更為合理。

(2) 史各莊站2015年9月11日監(jiān)測(cè)資料：2015年9月11日我局對(duì)史各莊站水澆白地地塊進(jìn)行正常監(jiān)測(cè)，通過(guò)計(jì)算得出史各莊站10 cm、20 cm、40 cm土壤相對(duì)濕度分別為53.6%、59.0%、62.8%，地塊平均相對(duì)濕度僅為58.5%，屬于土壤旱情輕微干旱。但本次監(jiān)測(cè)前期該站降水量充足，旬降水量達(dá)到47.6 mm，僅9月5日單日降水量就達(dá)到了40.8 mm，6～11日降水量6.8 mm，對(duì)于本次監(jiān)測(cè)出現(xiàn)該地塊輕微干旱的數(shù)據(jù)不太合理。

通過(guò)將2015年9月11日史各莊站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)代入此次田持實(shí)驗(yàn)所得的各土層田間持水量進(jìn)行重新計(jì)算，得出結(jié)果10 cm、20 cm、40 cm相對(duì)濕度分別為52.6%、63.1%、71.1%，地塊平均相對(duì)濕度為62.3%，該地塊屬于旱情良好。顯然采用本次實(shí)驗(yàn)所得田持進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果更為合理。

5　結(jié)語(yǔ)

本次測(cè)定的田持結(jié)果與現(xiàn)狀田持之間存在一定誤差，但本次測(cè)定各步驟均嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范執(zhí)行，測(cè)定結(jié)果之間誤差較小，同時(shí)現(xiàn)狀田持均為借用農(nóng)業(yè)科技部門上世紀(jì)90年代的少數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，且通過(guò)合理性分析可以確定：本次田間持水量實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果較為準(zhǔn)確，能夠?yàn)閲?guó)家旱情監(jiān)測(cè)提供更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

2016-03-14

王金帥(1984-)，男，河北省廊坊人，工程師，主要從事水文水資源工作。

S28

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1004-1184(2016)05-0025-02