□郝金梅

田間持水量是指在地下水較深和排水良好的土地上降水或充分灌水后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，土壤所能維持的較穩(wěn)定的土壤含水量。田間持水量測(cè)定與干旱分析，方便我們了解土壤水分和干旱變化，田間持水量測(cè)定的數(shù)值反映土壤保水能力大小，對(duì)田間持水量數(shù)據(jù)和干旱的研究，可以為抗旱對(duì)策的制定提供依據(jù)，可以為早期減災(zāi)、安全生產(chǎn)和科學(xué)耕作提供依據(jù)，可以為農(nóng)業(yè)水資源利用效益評(píng)價(jià)提供幫助，為篩選高效農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)、提高水資源利用效率、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)，對(duì)于我們的工作有一定指導(dǎo)意義。

1.土壤結(jié)構(gòu)與水分常數(shù)

1.1 土壤剖面

土壤剖面一般指從地表面層垂直向下，縱向挖掘截至出現(xiàn)變化較小的基巖或母質(zhì)，其厚度在2m左右，土壤在其運(yùn)動(dòng)發(fā)展形成的過(guò)程中，會(huì)呈現(xiàn)出一定的層次。土壤剖面包含3個(gè)典型層次：從地表開(kāi)始的第1層被稱(chēng)作淋溶層或表土層，該層土壤一般較為疏松且富含腐殖物質(zhì)；第2層土壤質(zhì)地較為緊實(shí)黏稠，被稱(chēng)作淀積層或心土層；第3層被稱(chēng)作底土層，結(jié)構(gòu)主要以成土母質(zhì)為主；另外，3個(gè)典型土壤層次還可分為若干亞土層。從土壤剖面的相關(guān)特征可以看出土壤的性狀、形成過(guò)程和結(jié)構(gòu)性質(zhì)，這為選取合適的排灌方法改良土壤特性提供了科學(xué)依據(jù)。

1.2 土壤孔隙

土壤孔隙指土壤中的間隙和孔道，常用大小和數(shù)量（孔隙率）表達(dá)。按大小可將土壤孔隙分為：大孔隙，又名非毛管孔隙或通氣孔隙，可進(jìn)行通氣、排水；中孔隙，對(duì)毛管水的導(dǎo)水性好；小孔隙，毛管水在其內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速率慢。土壤孔隙的決定條件主要有：機(jī)質(zhì)含量、土壤質(zhì)地、土質(zhì)團(tuán)粒化程度、水分含量等。

1.3 土壤水分常數(shù)

土壤中含水量大小、土壤水分性質(zhì)、土壤能量狀態(tài)與農(nóng)作物生長(zhǎng)的關(guān)系可以用土壤水分常數(shù)來(lái)表述，具體有：田間持水量、毛管破裂含水量、吸濕系數(shù)、飽和含水量等，用含水量、吸力值來(lái)表示土壤水分狀況最為普遍。不同的土質(zhì)環(huán)境下，相關(guān)土壤狀況表示數(shù)值差別較大，比如粉黏土的田間持水量高達(dá)23.8%，而細(xì)砂土則只有4.5%。

2.田間持水量測(cè)定實(shí)驗(yàn)方法

2.1 天然降水法

天然降水法常用于野外田間持水量的測(cè)定，該方法的顯著特點(diǎn)是：直接、簡(jiǎn)便、高效。其測(cè)定的數(shù)值反映的是天然降水使預(yù)測(cè)土層水分達(dá)到飽和時(shí)，去除重力水后的土壤含水量。

2.1.1 實(shí)驗(yàn)條件

采用該方法的前提條件：降水時(shí)長(zhǎng)、降水量滿足測(cè)量要求；選擇符合農(nóng)作物耕種、土壤地質(zhì)條件優(yōu)良的地塊作為實(shí)驗(yàn)地塊；實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)選擇在靠近水文站或墑情監(jiān)測(cè)站附近，監(jiān)測(cè)人員能迅速達(dá)到實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)；監(jiān)測(cè)地點(diǎn)要避開(kāi)植物根系發(fā)達(dá)土層，目的是減少測(cè)定數(shù)據(jù)因植物蒸騰作用影響；測(cè)定地點(diǎn)的地下水水位要適中。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)方法

表1 降水量級(jí)及降水歷時(shí)統(tǒng)計(jì)表

表2 2015年石家莊市各站點(diǎn)田間持水量測(cè)定成果表

選取多個(gè)有代表性的測(cè)定點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)地塊（實(shí)驗(yàn)地塊應(yīng)與墑情監(jiān)測(cè)站結(jié)合），制定降水量級(jí)表。對(duì)不同土壤質(zhì)地監(jiān)測(cè)點(diǎn)制定天然降水量級(jí)表，并制定天然降水法飽和土壤所需的降水量級(jí)及降水歷時(shí)，降水量級(jí)及降水歷時(shí)統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表1。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)地塊現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)及地膜覆蓋

當(dāng)實(shí)驗(yàn)地塊達(dá)到天然降水法測(cè)量所需的降水條件時(shí)，應(yīng)組織實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)人員對(duì)實(shí)驗(yàn)地塊進(jìn)行迅速的地膜覆蓋現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，避免再次降水和水分蒸發(fā)對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。

2.2 圍框淹灌法

選用圍框淹灌法時(shí)，需首先在代表性測(cè)量地塊中建立實(shí)驗(yàn)區(qū)圍框結(jié)構(gòu)，并確保實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)的農(nóng)作物耕種面積大于1.3m2，再對(duì)圍框?qū)嶒?yàn)區(qū)進(jìn)行地膜覆蓋、人工灌水、自然滲透操作，對(duì)最大毛管懸著水量進(jìn)行測(cè)量，該含水量數(shù)值即為土壤田間持水量。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)條件

選取當(dāng)?shù)氐湫娃r(nóng)作物生長(zhǎng)和典型土壤地質(zhì)的大田作為實(shí)驗(yàn)地塊，不宜選在地崗地；選擇方便給水的地區(qū)地塊進(jìn)行淹灌實(shí)驗(yàn)；對(duì)實(shí)驗(yàn)土壤進(jìn)行圍框?qū)嶒?yàn)時(shí)，保證水量的均勻入滲和足夠的實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)，切勿一次性灌注水分；保證圍框?qū)嶒?yàn)土體維持原狀，不得隨意踩壓、翻動(dòng)。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)區(qū)處理

實(shí)驗(yàn)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)面積為2×2m2，將鐵皮框楔入在實(shí)驗(yàn)區(qū)中心部位，框體標(biāo)準(zhǔn)面積為1×1m2，框體嵌入深度范圍為40~50cm；鐵皮框周?chē)迷寥捞顚?shí)，確保鐵皮框密實(shí)接觸土壤，從而保障灌注水分不流失。

2.2.3 灌水量計(jì)算

實(shí)驗(yàn)區(qū)灌水量計(jì)算的根據(jù)是土壤實(shí)時(shí)含水量和預(yù)測(cè)土層深度。土壤蓄水量計(jì)算，要在實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)附近區(qū)域選取土壤進(jìn)行土壤實(shí)時(shí)含水量和土壤干容重測(cè)定。

2.3 環(huán)刀法

環(huán)刀法又叫室內(nèi)測(cè)定法，通常是用環(huán)形刀具采集預(yù)測(cè)地塊原狀土壤。在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)土壤進(jìn)行排水、吸水、烘干后再進(jìn)行土壤田間持水量測(cè)定。

2.3.1 實(shí)驗(yàn)條件

土壤樣本應(yīng)選擇典型具有代表性的地塊土壤，保證土質(zhì)均勻和土壤質(zhì)地相同，采樣過(guò)程中防止石塊雜物等混入環(huán)形刀具內(nèi)；防止采樣過(guò)程中意外的發(fā)生，需準(zhǔn)備足夠量的環(huán)形刀具進(jìn)行多件采樣，備用土樣也應(yīng)保持完整性。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

取土樣：用鐵鏟先將田間采樣點(diǎn)土面處理平整，切取土樣過(guò)程中應(yīng)保持環(huán)形將刀刃端平穩(wěn)向下壓入采樣點(diǎn)土層中，將取土成功的環(huán)形刀刀刃一端墊上濾紙并加底蓋、另一端加頂蓋，將環(huán)刀外側(cè)土壤除盡，取少量同一土層散土一并帶回實(shí)驗(yàn)室。

土樣吸水：將土樣環(huán)形刀具底端向下置入水中，保證環(huán)刀頂蓋高于水面1～2mm，土樣浸水時(shí)間需大于24h，至土樣吸收達(dá)到水分飽狀態(tài)。

干土樣本制作：干土樣本的作用是用于吸收實(shí)驗(yàn)土樣的剩余水分。對(duì)帶回的實(shí)驗(yàn)地散土進(jìn)行風(fēng)干磨細(xì)處理，用孔徑1mm篩子篩選后裝入容器中，拍實(shí)處理后以備用于吸收土樣水分，也可用石英砂代替干土。

目前，我省大部分采用環(huán)刀法來(lái)測(cè)定田間持水量，2015年石家莊水文勘測(cè)研究中心對(duì)石家莊市7個(gè)站點(diǎn)測(cè)定的田間持水量成果見(jiàn)表2。

3.實(shí)驗(yàn)方法結(jié)果分析

天然降水量法測(cè)量的基本條件是自然降水量和降水歷時(shí)下達(dá)到土壤的飽和狀態(tài)，這種方法獲取的測(cè)定數(shù)據(jù)是最接近田間持水量實(shí)際數(shù)值的。因而，該方法具有顯著代表性、便捷性和準(zhǔn)確性，但實(shí)際測(cè)定的要求相對(duì)很高。不僅要求監(jiān)測(cè)人員對(duì)降水情況進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確把握，還要求監(jiān)測(cè)人員對(duì)降水條件迅速做出反應(yīng)，防止錯(cuò)過(guò)最佳監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

圍框淹灌法是通過(guò)人工淹灌手段模仿土壤的天然降水飽和狀態(tài)，再測(cè)定的田間持水量數(shù)值，該方法在操作中易出現(xiàn)諸多問(wèn)題，如灌注水分不均勻、水分滲透不充分和黏土淹灌困難等。

環(huán)刀法是唯一的實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)測(cè)定方法，該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是易操作、不受外界自然條件限制、測(cè)量實(shí)驗(yàn)成本低、測(cè)定數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，缺點(diǎn)是操作程序嚴(yán)格、測(cè)量步驟繁瑣、測(cè)量精度要求高、需要較多的輔助實(shí)驗(yàn)等。

4.結(jié)語(yǔ)

以上分析了土壤剖面及水分常數(shù)，介紹了田間持水量的測(cè)定方法。田間持水量是旱情評(píng)估的重要指標(biāo)，針對(duì)近年來(lái)北方地區(qū)的旱情，石家莊水文中心一直對(duì)轄區(qū)內(nèi)各站點(diǎn)土壤含水量變化進(jìn)行觀測(cè)，通過(guò)比較土壤含水量和田間持水量的關(guān)系來(lái)分析是否有旱情發(fā)生及旱災(zāi)程度，并及時(shí)上報(bào)給有關(guān)部門(mén)，提供決策依據(jù)。