馬 博

（安徽省宿州水文水資源局,安徽 宿州 234000）

宿州市、淮北市地處淮北平原屬于旱災易發(fā)區(qū),區(qū)域內降水時空分布不均,干旱頻繁發(fā)生。根據(jù)資料,自1951年至今,平均每隔1.7年出現(xiàn)一次干旱,素有“三年兩旱”的說法,對農業(yè)、工業(yè)、生態(tài)、居民生活等社會各個方面都造成了很大影響,對區(qū)域社會經(jīng)濟的持久穩(wěn)定發(fā)展造成了極大阻礙。

田間持水量指土壤毛細管懸著水達到最大時的持水量,代表土壤持納水分能力的重要指標,是進行墑情分析評價和旱情評價指標的重要參數(shù)。沙箱法測定田間持水量具有操作簡單,成本低、效率高等優(yōu)點,在實際工作中應用較為廣泛。本次實驗選取宿州市、淮北市3 種典型土壤18 處墑情監(jiān)測站點為研究對象,采用沙箱法開展田間持水量測定工作,同時圍繞最終測定出的成果予以應用,其目的是為了給抗旱減災提供有利技術支持。

1 沙箱法測定田間持水量實驗步驟及注意事項

通過沙箱法進行測定,測定流程為首先進行田間取樣,然后進行土樣吸水,再次進行土樣退水和稱重,最后進行田間持水量計算。

田間采樣：選定代表性的測定地塊,挖掘土壤剖面,用環(huán)刀采集10 cm、20 cm、40 cm 的原狀土樣。采集的土樣樣本應盡量避免植物根莖和石塊,以免影響樣本的特性和質量。

土樣吸水：以環(huán)刀中的土樣作為樣本,將其用水浸泡24 h 以上,如果土樣質地較為粘重,那么可以增加放置時間,放置3 天～5 天,直到環(huán)刀內土壤中完全吸滿水。

土樣退水及稱重：將環(huán)刀中的土樣連同底部濾紙,放置于室內沙箱中,用重物將環(huán)刀壓實蓋上沙箱蓋保持一定時間,見圖2,為了確定每種土樣在沙箱中所需保持的時間,每個測樣點第一次監(jiān)測第一天每隔3 h 稱重一次,第二天每隔6h 稱重一次,第三天后每隔12 h 稱重一次,直至相鄰兩次稱重相差小于0.2 g 為止,此時環(huán)刀中土壤的水分達到了平衡。

圖1 沙箱法測定土壤田間持水量示意圖

圖2 徐樓閘站10 cm 土層環(huán)刀法土樣退水過程線

圖3 徐樓閘站20 cm 土層環(huán)刀法土樣退水過程線

烘干土樣及計算田間持水量：將上述稱量過后的土樣放入烘箱中在恒溫下（烘干溫度105℃±2℃）烘干至恒定質量,稱量烘干后土樣的質量,計算田間持水量和土壤干容重。

2 測定結果分析

在這次實驗過程中,以18 個典型地塊為樣本,并針對這些地塊進行實驗測定,測定過程中,每個地塊各采樣3 次,共計采樣54 次,采樣樣本486 個,試驗結果見表1。

表1 宿州市、淮北市土壤田間持水量測定成果表

2.1 不同質地土壤的水分吸收及退水時間存在差異

土壤吸水：不同質地的土樣對水分的吸收時間存在明顯的差別,比如沙土質地的土壤吸水時間為1 天,壤土質地的土壤吸水時間為1 天～3 天,黏土質地的土壤吸水時間為3 天～7 天。在相同土質條件下,不同土層的土壤吸收水分達到田間持水量的時間也存在著一定的差別。徐樓閘站的土壤屬于典型的黏土質地,表面10 cm 的土壤樣本吸水達到田間持水量的時間是72 小時,40 cm 深的土壤樣品吸水時間為120 小時。

土壤退水：以徐樓閘站為例,在三個平行的土壤樣品上,分別畫出10 cm、20 cm 和40 cm 的土樣退水過程圖,見圖2～圖4。通過圖2～圖4 的退水曲線圖可以看出,當該站的土壤含水量達到飽和后,土壤含水量在3 個小時之內就會快速消退,隨后又會變慢。等到兩天以后,土壤含水量的退水過程會逐漸趨于平穩(wěn),再之后便會逐漸放緩,退水過程會很慢,12 個小時后,土壤含水量的重量變化不大于0.2 g,基本滿足了退水精度要求。

圖4 徐樓閘站40 cm 土層環(huán)刀法土樣退水過程線

通過對試驗觀測到的土壤含水率的變化曲線進行分析,得出了土壤水分的消退規(guī)律：在土壤含水率達到飽和狀態(tài)后,受重力作用,土壤水分快速排出,到達田間持水量后,進入了一個穩(wěn)定的平衡期。

2.2 土壤干容重和田間持水量呈負相關關系

以宿縣閘站、玄妙站、徐樓閘站為例,繪制土壤干容重和田間持水量關系圖,見圖5,從圖中可以看出,隨著土壤干容重的增加,田間持水量就會逐漸減少。試驗結果表明,隨著土壤干容重的增大,土壤單粒、復粒、團粒的結合程度和孔隙率也會有所減小,同時田間持水量也會降低；相反,當土壤干容重變得越來越小時,土壤的粒徑結合較疏松,孔隙率較大,那么這時田間持水量也會較多。

圖5 土壤干容重和田間持水量關系圖

2.3 不同土壤質地田間持水量不同

總體上,砂土質地的土壤,其持水量小于壤土質地的土壤,而壤土質地的土壤,其持水量又小于黏土質量的土壤,因此這三種不同土壤質地的田間,其持水量也會有很大差異。實驗過程中,本文以徐樓閘站、宿縣閘站、玄廟站的土壤作為研究對象,其中徐樓閘站的土壤質地為黏土,其田間持水量為29.6%；宿縣閘站的土壤質地為壤土,其田間持水量為28.1%；玄廟站的土壤質地為砂土,其田間持水量為25.9%；試驗結果表明：砂地土壤持水量約為26%,壤土持水量為26%～29%,黏土持水量為26%。

2.4 相同地塊相同土質的田間,其持水量數(shù)值也會存在差異

同一地塊同一土壤不同土層田間持水量數(shù)值不同。以張莊寨站為例,10 cm 土層田間持水量為27.1%,20 cm 土層田間持水量為26.2%,40 cm 土層田間持水量為29.5%。所以在制定抗旱減災及旱情預測指標時,除了要考慮土壤質地和類型以外,還要考慮不同土層深度。

3 成果應用檢驗

為檢驗沙箱法測定田間持水量成果的可靠性和合理性,本次實驗選取宿縣閘和楊樓兩站2022年3 月～7 月實測的土壤含水量及實際發(fā)生的旱情狀況進行驗證,見表2～表3。

表2 宿縣閘2022年3 月～7 月作物受旱程度調查與評價成果對照表

表3 楊樓2022年3 月～7 月作物受旱程度調查與評價成果對照表

國家水利部制定的《土壤墑情評價指標》標準,是一個在基于土壤相對濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎上,以此為依據(jù),來判定農作物墑情情況的一項技術標準。作物受旱的程度,是根據(jù)土壤的相對濕度來測定,分為輕度干旱、中度干旱、嚴重干旱和特大干旱四個不同級別。

根據(jù)宿縣閘、楊樓兩站實際調查旱情狀況與《土壤墑情評價指標》計算評價的旱情狀況對照,本文應用該試驗的結果,對兩個地區(qū)的干旱指數(shù)進行了評價,除了“適宜濕度”和“輕度受旱”兩個指標無法完全反映出作物的真實水分狀況之外,其它指標的判斷與實際情況基本吻合,因為“適宜濕度”和“輕度受早”指標在理論上和實踐中基本上都很難判斷和測定準確。

4 結論

沙箱法測定宿州市、淮北市3 種典型土壤18 處代表地塊土壤田間持水量,并對測定的成果加以應用檢驗,取得較為滿意的結果,但受土壤樣品的唯一性、排水時長、儀器設備、技術處理等影響,實驗成果的精度會受到一定影響。今后還需開展不同季節(jié)、不同測定方法田間持水量實驗研究,對本次實驗結果對比驗證,確保田間持水量測定的精準性,為兩市的旱災的防治和預測提供了有力的技術支持。