不同土壤質地田間持水量實驗成果分析

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）

不同土壤質地田間持水量實驗成果分析

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）

文中應用不同田間持水量實驗方法，測定不同土壤質地的田間持水量，實驗證明，田間持水量與土壤質地、滲透性能及退水能力密切相關。應用這三種實驗方法均可準確測得田間持水量,為確定土壤灌溉量、土壤墑情和旱情評價指標提供依據。

田間持水量；實驗；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)，經過一定時間，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到一定數值）,常用來作為灌溉上限和計算灌水定額的指標，同時田間持水量也是確定墑情和旱情評價指標的重要參數。

國內田間持水量的測定方法一般分為野外測定法和室內實驗測定法，野外測定法包括天然降水法、圍框淹灌法（小區(qū)灌水法）等，室內實驗測定法包括環(huán)刀法（威爾科克斯法）、整段標本法、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地仍有差異）導致田間持水量成為一個理想化的概念，嚴格地說不是一個常數，雖在田間或室內實驗均可測定，卻不易再現(xiàn)，且測定值隨測定條件和排水時間而有較大的出入。

基于以上情況，為了找出不同實驗方法、不同土壤質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 種土壤質地，采用天然降水法、圍框淹灌法、環(huán)刀法三種方法實驗測定田間持水量及土壤水代謝過程，對測定成果進行分析，比較不同土壤質地田間持水量差異、土壤水分入滲、退墑差異等。

1 實驗方法

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，天然降水法是指當大氣降水達到一定量級使預測土層深度土壤水分含量達到飽和，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驗區(qū)，所選實驗區(qū)地塊作物耕作面積應超過1.33hm2，通過設置圍框、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)刀法也稱室內測定法，是用環(huán)刀在欲測地塊上采集原狀土帶回實驗室進行土樣吸水、排水、烘干測定土壤田間持水量的一種方法。

2 實驗成果分析

2.1 不同土壤入滲速度分析

通過圍框淹灌法實驗發(fā)現(xiàn)，澆灌不同土壤類型實驗地塊使相同深度土壤達到飽和所需時間不同，即土壤入滲速度不同，實驗成果如表 1。以瞻榆鎮(zhèn)實驗地塊及開安鎮(zhèn)實驗地塊為例，瞻榆鎮(zhèn)地塊屬于砂土質地，開安鎮(zhèn)地塊屬于粘土質地，分別澆灌計算的飽和 40cm 土深所需的用水量至完全滲透，瞻榆鎮(zhèn)地塊入滲累計用時 4h，開安鎮(zhèn)地塊入滲累計用時 6.5h。可見，不同土壤質地的水分入滲速度有著明顯差異，當水量足夠使 40cm 土壤達到飽和時，砂土、砂壤土所需入滲時長達到 4h即可，而粘土、粘壤土至少要超過 6h，壤土入滲時長則在兩者之間。可見砂土、壤土、粘土的入滲速度隨土壤質地的變化而變緩，飽和入滲時長則逐漸增加。

表 1 圍框淹灌法飽和土壤（40cm）灌水歷時統(tǒng)計表

2.2 不同土壤退水時長分析

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：當土壤含水量達到飽和后，在重力作用下，土壤水分迅速排泄，當達到田間持水量時，土壤水分存在一個穩(wěn)定期，這個穩(wěn)定期就是進行田間持水量監(jiān)測的最佳時期。穩(wěn)定期后土壤含水量又呈現(xiàn)出一個緩慢消退過程，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，應用天然降水法測定田間持水量時，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)刀法室內測定土壤干容重實驗發(fā)現(xiàn)：

1）不同土層深度土壤干容重不同。以農安縣華家鎮(zhèn)為例，取土深度為 10cm 時，測得土壤干容重為 1.52g/cm3；取土深度為 20cm 時，測得土壤干容重為 1.61g/cm3；取土深度為 40cm 時，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地存在差異。

2）土壤干容重與田間持水量呈負相關。通過實驗發(fā)現(xiàn)土壤干容重與田間持水量呈負相關，即土壤干容重越大，土壤越緊實，孔性越差，田間持水量越?。环粗扇葜卦叫?，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）不同土壤質地田間持水量不同。以農安縣華家鎮(zhèn)、伊通縣、通榆縣實驗站點為例，土壤質地分別為粘土、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)測點與農安縣郊外監(jiān)測點（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（均為砂壤土）監(jiān)測到的田間持水量，分別為18.8%和 16.7%，綜合實驗成果可以看出：不同土壤質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 田間持水量實驗綜合成果表

2）以不同土層深度田間持水量存在差異。以農安縣華家鎮(zhèn)為例，取土深度為 10cm 時，田間持水量為 23.3%；取土深度為 20cm 時，測得田間持水量為 22.4%；取土深度為 40cm 時，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地有所差異，不僅土壤干容重不同，所對應田間持水量也不同，砂土土質 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，故墑情及旱情評價指標的制定，在參考按照不同土壤質地的同時也要考慮不同土層深度。

3 結論

1）不同土壤質地滲透性能不同。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小；粘土由于其滲透性較差，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，對于土壤質地組成主要成分來說，砂粒含量與土壤滲透性能呈正相關，且達到顯著水平，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）不同土壤質地飽和退水時長不同。砂壤土在降水結束初期，淺層土壤含水量衰退過程十分明顯，在降水結束后 3d，含水量即減小到與其他層相似，從而達到田間持水量值；粘壤土在降水結束后 3d，淺層及中層土壤含水量衰退較快，3～4d時，含水量仍有一個緩和衰退過程，第 4d 以后各層土壤含水量趨于穩(wěn)定達到田間持水量；粘土由于其孔隙度小、透水透氣能力差，退水時間最長，至少需要 5d才能達到穩(wěn)定值即田間持水量。不同土壤質地排除重力水所需時長，見表 3。

表3 不同土壤質地排除重力水所需排水歷時表

3）不同土壤質地田間持水量不同。通過實驗比對可以看出，土壤顆粒越細，其表面積越大，壘結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。

［1］吉林省墑情監(jiān)測中心.鄒文安，姜波，張薇等.吉林省墑情評價指標實驗及旱情分析技術研究項目報告［R］.2011.

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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

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1002－0624（2014）05－0065－03

2013-11-14