不同土壤质地田间持水量实验成果分析

2014-03-22张军保韩晓明杜清胜

东北水利水电 2014年5期

关键词：土壤质地壤土墒情

钟诚，张军保，韩晓明，杜清胜

（1 吉林省水文水资源局，吉林长春 130022；2 吉林省墒情监测中心，吉林长春 130033）

不同土壤质地田间持水量实验成果分析

钟诚1，张军保1，韩晓明2，杜清胜2

（1 吉林省水文水资源局，吉林长春 130022；2 吉林省墒情监测中心，吉林长春 130033）

文中应用不同田间持水量实验方法，测定不同土壤质地的田间持水量，实验证明，田间持水量与土壤质地、渗透性能及退水能力密切相关。应用这三种实验方法均可准确测得田间持水量,为确定土壤灌溉量、土壤墒情和旱情评价指标提供依据。

田间持水量；实验；成果分析

田间持水量，指在地下水较深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允许水分充分下渗，并防止其水分蒸发，经过一定时间，土壤剖面所能维持的较稳定的土壤水含量（土水势或土壤水吸力达到一定数值）,常用来作为灌溉上限和计算灌水定额的指标，同时田间持水量也是确定墒情和旱情评价指标的重要参数。

国内田间持水量的测定方法一般分为野外测定法和室内实验测定法，野外测定法包括天然降水法、围框淹灌法（小区灌水法）等，室内实验测定法包括环刀法（威尔科克斯法）、整段标本法、压力模法等。由于土壤样本的唯一性（即使同一地块取样土壤质地仍有差异）导致田间持水量成为一个理想化的概念，严格地说不是一个常数，虽在田间或室内实验均可测定，却不易再现，且测定值随测定条件和排水时间而有较大的出入。

基于以上情况，为了找出不同实验方法、不同土壤质地的土壤样本田间持水量测定的差异，文中选用砂土、砂壤土、壤土、粘壤土、粘土 5 种土壤质地，采用天然降水法、围框淹灌法、环刀法三种方法实验测定田间持水量及土壤水代谢过程，对测定成果进行分析，比较不同土壤质地田间持水量差异、土壤水分入渗、退墒差异等。

1 实验方法

1．1 天然降水法

天然降水法是野外测定田间持水量方法中最简便、直接、有效的方法，天然降水法是指当大气降水达到一定量级使预测土层深度土壤水分含量达到饱和，排除多余重力水后测定的土壤含水量。

1．2 围框淹灌法

围框淹灌法是在选定的具有代表性地块中建立实验区，所选实验区地块作物耕作面积应超过1.33hm2，通过设置围框、人工灌水、地膜覆盖、自然渗透等一系列人工操作手段，测取最大毛管悬着水量，此时的土壤水分含量即为土壤田间持水量。

1.3 环刀法

环刀法也称室内测定法，是用环刀在欲测地块上采集原状土带回实验室进行土样吸水、排水、烘干测定土壤田间持水量的一种方法。

2 实验成果分析

2.1 不同土壤入渗速度分析

通过围框淹灌法实验发现，浇灌不同土壤类型实验地块使相同深度土壤达到饱和所需时间不同，即土壤入渗速度不同，实验成果如表 1。以瞻榆镇实验地块及开安镇实验地块为例，瞻榆镇地块属于砂土质地，开安镇地块属于粘土质地，分别浇灌计算的饱和 40cm 土深所需的用水量至完全渗透，瞻榆镇地块入渗累计用时 4h，开安镇地块入渗累计用时 6.5h。可见，不同土壤质地的水分入渗速度有着明显差异，当水量足够使 40cm 土壤达到饱和时，砂土、砂壤土所需入渗时长达到 4h即可，而粘土、粘壤土至少要超过 6h，壤土入渗时长则在两者之间。可见砂土、壤土、粘土的入渗速度随土壤质地的变化而变缓，饱和入渗时长则逐渐增加。

表 1 围框淹灌法饱和土壤（40cm）灌水历时统计表

2.2 不同土壤退水时长分析

通过分析监测到的土壤含水量变化过程，可得到土壤水分衰退规律：当土壤含水量达到饱和后，在重力作用下，土壤水分迅速排泄，当达到田间持水量时，土壤水分存在一个稳定期，这个稳定期就是进行田间持水量监测的最佳时期。稳定期后土壤含水量又呈现出一个缓慢消退过程，此现象由于地表水分蒸散及植物蒸腾作用、属于正常失墒现象。

成果显示，应用天然降水法测定田间持水量时，砂土退水稳定期一般为 1～2d，壤土为 2～3d，粘土为 3～5d。

2.3 不同土壤干容重分析

通过环刀法室内测定土壤干容重实验发现：

1）不同土层深度土壤干容重不同。以农安县华家镇为例，取土深度为 10cm 时，测得土壤干容重为 1.52g/cm3；取土深度为 20cm 时，测得土壤干容重为 1.61g/cm3；取土深度为 40cm 时，测得土壤干容重为 1.35g/cm3。由此可见，同一地块不同土层深度土壤质地存在差异。

2）土壤干容重与田间持水量呈负相关。通过实验发现土壤干容重与田间持水量呈负相关，即土壤干容重越大，土壤越紧实，孔性越差，田间持水量越小；反之干容重越小，土壤越松散，孔性越好，田间持水量越大。

2.4 土壤田间持水量分析

1）不同土壤质地田间持水量不同。以农安县华家镇、伊通县、通榆县实验站点为例，土壤质地分别为粘土、壤土和砂壤土，三站平均田间持水量分别为 25.3%，24.6%，17.5%，长春市净月区监测点与农安县郊外监测点（均为壤土）监测到的田间持水量，分别为 24.8%和 19.9%，深井子、伏龙泉监测点（均为砂壤土）监测到的田间持水量，分别为18.8%和 16.7%，综合实验成果可以看出：不同土壤质地田间持水量差异较大。粘土、壤土、砂土随土壤颗粒逐渐变大、粘着力减小，通气透水性更好，其田间持水量成递减趋势，其中粘土田间持水量最大，在 25%～30%之间、粘壤土在 23%～26%之间，壤土在 22%～25%之间，砂壤土为 19%～22%，砂土田间持水量最小，平均为 16%～19%，见表 2。

表2 田间持水量实验综合成果表

2）以不同土层深度田间持水量存在差异。以农安县华家镇为例，取土深度为 10cm 时，田间持水量为 23.3%；取土深度为 20cm 时，测得田间持水量为 22.4%；取土深度为 40cm 时，测得田间持水量为 31.3%。由此可见，同一地块不同土层深度土壤质地有所差异，不仅土壤干容重不同，所对应田间持水量也不同，砂土土质 10cm 表土田间持水量，较 20cm、40cm 稍小；砂壤土、粘壤土、粘土40cm 深土层田间持水量最大，故墒情及旱情评价指标的制定，在参考按照不同土壤质地的同时也要考虑不同土层深度。

3 结论

1）不同土壤质地渗透性能不同。砂壤土对降水过程十分敏感，特别是反映在浅层土壤的水分含量变化上。降水使得浅层土壤含水量急剧增大，远高于中层及深层土壤含水量变化；粘壤土各层对于降水反映均有不同，表层含水量增加最大，中层次之但仍较大，深层土壤含水量增加幅度较小；粘土由于其渗透性较差，对降水反映最不敏感，各层土壤含水量在降水过程中增加缓慢。由此可见，对于土壤质地组成主要成分来说，砂粒含量与土壤渗透性能呈正相关，且达到显著水平，土壤中砂粒含量越高，越有利于水分的渗透，表现为入渗速度快、渗透深度深；粘粒含量及特性刚好与之相反。

2）不同土壤质地饱和退水时长不同。砂壤土在降水结束初期，浅层土壤含水量衰退过程十分明显，在降水结束后 3d，含水量即减小到与其他层相似，从而达到田间持水量值；粘壤土在降水结束后 3d，浅层及中层土壤含水量衰退较快，3～4d时，含水量仍有一个缓和衰退过程，第 4d 以后各层土壤含水量趋于稳定达到田间持水量；粘土由于其孔隙度小、透水透气能力差，退水时间最长，至少需要 5d才能达到稳定值即田间持水量。不同土壤质地排除重力水所需时长，见表 3。