青海省大峡灌区土壤基本物理性质垂直变异特征

吕文星　唐洪波　刘东旭等

摘要 由于受气候、生物、土壤属性等因素的影响，土壤基本物理性质垂直剖面分布也表现出相应的层次性。该研究对青海省大峡灌区典型地块土壤基本物理性质分层次进行测定和分析。结果表明，土壤容重随土层深度的增加呈先增大后减小趋势；土壤孔隙度随土层深度的增加呈先减小后增加趋势，整个土壤层次中0～40和90～150 cm两处为高孔隙度区，其他土层属于低孔隙度区；土壤持水性能指标中的土壤饱和持水量、毛管持水量及田间持水量均随土层深度的增加呈先减小后增加趋势，且三者变化趋势基本一致，均呈近等差递减的趋势。大峡灌区典型样地土壤在垂直方向呈现出上部（0～40 cm）疏松，40～60 cm范围较紧实，下部（60～200 cm）再次趋于疏松。

关键词 大峡灌区；土壤物理性质；垂直变异

中图分类号 S152 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）15-099-03

Vertical Variation Characteristics of Basic Physical Properties in the Daxia Irrigated Area of Qinghai Province

LV Wenxing1， TANG Hongbo2， LIU Dongxu1 et al

（1.Yellow River Institute of Hydrology and Water Resources， Zhengzhou， Henan 450004； 2. Qinghai Hydrographic and Water Resources Survey Bureau， Xining， Qinghai 810008）

Abstract Due to the influence of such factors as the climate， biology and soil properties， the vertical section distribution of soil basic physical properties also show the corresponding hierarchy. Basic physical properties of typical field in the Daxia irrigation area in Qinghai Province layer were determined and analyzed in this study. The results showed that soil bulk density increased with the increase of soil depth first and then decreased； Soil porosity increased with the increase of soil depth first and then decreased. The soil layers in 0-40 cm and 90-150 cm were high porosity zones， other soil layer belongs to low porosity area； Soil waterholding performance index such as soil saturated water holding capacity， capillary water holding capacity and field capacity showed increased first and then decreased trend with the increase of soil depth. These three indexes almost showed the same nearly evenly spaced degressive trend. The soil of the typical sample plots in Daxia irrigation area presents the upper vertical （0-40 cm） is loose， the 40-60 cm layer is relatively tight， and the lower part （60-200 cm） tend to loose again.

Key words Daxia irrigated area； Soil basic physical properties； Vertical variation

大峽渠灌区位于河谷平原川水区。该区沿湟水干流及其一级支流呈带状分布，由河滩和1～5级阶地坡洪积扇组成，土体构型较好，质地松，是全县的主要产粮区。该地区属半干旱的高原大陆性气候类型。寒冷和干旱是区内主要气候特点。由于受气候、生物、土壤属性等因素的影响，土壤水分的剖面分布也表现出相应的层次性[1-2]。该研究通过对大峡灌区200 cm土体的基本物理性质的测定分析，探讨其在垂直方向上的变异特征，以期为青海省大峡灌区土壤资源的进一步研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

该试验布设在位于青海省黄河流域大峡灌区，地处E102°15′～102°24′和N36°13′～36°30′，海拔范围在1 650～4 400 m之间。

大峡渠灌区位于湟水左岸的高店镇河滩寨村，水源引自湟水，下游有引胜沟等湟水一级支流作为补充水源。灌区贯穿于湟水左岸的高店、雨润、共和、碾伯、高庙5个乡镇的43个行政村和单位。

大峡灌区属半干旱的高原大陆性气候类型，寒冷和干旱是区内主要气候特点。年平均气温4.5～7.5 ℃，无霜期130～150 d，区域地形复杂，海拔高差大，各地降水量不尽一致，山区一般大于川区，脑山大于浅山，川水地区年降雨量为320～340 mm，川区蒸发量大于山区，川区年蒸发量达843 mm。最大冻土深度为86 cm。大峡渠灌区土壤主要包括灰钙土和栗钙土两种。成土母质有冲积物、洪积物和次生黄土等。土质松散，质地均一，耕性好，结构呈团粒状或粒状。

典型样地为农地，种植作物为小麦，地处N36°29′16.4″和E102°13′34.8″，海拔1 950 m，平均坡度3°，土壤类型为灰钙土。图1为大峡渠灌区典型样地位置图。

图1 大峡渠灌区典型样地位置

1.2 土壤样品采集与处理

在样地调查基础上，根据典型性和代表性的原则，2014年10月中旬在灌区内选择引退水条件良好的地块作为试验地块，种植作物为小麦。在实验地块内设置1个2 m×2 m的样地，采用土壤剖面调查的方法，在保证不破坏土壤结构的前提下，在样地内挖掘200 cm深土壤剖面，以10 cm为一层采用100 cm3标准环刀分层取样，每层3次重复，运回实验室备用。

1.3 测定项目与方法

采用环刀浸透法[3]，测定土壤容重、孔隙度（总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度）、饱和含水量、毛管含水量、田间持水量、土壤含水量等指标。测定时间在2014年10月中旬。

打开带回的环刀下盖（带网孔端），放入滤纸，盖好后立即称重（m1）；

取下环刀上盖，将环刀带网孔端放入水盆中，盆中水层高度至环刀上沿（不淹没），吸水12 h后取出环刀，盖上上盖，擦净水分，立即称重（m2）；

平底盘内铺入干砂，称重后立即将环刀（网孔端向下）放置入平底盘，渗透12 h后立即称重（m3）；

平底盘内铺入滤纸，称重后立即将环刀（网孔端向下）放置入平底盘，渗透12 h后立即称重（m4）；

将称重后的环刀上盖打开，放入105 ℃烘箱内烘烤24 h，盖好上盖，立即称重（m5）；取出土样，称取带滤纸环刀重（m6）；

计算公式为：

1.4 数据分析

所测数据均采用Excel进行整理。采用SPSS16.0进行方差分析。采用AutoCAD和sigmaplot10.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 土壤容重垂直变异分析

土壤容重是指单位容积原状土壤烘干土的质量，通常以g/cm3表示。它的数值总是小于土粒密度，两者的质量均以105～110 ℃下烘干土计。土壤容重受土粒密度和孔隙两个方面的影响，后者的影响更大。土壤容重的大小反映土壤结构、透气性、透水性能以及保水能力的高低。土壤容重较小，说明土壤具有较好的结构，其透气性能、透水性能好。土壤容重是反映土壤熟化程度指标之一，熟化程度高的土壤容重一般较小。土壤容重的变化对土壤的多孔性质产生较大的影响，也影响着植物根系的生长和生物量的积累。

土壤容重的大小受土壤质地、结构、有机质含量以及各种自然因素和人工管理措施等影响[4]。凡是造成土壤疏松多孔或产生大量大孔隙的，土壤容重小，反之造成土壤紧实少孔的，则土壤容重大。一般，表层土壤的土壤容重较小，随着土壤深度的增加，土壤容重会有所增大。同样是表层土壤，随着有机质含量增加，結构性改善，土壤容重相应减少。

由图2可知，研究区土壤容重随土层深度的增加呈先增大后减小趋势。在0～50 cm范围内急剧增大，在50 cm处达到峰值，为1.81 g/cm3，明显高于10 cm处（与其差值达0.57 g/cm3），50 ～90 cm急剧减小，90～200 cm趋于平稳。

这说明在40～50 cm范围样地土壤容重增大。由土壤剖面开挖得知，这一区域存在一个板结的砂层，降低其透水性能，阻碍水分的下渗速度，在灌溉或长历时降雨条件下该区域将会形成一个临时的“上滞水层”[5]。

2.2 土壤孔隙状况垂直变异分析

土壤孔隙度是指单位容积土壤中孔隙所占的百分率，即土壤固体颗粒间孔隙的百分率。孔隙的大小与多少密切影响着土壤中水、肥、气、热因素的变化与供应状况。土壤孔隙度一般多在30%～60%之间。土壤孔隙度只说明土壤孔隙“量”的问题，还不足以反映土壤孔隙“质”的方面。为认识与了解土壤孔隙的性质，必须考虑孔隙径级状况。一般，根据土壤孔隙的粗细可分为无效孔隙、毛管孔隙与非毛管孔隙3种。

无效孔隙是直径小于0.001 mm的孔隙，被结合水所充满，故又可称为结合水孔隙。保持在无效孔隙中的水分被土粒强烈吸附，故不能被植物吸收利用。土粒越细或越分散，无效孔隙数量越多。无效孔隙增加，会减弱土壤透水透气功能；毛管孔隙是直径0.001～0.100 mm的孔隙，具有毛管作用，水分可借毛管弯月面力保持贮存在土壤内，靠毛管引力向上下左右移动，该部分水分对植物生长最为有利；非毛管孔隙是直径大于0.1 mm的孔隙，毛管作用明显减弱，保持贮存水分能力逐步消失，非毛管孔隙是水分与空气的通道，常为空气所占据，故也称空气孔隙或大孔隙，非毛管孔隙的多少直接影响着土壤透气与渗水能力。

在水土保持研究中，习惯上多把无效孔隙包括于毛管孔隙之中，所以土壤总孔隙度一般包括毛管孔隙度和非毛管孔隙度。土壤总孔隙度是影响土壤肥力状况的主要物理特性之一，是计算土壤固相、液相、气相的主要依据[6]。

由图2可知，非毛管孔隙度在20、50 cm处出现明显减小，50 cm处出现最小值，为3.22%；最大值出现在10 cm处，是50 cm处的2.22倍；在50～70 cm范围内呈缓慢增大趋势；70 cm以下变化趋势趋于平缓，但波动较大，变异系数较大。毛管孔隙度同样在40 cm处变化较明显，其上下平均相差887%；在50 cm处达到最小值，为25.97%。总孔隙度与毛管孔隙度变化趋势基本一致。

0.12，属于低孔隙度区。低孔隙度区不利于植物根系生长发育，使得该区域内植物根系分布相对较少。

43卷15期 吕文星等 青海省大峡灌区土壤基本物理性质垂直变异特征

2.3 土壤持水特性垂直变异分析

土壤贮水量指土壤吸持水分的含量，是土壤涵养水源功能的重要指标，一般用土壤层孔隙持水量来表示。土壤贮蓄的水分总量取决于土壤质地、土层厚度和土壤孔隙状况等因素。土壤持水性直接影响土壤的抗水蚀能力，是反映土壤生态功能的重要指标[7]。