廊坊市国家报旱站田间持水量测定及成果分析

2016-10-21王金帅

地下水 2016年5期

关键词：旱情廊坊土样

王金帅

(河北省廊坊水文水资源勘测局，河北廊坊 065000)

廊坊市国家报旱站田间持水量测定及成果分析

王金帅

(河北省廊坊水文水资源勘测局，河北廊坊 065000)

随着近几年华北地区旱灾发生的频率增加，旱情监测工作已经成为各地抗旱工作的主要数据依据。但廊坊市国家级报旱站各站点的田间持水量均暂时借用农业科技部门上世纪90年代的少数实验数据，使得土壤旱情的监测和计算结果均存在一定误差。为了确保旱情监测数据的准确性，廊坊水文局开展了田间持水量测定工作，通过测定得到更为准确的田间持水量数据，为今后进一步搞好旱情报旱工作提供良好的数据支撑。

旱情；田间持水量；合理性分析

自2001年河北省开展旱情监测工作以来，廊坊水文局在全市范围内共设立旱情监测站10处，为全市抗旱指挥决策提供信息依据。各旱情监测站均采用烘干称重法测量土壤含水率及相对湿度。但各站点的田间持水量采用值受到资金、技术等多方面影响，均暂时借用农业科技部门上世纪90年代的少数实验数据，使得土壤旱情的监测和计算结果均存在一定误差。2015年10月，根据水利部水文局《关于加强人工墒情信息报送工作的通知》(水文情[2015]92号)要求，河北省水文局组织开展了全省81处国家级报旱站的田间持水量测定工作。借此契机廊坊水文局开展了全部5处国家级报旱站田间持水量测定实验工作，为今后进一步搞好旱情报旱工作提供数据支撑。

1　实验项目及目的

实验项目：环刀法测定田间持水量。

实验目的：(1)通过测定得到较为准确的各报汛地块田间持水量数据值。(2)通过历史资料，对测定值和现有数据进行对比及合理性分析。

2　实验时机的选择、实验设备及实验步骤

较理想的采样时机是土壤处于半干半湿具有一定可塑性时。过湿润状态的土壤在削平环刀刃口时会破坏土壤孔隙结构，产生“镜面”效应，导致浸泡时水分难以进入；较干燥状态的土壤在削平环刀刃口时会造成环刀内土壤脱落，影响原状土结构。由于廊坊市2015年10月份降水较少，土壤较为干燥，为确保土样采集工作顺利进行，在采集进行的前三天，采样人员驱车各采集地块进行浇灌，同时为了避免在大风天气下土壤中的水分蒸发过快，在地块上方铺设一平米塑料布，确保了土样采集的顺利进行。

所采用的实验设备仪器分别有：环刀(容积100 cm3，φ50.46×50 mm，包含上、下盖)、环刀柄、铁锹、锤子(橡胶或实木)、厘米尺、整平尺、铝盒、削土刀、切土刀、滤纸、胶带或橡皮筋、盛水容器、石英砂(粒径小于1 mm)、筛子(孔径1 mm)、托盘、天平(量程0～500 g、感量0.01 g)、电热恒温干燥箱、干燥器、沙箱。

实验步骤：

(1)田间采样：与日常旱情监测地块一致、土壤质地均匀，在10 cm、20 cm、40 cm三个土层深度采样，同一深度采集六个土样；耕作层采取剖面开挖水平取土法。

(2)土样吸水：将装有原状土样的环刀放入铺有砂子的平底盆中，向盆内缓慢注入清水，水面低于环刀顶1～2 mm时停止注水(注意：千万不要淹没环刀；浸泡过程中随时向容器内补水，保持水面低于环刀上沿1～2 mm不变)，环刀土样浸水时间不少于24 h，确保土壤样本浸泡均匀(砂土、壤土1 d，粘土2～3 d)。

(3)土样退水及称重：将饱和土样放入沙箱，按一定时间间隔进行称重，直至相邻测次质量相差小于0.5 g为止。退水时间砂土1～2 d，壤土2～3 d，粘土3～7 d。在此过程中，外置水箱水深始终保持在10 cm。

(4)湿土切碎后称重后烘干，烘箱温度应设置在105℃±2℃，时间为12 h，冷却称重。

(5)计算田间持水量：算术平均计算每层平均土壤田间持水量，土层深度加权平均计算垂线平均土壤田间持水量。

3　结果计算

1)土壤容重按式(1)计算：

(1)

式中：γ0为干容重，单位为克每立方厘米(g/cm3)； wg为干土质量，单位为克(g)；V为原状土样体积即环刀体积，单位为每立方厘米(cm3)。

2)单站每层平均田间持水量计算：每层深度采集的3个土样土壤重量含水量监测结果最大值与最小值之差的绝对值应小于1.5%，则取3个的均值；若绝对值大于1.5%，且中间值与最大、最小值之差绝对值小于等于1.0%，则取中间值；否则，土样不具有代表性，应重新采样。

3)单站每层平均干容重计算：按照计算田间持水量所选择的3个土样对应的干容重，采用算术平均计算。

4)单站平均田间持水量、干容重计算按照《土壤田间持水量测定技术规程》式(2)计算：如下

(2)

θ10、θ20、θ40分别为10 cm、20 cm、40 cm采集深度的平均土壤田间持水量、干容重。

4　实验成果

4.1退水曲线

将饱和土样放入沙箱进行退水，每3 h称重一次并持续24 h，而后每6 h称重一次并持续24 h，然后每12 h称重一次，直至相邻测次质量相差小于0.5 g为止。得到土样退水过程后绘制退水曲线。如下图为西滩里站20 cm深度各土样退水曲线(见图1)。

所得各个地块及土层退水曲线均类似上图，退水开始阶段，水分流失较快，曲线变化较为明显，至后期基本无明显变化，可确定土样达到田持状态。

4.2实验成果

实验成果见表1。

表1　廊坊市土壤田间持水量测定成果表

由表中可以看出，各地块每个土层所选取的3个土样测定的田间持水量值之间的误差较小，测定值比较具有代表性。

图1　西滩里站20 cm土样退水曲线图

4.3成果合理性分析

本次测定的各地块田间持水量与现状田间持水量存在着一定误差，但本次测量各步骤较为规范，同时测量结果之间存在的误差较小，可通过土壤性质、历史资料代入等方法分析本次测量结果的合理性。

田间持水量测定结果对比评价表见表2。

表2　田间持水量测定结果对比评价表

4.3.1土壤性质

通过旱情考证资料分析，西滩里站土壤性质为粘土；王文站土壤性质虽然是壤土，但部分土层含有粘土性质；永清站及大厂站部分土层含有沙土性质。根据土壤的物理性质，颗粒越细，其表面积越大，垒结后形成的空隙也就越小，对水的吸持能力就越大，田间持水量相对较高，也就是砂土、壤土、粘土田间持水量依次增大。一般情况下，砂土田间持水量为14%～20%，壤土为20%～28%，粘土为25%以上。而本次实验结果恰恰符合本原理：粘土性质的西滩里站(29.89%)大于部分土层含有粘土性质的王文站(27.55%)，壤土性质的史各庄站(24.35%)大于部分土层含有沙土性质的大厂站(22.74%)及永清站(22.68%)。

4.3.2资料代入

(1)永清站2014年5月21日监测资料：2014年5月21日我局对永清站水浇作物地块进行正常监测，通过计算得出永清站10 cm、20 cm、40 cm土壤相对湿度分别为26.5%、24.3%、24.9%。由于本次监测前期降水量较少，其中旬雨量仅为8.5 mm，且降水天数为0 d，可知该站在本次监测前10 d内没有一次降水超过3 mm，旬雨量中的8.5 mm分别为几场零星降雨，加之5月中下旬日照较强及大风天气较多，蒸发量较大，降水不会对10 cm深度土层产生影响，但本次监测结果10 cm深度土层相对湿度大于20及40 cm，显然不太合理。

通过将2014年5月21日永清站监测数据代入此次田持实验所得的各土层田间持水量进行重新计算，得出结果10 cm、20 cm、40 cm相对湿度分别为24.3%、31.0%、31.4%，显然采用本次实验所得田持进行计算的结果更为合理。

(2) 史各庄站2015年9月11日监测资料：2015年9月11日我局对史各庄站水浇白地地块进行正常监测，通过计算得出史各庄站10 cm、20 cm、40 cm土壤相对湿度分别为53.6%、59.0%、62.8%，地块平均相对湿度仅为58.5%，属于土壤旱情轻微干旱。但本次监测前期该站降水量充足，旬降水量达到47.6 mm，仅9月5日单日降水量就达到了40.8 mm，6～11日降水量6.8 mm，对于本次监测出现该地块轻微干旱的数据不太合理。

通过将2015年9月11日史各庄站监测数据代入此次田持实验所得的各土层田间持水量进行重新计算，得出结果10 cm、20 cm、40 cm相对湿度分别为52.6%、63.1%、71.1%，地块平均相对湿度为62.3%，该地块属于旱情良好。显然采用本次实验所得田持进行计算的结果更为合理。