旱地甘蔗不同类型土壤各耕层水分特征常数分析——以开远、元江为例

刀静梅，樊仙，赵俊，张跃彬，刘少春，郭家文，沈石妍，邓军，高欣欣

(1.云南省农业科学院甘蔗研究所，云南开远661600;2.云南省甘蔗遗传改良重点实验室，云南开远661699)

旱地甘蔗不同类型土壤各耕层水分特征常数分析
——以开远、元江为例

刀静梅1，2，樊仙1，2，赵俊1，2，张跃彬1，2，刘少春1，2，郭家文1，2，沈石妍1，2，邓军1，2，高欣欣1，2

(1.云南省农业科学院甘蔗研究所，云南开远661600;2.云南省甘蔗遗传改良重点实验室，云南开远661699)

文章研究了地处低纬高原季风气候的元江和亚热带高原季风气候的开远2个地区的旱地甘蔗土壤各耕层的水分特征常数，结果表明，开远地区土壤各土层的田间持水量平均为285 g/kg，元江地区平均为204 g/kg。在研究区域各土层中最大田间持水量出现在0～20 cm的耕作层，随土层的增加呈减小趋势;开远各土层平均容重为1.02～1.41 g/cm3，元江各土层平均容重为1.35～1.66 g/cm3，土壤容重随深度增加而增大。

元江;开远;土壤;水分特征常数

云南境内热区面积大，光照充足，昼夜温差大，有利于甘蔗糖分的积累，是中国甘蔗种植优势区域之一。大部分甘蔗种植在旱坡地上，灌溉基础设施薄弱，绝大多数甘蔗生产靠天降雨，产量不高，土壤水分是制约甘蔗生产力的一个重要因素。甘蔗是云南重要的经济作物，2013年全省甘蔗种植面积36万hm2［1］，其中旱地甘蔗24.8万hm2，占总面积的69%。云南省甘蔗种植面积、蔗糖产量位居全国第二，是中国重要的蔗糖基地，甘蔗产业为云南省经济发展特别是边疆民族地区脱贫致富做出了重要贡献。

元江县地处低纬高原［2］属季风气候，地理坐标为101°39'～102°22'E、23°18'～23°55'N。冬夏半年各受两种不同的大气环流影响，冬半年(即干季11－4月)受北非及印度北部大陆干暖气流和北方南下的干冷气流影响，空气干燥温暖，降水量少，蒸发快，晴天多，日照充足。夏半年(即雨季5－10月)受印度洋西南暖湿气流和太平洋东南暖湿气流的影响，空气湿度大，降水量多，多阴寡照，形成了冬暖夏热，冬春干旱风大，夏秋多雨湿润，干湿季明显，雨热同季的气候。县境内各地年平均气温12～24℃，最冷月平均气温7～17℃，最热月平均气温16～29℃，极端最低气温－0.1～7℃，极端最高气温28～42.5℃，年≥10°积温4000～8700℃。无霜期200～364 d，年平均降水量770～2400 mm，雨季平均于5月16日开始，10月22日终止。

开远属亚热带高原季风气候，由于低纬度、高海拔地理位置和季风活动的影响气候特点表现为:夏长无冬，秋春相连，日温差大，年温差小;干湿季分明，常年多干旱;立体气候典型。境内在海拔900～2500 m地区，年平均气温20.4～10.9℃，温差达9.5℃。极端最高气温38.2～24.9℃，极端最低气温－2.4～－6.4℃。全市年平均气温比较稳定，年际变化甚微，气温年际较差为1.5℃，平均距平值仅± 3℃。年降雨量700 mm，雨季集中于5－10月，雨热同期而无酷暑，年均气温19.8℃，年日照2200 h，全年无霜期340 d。

在干旱和半干旱地区，土壤水分常数是研究干旱指标、农田灌溉、土壤水分平衡计算的重要参数之一。在当前全球水资源短缺及气候变化的背景下，节水农业、节水灌溉和抗旱栽培成为全球农业发展的方向。因此，土壤水分常数的测定和研究成为节水农业研究的重要前提。中国主要的糖料作物是甘蔗，云南是甘蔗种植面积第二大生产蔗区，大部分为旱坡地，研究土壤的水分及基本特征等影响因子对指导生产和研究有重要意义。文章研究了云南境内开远、元江不同气候类型的旱地甘蔗土壤物理结构和土壤水分常数，为两地的节水灌溉和选育不同气候生态类型的甘蔗品种提供土壤基础依据。

1 材料与方法

1.1 土壤取样方法

2013年11月4日、6日分别在云南省开远市、元江县两地的山区旱地甘蔗地采土样，两地都分别采4个点即4次重复。每个采样点按设计剖面一次性挖到1 m深度，分别在0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm各层用直径50 mm、高为50 mm的不锈钢环刀采集土壤样品，采样前将地表的植被从地面去掉，用环刀取土壤样品带回室内称重，测定土壤水分常数。同时，各层取土样各1 kg，带回实验室风干，测定土壤有机质、pH值、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾、土壤凋萎系数。

1.2 土壤水分常数测定和计算方法

各指标测定方法依据:NY/T 52-1987水分; NY/T 1121.4-2006容重;NY/T 1121.22-2010田间持水量环刀法;LY/T 1216-1999最大吸湿量;最大有效含水量=土壤最大持水量－土壤凋萎系数;土壤凋萎系数=吸湿系数×1.5;有机质依据NY/ T 1121.6-2006、pH值测定依据NY/T 1377-2007、碱解氮检测依据LY/T 1229-1999、有效磷测定依据NY/T1121.7-2006、速效钾测定依据NY/T 889-2004、全氮测定依据NY/T 53-1987、全磷测定依据NY/T 88-1988、全钾测定依据NY/T 87-1988测定。各土层各指标检测做4次重复，数据用Microsoft Excel和SPSS18.0统计分析。

1.2.1 室内环刀法测定最大持水量在选定的地块用环刀采取原状土样带回室内，放在白搪瓷盘中并向盘内注水摇饱和后，把装有土的环刀连同滤纸放在装有干土的环刀上使其吸水，待环刀内原状土壤的水分达到毛管最大悬着水时，相应土壤含水量为该土壤田间持水量。

(1)取样，把环刀(刀口向下)平稳的压入相应的土层，待土柱冒出环刀上端后，用小铁铲轻轻挖开周围土壤，取出环刀，用削土刀从环刀中间向外缘拓展慢慢削去多余的土壤，使环刀内土壤的体积恰好等于环刀的容积，擦去环刀外侧的泥土，在环刀刀口一侧垫上定性滤纸，然后盖好底盖和顶盖，每层土样取4个重复，同时在该土层采土。

(2)淹水，将装有原状土的环刀放在白搪瓷盘内，有孔的底盖朝下，缓慢向盘内注水，水面高度到距离环刀上1～2 mm处即停止加水，让其充分吸水24 h。

(3)风干过筛，将采集的同层土样风干，用木锤打磨细后，过1 mm筛孔，装入环刀中，装时注意轻拍击实，稍微装满一些。

(4)吸水，将已经饱和的装有湿土的环刀底盖打开，环刀连同滤纸放在装满干土的环刀上，并加压一小块压砖，使其上下紧密接触。

(5)取土测定含水量，8 h后，从原状土的环刀内约取土30 g，置于铝盒中，称重烘干，其土壤含水量即为该土壤最大持水量。

1.2.2 土壤凋萎系数土壤凋萎系数=吸湿系数×1.5。吸湿系数的测定方法为10%硫酸溶液水气平衡吸附法。具体方法:把通过1 mm筛孔的风干土样5～10 g平铺在已称重的铝盒中，将铝盒置于有10%硫酸干燥器的白瓷板上，加盖密闭并放在温度恒定的地方。每2～3 d用精度为0.1 mg的电子天平称重。重复多次，直到2次的重量差不超过0.0050 g。然后用烘干称重法测得土壤的含水量，测得土壤的吸湿系数。

2 结果与分析

2.1 土壤水分常数特征

一般都认为田间持水量是土壤所能保持悬着水的最大量，是研究土壤水分的重要参数之一。旱地甘蔗开远和元江的土壤田间持水量见表1，开远土壤各土层田间持水量平均值为285 g/kg、最小为80～100 cm土层，最大为0～20 cm土层。元江土壤各土层田间持水量平均值为204 g/kg，最小为40～60 cm土层，最大为0～20 cm土层。开远0～20 cm土层与60～80、80～100 cm土层的田间持水量差异显著，其他土层间的田间持水量差异不显著。元江0～20 cm土层与40～60 cm土层的田间持水量差异显著，其他土层间的田间持水量差异不显著。两地土壤田间持水量最大值出现在0～20 cm，随土层的增加总体呈减小趋势。这是由于上层受耕作和甘蔗根系影响，保水和蓄水能力较下层要强，土壤质地较好。

表1 开远、元江土壤水分Table 1 Topsoilmoisture feature in Kaiyuan and Yuanjiang

土壤水分、土壤最大吸湿量和凋萎系数随着土层深度的增加而呈增加趋势，土壤最大有效含水量随着土层深度的增加呈减少趋势，且各层间的差异也越来越显著。作物因无法从土壤中吸取水分，出现永久凋萎，刚出现这种现象时的土壤含水量，称为凋萎系数。凋萎系数是土壤水对作物生长有效部分与无效部分的分界点，常作为土壤中有效含水的下限。土壤中毛管悬着水达到最大值时的土壤含水量，在不受地下水影响时，土壤也能保持水分的最大值，包括吸湿水、薄膜水和毛管悬着水的总和，为土壤中有效水量的上限，常作为灌水定额计算的依据。在水文计算产流时，当土壤含水量超过田间持水量时，即以重力水流出，成为径流。其值的大小取决于土壤性质、结构及密实度等。一般需在现场测定，且随耕作、施肥等措施而变化。

2.2 土壤容重

开远旱地甘蔗土壤0～100 cm内各土层平均容重为1.02～1.45 g/cm3，元江的平均容重为1.35～1.66 g/cm3，容重随深度增加而增大(表1)，差异显著性分析表明，开远0～20 cm与20 cm以下各深度土层间的土壤容重差异显著;元江0～20 cm与20～40、40～60、60～80 cm土层间的土壤容重差异显著，其余土层间差异不显著。相同深度的土层，开远比元江透气性好。土壤容重是土壤的基本物理性质，容重大小反映土壤结构、透气性、透水性能以及保水能力的高低，土壤容重越小说明土壤结构、透气性能越好。开远和元江两地从表层到深层土壤容重呈增加趋势，土壤层次越深，容重越大，透气性越差。耿韧［3］、曹文侠［4］研究由于下部侵蚀作用增强，沉积作用减弱造成土壤容重的增加。因受生物和人类活动的影响，表层土壤容重可能存在空间变异，国内外学者已经对坡面、流域和区域的土壤容重空间变异进行了大量的研究［5－7］，对甘蔗表层土壤的容重空间变异研究尚未见报道。根据文章研究结果，蔗区各相同耕层容重开远比元江小，说明开远旱地甘蔗土壤结构、透气性能比元江好。

2.3 土壤养分

开远旱地甘蔗土壤pH值平均6.26，偏酸性;元江旱地甘蔗土壤pH值平均7.17，近中性。开远旱地甘蔗土壤平均有机质、速效磷、速效钾分别比元江低7.40 g/kg、21.86 mg/kg、107.5 mg/kg，碱解氮高于元江13 mg/kg。据靳宝初［8］报道土壤有机质与最大吸湿量间无相关关系，有机质含量多少对最大吸湿量无影响。蔗区土壤中pH值和养分是决定甘蔗生长优劣的关键因素，因此，蔗区pH值和养分一直是甘蔗研究的重点。文章的研究结果和毛云玲的研究结果一致，土壤pH值低的土壤，有效磷、速效钾明显也低［9］，这种趋势在其它作物的研究上也有相同报道，张小琴［10］、周国兰［11］、赵华富［12］等分别对茶区进行抽样调查，结果表明，被调查茶区土壤平均pH在4.60，普遍存在缺磷和缺钾。

表2 开远、元江土壤养分检测Table 2 Soil nutrient in Kaiyuan and Yuanjiang

3 讨论

研究土壤水分常数和土壤物理结构是研究农业耕作制度，防御作物干旱和土壤干旱的重要措施，特别是制定有效、合理的灌溉管理技术的重要依据，在当今区域水资源短缺，全球气候变化背景下，研究土壤水分常数对现代节水农业具有重要现实意义。土壤容重可作为判断土壤熟化程度、土壤状况与土壤肥力的重要指标之一，容重大，土壤孔隙小，透气和透水性差，影响水分的移动和渗透［13］;土壤容重小，孔隙度大，土壤保水能力不好，养分易损失。土壤田间持水量被认为是土壤所能稳定保持的最大土壤含水量，也是土壤中能保持悬着水的最大量。

文章通过研究开远和元江两地旱地甘蔗的土壤田间持水量，两地的田间持水量最大层都在0～20 cm土层，随土层的增加呈减小趋势。可能上层受耕作和甘蔗根系影响，保水和蓄水能力较下层要强，土壤质地较好。两地从表层到深层土壤容重呈增加趋势，土壤层次越深，容重越大，透气性越差。

甘蔗有效茎和单茎重是构成产量的重要指标，在大田生产中苗期甘蔗芽萌发率的多少对甘蔗最终产量的形成影响较大，主茎占70%～90%，主茎占的比例越高出苗率越高，为高产打下很好的基础。据谢金兰［14］研究，甘蔗出苗时如果土壤水分太高，导致土壤温度低，造成氧气不足会影响萌芽，严重的会造成腐烂不出苗。土壤水分太少，当相对含水量低于50%，多数苗不长根，抗旱力弱，干枯而死。合适的土壤水分和温度促进出苗率提高，是保证高产的前提因素。

陈祯研究表明［15］随着土壤容重增加，其饱和含水量、重力水含量、有效水含量减小，其凋萎含水量、无效水含量增加;其饱和导水率减小，非饱和导水率增加;同时土壤容重变化影响土壤水分运动参数的表述和土壤水分运动方程的应用以及土壤水分检测及其结果的应用。随着土壤含水量变化而引起土壤容重变化和不同土壤其容重不同都会影响土壤中体积含水量、水分类型、水分利用与水分运动的变化以及土壤水分检测。徐友信等研究表明［16］土壤0～5、10～20 cm土壤容重属于中等变异性，其余土层土壤容重属于弱变异性。魏胜利认为［17］可以针对近年来不断加剧的旱情，分析土壤结构及各种水分常数，通过测定田间持水量来推断出毛管断裂含水量，并和实测的土壤含水量加以比较，确定有无旱情发生。赵秀兰［18］依据黑龙江省30多个农业气象试验站多年的土壤水分常数资料，综合分析了凋萎湿度、田间持水量、土壤容重的空间变化特征，为进一步客观评价全省土壤水分盈亏状况及进行土壤水分分区奠定基础。方文松［19］通过土壤墒情数据库资料，找出不同土壤类型的墒情变化规律。土壤有效水分含量分析表明:壤土最大，粘土次之，砂土最小;土壤墒情受地下水影响较大，地下水位较浅的地区不容易出现干旱。根据土壤墒情资料确定了土壤墒情订正系数和不同土壤类型田间持水量在全省的分布，并将其应用到墒情预报模型中。观测土壤含水量，积累资料，通过田间持水量的测定来定量的分析近年来的旱情情况，研究旱情与各蔗区养分分布特征，准确的掌握干旱程度和蔗区养分，提出适合蔗区生产的栽培种植方案，有利于甘蔗高产高糖生产［20］。

［1］张跃彬.现代甘蔗糖业［M］.北京:科学出版社，2013.

［2］于志伟，马跃飞，谢永健.可爱的红河［M］.昆明:云南教育出版社，2001.

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(责任编辑 王家银)

Analysis of Topsoil M oisture Feature of Different Soils on Dry Land Sugarcane:Taken Kaiyuan and Yuanjiang as Exam ple

DAO Jing-mei1，2，FAN Xian1，2，ZHAO Jun1，2，ZHANG Yue-bin1，2，LIU Shao-chun1，2，GUO Jia-wen1，2，SHEN Shi-yan1，2，DEN Jun1，2，GAO Xin-xin1，2
(1.Sugarcane Research Institute，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Yunnan Kaiyuan 661699，China;2.Yunnan Key Laboratory of Sugarcane Genetics Improvement，Yunnan Kaiyuan 661699，China)

Topsoilmoisture feature of Yuanjiang(Low latitude plateau monsoon climate)and Kaiyuan(Subtropical plateau monsoon climate)were studied in the paper.The results showed that the average field capacity of different soil layerswas285 g/kg in Kaiyuan and 204 g/kg in Yuanjiang.Maximum field capacity of different soil layers in the study area was plough layer(0－20 cm)，and itwas reduced with the increase of depth.The average volume weight of different soil layers was 1.02－1.41 g/cm3in Kaiyuan and 1.35－1.66 g/cm3in Yuanjiang，and itwas increased with the increase of depth.

Yuanjiang;Kaiyuan;Soil;Moisture feature

S151.9

A

1001－4829(2017)2－0389－05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.2.025

2015－04－28

国家甘蔗产业技术体系(CARS-20-3-4);云南省现代农业甘蔗产业技术体系甘蔗轻简高效生产技术研究及应用(2015ZA004)

刀静梅(1975－)，女，高级实验师，主要从事甘蔗土壤与营养施肥研究，E-mail:djmljy2001@126.com。