潍坊市土壤田间持水量实验研究

2017-07-24唐培军王丽丹张晓晗

山东水利 2017年5期

关键词：环刀潍坊市墒情

唐培军，王丽丹，张晓晗

（潍坊市水文局，山东潍坊 261061）

潍坊市土壤田间持水量实验研究

唐培军，王丽丹，张晓晗

（潍坊市水文局，山东潍坊 261061）

利用环刀法对潍坊市的20处人工墒情监测站、三层土深进行实验研究。结果表明，田间持水量与土壤特征、土层深度等具有密切关系，实验数据可作为潍坊市确定墒情和旱情评价的参数指标。

田间持水量；环刀法；土壤墒情

潍坊市位于山东半岛东部，地处北温带季风区，是山东省粮食主产区之一，受地理位置和水文气象等特征影响，该区存在“十年九旱、旱涝急转”的特征，基于以上因素，本实验根据布设有人工墒情监测站的20处地块，测定不同土壤特征和土层深度的田间持水量。

1 实验方法

本实验采用环刀法来测定不同区域、三层土深的田间持水量。环刀法是利用环刀在实验地块上采集原状土带回室内，在人工干预条件下，使土样含水量达饱和，排出重力水后，测定的土壤含水量即为田间持水量。环刀法属于实验室方法，此方法取样不受天气限制、易于操作、节省人力物力，测量准确度较高。

1.1 实验器材

环刀法的采样工具和设备有容积为100 cm3环刀、环刀柄、铁锹、锤子、厘米尺、铝盒、削土刀、滤纸、橡皮筋、盛水容器、粒径小于1 mm的石英砂、孔径1 mm的筛子、托盘、感量0.01 g的天平、电热恒温干燥箱、干燥器、沙箱等。

1.2 田间采样

在墒情监测地块，土壤质地均匀处，于10 cm、20 cm、40 cm三个土层深度采样。采样时机为土壤处于半湿半干状态，可在一次有效降水过后，表土无积水时，可采取人工干预浇水后采样；壤土、黏土耕作层采取剖面开挖水平取土法；沙土耕作层采用水平开挖垂直取土法。

1.3 内业土样处理和田间持水量计算

将装有原状土样的环刀放入铺有沙子的平底盆中，向盆内缓慢注入清水，水面低于环刀顶1～2 mm时停止注水，保持水面高度浸泡环刀土样不少于24 h，确保土壤样本浸泡均匀。将饱和土样放入退水砂箱退水，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，绘制退水过程曲线。湿土称重后烘干，烘箱温度设置在105℃±2℃，采用二次烘干法，第一次环刀整体烘干，时间为24 h，第二次土样切碎后放入称过重的大铝盒中，再次烘干8～12 h后冷却称重。算术平均计算每层平均田间持水量，土层深度加权平均计算垂线平均土壤田间持水量。本实验共在潍坊市20处人工墒情监测站用环刀采集60组240个土样进行了实验研究。

2 实验成果分析

2.1 按土壤类型和地域位置分析

同一站点不同土层深度的田间持水量差异明显，20处测站中寒亭区潍北农场站差异最大，其中10 cm和40 cm深度的田间持水量相差9.4%，说明本站土壤质地随深度变化较大；青州市益都站差异最小为0.3%，说明本站土壤质地较为均匀。同一地域土壤质地相似站点比较，田间持水量差异不明显。

一般情况下，土壤的颗粒越细，其表面积越大，板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，也就是说砂土、壤土、黏土田间持水量依次增大。砂土田间持水量为14%～20%，壤土为20%～28%，黏土为25%以上。本次测定田间持水量成果基本符合此规律。

2.2 与历次测定成果比较分析

1）与2009年测定成果比较。本次测定成果较2009年测定成果略大，10 cm测定成果较2009年测定成果平均偏大4.1%，最大11.8%；20 cm测定成果较2009年测定成果平均偏大3.6%，最大9.0%；40 cm测定成果较2009年测定成果平均偏大4.1%，最大7.9%。分析原因：一是2009年测定吸水过程是采用干土吸水，可能存在过吸水现象，即2009年测定成果偏小；二是因本次测定部分站退水时间短，可能影响测定成果偏大。

退水时间大于2 d的站点成果与2009年测定成果比较，五莲站偏大1.1%～3.0%，墙夼水库站偏大1.2%～1.8%，高密站偏大3.0%～8.0%，高崖水库站-0.9%～0.5%，寒桥站偏大4.1%～6.2%，总体说与2009年测定成果相近略偏大。

2）与2014年测定干容重成果比较。本次测定的干容重成果与2014年干容重成果比较略小，平均偏小0.02 g/cm3，最大相差0.34 g/cm3，分析原因可能为2014年测定条件限制（测站烘干条件等）造成。分析认为本次测定成果较为可靠。

3）与最近4年实测最大值比较分析。本次测定的干容重与最近4年来实测最大值比较，本次测定成果平均偏小2.8%，最大相差19.5%，分析原因墒情实测过程中为定时监测，有时会遇到大雨或刚灌溉后，土壤含水量介于饱和含水量和田间持水量之间，此时的实测值会大于田间持水量。

4）与规范参考数值比较。点绘田间持水量与干容重关系图（见下图），发现田间持水量与干容重关系图大致呈负相关关系，即土壤的干容重越大，土壤越密实，孔隙度越小，田间持水量越小，反之，干容重越小，土壤越松散，孔隙度越大，田间持水量越大。

根据土壤墒情监测规范（SL364-2006）附录B.1“各类土壤水分常数和容重”表对照分析，相关趋势与规范参考数值分布规律一致，均分布于规范参考值右侧，说明同一干容重情况下，本次测定的田间持水量较规范参考值大，分析原因，可能与本次多数土样退水时间（12～24 h）偏小，致使部分重力水未退完，影响成果偏大。

2.3 利用测定成果分析历史旱情

为了便于进行干旱等级分析，一般用土壤相对土湿（土壤含水量与田间持水量的百分比）来划分干旱等级指标，大于60%为无旱，50%～60%为轻度干旱，40%～50%为中度干旱，30%～40%为重度干旱，小于30%为特别重度干旱，为验证本次成果的合理性，利用本次成果计算实测墒情的相对土湿，进而分析绘制墒情情势图与以往分析绘制的墒情情势图进行比较来分析本次测定成果的合理性。利用本次测定成果和以往成果分析绘制墒情情势图，进行对比，可以看出利用本次成果分析的受旱范围较以往成果分析的略大，消除了以往相对土湿大于100%的不合理现象，并且根据旱情调查受旱面积分布也比利用以往成果分析的更合理，更符合生产实际。