基于农田种植作物条件下土壤含水量变化规律探究

康彦付 陈峨印

摘 要 土壤含水量变化，对农作物生长至关重要。通过对不同埋深、不同时段的土壤含水量变化特征分析，可为土壤墒情预测预报提供科学依据。基于此，利用新河县张神首村土壤墒情监测站的墒情监测资料，采用趋势法对不同埋深的土壤含水量随季节变化情况进行分析，结果表明，土壤含水量变化受降水量、灌溉、蒸发等多种因素的影响。掌握其变化规律，可为农业生产高产稳产提供科学依据。

关键词 土壤含水量；监测；体积含水量；变化规律；邢台市

中图分类号：S152.7 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.06.084

1 土壤含水量監测方法及频率

国家及地方墒情监测站网的基本站点除收集代表性地块的土壤墒情资料外，在发生脱墒和旱情的情况下，应在代表区域中进行墒情巡测，巡测点的布设视土壤、水文地质条件、作物种类代表性等情况来确定。邢台市共建立了22处墒情监测站。本次以新河县张神首站墒情监测资料进行分析计算[1]。

1.1 墒情观测时间及旱情描述规定

国家基本站、旱情实验站全年监测。地方基本站在每年3月1日—6月30日，9月1日—11月30日进行监测，每10 d监测一次，即每月1日、11日、21日取样。每次监测时间为早8：00。降水量全年每天监测1次。在旱情监测期内，地方基本站次降水过程超过10 mm时加测土壤墒情，若遇特殊情况随时加测。

1.2 土壤含水量垂向测点的布设

土壤含水量垂向测点的布设根据观测目的、水文地质条件及土层的厚度来确定观测土层的深度、观测点的数目。

国家和地方墒情测报站网的基本观测站点需采用三点法且测点一经确定后，不得随意改动测点的布置。目前，河北省墒情监测采用的是10 cm、20 cm、50 cm三点法。

1.3 土壤墒情计算方法

在建立各地方墒情站和区域站网时，一定要考虑墒情和旱情监测不仅是对水资源的合理利用，同时也是实现对水资源科学管理和抗旱救灾决策的最重要的措施和依据[2]。

1.3.1 土壤体积含水量计算

土壤监测采用烘干称重法的方法，将所取的土样称重，放入烘干箱中加热到100～105 ℃持续4 h，加盖冷却后再次称重，分别计算出土壤容重和体积含水量。

1）土壤容重是指田间自然状态下，每单位体积土壤的干重，通常用g·cm-3表示。用一定容积的钢制环刀，切割自然状态下的土壤，使土壤恰好充满环刀容积，然后称量并根据土壤自然含水量计算每单位体积的烘干土重即土壤容重。由公式（1）计算土壤容重：

式（1）中，γ为土壤容重，g·cm-3；W土为干土重，g；V为环刀容积，cm3。

根据上述方法，对张神首站土壤容重进行测量和计算，该站田间土壤容重为1.40g·cm-3。

2）体积含水量是指单位容积土壤水所占的比例，无纲量，常用θv表示。体积含水量可以表示土壤水占据的土壤，尤其是土壤孔隙的容积比例 。孔隙体积含水量用百分数表示：

式（2）中，θv为土壤体积含水量，%；rd为土壤干容重，g·cm-3；其他符号同前。

新河县张神首土壤墒情监测站从2004年开始监测，本次资料分析采用2005—2015年监测资料进行分析计算。

1.3.2 土壤田间持水量计算

田间持水率是指土壤中不受地下水影响的条件下，土壤中悬着毛管水达到最大量时的土壤含水率，是一个非常重要的水文参数。

将土壤按照灌水定额灌溉，使地表以下一定深度内土壤达到饱和含水量水平。灌溉完毕后，待地表面无积水，立即用塑料薄膜覆盖，防止水分蒸发，以获取表层土的田间持水量。灌水48 h后，待0～20 cm土层内重力水分排干，揭掉地膜进行取土测量，所测的含水率为田间持水率。张神首站土壤田间持水量为43.0%。

2 土壤含水量变化规律

2.1 埋深10 cm土壤含水量变化规律

根据张神首土壤墒情监测站2005—2015年监测资料，分析9月1日至11月21日时段变化过程。该试验田资料来自水浇地作物田间监测数据，9月初至10月中旬，种植作物为夏玉米，10月中旬种植作物为冬小麦。

在夏玉米作物生长期间，土壤含水量的补充水量以农业灌溉浇水和降水量补充为主，土壤含水量较大。冬小麦种植后，土壤含水量能满足麦苗生长，灌溉基本停止，该时段降水量较少，土壤含水量较低。

2.2 埋深20 cm土壤含水量变化规律

张神首站20 cm埋深春季土壤体积含水量分析计算，基本情况及外界环境对土壤体积含水量的影响相同。通过对埋深20 cm与埋深10 cm土壤体积含水量对比分析，变化趋势和变化规律基本相同。

张神首站20 cm埋深秋季土壤体积含水量分析计算，基本情况及外界环境对土壤体积含水量的影响相同。通过对埋深20 cm与埋深10 cm土壤体积含水量对比分析，变化趋势和变化规律基本相同。

通过埋深20 cm与埋深10 cm变化过程线对比分析，在9月，10 cm埋深的土壤体积含水量大于20 cm埋深的土壤体积含水量，而在10月、11月时段内，10 cm埋深的土壤体积含水量小于20 cm埋深的土壤体积含水量。分析其原因，9月土壤体积含水量应满足作物生长所需要的水分，是通过降水或灌溉补充土壤体积含水量，表层土壤一直保持湿润状态，因此土壤上部含水量大于下部。在10月、11月，由于作物需水量减小，降水量和灌溉水量减小，表层蒸发水量增大，造成表层土壤体积含水量小于下层土壤体积含水量。

2.3 埋深50 cm土壤含水量变化规律

张神首站50 cm埋深春季土壤体积含水量分析计算，基本情况及外界环境对土壤体积含水量的影响与20 cm、10 cm埋深情况相同。通过对埋深50 cm土壤体积含水量与埋深20 cm土壤体积含水量对比分析，变化趋势和变化规律基本形同。50 cm埋深土壤体积含水量与20 cm埋深土壤体积含水量比较，大致可分为三个阶段，1）3月1日至4月1日，20 cm埋深的土壤体积含水量大于50 cm埋深的土壤体积含水量，分析其原因，此时段是冬小麦生产的关键期，需灌溉补水，保持土壤含水量充足，有利于冬小麦生长。2）在4月1日至5月1日，50 cm埋深土壤体积含水量与20 cm埋深基本持平，说明通过前一时段的充分灌溉，使得50 cm埋深的土壤体积含水量达到最大值，与上层的土壤含水量相差无几。3）5月1日至6月21日，该时段50 cm埋深的土壤体积含水量小于20 cm埋深的土壤体积含水量，该时段灌溉水量减少，表面蒸发量增大，而且，随着时间的增加逐渐增大，土壤体积含水量之间差距逐渐增大。

张神首站50 cm埋深秋季土壤体积含水量分析计算，基本情况及外界环境对土壤体积含水量的影响与20 cm、10 cm埋深情况相同。通过对埋深50 cm土壤体积含水量与埋深20 cm土壤体积含水量对比分析，变化趋势和变化规律基本形同。50 cm埋深土壤体积含水量与20 cm埋深土壤体积含水量比较，大致可分为三个阶段，1）9月1日至11月11日期间，20 cm埋深的土壤体积含水量大于50 cm埋深的土壤体积含水量，分析其原因，在此时段，是夏玉米生产的关键期，需灌溉补水或降水补给，保持土壤含水量充足，易于夏玉米生长。2）在10月11日至11月1日，50 cm埋深土壤体积含水量与20 cm埋深基本持平，说明通过前一时段的充分灌溉，使得50 cm埋深的土壤体积含水量大的最大值，與上层的土壤含水量相差无几。3）10月21日至11月21日，该时段50 cm埋深的土壤体积含水量小于20 cm埋深的土壤体积含水量，该时段灌溉水量减少，表面蒸发量增大，而且，随着时间的增加逐渐增大，土壤体积含水量之间差距逐渐减小。

3 土壤含水量变化对农作物生长影响

3.1 土壤含水量20 cm埋深对农作物的影响

通过对张神首站不同深度土壤含水量分析，不同深度的农田土壤含水量具有相似的波动曲线。在降雨和灌溉浇地作用下，20 cm深度的土壤含水量不断发生变化，在降雨或灌溉浇水期间，土壤含水量增加；无降雨、无灌溉期间，在蒸散发作用下，土壤含水量缓慢减小，呈现出和降雨、灌溉相似的波动。

3.2 土壤含水量50 cm埋深对农作物的影响

土壤深度越小，波动越明显，土壤深度越大，土壤含水量缓慢减少。农作物生长时期，在苗期影响作物生长的土层在0～20 cm，随着作物的生长，到冬小麦拔节，夏玉米抽穗以后，影响农作物生长的土层达50 cm以上。

4 结论

利用新河县张神首土壤墒情监测站2005—2015年监测资料，分析不同埋深、不同季节的土壤含水量变化特征，为土壤墒情预测预报提供科学依据。

在春季，10 cm和20 cm埋深土壤含水量变化趋势和变化规律基本相同，50 cm埋深在3月低于20 cm埋深的土壤含水量，4月基本持平，5月以后低于20 cm埋深的土壤含水量；在秋季，10 cm埋深土壤含水量在10月1日以前高于20 cm土壤含水量，10月1日以后低于20 cm埋深土壤含水量，50 cm埋深土壤含水量变化趋势与20 cm基本一致，含水量低于20 cm。

该试验资料来源于水浇地作物种植地块，通过对春季、秋季观测结果分析，分析时段的不同深度含水量，均能满足作物生长需要。

参考文献：

[1] 王振龙，高建峰.实用土壤墒情监测预报技术[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[2] 孙丽，王庆发，黄大彤.全国土壤水分及作物长势地面监测体系的初步构思[J].农业工程学报，2007，23（2）：173-176.

（责任编辑：赵中正）