田间持水量的测定与旱情分析

□郝金梅

田间持水量是指在地下水较深和排水良好的土地上降水或充分灌水后，经过一定时间，土壤所能维持的较稳定的土壤含水量。田间持水量测定与干旱分析，方便我们了解土壤水分和干旱变化，田间持水量测定的数值反映土壤保水能力大小，对田间持水量数据和干旱的研究，可以为抗旱对策的制定提供依据，可以为早期减灾、安全生产和科学耕作提供依据，可以为农业水资源利用效益评价提供帮助，为筛选高效农业节水技术、提高水资源利用效率、促进农业可持续发展做出贡献，对于我们的工作有一定指导意义。

1.土壤结构与水分常数

1.1 土壤剖面

土壤剖面一般指从地表面层垂直向下，纵向挖掘截至出现变化较小的基岩或母质，其厚度在2m左右，土壤在其运动发展形成的过程中，会呈现出一定的层次。土壤剖面包含3个典型层次：从地表开始的第1层被称作淋溶层或表土层，该层土壤一般较为疏松且富含腐殖物质；第2层土壤质地较为紧实黏稠，被称作淀积层或心土层；第3层被称作底土层，结构主要以成土母质为主；另外，3个典型土壤层次还可分为若干亚土层。从土壤剖面的相关特征可以看出土壤的性状、形成过程和结构性质，这为选取合适的排灌方法改良土壤特性提供了科学依据。

1.2 土壤孔隙

土壤孔隙指土壤中的间隙和孔道，常用大小和数量（孔隙率）表达。按大小可将土壤孔隙分为：大孔隙，又名非毛管孔隙或通气孔隙，可进行通气、排水；中孔隙，对毛管水的导水性好；小孔隙，毛管水在其内的运动速率慢。土壤孔隙的决定条件主要有：机质含量、土壤质地、土质团粒化程度、水分含量等。

1.3 土壤水分常数

土壤中含水量大小、土壤水分性质、土壤能量状态与农作物生长的关系可以用土壤水分常数来表述，具体有：田间持水量、毛管破裂含水量、吸湿系数、饱和含水量等，用含水量、吸力值来表示土壤水分状况最为普遍。不同的土质环境下，相关土壤状况表示数值差别较大，比如粉黏土的田间持水量高达23.8%，而细砂土则只有4.5%。

2.田间持水量测定实验方法

2.1 天然降水法

天然降水法常用于野外田间持水量的测定，该方法的显著特点是：直接、简便、高效。其测定的数值反映的是天然降水使预测土层水分达到饱和时，去除重力水后的土壤含水量。

2.1.1 实验条件

采用该方法的前提条件：降水时长、降水量满足测量要求；选择符合农作物耕种、土壤地质条件优良的地块作为实验地块；实验地点选择在靠近水文站或墒情监测站附近，监测人员能迅速达到实验地点；监测地点要避开植物根系发达土层，目的是减少测定数据因植物蒸腾作用影响；测定地点的地下水水位要适中。

2.1.2 实验方法

表1 降水量级及降水历时统计表

表2 2015年石家庄市各站点田间持水量测定成果表

选取多个有代表性的测定点及实验地块（实验地块应与墒情监测站结合），制定降水量级表。对不同土壤质地监测点制定天然降水量级表，并制定天然降水法饱和土壤所需的降水量级及降水历时，降水量级及降水历时统计表见表1。

2.1.3 实验地块现场保护及地膜覆盖

当实验地块达到天然降水法测量所需的降水条件时，应组织实验监测人员对实验地块进行迅速的地膜覆盖现场保护，避免再次降水和水分蒸发对测定数据产生影响。

2.2 围框淹灌法

选用围框淹灌法时，需首先在代表性测量地块中建立实验区围框结构，并确保实验区内的农作物耕种面积大于1.3m2，再对围框实验区进行地膜覆盖、人工灌水、自然渗透操作，对最大毛管悬着水量进行测量，该含水量数值即为土壤田间持水量。

2.2.1 实验条件

选取当地典型农作物生长和典型土壤地质的大田作为实验地块，不宜选在地岗地；选择方便给水的地区地块进行淹灌实验；对实验土壤进行围框实验时，保证水量的均匀入渗和足够的实验时长，切勿一次性灌注水分；保证围框实验土体维持原状，不得随意踩压、翻动。

2.2.2 实验区处理

实验区标准面积为2×2m2，将铁皮框楔入在实验区中心部位，框体标准面积为1×1m2，框体嵌入深度范围为40~50cm；铁皮框周围用原土壤填实，确保铁皮框密实接触土壤，从而保障灌注水分不流失。

2.2.3 灌水量计算

实验区灌水量计算的根据是土壤实时含水量和预测土层深度。土壤蓄水量计算，要在实验地点附近区域选取土壤进行土壤实时含水量和土壤干容重测定。

2.3 环刀法

环刀法又叫室内测定法，通常是用环形刀具采集预测地块原状土壤。在实验室中对土壤进行排水、吸水、烘干后再进行土壤田间持水量测定。

2.3.1 实验条件

土壤样本应选择典型具有代表性的地块土壤，保证土质均匀和土壤质地相同，采样过程中防止石块杂物等混入环形刀具内；防止采样过程中意外的发生，需准备足够量的环形刀具进行多件采样，备用土样也应保持完整性。

2.3.2 实验步骤

取土样：用铁铲先将田间采样点土面处理平整，切取土样过程中应保持环形将刀刃端平稳向下压入采样点土层中，将取土成功的环形刀刀刃一端垫上滤纸并加底盖、另一端加顶盖，将环刀外侧土壤除尽，取少量同一土层散土一并带回实验室。

土样吸水：将土样环形刀具底端向下置入水中，保证环刀顶盖高于水面1～2mm，土样浸水时间需大于24h，至土样吸收达到水分饱状态。

干土样本制作：干土样本的作用是用于吸收实验土样的剩余水分。对带回的实验地散土进行风干磨细处理，用孔径1mm筛子筛选后装入容器中，拍实处理后以备用于吸收土样水分，也可用石英砂代替干土。

目前，我省大部分采用环刀法来测定田间持水量，2015年石家庄水文勘测研究中心对石家庄市7个站点测定的田间持水量成果见表2。

3.实验方法结果分析

天然降水量法测量的基本条件是自然降水量和降水历时下达到土壤的饱和状态，这种方法获取的测定数据是最接近田间持水量实际数值的。因而，该方法具有显著代表性、便捷性和准确性，但实际测定的要求相对很高。不仅要求监测人员对降水情况进行实时准确把握，还要求监测人员对降水条件迅速做出反应，防止错过最佳监测点。

围框淹灌法是通过人工淹灌手段模仿土壤的天然降水饱和状态，再测定的田间持水量数值，该方法在操作中易出现诸多问题，如灌注水分不均匀、水分渗透不充分和黏土淹灌困难等。

环刀法是唯一的实验室室内测定方法，该方法的主要优点是易操作、不受外界自然条件限制、测量实验成本低、测定数据比较准确，缺点是操作程序严格、测量步骤繁琐、测量精度要求高、需要较多的辅助实验等。

4.结语

以上分析了土壤剖面及水分常数，介绍了田间持水量的测定方法。田间持水量是旱情评估的重要指标，针对近年来北方地区的旱情，石家庄水文中心一直对辖区内各站点土壤含水量变化进行观测，通过比较土壤含水量和田间持水量的关系来分析是否有旱情发生及旱灾程度，并及时上报给有关部门，提供决策依据。