青海省大峽灌區(qū)土壤基本物理性質垂直變異特征

呂文星　唐洪波　劉東旭等

摘要 由于受氣候、生物、土壤屬性等因素的影響，土壤基本物理性質垂直剖面分布也表現(xiàn)出相應的層次性。該研究對青海省大峽灌區(qū)典型地塊土壤基本物理性質分層次進行測定和分析。結果表明，土壤容重隨土層深度的增加呈先增大后減小趨勢；土壤孔隙度隨土層深度的增加呈先減小后增加趨勢，整個土壤層次中0～40和90～150 cm兩處為高孔隙度區(qū)，其他土層屬于低孔隙度區(qū)；土壤持水性能指標中的土壤飽和持水量、毛管持水量及田間持水量均隨土層深度的增加呈先減小后增加趨勢，且三者變化趨勢基本一致，均呈近等差遞減的趨勢。大峽灌區(qū)典型樣地土壤在垂直方向呈現(xiàn)出上部（0～40 cm）疏松，40～60 cm范圍較緊實，下部（60～200 cm）再次趨于疏松。

關鍵詞 大峽灌區(qū)；土壤物理性質；垂直變異

中圖分類號 S152 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）15-099-03

Vertical Variation Characteristics of Basic Physical Properties in the Daxia Irrigated Area of Qinghai Province

LV Wenxing1， TANG Hongbo2， LIU Dongxu1 et al

（1.Yellow River Institute of Hydrology and Water Resources， Zhengzhou， Henan 450004； 2. Qinghai Hydrographic and Water Resources Survey Bureau， Xining， Qinghai 810008）

Abstract Due to the influence of such factors as the climate， biology and soil properties， the vertical section distribution of soil basic physical properties also show the corresponding hierarchy. Basic physical properties of typical field in the Daxia irrigation area in Qinghai Province layer were determined and analyzed in this study. The results showed that soil bulk density increased with the increase of soil depth first and then decreased； Soil porosity increased with the increase of soil depth first and then decreased. The soil layers in 0-40 cm and 90-150 cm were high porosity zones， other soil layer belongs to low porosity area； Soil waterholding performance index such as soil saturated water holding capacity， capillary water holding capacity and field capacity showed increased first and then decreased trend with the increase of soil depth. These three indexes almost showed the same nearly evenly spaced degressive trend. The soil of the typical sample plots in Daxia irrigation area presents the upper vertical （0-40 cm） is loose， the 40-60 cm layer is relatively tight， and the lower part （60-200 cm） tend to loose again.

Key words Daxia irrigated area； Soil basic physical properties； Vertical variation

大峽渠灌區(qū)位于河谷平原川水區(qū)。該區(qū)沿湟水干流及其一級支流呈帶狀分布，由河灘和1～5級階地坡洪積扇組成，土體構型較好，質地松，是全縣的主要產糧區(qū)。該地區(qū)屬半干旱的高原大陸性氣候類型。寒冷和干旱是區(qū)內主要氣候特點。由于受氣候、生物、土壤屬性等因素的影響，土壤水分的剖面分布也表現(xiàn)出相應的層次性[1-2]。該研究通過對大峽灌區(qū)200 cm土體的基本物理性質的測定分析，探討其在垂直方向上的變異特征，以期為青海省大峽灌區(qū)土壤資源的進一步研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

該試驗布設在位于青海省黃河流域大峽灌區(qū)，地處E102°15′～102°24′和N36°13′～36°30′，海拔范圍在1 650～4 400 m之間。

大峽渠灌區(qū)位于湟水左岸的高店鎮(zhèn)河灘寨村，水源引自湟水，下游有引勝溝等湟水一級支流作為補充水源。灌區(qū)貫穿于湟水左岸的高店、雨潤、共和、碾伯、高廟5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的43個行政村和單位。

大峽灌區(qū)屬半干旱的高原大陸性氣候類型，寒冷和干旱是區(qū)內主要氣候特點。年平均氣溫4.5～7.5 ℃，無霜期130～150 d，區(qū)域地形復雜，海拔高差大，各地降水量不盡一致，山區(qū)一般大于川區(qū)，腦山大于淺山，川水地區(qū)年降雨量為320～340 mm，川區(qū)蒸發(fā)量大于山區(qū)，川區(qū)年蒸發(fā)量達843 mm。最大凍土深度為86 cm。大峽渠灌區(qū)土壤主要包括灰鈣土和栗鈣土兩種。成土母質有沖積物、洪積物和次生黃土等。土質松散，質地均一，耕性好，結構呈團粒狀或粒狀。

典型樣地為農地，種植作物為小麥，地處N36°29′16.4″和E102°13′34.8″，海拔1 950 m，平均坡度3°，土壤類型為灰鈣土。圖1為大峽渠灌區(qū)典型樣地位置圖。

圖1 大峽渠灌區(qū)典型樣地位置

1.2 土壤樣品采集與處理

在樣地調查基礎上，根據(jù)典型性和代表性的原則，2014年10月中旬在灌區(qū)內選擇引退水條件良好的地塊作為試驗地塊，種植作物為小麥。在實驗地塊內設置1個2 m×2 m的樣地，采用土壤剖面調查的方法，在保證不破壞土壤結構的前提下，在樣地內挖掘200 cm深土壤剖面，以10 cm為一層采用100 cm3標準環(huán)刀分層取樣，每層3次重復，運回實驗室備用。

1.3 測定項目與方法

采用環(huán)刀浸透法[3]，測定土壤容重、孔隙度（總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度）、飽和含水量、毛管含水量、田間持水量、土壤含水量等指標。測定時間在2014年10月中旬。

打開帶回的環(huán)刀下蓋（帶網孔端），放入濾紙，蓋好后立即稱重（m1）；

取下環(huán)刀上蓋，將環(huán)刀帶網孔端放入水盆中，盆中水層高度至環(huán)刀上沿（不淹沒），吸水12 h后取出環(huán)刀，蓋上上蓋，擦凈水分，立即稱重（m2）；

平底盤內鋪入干砂，稱重后立即將環(huán)刀（網孔端向下）放置入平底盤，滲透12 h后立即稱重（m3）；

平底盤內鋪入濾紙，稱重后立即將環(huán)刀（網孔端向下）放置入平底盤，滲透12 h后立即稱重（m4）；

將稱重后的環(huán)刀上蓋打開，放入105 ℃烘箱內烘烤24 h，蓋好上蓋，立即稱重（m5）；取出土樣，稱取帶濾紙環(huán)刀重（m6）；

計算公式為：

1.4 數(shù)據(jù)分析

所測數(shù)據(jù)均采用Excel進行整理。采用SPSS16.0進行方差分析。采用AutoCAD和sigmaplot10.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 土壤容重垂直變異分析

土壤容重是指單位容積原狀土壤烘干土的質量，通常以g/cm3表示。它的數(shù)值總是小于土粒密度，兩者的質量均以105～110 ℃下烘干土計。土壤容重受土粒密度和孔隙兩個方面的影響，后者的影響更大。土壤容重的大小反映土壤結構、透氣性、透水性能以及保水能力的高低。土壤容重較小，說明土壤具有較好的結構，其透氣性能、透水性能好。土壤容重是反映土壤熟化程度指標之一，熟化程度高的土壤容重一般較小。土壤容重的變化對土壤的多孔性質產生較大的影響，也影響著植物根系的生長和生物量的積累。

土壤容重的大小受土壤質地、結構、有機質含量以及各種自然因素和人工管理措施等影響[4]。凡是造成土壤疏松多孔或產生大量大孔隙的，土壤容重小，反之造成土壤緊實少孔的，則土壤容重大。一般，表層土壤的土壤容重較小，隨著土壤深度的增加，土壤容重會有所增大。同樣是表層土壤，隨著有機質含量增加，結構性改善，土壤容重相應減少。

由圖2可知，研究區(qū)土壤容重隨土層深度的增加呈先增大后減小趨勢。在0～50 cm范圍內急劇增大，在50 cm處達到峰值，為1.81 g/cm3，明顯高于10 cm處（與其差值達0.57 g/cm3），50 ～90 cm急劇減小，90～200 cm趨于平穩(wěn)。

這說明在40～50 cm范圍樣地土壤容重增大。由土壤剖面開挖得知，這一區(qū)域存在一個板結的砂層，降低其透水性能，阻礙水分的下滲速度，在灌溉或長歷時降雨條件下該區(qū)域將會形成一個臨時的“上滯水層”[5]。

2.2 土壤孔隙狀況垂直變異分析

土壤孔隙度是指單位容積土壤中孔隙所占的百分率，即土壤固體顆粒間孔隙的百分率。孔隙的大小與多少密切影響著土壤中水、肥、氣、熱因素的變化與供應狀況。土壤孔隙度一般多在30%～60%之間。土壤孔隙度只說明土壤孔隙“量”的問題，還不足以反映土壤孔隙“質”的方面。為認識與了解土壤孔隙的性質，必須考慮孔隙徑級狀況。一般，根據(jù)土壤孔隙的粗細可分為無效孔隙、毛管孔隙與非毛管孔隙3種。

無效孔隙是直徑小于0.001 mm的孔隙，被結合水所充滿，故又可稱為結合水孔隙。保持在無效孔隙中的水分被土粒強烈吸附，故不能被植物吸收利用。土粒越細或越分散，無效孔隙數(shù)量越多。無效孔隙增加，會減弱土壤透水透氣功能；毛管孔隙是直徑0.001～0.100 mm的孔隙，具有毛管作用，水分可借毛管彎月面力保持貯存在土壤內，靠毛管引力向上下左右移動，該部分水分對植物生長最為有利；非毛管孔隙是直徑大于0.1 mm的孔隙，毛管作用明顯減弱，保持貯存水分能力逐步消失，非毛管孔隙是水分與空氣的通道，常為空氣所占據(jù)，故也稱空氣孔隙或大孔隙，非毛管孔隙的多少直接影響著土壤透氣與滲水能力。

在水土保持研究中，習慣上多把無效孔隙包括于毛管孔隙之中，所以土壤總孔隙度一般包括毛管孔隙度和非毛管孔隙度。土壤總孔隙度是影響土壤肥力狀況的主要物理特性之一，是計算土壤固相、液相、氣相的主要依據(jù)[6]。

由圖2可知，非毛管孔隙度在20、50 cm處出現(xiàn)明顯減小，50 cm處出現(xiàn)最小值，為3.22%；最大值出現(xiàn)在10 cm處，是50 cm處的2.22倍；在50～70 cm范圍內呈緩慢增大趨勢；70 cm以下變化趨勢趨于平緩，但波動較大，變異系數(shù)較大。毛管孔隙度同樣在40 cm處變化較明顯，其上下平均相差887%；在50 cm處達到最小值，為25.97%?？偪紫抖扰c毛管孔隙度變化趨勢基本一致。

0.12，屬于低孔隙度區(qū)。低孔隙度區(qū)不利于植物根系生長發(fā)育，使得該區(qū)域內植物根系分布相對較少。

43卷15期 呂文星等 青海省大峽灌區(qū)土壤基本物理性質垂直變異特征

2.3 土壤持水特性垂直變異分析

土壤貯水量指土壤吸持水分的含量，是土壤涵養(yǎng)水源功能的重要指標，一般用土壤層孔隙持水量來表示。土壤貯蓄的水分總量取決于土壤質地、土層厚度和土壤孔隙狀況等因素。土壤持水性直接影響土壤的抗水蝕能力，是反映土壤生態(tài)功能的重要指標[7]。