田間持水量測(cè)定成果合理性分析

鄒文安，呂守貴（.吉林省墑情監(jiān)測(cè)中心，30033，長(zhǎng)春；.吉林省水文水資源局通化分局，34000，通化）

田間持水量測(cè)定成果合理性分析

鄒文安1，呂守貴2
（1.吉林省墑情監(jiān)測(cè)中心，130033，長(zhǎng)春；2.吉林省水文水資源局通化分局，134000，通化）

田間持水量是土壤排除重力水后的最大土壤含水量，是對(duì)作物有效的最高土壤水含量，也是進(jìn)行土壤墑情評(píng)價(jià)的重要依據(jù)。由于田間持水量測(cè)定方法、測(cè)定條件等的不同，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果也不盡相同，為此對(duì)田間持水量測(cè)定成果進(jìn)行合理性分析非常必要。從測(cè)定方法、測(cè)定條件、土壤質(zhì)地、退水過(guò)程、墑情評(píng)價(jià)等方面，闡述了墑情站點(diǎn)的田間持水量測(cè)定成果合理性分析過(guò)程，為土壤田間持水量測(cè)定、成果分析驗(yàn)證、墑情評(píng)價(jià)、旱情分析等提供借鑒和參考。

墑情站點(diǎn)；田間持水量；測(cè)定成果；分析

田間持水量是指在地下水較深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允許水分充分下滲，并防止其水分蒸發(fā)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，排除重力水后，土壤剖面所能維持較穩(wěn)定的土壤水含量。田間持水量是土壤水分常數(shù)之一，是各墑情站點(diǎn)必測(cè)的本底數(shù)據(jù)，是計(jì)算土壤相對(duì)濕度（土壤重量含水量與田間持水量的比值，下同）的重要依據(jù)，是開展墑情評(píng)價(jià)、旱情分析不可缺少的基礎(chǔ)信息。

一、測(cè)定方法

田間持水量測(cè)定方法較多，常見的有環(huán)刀法、圍框淹灌法和天然降水法等。

環(huán)刀法是利用環(huán)刀在測(cè)定地塊上采集原狀土樣帶回室內(nèi)，放置在裝有水的平底容器中，使土樣含水量達(dá)到飽和，置于風(fēng)干土或石英砂上，排出重力水后，利用人工取土烘干法測(cè)定的土壤重量含水量即為田間持水量。該法屬實(shí)驗(yàn)室法測(cè)定，操作簡(jiǎn)單，成本低。不足之處主要是測(cè)定環(huán)境與實(shí)際不符。該法適用于多站點(diǎn)田間持水量的批量集中測(cè)定。

圍框淹灌法即小區(qū)灌水法，在代表性地塊內(nèi)建立測(cè)定區(qū)，通過(guò)設(shè)置不透水圍框、人工灌水、地膜覆蓋等一系列人工干預(yù)技術(shù)手段，使圍框內(nèi)土壤含水量達(dá)到飽和，自然排出重力水后，測(cè)取土壤最大毛管懸著水量，此時(shí)的土壤重量含水量即為土壤田間持水量。該法在田間測(cè)定，測(cè)定結(jié)果可靠。不足之處主要是測(cè)定周期長(zhǎng)、成本高。該法適用于墑情站田間持水量的精準(zhǔn)測(cè)定。

天然降水法即飽和雨后測(cè)定法，當(dāng)大氣降水使測(cè)定地塊土壤水分含量達(dá)到飽和時(shí)，連續(xù)監(jiān)測(cè)土壤水分衰退過(guò)程，排除多余重力水后的土壤重量含水量即為田間持水量。該法在田間測(cè)定，測(cè)定結(jié)果可靠。不足之處主要是該法測(cè)定周期長(zhǎng)、降雨條件高（量級(jí)大、歷時(shí)長(zhǎng)）。該法適用于墑情站田間持水量的校對(duì)或精準(zhǔn)測(cè)定。

二、測(cè)定條件

野外進(jìn)行田間持水量測(cè)定時(shí)，應(yīng)滿足以下條件：①測(cè)定地塊土壤質(zhì)地、農(nóng)作物種類及種植結(jié)構(gòu)、地形地貌應(yīng)具有代表性，宜選取旱象較敏感、日常墑情采集點(diǎn)處測(cè)定；②測(cè)定地塊地下水埋深不宜過(guò)高，雨水浸潤(rùn)線應(yīng)高于地下水水位0.5m以上；③測(cè)定區(qū)為原狀性土壤，土質(zhì)均勻；④測(cè)定區(qū)土壤含水量需達(dá)到飽和，土壤表面應(yīng)覆蓋塑料布和草墊子等，防止土壤水分蒸散發(fā)；⑤需測(cè)定土壤退水過(guò)程，從飽和含水量開始，直至田間持水量出現(xiàn)；⑥土壤含水量應(yīng)采用人工烘干法測(cè)定，土樣采集孔不得重復(fù)使用。

三、合理性分析

1.土壤質(zhì)地

田間持水量的大小與土壤質(zhì)地有關(guān)。土壤顆粒越細(xì)，其表面積越大，壘結(jié)起來(lái)之后形成的空隙也就越小，對(duì)水的吸持能力就越大，田間持水量相對(duì)較高。盡管不同土壤質(zhì)地對(duì)應(yīng)田間持水量有所不同，但田間持水量量級(jí)分布與土壤質(zhì)地仍有一定規(guī)律可遵循。通常情況下，砂土、壤土、黏土對(duì)應(yīng)的田間持水量依次增大，見表1。

利用土壤質(zhì)地進(jìn)行田間持水量測(cè)定成果合理性分析時(shí)，土壤質(zhì)地劃分十分關(guān)鍵。首先應(yīng)判斷測(cè)定地塊土壤質(zhì)地屬性，根據(jù)土壤質(zhì)地屬性來(lái)分析測(cè)定成果是否合理，即砂土田間持水量應(yīng)為5％～12％，壤土田間持水量應(yīng)為14％～28％，黏土則應(yīng)大于25％。當(dāng)土壤質(zhì)地劃分不合理時(shí)，會(huì)導(dǎo)致測(cè)定成果系統(tǒng)偏差，此時(shí)應(yīng)調(diào)整土壤質(zhì)地的分組。如砂壤土應(yīng)劃為壤土，田間持水量為14％～20％，如果將砂壤土劃分為砂土，會(huì)出現(xiàn)測(cè)定成果系統(tǒng)偏大。其次，對(duì)于同一種土壤質(zhì)地來(lái)講，當(dāng)砂粒所占比例越大，對(duì)應(yīng)田間持水量較小；反之，田間持水量則較大。對(duì)于砂土來(lái)講，粗砂土（砂粒含量大于90％）田間持水量應(yīng)為5％～8％，細(xì)砂土、面砂土（砂粒含量為80％～90％）為8％～12％。

此外，田間持水量測(cè)定結(jié)果與土壤質(zhì)地垂向分布有一定的關(guān)系。當(dāng)測(cè)定點(diǎn)垂向土壤為均勻質(zhì)地時(shí)，各土層的田間持水量測(cè)定結(jié)果應(yīng)接近；如果不均勻，各土層的田間持水量會(huì)有不同，應(yīng)計(jì)算垂向平均田間持水量作為測(cè)定結(jié)果。

2.退水過(guò)程

土壤水儲(chǔ)存和運(yùn)移在包氣帶土壤中。在土壤的耕作層，土壤水的補(bǔ)給主要是降水和灌溉水，毛細(xì)管上升水在地下水埋深大時(shí)所占比重極小，一般不予考慮。田間土壤水的運(yùn)動(dòng)，一般視為一維運(yùn)動(dòng)，即向下入滲或向上蒸散發(fā)。當(dāng)土壤達(dá)到田間持水量后，蒸散發(fā)是土壤水消退的主要途徑。當(dāng)表層土壤含水量超過(guò)田間持水量后，便形成了重力水迅速向下運(yùn)移補(bǔ)給深層土壤水或形成地下水，同時(shí)表層土壤水的蒸散發(fā)隨時(shí)發(fā)生，形成土壤水的退水過(guò)程。

在野外進(jìn)行田間持水量測(cè)定時(shí)，需在測(cè)定區(qū)四周設(shè)置鐵皮圍框、覆蓋塑料薄膜和草墊子，防止土壤水橫向運(yùn)移和向上蒸散發(fā)，土壤水的運(yùn)動(dòng)僅是重力水向下運(yùn)移，運(yùn)移穩(wěn)定時(shí)（排除重力水）即為該土壤的田間持水量。由于土壤顆粒組成（土壤質(zhì)地）的不同，土壤結(jié)構(gòu)也會(huì)有較大差距，對(duì)土壤水運(yùn)移也有一定影響。砂土的顆粒粗，中小孔隙多，透水性能強(qiáng)，土壤水運(yùn)移速度快，退水迅速，達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間也快（田間持水量出現(xiàn)時(shí)間）。黏土的顆粒小，土壤孔隙細(xì)密，吸水、保水性能就越強(qiáng)，土壤水運(yùn)移速度慢，退水緩慢，達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間也慢。壤土的退水速度、達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間介于砂土和黏土之間。

通常情況下，土壤水達(dá)到穩(wěn)定時(shí)即田間持水量出現(xiàn)時(shí)間是在土壤水快速消退后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)短暫的穩(wěn)定階段（相鄰測(cè)次土壤含水量較為接近），穩(wěn)定階段會(huì)持續(xù)數(shù)小時(shí)或1～2天，隨后又會(huì)出現(xiàn)土壤水緩慢消退階段。從飽和土壤含水量退水起算，砂土田間持水量出現(xiàn)時(shí)間不超過(guò)1天，土壤水穩(wěn)定（土壤水分處于田間持水量階段）持續(xù)時(shí)長(zhǎng)約幾個(gè)小時(shí)；壤土為1～2天，穩(wěn)定持續(xù)時(shí)長(zhǎng)不超過(guò)24小時(shí)；黏土為2～3天，穩(wěn)定持續(xù)時(shí)長(zhǎng)1～2天。

為了準(zhǔn)確掌握土壤水消退過(guò)程，宜對(duì)測(cè)定點(diǎn)的土壤含水量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，并點(diǎn)繪土壤水退水過(guò)程線，以便合理分析確定田間持水量出現(xiàn)時(shí)間。當(dāng)土壤水分處于飽和或高含量時(shí)，土壤退水速度快，應(yīng)加密測(cè)次。后期退水速度慢，可適當(dāng)減少測(cè)次。從飽和土壤含水量退水起算，第1日，砂土2～3小時(shí)監(jiān)測(cè)一次，壤土3～6小時(shí)監(jiān)測(cè)一次，黏土6小時(shí)監(jiān)測(cè)一次；第2日，每6小時(shí)監(jiān)測(cè)一次；第3日及以后，每日不少于一次，連續(xù)監(jiān)測(cè)5～7天。

表1　不同質(zhì)地土壤水分常數(shù)參考值

3.墑情評(píng)價(jià)

墑情評(píng)價(jià)是檢驗(yàn)田間持水量合理性的有效手段。方法是：利用測(cè)定的田間持水量成果對(duì)歷史旱情、實(shí)時(shí)旱情進(jìn)行評(píng)價(jià)，研判評(píng)價(jià)結(jié)果是否符合實(shí)際。也就是通過(guò)分析土壤相對(duì)濕度（土壤重量含水量與田間持水量的比值）與實(shí)際旱情（分為輕旱、中旱、重旱、特旱）是否一致來(lái)驗(yàn)證其合理性。當(dāng)測(cè)定的田間持水量合理時(shí)，輕旱對(duì)應(yīng)的土壤相對(duì)濕度為50％～60％，中旱對(duì)應(yīng)的土壤相對(duì)濕度為40％～50％，重旱對(duì)應(yīng)的土壤相對(duì)濕度為30％～40％，特旱對(duì)應(yīng)的土壤相對(duì)濕度小于30％。土壤相對(duì)濕度與旱情等級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2。

表2　土壤相對(duì)濕度與旱情等級(jí)關(guān)系表

為了確保旱情等級(jí)評(píng)判結(jié)果科學(xué)合理，當(dāng)某地出現(xiàn)旱情時(shí)，需要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行旱情調(diào)查，實(shí)地查勘作物生長(zhǎng)情況、土壤水分狀況、表層干土厚等，現(xiàn)場(chǎng)評(píng)判旱情等級(jí)，與墑情評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行比較，進(jìn)而驗(yàn)證田間持水量的合理性。同時(shí)，該站的降水距平、連續(xù)無(wú)雨日數(shù)也可以作為旱情等級(jí)評(píng)判指標(biāo)，連同主要作物水分狀況、主要作物生長(zhǎng)情況和干土厚等因素綜合分析確定旱情等級(jí)。如果該站多數(shù)測(cè)次墑情評(píng)價(jià)合理（土壤相對(duì)濕度與旱情等級(jí)吻合），說(shuō)明田間持水量測(cè)定成果合理；如果該站多數(shù)測(cè)次不合理或長(zhǎng)期不合理，且存在系統(tǒng)偏大或偏小現(xiàn)象，說(shuō)明田間持水量測(cè)定成果不合理，需重新測(cè)定。

需要注意的是，某墑情站監(jiān)測(cè)地塊種植的農(nóng)作物是變化的，不同農(nóng)作物的旱情等級(jí)與土壤相對(duì)濕度對(duì)應(yīng)關(guān)系（抗旱能力）是不一致的，谷子、甘薯、花生等抗旱能力強(qiáng)，小麥、油菜、旱作水稻、馬鈴薯等抗旱能力弱。此外，同一種農(nóng)作物不同生長(zhǎng)期的同一旱情等級(jí)與土壤相對(duì)濕度對(duì)應(yīng)關(guān)系也是變化的。玉米在播種出苗期、孕穗期（抽雄期）土壤水分含量要求高，抗旱能力弱，同一土壤相對(duì)濕度對(duì)應(yīng)墑情等級(jí)高；在苗期、灌漿期（成熟期）土壤水分含量要求低，抗旱能力稍強(qiáng)，同一土壤相對(duì)濕度對(duì)應(yīng)墑情等級(jí)低（見表3）。

為此，利用墑情評(píng)價(jià)檢驗(yàn)田間持水量合理性時(shí)，除考慮監(jiān)測(cè)地塊土壤質(zhì)地外，還需考慮監(jiān)測(cè)地塊種植的農(nóng)作物及生長(zhǎng)期，兼顧其他旱情評(píng)判指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果，因地制宜，綜合檢驗(yàn)旱情等級(jí)與土壤相對(duì)濕度對(duì)應(yīng)關(guān)系，防止用單一要素片面地分析驗(yàn)證。

表3　玉米各生育期墑情評(píng)價(jià)指標(biāo)表

四、討論及結(jié)論

①田間持水量長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是土壤所能穩(wěn)定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持懸著水的最大量，是對(duì)作物有效的最高土壤含水量，常作為計(jì)算灌水定額和墑情評(píng)價(jià)的指標(biāo)。但它是一個(gè)理想化的概念，嚴(yán)格說(shuō)不是一個(gè)固定不變的土壤水分常數(shù)。雖然在田間、實(shí)驗(yàn)室可以測(cè)定，且隨著測(cè)定方法、測(cè)定條件的不同，以及土壤結(jié)構(gòu)、地下水埋深和土壤中有機(jī)物的變化，會(huì)有一定的出入。為此，在測(cè)定田間持水量時(shí)，宜選用多種方法、不同季節(jié)定期復(fù)測(cè)，嚴(yán)格按照測(cè)定條件進(jìn)行對(duì)比分析確定。

②田間持水量測(cè)定成果合理性需要進(jìn)行墑情評(píng)價(jià)來(lái)檢驗(yàn)，根據(jù)工作實(shí)際科學(xué)合理選用墑情評(píng)價(jià)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)十分關(guān)鍵?！逗登榈燃?jí)標(biāo)準(zhǔn)》（SL 424—2008）是以土壤為評(píng)價(jià)對(duì)象，以土壤相對(duì)濕度為評(píng)價(jià)依據(jù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，適合尚未播種地塊或白地的土壤墑情評(píng)價(jià)?！锻寥缐勄樵u(píng)價(jià)指標(biāo)》（SL 568—2012）是以17種農(nóng)作物、不同生育期為評(píng)價(jià)對(duì)象，以土壤相對(duì)濕度為評(píng)價(jià)依據(jù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，適合具體農(nóng)作物的墑情評(píng)價(jià)。由于兩個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)墑情評(píng)價(jià)對(duì)象不一致，評(píng)價(jià)結(jié)果也有出入，個(gè)別墑情評(píng)價(jià)相差一個(gè)等級(jí)，但評(píng)價(jià)結(jié)果總體趨勢(shì)是一致的。應(yīng)用時(shí)，應(yīng)考慮監(jiān)測(cè)地塊的實(shí)時(shí)農(nóng)情，有選擇地使用墑情評(píng)價(jià)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

田間持水量合理性檢驗(yàn)離不開生產(chǎn)實(shí)踐，應(yīng)結(jié)合墑情評(píng)價(jià)、旱情調(diào)查和其他旱情評(píng)判指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行綜合分析驗(yàn)證?！?/p>

［1］鄒文安，等.土壤水分常數(shù)的測(cè)定［J］.水文，2015（4）.

［2］陳曉燕，等.全國(guó)土壤田間持水量分布探討［J］.水利水電技術(shù)，2004（9）.

責(zé)任編輯韋鳳年

Rationality analysis of measurement results of on-farm water-holding capacity//

Zou Wenan，Lyu Shougui

On-farm water holding capacity is the maximum soil moisture content excluding gravity water and also the basis for evaluating moisture condition of soil as it is most effective for crops.However，the results vary due to the differences between methods of measuring on-farm water holding capacity and conditions.Therefore，evaluation on measurement results is crucial for understanding its rationality.An introduction is made on the process of evaluating results from soil moisture condition stations in terms of methodology，condition，soil texture，returned water and moisture condition evaluation.The analysis is valuable for measuring on-farm water holding capacity，verification of result analysis，moisture condition assessment and drought condition analysis.

moisture condition station；on-farm water-holding capacity；measurement result；analysis

S152.7

B

1000-1123（2016）11-0055-03

2016－04－19

鄒文安，副主任，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事墑情監(jiān)測(cè)、墑情評(píng)價(jià)研究。