甘肅省典型土壤持水特性及影響因素研究

劉小寧，隆瑞紅，羅珠珠，蔡立群，4，董博

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅蘭州730070；2.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730070；3.宕昌縣財(cái)政局，甘肅隴南748500；4.甘肅省節(jié)水農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，甘肅蘭州730070）

甘肅省典型土壤持水特性及影響因素研究

劉小寧1，2，隆瑞紅1，3，羅珠珠1，2，蔡立群1，2，4，董博1

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅蘭州730070；2.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730070；3.宕昌縣財(cái)政局，甘肅隴南748500；4.甘肅省節(jié)水農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，甘肅蘭州730070）

研究了甘肅省14個(gè)類型區(qū)12種典型土壤的物理性質(zhì)，并測得不同水勢下的土壤重量含水量，利用Gardner經(jīng)驗(yàn)方程擬合出其土壤水分特征曲線，對不同土壤的持水性及其影響因素作了研究。結(jié)果表明：甘肅省典型土壤持水能力差異明顯，整體而言，甘南高原類型區(qū)土壤持水和供水能力較好，區(qū)內(nèi)典型土壤擬合參數(shù)A值均在20以上，且較為穩(wěn)定；隴南山地丘陵類型區(qū)土壤供水能力最佳，持水能力較好，區(qū)內(nèi)典型土壤擬合參數(shù)A值均在24以上，但穩(wěn)定性較弱；黃土高原類型區(qū)內(nèi)土壤持水性適中，供水能力較弱，穩(wěn)定性最佳；河西干旱半干旱類型區(qū)的土壤持水、供水能力及穩(wěn)定性均較差，區(qū)內(nèi)典型土壤除潮土外擬合參數(shù)A值均在17以下；土壤質(zhì)地（＜0.002mm粘粒含量）、總孔隙度對甘肅省土壤的持水性影響最為顯著，其次為土壤毛管孔隙度、密度和容重。

甘肅省典型土壤；土壤水分特征曲線；比水容量；土壤物理性質(zhì)；影響因素

土壤水指土壤顆粒依靠土粒表面的分子吸附作用而保持在土壤孔隙間的水分，它影響著土壤的理化性質(zhì)和肥力，提高土壤持水能力可以改善土壤抗旱性，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收［1］。

甘肅省位于中國西部地區(qū)，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)揮著重要作用。由于甘肅絕大部分地區(qū)處在我國干旱半干旱區(qū)，降水少，降水變率大，蒸發(fā)量高，土壤中水分含量少，農(nóng)業(yè)發(fā)展受阻。因此，探明土壤持水性及影響因素，為制定合理的水分管理措施提供科學(xué)依據(jù)，對于甘肅省農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

縱觀甘肅省土壤持水性的研究，主要偏重于以不同處理對單一土壤持水性的影響或局部地區(qū)部分土壤持水性的評價(jià)。楊治等［2］對甘肅黃綿土、黑壚土、褐土等幾種旱地土壤低吸力段持水性能進(jìn)行了初步研究，結(jié)果表明黑滬土、黃綿土的供水能力大于褐土和紅土。李小剛等［3－4］對甘肅省中東部地區(qū)土壤的顆粒組成、土壤最大吸濕量和凋萎濕度及它們之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)土壤最大吸濕水含量與調(diào)萎濕度受顆粒組成影響很大，與物理性粘粒含量均呈顯著直線正相關(guān)。李成有等［5］通過對甘肅定西地區(qū)黃綿土持水性及其影響因素的研究發(fā)現(xiàn)土壤容重與土壤持水性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但土壤孔隙度愈大，土壤持水能力反而越弱。但是甘肅省土地遼闊，地域差異極大，土壤類型復(fù)雜多樣，共分37個(gè)土類100個(gè)亞類，171個(gè)土屬，285個(gè)土種［6］，以單一的土壤或局部地區(qū)土壤作為研究對象難以對甘肅省土壤持水性做出全面的評價(jià)?？v觀甘肅省土壤持水性的研究，將研究區(qū)域定位到全省范圍的研究十分少見。故本研究結(jié)合甘肅省氣候與地形特征，將全省按照河西干旱半干旱類型區(qū)、黃土高原類型區(qū)、甘南高原類型區(qū)、隴南山地丘陵類型區(qū)四個(gè)類型區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)劃分，并篩選出各類型區(qū)內(nèi)的典型土壤。研究各典型土壤的物理性質(zhì)，并測得土壤的水分特征曲線及土壤比水容量，探明甘肅省土壤的持水特性及影響因素，旨在為制定合理的土壤水分管理及土壤改良措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤采集

依據(jù)河西干旱半干旱類型區(qū)、黃土高原類型區(qū)、甘南高原類型區(qū)、隴南山地丘陵類型區(qū)分區(qū)進(jìn)行采樣。結(jié)合甘肅省土種志［6］，統(tǒng)計(jì)出每個(gè)分區(qū)中包含的土壤類型及分布面積，選取分區(qū)中面積最大的三種土壤作為各土壤分區(qū)中的典型土壤，并在典型土壤集中分布的區(qū)域設(shè)置采樣點(diǎn)。具體采樣區(qū)的劃分、土壤類型及采樣點(diǎn)分布見表1、圖1。采樣過程中選取未經(jīng)擾動(dòng)的區(qū)域，分別在0～5，5～10，10～15，15～20 cm四個(gè)層次的土壤剖面上采集混合土樣。同時(shí)用環(huán)刀（D＝50.46mm，H＝50 mm，V＝100 cm3）采取各土壤剖面的原狀土樣，每層土壤剖面上取3個(gè)重復(fù)，用作容重的測定以及孔隙度的計(jì)算；另用環(huán)刀采取5～10 cm剖面的原狀土壤，用于土壤水分特征曲線的測定。采樣基本情況見表1。

表1 采樣點(diǎn)基本情況Table 1 Basic information of sampling sites

圖1 土壤采樣分區(qū)及采樣點(diǎn)分布Fig.1 The soil regionalization and sampling points

1.2 測定項(xiàng)目及方法

1.2.1 土壤物理性質(zhì)的測定本研究主要測定對土壤持水特性有較大影響的土壤物理性質(zhì)，包括土壤密度、土壤容重、土壤孔隙度、土壤顆粒組成。這些物理性質(zhì)的測定參照《土壤物理性質(zhì)的測定法》［7］，土壤密度的測定方法為比重瓶法，土壤容重和孔隙度采用環(huán)刀法測量，土壤顆粒組成的測定采用比重計(jì)法。

1.2.2 土壤水分特征曲線的測定土壤水分特征曲線是土壤水分基模勢與含水量之間的關(guān)系曲線，它反映了土壤的持水能力和土壤水分的基本特征，是土壤水分研究中重要的工具。通常土壤水分特征曲線包括吸水曲線和脫水曲線，即分別在土壤吸水過程和失水過程中所得到土壤水分特征曲線［8］。由于脫水曲線的獲取更有利于簡化研究步驟，減小試驗(yàn)誤差，故本研究采用脫水曲線來討論土壤持水性問題。研究中土壤水分特征曲線是采用美國土壤水分公司（Soilmoisture equipment corp）生產(chǎn)的1500型15Bar壓力膜儀分別測定0.5、1、3、5、10、15 Bar六個(gè)水平下的土壤水分重量含水量后，結(jié)合國內(nèi)外研究經(jīng)驗(yàn)，利用Gardner模型擬合而成。

Gardner模型表示水分特征曲線的表達(dá)式如下：

式中，θ為重量含水量（%）；S為土壤水吸力（Bar）；A和B為非線性回歸系數(shù)。

1.2.3 比水容量的測定土壤水分特征曲線斜率即單位基質(zhì)勢的變化引起含水量變化，稱為比水容量。它表示單位吸力變化時(shí)單位質(zhì)量土壤可釋放或儲存的水量，可反映土壤可釋出的供給植物吸收水量的程度，是評價(jià)土壤持水性強(qiáng)弱的關(guān)鍵參數(shù)［9－12］，記為Cθ。比水容量的獲取公式為：

式中，θ為重量含水量（%）；S為土壤水吸力（Bar）。

(3)BOG壓縮液化進(jìn)入LNG儲罐后，LNG儲罐依然可以保持長達(dá)58 h的無損存儲時(shí)間，這對于LNG加氣站減小BOG排放具有重要的意義。

對土壤特征水分曲線的斜率求導(dǎo)可得：

其中，A，B為土壤持水曲線擬合參數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

采用Microsoft Excel繪制圖表以及土壤水分特征曲線，運(yùn)用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Pearson相關(guān)分析法分析土壤持水性與土壤物理性質(zhì)的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤持水特征評價(jià)

2.1.1 土壤水分特征曲線根據(jù)Gardner模型的冪函數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式，將實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，供試土壤參數(shù)擬合結(jié)果見表2，擬合曲線結(jié)果見圖2～圖5。

表2 供試土壤的水分特征曲線的擬合方程及擬合參數(shù)Table 2 Soilmoisture characteristic curve fitting equations and the relevant coefficients of the selected soils

圖2 河西干旱半干旱類型區(qū)土壤水分特征曲線Fig.2 Water characteristic curves of soil collected Hexiarid and semi-arid region

圖3 黃土高原類型區(qū)土壤水分特征曲線Fig.3 Water characteristic curves of soil collected from the Loess Plateau

圖4 甘南高原類型區(qū)土壤水分特征曲線Fig.4 Water characteristic curves of soil collected from typical Gannan plateau

圖5 隴南山地丘陵類型區(qū)土壤水分特征曲線Fig.5 Water characteristic curves of soil collected from Longnanmountain and hilly area

從擬合結(jié)果表2可以看出，實(shí)測數(shù)據(jù)所得曲線與利用Gardner模型擬合的土壤水分特征曲線間的相關(guān)系數(shù)r2均在0.90以上，擬合相關(guān)性較好。根據(jù)Gardner模型的經(jīng)驗(yàn)方程，參數(shù)A表征曲線的高低，亦即持水能力的大小，A值越大，持水能力相對越強(qiáng)。參數(shù)B表征曲線的走向，當(dāng)A值不變時(shí)，B值越大（0≤B≤1），則曲線越靠近水勢軸，說明參數(shù)B可表示A值一定時(shí)水分特征曲線與水勢軸的貼近程度，反映了表示土壤含水量隨吸力變化的快慢程度［13－15］。根據(jù)甘肅省各類型區(qū)內(nèi)典型土壤A值可以看出，甘肅省典型土壤除栗鈣土、灰棕漠土、黃綿土外，其他典型土壤A值均在20～26之間。各類型區(qū)土壤A值的均值從大到小排列為甘南高原類型區(qū)＞黃土高原類型區(qū)＞河西干旱半干旱類型區(qū)＞隴南山地丘陵類型區(qū)。供試土壤A值從大到小排列為亞高山草甸土、高山草甸土、黑土、黑壚土、潮土、淋溶褐土、灰鈣土、灰褐土、黃棕壤、黃綿土、栗鈣土、灰棕漠土。以參數(shù)B為評價(jià)參數(shù)，各類型區(qū)土壤B值的均值從大到小排列為隴南山地丘陵類型區(qū)＞河西干旱半干旱類型區(qū)＞甘南高原類型區(qū)＞黃土高原類型區(qū)。供試土壤含水量隨吸力增加而減少的快慢程度為黃棕壤＞淋溶褐土＞灰棕漠土＞亞高山草甸土＞黑土＞栗鈣土＞灰鈣土＞灰褐土＞潮土＞黃綿土＞高山草甸土＞黑壚土。參數(shù)A×B，B＋1與比水容量有關(guān)，下文中均有分析。

從圖2～圖5可以看出，供試土壤在總體上表現(xiàn)為隨著水吸力的增加，土壤的重量含水量均呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，在一定的水吸力范圍內(nèi)，土壤的持水曲線下降趨勢明顯，斜率很大；到一定的吸力后，土壤持水曲線趨于平緩。其中，0～5 Bar范圍內(nèi)曲線下降幅度最大，可能原因是，低吸力時(shí)，土壤所能保持或釋放出來的水量主要取決于大孔隙的數(shù)量及其分布狀態(tài)，大孔隙中的水很容易就會排出，施加較小壓力時(shí)即可，所以土壤持水曲線的下降趨勢整體比較明顯；隨著吸力的增加，大孔隙中的水隨之排盡，保持在中小孔隙中的水分才緩慢釋出，所以此時(shí)特征曲線逐漸趨于平緩；另外，隨著土壤水吸力的不斷增大，土壤大孔隙中的液態(tài)水逐漸排出，土壤顆粒表面水化膜也隨著逐漸變薄，在此過程中土壤水分的形態(tài)開始發(fā)生變化，故高吸力段時(shí)，即使提高土壤吸力，殘余的水分由于能態(tài)的變化也很難再排出，持水曲線變化趨勢不明顯?？傮w上看，各種供試土壤在10 Bar以后就開始趨于平緩。

對于不同的土壤而言，由于土壤類型、耕地耕作管理措施、農(nóng)作物生理需水情況等一系列影響，土壤水分特征曲線的變化程度有很大差別。在河西干旱半干旱類型區(qū)，潮土的土壤水分特征曲線遠(yuǎn)高于灰棕漠土?；易啬梁屠踱}土的水分特征曲線高度較低，走向趨于一致，下降趨勢明顯。黃土高原類型區(qū)內(nèi)各典型土壤的水分特征曲線高度適中，下降趨勢平緩，三條水分特征曲線之間的高度和下降趨勢相差不大，高吸力段三條曲線趨于重合。甘南高原類型區(qū)中，亞高山草甸土、高山草甸土的曲線較高，隨著吸力的增加，亞高山草甸土、灰褐土曲線的下降趨勢增大，而高山草甸土的曲線下降趨勢相對平緩。隴南山地丘陵類型區(qū)中各典型土壤水分特征曲線走勢趨于一致，曲線高度黑土略高于淋溶褐土，黃棕壤的土壤水分特征曲線高度最低。

2.1.2 比水容量為了正確評價(jià)土壤持水能力，人們試圖以水分特征曲線為依據(jù)，尋找一些合理參數(shù)來全面反映水分隨土壤吸力變化的動(dòng)態(tài)過程，其中有以水分特征曲線斜率即比水容量為指標(biāo)來評價(jià)土壤供水能力及抗旱力［16－17］。由于比水容量是反映土壤可釋出的供給植物吸收水量多少的指標(biāo)，是一個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)，并以1 Bar含水量作為土壤“毛管聯(lián)系破裂濕度”，以此來劃分土壤供水的難易。研究表明比水容量越大土壤供水能力及抗旱力越強(qiáng)，但有效水供給能力愈差［18］。當(dāng)比水容量達(dá)到10－1數(shù)量級時(shí)，標(biāo)志著土壤含水量已處于凋萎濕度區(qū)間，當(dāng)比水容量達(dá)到10－2數(shù)量級時(shí)，水分的運(yùn)動(dòng)和有效性也顯著降低，植物正常生長已受影響［19］。從表3可以看出，甘肅省典型土壤在各吸力段中的比水容量絕大部分大于10－1。整體而言，隨著水吸力的增大，各典型土壤的比水容量均表現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，且無限趨近于零。就同一類型的土壤而言，土壤比水容量隨水勢增加而減小的程度無明顯規(guī)律。當(dāng)水吸力為1 Bar時(shí)的土壤比水容量可表示為A與B的乘積，記作A×B。A×B值越大的土壤，供水能力相對越強(qiáng)。而B＋1可表示土壤比水容量隨水吸力的變化的快慢程度。根據(jù)表2中的參數(shù)數(shù)值，以A× B作為評價(jià)參數(shù)，甘肅省典型土壤供水能力強(qiáng)弱為：亞高山草甸土＞黃棕壤＞淋溶褐土＞黑土＞灰鈣土＞潮土＞灰褐土＞高山草甸土＞栗鈣土＞黑壚土＞灰棕漠土＞黃綿土。以B＋1為評價(jià)參數(shù)，可得供試土壤比水容量隨水吸力的變化快慢程度為，黃棕壤＞淋溶褐土＞灰棕漠土＞亞高山草甸土＞黑土＞栗鈣土＞灰鈣土＞灰褐土＞潮土＞黃綿土＞高山草甸土＞黑壚土。在各吸力段隴南山地丘陵類型區(qū)土壤比水容重的均值遠(yuǎn)高于其他三個(gè)類型區(qū)。在剩下三個(gè)土壤類型區(qū)當(dāng)中，甘南高原類型區(qū)B值略高于河西干旱半干旱類型區(qū)和黃土高原類型區(qū)。河西干旱半干旱類型區(qū)和黃土高原類型區(qū)之間B值差距不大。而各類型區(qū)由土壤B＋1均值由大到小排列為：隴南山地丘陵類型區(qū)＞河西干旱半干旱類型區(qū)＞甘南高原類型區(qū)＞黃土高原類型區(qū)。由此可以得出在甘肅省域內(nèi)隴南山地丘陵類型區(qū)土壤供水能力及抗旱能力最強(qiáng)，但穩(wěn)定性最弱。甘南高原類型區(qū)次之，穩(wěn)定性適中。河西干旱半干旱類型區(qū)與黃土高原類型區(qū)的土壤供水能力最弱，但黃土高原類型區(qū)的土壤供水能力穩(wěn)定性較強(qiáng)。

2.2 土壤物理性質(zhì)

2.2.1 土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地是根據(jù)土壤的顆粒組成劃分的土壤類型，是影響土壤持水性能的重要因素。國際上土壤質(zhì)地劃分標(biāo)準(zhǔn)有很多，本研究采用國際制土壤質(zhì)地分級系統(tǒng)，具體甘肅省典型土壤的質(zhì)地分類見表4。

表3 不同水吸力下土壤的比水容量（Cθ）Table 3 Specific water capacity of different soil in various water suctions

表4 土壤質(zhì)地Table 4 Soilmechanical composition

由表4可見，甘肅省典型土壤中絕大多數(shù)以壤土為主（栗鈣土、灰棕漠土、灰鈣土、黃棕壤為砂壤土，潮土、黑壚土、灰褐土為粘壤土，黃綿土為粉壤土，高山草甸土為砂粘壤土），只有少數(shù)土壤為粘土（亞高山草甸土、淋溶褐土、黑土）。由此可見甘肅省土壤砂粒在土壤顆粒組成中所占比例較大，除黑壚土、黃綿土砂粒含量為32.37%、26.82%以外，其他典型土壤的砂粒含量均超過40%。典型土壤中粘粒含量則相對較小，大部分土壤的粘粒含量處在15%～25%之間。根據(jù)土壤中粘粒含量所占比例由大到小排列為亞高山草甸土＞黑土＞淋溶褐土＞灰褐土＞潮土＞高山草甸土＞黃棕壤＞黑壚土＞黃綿土＞栗鈣土＞灰鈣土＞灰棕漠土?？傮w而言，甘肅省河西干旱半干旱區(qū)土壤質(zhì)地最粗，區(qū)內(nèi)典型土壤砂礫含量均值最高。黃土高原類型區(qū)粉粒含量較高，土壤質(zhì)地多為粉壤土。甘南高原類型區(qū)和隴南山地丘陵類型區(qū)土壤粘粒含量較高，粘土、粘壤土在該區(qū)域分布最廣。

2.2.2 土壤容重土壤容重即土壤在田間自然狀態(tài)下，單位容積土體（包括土粒和孔隙）的質(zhì)量或重量（g·cm－3）。土壤容重的大小能反映土壤的緊實(shí)狀況和孔隙狀況，是衡量土壤肥力高低的重要指標(biāo)之一，也是影響土壤持水性的重要因素。本研究對甘肅省典型土壤容重分為0～5、5～10、10～15、15～20 cm四個(gè)層次進(jìn)行了測量。

由表5可以看出各種典型土壤容重在不同深度上的分布情況，隨著土層深度的增加，各分區(qū)土壤容重大致表現(xiàn)出下降的趨勢。根據(jù)各典型土壤容重的平均值，十二種供試土壤容重存在差異，變化幅度為1.08～1.44 g·cm－3，其中容重小于1.15 g·cm－3的為黃綿土和高山草甸土，1.4 g·cm－3以上的包括灰棕漠土和潮土，其余八種土壤容重均在1.1～1.4 g·cm－3之間。十二種供試土壤容重大小排序?yàn)椋豪踱}土＞灰棕漠土＞潮土＞黑土＞黑壚土＞灰褐土＞黃棕壤＞灰鈣土＞淋溶褐土＞亞高山草甸土＞高山草甸土＞黃綿土，其中河西干旱半干旱區(qū)典型土壤容重的均值變化范圍為1.38～1.44 g·cm－3，黃土高原類型區(qū)為1.08～1.34 g·cm－3，甘南高原類型區(qū)為1.12～1.34 g·cm－3，隴南山地丘陵類型區(qū)為1.31～1.39 g·cm－3，根據(jù)甘肅省各土壤類型區(qū)中土壤容重均值的大小排列為：河西干旱半干旱類型區(qū)＞隴南山地丘陵類型區(qū)＞黃土高原類型區(qū)＞甘南高原類型區(qū)。甘肅省域中河西干旱半干旱類型區(qū)內(nèi)土壤容重最大，土層最為緊實(shí)；隴南山地丘陵類型區(qū)僅次于河西地區(qū)，這與該區(qū)主要分布的土壤質(zhì)地較細(xì)有關(guān)；甘南高原類型區(qū)的土壤容重最小，土壤松弛，結(jié)構(gòu)良好。黃土高原類型區(qū)內(nèi)土壤容重適中，松緊度適宜，有利于耕作。

表5 土壤容重／（g·cm－3）Table 5 Soil bulk density

2.2.3 土壤密度及土壤孔隙度土壤密度及土壤孔隙度作為土壤的基本物理性質(zhì)參數(shù)，對土壤持水性的研究有著重要意義。具體測定結(jié)果見表6，甘肅省典型土壤總孔隙度變化范圍在43.02%～59.44%之間，各分區(qū)中黃土高原類型區(qū)和甘南高原類型區(qū)內(nèi)土壤總孔隙度較高，這兩個(gè)區(qū)域內(nèi)高山草甸土、亞高山草甸土、黃綿土、黑壚土的總孔隙度均超過50%。而河西干旱半干旱類型區(qū)與隴南山地丘陵類型區(qū)內(nèi)土壤總孔隙度相對較低。土壤孔隙分為毛管孔隙和通氣孔隙，由于通氣孔隙度對土壤持水性的影響較小，本研究僅對土壤毛管孔隙度進(jìn)行了測量。甘肅省典型土壤中黃綿土的毛管孔隙度最低，為10.15%，亞高山草甸土的毛管孔隙度最高，為27.40%，絕大部分的土壤毛管孔隙度在15%～24%之間。土壤毛管孔隙度由大到小排列分別為亞高山草甸土、黃棕壤、灰褐土、高山草甸土、灰鈣土、栗鈣土、潮土、黑壚土、淋溶褐土、黑土、灰棕漠土、黃綿土。土壤密度的測定結(jié)果變動(dòng)范圍不大，絕大部分土壤密度在2.65～2.75 g·cm－3之間，數(shù)值略有差異。各分區(qū)中的土壤毛管孔隙度和土壤密度無明顯規(guī)律。

表6 土壤密度及其孔隙度Table 6 Soil density and soil porosity

2.3 土壤持水性的影響因素及其相關(guān)性分析

如表7所示，土壤中＜0.02 mm粘粒含量與土壤持水性在0～15 Bar整個(gè)水吸力范圍內(nèi)均存在正相關(guān)關(guān)系且相關(guān)性較高，當(dāng)水吸力為1、3 Bar時(shí)，相關(guān)關(guān)系均達(dá)到顯著水平。當(dāng)土壤水吸力為0.5 Bar時(shí)，顯著性達(dá)到極顯著，相關(guān)系數(shù)為0.745。可見，土壤質(zhì)地對土壤的持水性有很大程度的影響，土壤中粘粒含量的增加有助于土壤持水性能的提升。土壤總孔隙度與含水量間存在正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)吸力水平在15 Bar時(shí)，相關(guān)關(guān)系達(dá)到顯著水平，吸力水平在10 Bar時(shí)兩者相關(guān)關(guān)系達(dá)到極顯著，顯然土壤總孔隙度也是影響甘肅土壤持水性的重要因素。毛管孔隙度與土壤持水性之間為正相關(guān)關(guān)系，但是隨著水吸力的增加，兩者的相關(guān)系數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢。隨著水吸力的增加，毛管孔隙度對土壤持水性的影響作用逐漸減小，在高吸力段毛管孔隙度對土壤持水性的影響十分微弱。土壤容重、土壤密度與土壤持水性之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，在0～15 Bar整個(gè)水吸力范圍內(nèi)均沒有顯著相關(guān)性?？傮w來說，甘肅省土壤持水性主要取決于土壤的質(zhì)地（＜0.002 mm粘粒含量）、總孔隙度，其次為土壤毛管孔隙度、密度和容重。

表7 不同水吸力下土壤含水量與土壤物理性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)Table 7 The coefficients of correlation between soilwater contentand soil physical properties in different soilwater suctions

3 結(jié)論

1）本研究測定了甘肅省不同土壤的基本物理性質(zhì)，并利用壓力膜儀測得不同吸力水平下的土壤重量含水量，運(yùn)用Gardner模型的經(jīng)驗(yàn)方程θ＝A× S－B擬合得出不同土壤的水分特征曲線。甘肅省土壤水分特征曲線整體表現(xiàn)為隨著土壤基質(zhì)勢（水吸力）的增加，持水曲線呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，具體變化趨勢為在低吸力時(shí)，變化幅度明顯，斜率較大，到一定的吸力后，土壤持水曲線趨于平緩。

2）通過不同擬合參數(shù)來分析甘肅省典型土壤的持水能力，可知當(dāng)評價(jià)參數(shù)不同時(shí)，最終所得到的供試土壤持水能力排序也有差異。整體而言，甘南高原類型區(qū)土壤持水和供水能力較好，且較為穩(wěn)定。隴南山地丘陵類型區(qū)土壤供水能力最佳，持水能力較好，但穩(wěn)定性較弱。黃土高原類型區(qū)內(nèi)土壤持水性適中，供水能力較弱，穩(wěn)定性最佳。河西干旱半干旱類型區(qū)的土壤持水、供水能力及穩(wěn)定性均較差。以單個(gè)土壤進(jìn)行評價(jià)，甘肅省高山草甸土土壤持水、供水性能良好。亞高山草甸土、黑土雖然有較高的土壤持水性，但穩(wěn)定性較弱。栗鈣土與灰棕漠土的土壤持水性和供水能力較差。

3）土壤物理性質(zhì)方面，甘肅省典型土壤質(zhì)地絕大多數(shù)以壤土為主，粘土較少，土壤中顆粒較粗，土壤容重有所差異，整體而言全省各區(qū)大多數(shù)典型土壤容重適中，總孔隙度變化范圍在43.02%～59.44%之間，整體土壤結(jié)構(gòu)良好，土壤密度差距不大。河西干旱半干旱類型區(qū)土壤容重較高，砂礫含量大，這是造成該地區(qū)土壤持水性弱的主要原因。黃土高原類型區(qū)內(nèi)土壤質(zhì)地粉粒含量最多，土壤孔隙度和容重適中，該區(qū)土壤粘粒含量不高導(dǎo)致沒有過高的持水性能，但穩(wěn)定性最佳，土壤結(jié)構(gòu)良好，易于耕作。甘南高原類型區(qū)土壤中粘粒含量高，土壤容重最小，孔隙度適中，土壤持水性和保水性最佳。隴南山地丘陵類型區(qū)土壤雖然粘粒含量較高，但土壤容重大，孔隙度相對較小，該區(qū)土壤雖然具有較高的持水性，但穩(wěn)定差，加之特殊地形的影響，容易發(fā)生水土流失。將土壤持水性與土壤基本物理性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)分析，可以發(fā)現(xiàn)影響甘肅省土壤持水性的主要因素為＜0.002 mm粘粒含量和總孔隙度，其次為土壤毛管孔隙度、密度和容重。

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Research on water-holding capacity and related factors in typical soils of Gansu province

LIU Xiao-ning1，2，LONG Rui-hong1，3，LUO Zhu-zhu1，2，CAILi-qun1，2，4，Dong Bo1
（1.College of Resourcesɑnd Environmentɑl Sciences，Gɑnsu Agriculturɑl University，Lɑnzhou，Gɑnsu 730070，Chinɑ；2.Gɑnsu Provinciɑl Key Lɑborɑtory of Arid Lɑnd Crop Science，Lɑnzhou，Gɑnsu 730070，Chinɑ；3.Tɑnchɑng County Finɑnce Bureɑu，Longnɑn，Gɑnsu 7485003，Chinɑ；4.Gɑnsu Engineering Reseɑrch Center for AgricultureWɑter-sɑving，Lɑnzhou，Gɑnsu 730070，Chinɑ）

The soilwater-holding capacity is evidence tomeasure the absorption and holding abilities of soil.This research studied twelve soil physical properties in four soil areas from Gansu，and measured the gravitymoisture content in differentsoil suctions，utilized the Gardner experience equation to plota soilwater characteristic curve，and investigated the typical soil water-holding capacity and the influencing factors.The results show that there are significant variationsfortypical soilwater-holding capacities in Gansu.In general，the soilwater-holding capacity and water supply lability in the Gannan plateau are superior and stable，and the parameter A of typical soil in this region all exceeded 20.The best soilwater supply ability belongs to themountainous and hilly regionin Longnan，with parameter A value of typical soil reaching 24.Itswater-holding capacity is good，but the stability isweak.The soil in the Loess Plateau hasmoderate water-holding ability and feeblewater supply，aswell as the best stability，compared with the other research areas.Both soil water-holding capacity，water supply capacity and the stability in the Hexiarid and semi-arid regionsare poor，the parameter A of this typical soilwas all lower than 17，except for the fluvo-aquic soil.In addition，soil texture（＜0.002 mm clay content）and total porosity affect the soilwater-hold capacity obviously，followed by capillary porosity，density and volume weight.

typical soil of Gansu province；soil water characteristic curve；specific water capacity；soil physical properties；influencing factors

S152.7＋1

：A

1000-7601（2017）01-0143-09

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.01.22

2016-01-22

甘肅省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（145RJZA106）

劉小寧（1992—），男，碩士研究生，主要從事土壤生態(tài)學(xué)、恢復(fù)生態(tài)學(xué)方面研究。E-mail：liuxiaoning36＠sina.com。

蔡立群（1976—），男，博士，教授，主要從事恢復(fù)生態(tài)學(xué)、耕作學(xué)方面的研究。E-mail：cailq＠gsau.edu.cn。