旱地甘蔗不同類型土壤各耕層水分特征常數(shù)分析
——以開遠(yuǎn)、元江為例

刀靜梅，樊仙，趙俊，張躍彬，劉少春，郭家文，沈石妍，鄧軍，高欣欣

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，云南開遠(yuǎn)661600;2.云南省甘蔗遺傳改良重點實驗室，云南開遠(yuǎn)661699)

旱地甘蔗不同類型土壤各耕層水分特征常數(shù)分析
——以開遠(yuǎn)、元江為例

刀靜梅1，2，樊仙1，2，趙俊1，2，張躍彬1，2，劉少春1，2，郭家文1，2，沈石妍1，2，鄧軍1，2，高欣欣1，2

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，云南開遠(yuǎn)661600;2.云南省甘蔗遺傳改良重點實驗室，云南開遠(yuǎn)661699)

文章研究了地處低緯高原季風(fēng)氣候的元江和亞熱帶高原季風(fēng)氣候的開遠(yuǎn)2個地區(qū)的旱地甘蔗土壤各耕層的水分特征常數(shù)，結(jié)果表明，開遠(yuǎn)地區(qū)土壤各土層的田間持水量平均為285 g/kg，元江地區(qū)平均為204 g/kg。在研究區(qū)域各土層中最大田間持水量出現(xiàn)在0～20 cm的耕作層，隨土層的增加呈減小趨勢;開遠(yuǎn)各土層平均容重為1.02～1.41 g/cm3，元江各土層平均容重為1.35～1.66 g/cm3，土壤容重隨深度增加而增大。

元江;開遠(yuǎn);土壤;水分特征常數(shù)

云南境內(nèi)熱區(qū)面積大，光照充足，晝夜溫差大，有利于甘蔗糖分的積累，是中國甘蔗種植優(yōu)勢區(qū)域之一。大部分甘蔗種植在旱坡地上，灌溉基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，絕大多數(shù)甘蔗生產(chǎn)靠天降雨，產(chǎn)量不高，土壤水分是制約甘蔗生產(chǎn)力的一個重要因素。甘蔗是云南重要的經(jīng)濟(jì)作物，2013年全省甘蔗種植面積36萬hm2［1］，其中旱地甘蔗24.8萬hm2，占總面積的69%。云南省甘蔗種植面積、蔗糖產(chǎn)量位居全國第二，是中國重要的蔗糖基地，甘蔗產(chǎn)業(yè)為云南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展特別是邊疆民族地區(qū)脫貧致富做出了重要貢獻(xiàn)。

元江縣地處低緯高原［2］屬季風(fēng)氣候，地理坐標(biāo)為101°39'～102°22'E、23°18'～23°55'N。冬夏半年各受兩種不同的大氣環(huán)流影響，冬半年(即干季11－4月)受北非及印度北部大陸干暖氣流和北方南下的干冷氣流影響，空氣干燥溫暖，降水量少，蒸發(fā)快，晴天多，日照充足。夏半年(即雨季5－10月)受印度洋西南暖濕氣流和太平洋東南暖濕氣流的影響，空氣濕度大，降水量多，多陰寡照，形成了冬暖夏熱，冬春干旱風(fēng)大，夏秋多雨濕潤，干濕季明顯，雨熱同季的氣候?？h境內(nèi)各地年平均氣溫12～24℃，最冷月平均氣溫7～17℃，最熱月平均氣溫16～29℃，極端最低氣溫－0.1～7℃，極端最高氣溫28～42.5℃，年≥10°積溫4000～8700℃。無霜期200～364 d，年平均降水量770～2400 mm，雨季平均于5月16日開始，10月22日終止。

開遠(yuǎn)屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候，由于低緯度、高海拔地理位置和季風(fēng)活動的影響氣候特點表現(xiàn)為:夏長無冬，秋春相連，日溫差大，年溫差小;干濕季分明，常年多干旱;立體氣候典型。境內(nèi)在海拔900～2500 m地區(qū)，年平均氣溫20.4～10.9℃，溫差達(dá)9.5℃。極端最高氣溫38.2～24.9℃，極端最低氣溫－2.4～－6.4℃。全市年平均氣溫比較穩(wěn)定，年際變化甚微，氣溫年際較差為1.5℃，平均距平值僅± 3℃。年降雨量700 mm，雨季集中于5－10月，雨熱同期而無酷暑，年均氣溫19.8℃，年日照2200 h，全年無霜期340 d。

在干旱和半干旱地區(qū)，土壤水分常數(shù)是研究干旱指標(biāo)、農(nóng)田灌溉、土壤水分平衡計算的重要參數(shù)之一。在當(dāng)前全球水資源短缺及氣候變化的背景下，節(jié)水農(nóng)業(yè)、節(jié)水灌溉和抗旱栽培成為全球農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。因此，土壤水分常數(shù)的測定和研究成為節(jié)水農(nóng)業(yè)研究的重要前提。中國主要的糖料作物是甘蔗，云南是甘蔗種植面積第二大生產(chǎn)蔗區(qū)，大部分為旱坡地，研究土壤的水分及基本特征等影響因子對指導(dǎo)生產(chǎn)和研究有重要意義。文章研究了云南境內(nèi)開遠(yuǎn)、元江不同氣候類型的旱地甘蔗土壤物理結(jié)構(gòu)和土壤水分常數(shù)，為兩地的節(jié)水灌溉和選育不同氣候生態(tài)類型的甘蔗品種提供土壤基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤取樣方法

2013年11月4日、6日分別在云南省開遠(yuǎn)市、元江縣兩地的山區(qū)旱地甘蔗地采土樣，兩地都分別采4個點即4次重復(fù)。每個采樣點按設(shè)計剖面一次性挖到1 m深度，分別在0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm各層用直徑50 mm、高為50 mm的不銹鋼環(huán)刀采集土壤樣品，采樣前將地表的植被從地面去掉，用環(huán)刀取土壤樣品帶回室內(nèi)稱重，測定土壤水分常數(shù)。同時，各層取土樣各1 kg，帶回實驗室風(fēng)干，測定土壤有機(jī)質(zhì)、pH值、堿解氮、有效磷、速效鉀、全氮、全磷、全鉀、土壤凋萎系數(shù)。

1.2 土壤水分常數(shù)測定和計算方法

各指標(biāo)測定方法依據(jù):NY/T 52-1987水分; NY/T 1121.4-2006容重;NY/T 1121.22-2010田間持水量環(huán)刀法;LY/T 1216-1999最大吸濕量;最大有效含水量=土壤最大持水量－土壤凋萎系數(shù);土壤凋萎系數(shù)=吸濕系數(shù)×1.5;有機(jī)質(zhì)依據(jù)NY/ T 1121.6-2006、pH值測定依據(jù)NY/T 1377-2007、堿解氮檢測依據(jù)LY/T 1229-1999、有效磷測定依據(jù)NY/T1121.7-2006、速效鉀測定依據(jù)NY/T 889-2004、全氮測定依據(jù)NY/T 53-1987、全磷測定依據(jù)NY/T 88-1988、全鉀測定依據(jù)NY/T 87-1988測定。各土層各指標(biāo)檢測做4次重復(fù)，數(shù)據(jù)用Microsoft Excel和SPSS18.0統(tǒng)計分析。

1.2.1 室內(nèi)環(huán)刀法測定最大持水量在選定的地塊用環(huán)刀采取原狀土樣帶回室內(nèi)，放在白搪瓷盤中并向盤內(nèi)注水搖飽和后，把裝有土的環(huán)刀連同濾紙放在裝有干土的環(huán)刀上使其吸水，待環(huán)刀內(nèi)原狀土壤的水分達(dá)到毛管最大懸著水時，相應(yīng)土壤含水量為該土壤田間持水量。

(1)取樣，把環(huán)刀(刀口向下)平穩(wěn)的壓入相應(yīng)的土層，待土柱冒出環(huán)刀上端后，用小鐵鏟輕輕挖開周圍土壤，取出環(huán)刀，用削土刀從環(huán)刀中間向外緣拓展慢慢削去多余的土壤，使環(huán)刀內(nèi)土壤的體積恰好等于環(huán)刀的容積，擦去環(huán)刀外側(cè)的泥土，在環(huán)刀刀口一側(cè)墊上定性濾紙，然后蓋好底蓋和頂蓋，每層土樣取4個重復(fù)，同時在該土層采土。

(2)淹水，將裝有原狀土的環(huán)刀放在白搪瓷盤內(nèi)，有孔的底蓋朝下，緩慢向盤內(nèi)注水，水面高度到距離環(huán)刀上1～2 mm處即停止加水，讓其充分吸水24 h。

(3)風(fēng)干過篩，將采集的同層土樣風(fēng)干，用木錘打磨細(xì)后，過1 mm篩孔，裝入環(huán)刀中，裝時注意輕拍擊實，稍微裝滿一些。

(4)吸水，將已經(jīng)飽和的裝有濕土的環(huán)刀底蓋打開，環(huán)刀連同濾紙放在裝滿干土的環(huán)刀上，并加壓一小塊壓磚，使其上下緊密接觸。

(5)取土測定含水量，8 h后，從原狀土的環(huán)刀內(nèi)約取土30 g，置于鋁盒中，稱重烘干，其土壤含水量即為該土壤最大持水量。

1.2.2 土壤凋萎系數(shù)土壤凋萎系數(shù)=吸濕系數(shù)×1.5。吸濕系數(shù)的測定方法為10%硫酸溶液水氣平衡吸附法。具體方法:把通過1 mm篩孔的風(fēng)干土樣5～10 g平鋪在已稱重的鋁盒中，將鋁盒置于有10%硫酸干燥器的白瓷板上，加蓋密閉并放在溫度恒定的地方。每2～3 d用精度為0.1 mg的電子天平稱重。重復(fù)多次，直到2次的重量差不超過0.0050 g。然后用烘干稱重法測得土壤的含水量，測得土壤的吸濕系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤水分常數(shù)特征

一般都認(rèn)為田間持水量是土壤所能保持懸著水的最大量，是研究土壤水分的重要參數(shù)之一。旱地甘蔗開遠(yuǎn)和元江的土壤田間持水量見表1，開遠(yuǎn)土壤各土層田間持水量平均值為285 g/kg、最小為80～100 cm土層，最大為0～20 cm土層。元江土壤各土層田間持水量平均值為204 g/kg，最小為40～60 cm土層，最大為0～20 cm土層。開遠(yuǎn)0～20 cm土層與60～80、80～100 cm土層的田間持水量差異顯著，其他土層間的田間持水量差異不顯著。元江0～20 cm土層與40～60 cm土層的田間持水量差異顯著，其他土層間的田間持水量差異不顯著。兩地土壤田間持水量最大值出現(xiàn)在0～20 cm，隨土層的增加總體呈減小趨勢。這是由于上層受耕作和甘蔗根系影響，保水和蓄水能力較下層要強，土壤質(zhì)地較好。

表1 開遠(yuǎn)、元江土壤水分Table 1 Topsoilmoisture feature in Kaiyuan and Yuanjiang

土壤水分、土壤最大吸濕量和凋萎系數(shù)隨著土層深度的增加而呈增加趨勢，土壤最大有效含水量隨著土層深度的增加呈減少趨勢，且各層間的差異也越來越顯著。作物因無法從土壤中吸取水分，出現(xiàn)永久凋萎，剛出現(xiàn)這種現(xiàn)象時的土壤含水量，稱為凋萎系數(shù)。凋萎系數(shù)是土壤水對作物生長有效部分與無效部分的分界點，常作為土壤中有效含水的下限。土壤中毛管懸著水達(dá)到最大值時的土壤含水量，在不受地下水影響時，土壤也能保持水分的最大值，包括吸濕水、薄膜水和毛管懸著水的總和，為土壤中有效水量的上限，常作為灌水定額計算的依據(jù)。在水文計算產(chǎn)流時，當(dāng)土壤含水量超過田間持水量時，即以重力水流出，成為徑流。其值的大小取決于土壤性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及密實度等。一般需在現(xiàn)場測定，且隨耕作、施肥等措施而變化。

2.2 土壤容重

開遠(yuǎn)旱地甘蔗土壤0～100 cm內(nèi)各土層平均容重為1.02～1.45 g/cm3，元江的平均容重為1.35～1.66 g/cm3，容重隨深度增加而增大(表1)，差異顯著性分析表明，開遠(yuǎn)0～20 cm與20 cm以下各深度土層間的土壤容重差異顯著;元江0～20 cm與20～40、40～60、60～80 cm土層間的土壤容重差異顯著，其余土層間差異不顯著。相同深度的土層，開遠(yuǎn)比元江透氣性好。土壤容重是土壤的基本物理性質(zhì)，容重大小反映土壤結(jié)構(gòu)、透氣性、透水性能以及保水能力的高低，土壤容重越小說明土壤結(jié)構(gòu)、透氣性能越好。開遠(yuǎn)和元江兩地從表層到深層土壤容重呈增加趨勢，土壤層次越深，容重越大，透氣性越差。耿韌［3］、曹文俠［4］研究由于下部侵蝕作用增強，沉積作用減弱造成土壤容重的增加。因受生物和人類活動的影響，表層土壤容重可能存在空間變異，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對坡面、流域和區(qū)域的土壤容重空間變異進(jìn)行了大量的研究［5－7］，對甘蔗表層土壤的容重空間變異研究尚未見報道。根據(jù)文章研究結(jié)果，蔗區(qū)各相同耕層容重開遠(yuǎn)比元江小，說明開遠(yuǎn)旱地甘蔗土壤結(jié)構(gòu)、透氣性能比元江好。

2.3 土壤養(yǎng)分

開遠(yuǎn)旱地甘蔗土壤pH值平均6.26，偏酸性;元江旱地甘蔗土壤pH值平均7.17，近中性。開遠(yuǎn)旱地甘蔗土壤平均有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀分別比元江低7.40 g/kg、21.86 mg/kg、107.5 mg/kg，堿解氮高于元江13 mg/kg。據(jù)靳寶初［8］報道土壤有機(jī)質(zhì)與最大吸濕量間無相關(guān)關(guān)系，有機(jī)質(zhì)含量多少對最大吸濕量無影響。蔗區(qū)土壤中pH值和養(yǎng)分是決定甘蔗生長優(yōu)劣的關(guān)鍵因素，因此，蔗區(qū)pH值和養(yǎng)分一直是甘蔗研究的重點。文章的研究結(jié)果和毛云玲的研究結(jié)果一致，土壤pH值低的土壤，有效磷、速效鉀明顯也低［9］，這種趨勢在其它作物的研究上也有相同報道，張小琴［10］、周國蘭［11］、趙華富［12］等分別對茶區(qū)進(jìn)行抽樣調(diào)查，結(jié)果表明，被調(diào)查茶區(qū)土壤平均pH在4.60，普遍存在缺磷和缺鉀。

表2 開遠(yuǎn)、元江土壤養(yǎng)分檢測Table 2 Soil nutrient in Kaiyuan and Yuanjiang

3 討論

研究土壤水分常數(shù)和土壤物理結(jié)構(gòu)是研究農(nóng)業(yè)耕作制度，防御作物干旱和土壤干旱的重要措施，特別是制定有效、合理的灌溉管理技術(shù)的重要依據(jù)，在當(dāng)今區(qū)域水資源短缺，全球氣候變化背景下，研究土壤水分常數(shù)對現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)具有重要現(xiàn)實意義。土壤容重可作為判斷土壤熟化程度、土壤狀況與土壤肥力的重要指標(biāo)之一，容重大，土壤孔隙小，透氣和透水性差，影響水分的移動和滲透［13］;土壤容重小，孔隙度大，土壤保水能力不好，養(yǎng)分易損失。土壤田間持水量被認(rèn)為是土壤所能穩(wěn)定保持的最大土壤含水量，也是土壤中能保持懸著水的最大量。

文章通過研究開遠(yuǎn)和元江兩地旱地甘蔗的土壤田間持水量，兩地的田間持水量最大層都在0～20 cm土層，隨土層的增加呈減小趨勢?？赡苌蠈邮芨骱透收岣涤绊懀Ｋ托钏芰^下層要強，土壤質(zhì)地較好。兩地從表層到深層土壤容重呈增加趨勢，土壤層次越深，容重越大，透氣性越差。

甘蔗有效莖和單莖重是構(gòu)成產(chǎn)量的重要指標(biāo)，在大田生產(chǎn)中苗期甘蔗芽萌發(fā)率的多少對甘蔗最終產(chǎn)量的形成影響較大，主莖占70%～90%，主莖占的比例越高出苗率越高，為高產(chǎn)打下很好的基礎(chǔ)。據(jù)謝金蘭［14］研究，甘蔗出苗時如果土壤水分太高，導(dǎo)致土壤溫度低，造成氧氣不足會影響萌芽，嚴(yán)重的會造成腐爛不出苗。土壤水分太少，當(dāng)相對含水量低于50%，多數(shù)苗不長根，抗旱力弱，干枯而死。合適的土壤水分和溫度促進(jìn)出苗率提高，是保證高產(chǎn)的前提因素。

陳禎研究表明［15］隨著土壤容重增加，其飽和含水量、重力水含量、有效水含量減小，其凋萎含水量、無效水含量增加;其飽和導(dǎo)水率減小，非飽和導(dǎo)水率增加;同時土壤容重變化影響土壤水分運動參數(shù)的表述和土壤水分運動方程的應(yīng)用以及土壤水分檢測及其結(jié)果的應(yīng)用。隨著土壤含水量變化而引起土壤容重變化和不同土壤其容重不同都會影響土壤中體積含水量、水分類型、水分利用與水分運動的變化以及土壤水分檢測。徐友信等研究表明［16］土壤0～5、10～20 cm土壤容重屬于中等變異性，其余土層土壤容重屬于弱變異性。魏勝利認(rèn)為［17］可以針對近年來不斷加劇的旱情，分析土壤結(jié)構(gòu)及各種水分常數(shù)，通過測定田間持水量來推斷出毛管斷裂含水量，并和實測的土壤含水量加以比較，確定有無旱情發(fā)生。趙秀蘭［18］依據(jù)黑龍江省30多個農(nóng)業(yè)氣象試驗站多年的土壤水分常數(shù)資料，綜合分析了凋萎濕度、田間持水量、土壤容重的空間變化特征，為進(jìn)一步客觀評價全省土壤水分盈虧狀況及進(jìn)行土壤水分分區(qū)奠定基礎(chǔ)。方文松［19］通過土壤墑情數(shù)據(jù)庫資料，找出不同土壤類型的墑情變化規(guī)律。土壤有效水分含量分析表明:壤土最大，粘土次之，砂土最小;土壤墑情受地下水影響較大，地下水位較淺的地區(qū)不容易出現(xiàn)干旱。根據(jù)土壤墑情資料確定了土壤墑情訂正系數(shù)和不同土壤類型田間持水量在全省的分布，并將其應(yīng)用到墑情預(yù)報模型中。觀測土壤含水量，積累資料，通過田間持水量的測定來定量的分析近年來的旱情情況，研究旱情與各蔗區(qū)養(yǎng)分分布特征，準(zhǔn)確的掌握干旱程度和蔗區(qū)養(yǎng)分，提出適合蔗區(qū)生產(chǎn)的栽培種植方案，有利于甘蔗高產(chǎn)高糖生產(chǎn)［20］。

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(責(zé)任編輯 王家銀)

Analysis of Topsoil M oisture Feature of Different Soils on Dry Land Sugarcane:Taken Kaiyuan and Yuanjiang as Exam ple

DAO Jing-mei1，2，F(xiàn)AN Xian1，2，ZHAO Jun1，2，ZHANG Yue-bin1，2，LIU Shao-chun1，2，GUO Jia-wen1，2，SHEN Shi-yan1，2，DEN Jun1，2，GAO Xin-xin1，2
(1.Sugarcane Research Institute，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Yunnan Kaiyuan 661699，China;2.Yunnan Key Laboratory of Sugarcane Genetics Improvement，Yunnan Kaiyuan 661699，China)

Topsoilmoisture feature of Yuanjiang(Low latitude plateau monsoon climate)and Kaiyuan(Subtropical plateau monsoon climate)were studied in the paper.The results showed that the average field capacity of different soil layerswas285 g/kg in Kaiyuan and 204 g/kg in Yuanjiang.Maximum field capacity of different soil layers in the study area was plough layer(0－20 cm)，and itwas reduced with the increase of depth.The average volume weight of different soil layers was 1.02－1.41 g/cm3in Kaiyuan and 1.35－1.66 g/cm3in Yuanjiang，and itwas increased with the increase of depth.

Yuanjiang;Kaiyuan;Soil;Moisture feature

S151.9

A

1001－4829(2017)2－0389－05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.2.025

2015－04－28

國家甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-20-3-4);云南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系甘蔗輕簡高效生產(chǎn)技術(shù)研究及應(yīng)用(2015ZA004)

刀靜梅(1975－)，女，高級實驗師，主要從事甘蔗土壤與營養(yǎng)施肥研究，E-mail:djmljy2001@126.com。