基于農(nóng)田種植作物條件下土壤含水量變化規(guī)律探究

康彥付 陳峨印

摘 要 土壤含水量變化，對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)不同埋深、不同時(shí)段的土壤含水量變化特征分析，可為土壤墑情預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供科學(xué)依據(jù)。基于此，利用新河縣張神首村土壤墑情監(jiān)測(cè)站的墑情監(jiān)測(cè)資料，采用趨勢(shì)法對(duì)不同埋深的土壤含水量隨季節(jié)變化情況進(jìn)行分析，結(jié)果表明，土壤含水量變化受降水量、灌溉、蒸發(fā)等多種因素的影響。掌握其變化規(guī)律，可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 土壤含水量；監(jiān)測(cè)；體積含水量；變化規(guī)律；邢臺(tái)市

中圖分類號(hào)：S152.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.06.084

1 土壤含水量監(jiān)測(cè)方法及頻率

國(guó)家及地方墑情監(jiān)測(cè)站網(wǎng)的基本站點(diǎn)除收集代表性地塊的土壤墑情資料外，在發(fā)生脫墑和旱情的情況下，應(yīng)在代表區(qū)域中進(jìn)行墑情巡測(cè)，巡測(cè)點(diǎn)的布設(shè)視土壤、水文地質(zhì)條件、作物種類代表性等情況來(lái)確定。邢臺(tái)市共建立了22處墑情監(jiān)測(cè)站。本次以新河縣張神首站墑情監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行分析計(jì)算[1]。

1.1 墑情觀測(cè)時(shí)間及旱情描述規(guī)定

國(guó)家基本站、旱情實(shí)驗(yàn)站全年監(jiān)測(cè)。地方基本站在每年3月1日—6月30日，9月1日—11月30日進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每10 d監(jiān)測(cè)一次，即每月1日、11日、21日取樣。每次監(jiān)測(cè)時(shí)間為早8：00。降水量全年每天監(jiān)測(cè)1次。在旱情監(jiān)測(cè)期內(nèi)，地方基本站次降水過(guò)程超過(guò)10 mm時(shí)加測(cè)土壤墑情，若遇特殊情況隨時(shí)加測(cè)。

1.2 土壤含水量垂向測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

土壤含水量垂向測(cè)點(diǎn)的布設(shè)根據(jù)觀測(cè)目的、水文地質(zhì)條件及土層的厚度來(lái)確定觀測(cè)土層的深度、觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)目。

國(guó)家和地方墑情測(cè)報(bào)站網(wǎng)的基本觀測(cè)站點(diǎn)需采用三點(diǎn)法且測(cè)點(diǎn)一經(jīng)確定后，不得隨意改動(dòng)測(cè)點(diǎn)的布置。目前，河北省墑情監(jiān)測(cè)采用的是10 cm、20 cm、50 cm三點(diǎn)法。

1.3 土壤墑情計(jì)算方法

在建立各地方墑情站和區(qū)域站網(wǎng)時(shí)，一定要考慮墑情和旱情監(jiān)測(cè)不僅是對(duì)水資源的合理利用，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源科學(xué)管理和抗旱救災(zāi)決策的最重要的措施和依據(jù)[2]。

1.3.1 土壤體積含水量計(jì)算

土壤監(jiān)測(cè)采用烘干稱重法的方法，將所取的土樣稱重，放入烘干箱中加熱到100～105 ℃持續(xù)4 h，加蓋冷卻后再次稱重，分別計(jì)算出土壤容重和體積含水量。

1）土壤容重是指田間自然狀態(tài)下，每單位體積土壤的干重，通常用g·cm-3表示。用一定容積的鋼制環(huán)刀，切割自然狀態(tài)下的土壤，使土壤恰好充滿環(huán)刀容積，然后稱量并根據(jù)土壤自然含水量計(jì)算每單位體積的烘干土重即土壤容重。由公式（1）計(jì)算土壤容重：

式（1）中，γ為土壤容重，g·cm-3；W土為干土重，g；V為環(huán)刀容積，cm3。

根據(jù)上述方法，對(duì)張神首站土壤容重進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，該站田間土壤容重為1.40g·cm-3。

2）體積含水量是指單位容積土壤水所占的比例，無(wú)綱量，常用θv表示。體積含水量可以表示土壤水占據(jù)的土壤，尤其是土壤孔隙的容積比例 ?？紫扼w積含水量用百分?jǐn)?shù)表示：

式（2）中，θv為土壤體積含水量，%；rd為土壤干容重，g·cm-3；其他符號(hào)同前。

新河縣張神首土壤墑情監(jiān)測(cè)站從2004年開始監(jiān)測(cè)，本次資料分析采用2005—2015年監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行分析計(jì)算。

1.3.2 土壤田間持水量計(jì)算

田間持水率是指土壤中不受地下水影響的條件下，土壤中懸著毛管水達(dá)到最大量時(shí)的土壤含水率，是一個(gè)非常重要的水文參數(shù)。

將土壤按照灌水定額灌溉，使地表以下一定深度內(nèi)土壤達(dá)到飽和含水量水平。灌溉完畢后，待地表面無(wú)積水，立即用塑料薄膜覆蓋，防止水分蒸發(fā)，以獲取表層土的田間持水量。灌水48 h后，待0～20 cm土層內(nèi)重力水分排干，揭掉地膜進(jìn)行取土測(cè)量，所測(cè)的含水率為田間持水率。張神首站土壤田間持水量為43.0%。

2 土壤含水量變化規(guī)律

2.1 埋深10 cm土壤含水量變化規(guī)律

根據(jù)張神首土壤墑情監(jiān)測(cè)站2005—2015年監(jiān)測(cè)資料，分析9月1日至11月21日時(shí)段變化過(guò)程。該試驗(yàn)田資料來(lái)自水澆地作物田間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，9月初至10月中旬，種植作物為夏玉米，10月中旬種植作物為冬小麥。

在夏玉米作物生長(zhǎng)期間，土壤含水量的補(bǔ)充水量以農(nóng)業(yè)灌溉澆水和降水量補(bǔ)充為主，土壤含水量較大。冬小麥種植后，土壤含水量能滿足麥苗生長(zhǎng)，灌溉基本停止，該時(shí)段降水量較少，土壤含水量較低。

2.2 埋深20 cm土壤含水量變化規(guī)律

張神首站20 cm埋深春季土壤體積含水量分析計(jì)算，基本情況及外界環(huán)境對(duì)土壤體積含水量的影響相同。通過(guò)對(duì)埋深20 cm與埋深10 cm土壤體積含水量對(duì)比分析，變化趨勢(shì)和變化規(guī)律基本相同。

張神首站20 cm埋深秋季土壤體積含水量分析計(jì)算，基本情況及外界環(huán)境對(duì)土壤體積含水量的影響相同。通過(guò)對(duì)埋深20 cm與埋深10 cm土壤體積含水量對(duì)比分析，變化趨勢(shì)和變化規(guī)律基本相同。

通過(guò)埋深20 cm與埋深10 cm變化過(guò)程線對(duì)比分析，在9月，10 cm埋深的土壤體積含水量大于20 cm埋深的土壤體積含水量，而在10月、11月時(shí)段內(nèi)，10 cm埋深的土壤體積含水量小于20 cm埋深的土壤體積含水量。分析其原因，9月土壤體積含水量應(yīng)滿足作物生長(zhǎng)所需要的水分，是通過(guò)降水或灌溉補(bǔ)充土壤體積含水量，表層土壤一直保持濕潤(rùn)狀態(tài)，因此土壤上部含水量大于下部。在10月、11月，由于作物需水量減小，降水量和灌溉水量減小，表層蒸發(fā)水量增大，造成表層土壤體積含水量小于下層土壤體積含水量。

2.3 埋深50 cm土壤含水量變化規(guī)律

張神首站50 cm埋深春季土壤體積含水量分析計(jì)算，基本情況及外界環(huán)境對(duì)土壤體積含水量的影響與20 cm、10 cm埋深情況相同。通過(guò)對(duì)埋深50 cm土壤體積含水量與埋深20 cm土壤體積含水量對(duì)比分析，變化趨勢(shì)和變化規(guī)律基本形同。50 cm埋深土壤體積含水量與20 cm埋深土壤體積含水量比較，大致可分為三個(gè)階段，1）3月1日至4月1日，20 cm埋深的土壤體積含水量大于50 cm埋深的土壤體積含水量，分析其原因，此時(shí)段是冬小麥生產(chǎn)的關(guān)鍵期，需灌溉補(bǔ)水，保持土壤含水量充足，有利于冬小麥生長(zhǎng)。2）在4月1日至5月1日，50 cm埋深土壤體積含水量與20 cm埋深基本持平，說(shuō)明通過(guò)前一時(shí)段的充分灌溉，使得50 cm埋深的土壤體積含水量達(dá)到最大值，與上層的土壤含水量相差無(wú)幾。3）5月1日至6月21日，該時(shí)段50 cm埋深的土壤體積含水量小于20 cm埋深的土壤體積含水量，該時(shí)段灌溉水量減少，表面蒸發(fā)量增大，而且，隨著時(shí)間的增加逐漸增大，土壤體積含水量之間差距逐漸增大。

張神首站50 cm埋深秋季土壤體積含水量分析計(jì)算，基本情況及外界環(huán)境對(duì)土壤體積含水量的影響與20 cm、10 cm埋深情況相同。通過(guò)對(duì)埋深50 cm土壤體積含水量與埋深20 cm土壤體積含水量對(duì)比分析，變化趨勢(shì)和變化規(guī)律基本形同。50 cm埋深土壤體積含水量與20 cm埋深土壤體積含水量比較，大致可分為三個(gè)階段，1）9月1日至11月11日期間，20 cm埋深的土壤體積含水量大于50 cm埋深的土壤體積含水量，分析其原因，在此時(shí)段，是夏玉米生產(chǎn)的關(guān)鍵期，需灌溉補(bǔ)水或降水補(bǔ)給，保持土壤含水量充足，易于夏玉米生長(zhǎng)。2）在10月11日至11月1日，50 cm埋深土壤體積含水量與20 cm埋深基本持平，說(shuō)明通過(guò)前一時(shí)段的充分灌溉，使得50 cm埋深的土壤體積含水量大的最大值，與上層的土壤含水量相差無(wú)幾。3）10月21日至11月21日，該時(shí)段50 cm埋深的土壤體積含水量小于20 cm埋深的土壤體積含水量，該時(shí)段灌溉水量減少，表面蒸發(fā)量增大，而且，隨著時(shí)間的增加逐漸增大，土壤體積含水量之間差距逐漸減小。

3 土壤含水量變化對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)影響

3.1 土壤含水量20 cm埋深對(duì)農(nóng)作物的影響

通過(guò)對(duì)張神首站不同深度土壤含水量分析，不同深度的農(nóng)田土壤含水量具有相似的波動(dòng)曲線。在降雨和灌溉澆地作用下，20 cm深度的土壤含水量不斷發(fā)生變化，在降雨或灌溉澆水期間，土壤含水量增加；無(wú)降雨、無(wú)灌溉期間，在蒸散發(fā)作用下，土壤含水量緩慢減小，呈現(xiàn)出和降雨、灌溉相似的波動(dòng)。

3.2 土壤含水量50 cm埋深對(duì)農(nóng)作物的影響

土壤深度越小，波動(dòng)越明顯，土壤深度越大，土壤含水量緩慢減少。農(nóng)作物生長(zhǎng)時(shí)期，在苗期影響作物生長(zhǎng)的土層在0～20 cm，隨著作物的生長(zhǎng)，到冬小麥拔節(jié)，夏玉米抽穗以后，影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的土層達(dá)50 cm以上。

4 結(jié)論

利用新河縣張神首土壤墑情監(jiān)測(cè)站2005—2015年監(jiān)測(cè)資料，分析不同埋深、不同季節(jié)的土壤含水量變化特征，為土壤墑情預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供科學(xué)依據(jù)。

在春季，10 cm和20 cm埋深土壤含水量變化趨勢(shì)和變化規(guī)律基本相同，50 cm埋深在3月低于20 cm埋深的土壤含水量，4月基本持平，5月以后低于20 cm埋深的土壤含水量；在秋季，10 cm埋深土壤含水量在10月1日以前高于20 cm土壤含水量，10月1日以后低于20 cm埋深土壤含水量，50 cm埋深土壤含水量變化趨勢(shì)與20 cm基本一致，含水量低于20 cm。

該試驗(yàn)資料來(lái)源于水澆地作物種植地塊，通過(guò)對(duì)春季、秋季觀測(cè)結(jié)果分析，分析時(shí)段的不同深度含水量，均能滿足作物生長(zhǎng)需要。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 孫麗，王慶發(fā)，黃大彤.全國(guó)土壤水分及作物長(zhǎng)勢(shì)地面監(jiān)測(cè)體系的初步構(gòu)思[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23（2）：173-176.

（責(zé)任編輯：趙中正）