土壤田間持水量測定對比試驗分析

◎王高英 宋志林 羅國政 由宇軍

1 引言

2005年出臺的《陜西省水文管理條例》和2007年出臺的《中華人民共和國水文條例》賦予了水文部門進行土壤墑情監測的工作職能。2009年，陜西省水文水資源勘測局啟動了土壤墑情監測工作，先后在全省范圍內設立墑情監測站41處，為全省抗旱指揮決策提供信息依據。根據國內外土壤墑情監測技術發展情況，對監測站點土壤含水量和相對濕度采用儀器法監測，烘干法校核。但各測點土壤田間持水量的采用值由于試驗站點多、任務重、資金短缺，暫時借用陜西省農業科技部門上世紀80年代的少數試驗數據，使得各地土壤墑情監測和計算結果存在一定誤差。為此，省水文局于2010年11月組織技術人員進行了固定點土壤墑情監測試驗研究，為今后進一步搞好全省土壤墑情監測作了必要的技術分析和方法對比。

2 試驗項目及目的

本次試驗項目：（1）野外圍框淹灌法測定田間持水量；（2）室內環刀法測定田間持水量；（3）測定土壤干容重。

試驗工作目的為：（1）通過對土壤含水量變化測定，了解土壤水下滲規律。（2）通過試驗探索一種簡單、實用、準確測定田間持水量的方法，指導各市局開展監測點土壤田間持水量測定，取得準確的田間持水量數據，更好的服務于抗旱工作。（3）掌握測定土壤干容重方法，確定土壤重量含水量與體積含水量之間的關系。（4）對土壤水分測定儀測量的精度進行分析評價。

3 試驗場地、設備和方法

經現場踏勘，選定西安市長安區灃河支流潏河右岸高橋水位站站房以北農田為試驗地塊。2010年11月8日開始，21日結束，共計 13天。所采用的試驗設備儀器分別有：1m×1m×0.3m木框、不銹鋼取土鉆、鋁盒、烘箱、烘杯、水桶、天平、干燥器、搪瓷盤、鐵锨、卷尺、塑料布、稻草、土壤水分測定儀、環刀、環刀手柄、濾紙等。

試驗方法與步驟：

（1）圍框淹灌法測定田間持水量。

圍框淹灌法是在選定的地塊中，通過灌水、滲漏，使土壤在一定時間內達到毛管懸著水最大量時，取土壤測定水分含水量。此時的土壤水含量即為土壤田間持水量。

①選擇代表試驗場地。

②場地平整、筑埂、圍框。將場地平整，在測試區四周筑起長寬均為2m的一道土埂，埂高30cm，底寬30cm。然后在其中央放入定做好的長寬各1m的方木框，木框入土深度25cm。框內面積1m2，為測試區，木框外的部分為保護區，目的是防止測試區內的水側滲外流。

③計算灌水量。在測試場建成后，從測試點附近現場測定20cm、40cm深內土層的土壤含水量，經測定其平均體積含水量為30.3%。經測定其飽和體積含水量為37.0%，減去土壤現時蓄水量，差值的1.5倍即為需要補充的灌水量。

④灌水。灌水前在地面鋪放一薄層干草，在保護區均勻灌水，實際灌水量大約為0.3 m3，然后向測試區灌水，實際灌水量大約為0.12 m3。

⑤覆蓋。為避免土壤水分蒸發損失和防治雨水滲入的影響，灌完水后，測試區和保護區再覆蓋50cm的草層，在草層上覆蓋塑料薄膜。

⑥取土測定水分。灌水后經3晝夜，從第三日開始分別用儀器和烘干法測定其體積和重量含水量，取土后仍將地面覆蓋好。每天測定一次，直到前后兩天測定的土壤含水量無明顯差異為止。此時土壤水分運動基本達到平衡。

（2）室內環刀法測定田間持水量。

在選定的地塊用環刀采取原狀土，將裝有原狀土的環刀置于盛水的搪瓷盤中使其含水量達到飽和。將裝有飽和的原狀土環刀連濾紙一起放在裝有干土（或石英沙）的環刀上充分吸水，使土壤中的重力水排出，待環刀中土壤達到最大毛管懸著水，此時從環刀內取出原狀土測定含水量值即為該土壤的田間持水量。

①在室內先稱量環刀（連同底盤、墊底濾紙和頂蓋）的重量。

②取樣。將已稱量的環刀帶至田間，選取多條垂線采樣。首先將土面鏟平，去除環刀兩端的蓋子，再將環刀（刀口端向下）平穩壓人土中，切忌左右搖動，在土柱冒出環刀上端后，用鐵鏟挖周圍土壤，取出充滿土壤的環刀，用鋒利的削土刀去環刀兩端多余的土壤，使環刀內的土壤體積恰好為環刀的容積。在環刀刀口一端墊上濾紙，并蓋上底蓋，環刀上端蓋上頂蓋，擦去環刀外側的泥土。同時在相同土層采土。

③淹水。將裝有原狀土的環刀放于盛水的搪瓷盤內，有孔蓋的底蓋端朝下，盤內水面較環刀上緣低1～2mm，讓其充分吸水一晝夜。注意不要使環刀的上面淹水。

④風干。將同時采集的同層土樣風干，磨細過1mm篩孔，裝入環刀中，裝時要輕拍擊實，并稍微裝滿一些。

⑤吸水。將水分飽和一晝夜的裝有原狀土的環刀取出，打開有孔的底蓋，將其連濾紙一起放在裝有干土的環刀上，使其上下環刀緊密接觸，可壓磚頭，一對環刀壓兩塊磚頭。

⑥經過8小時吸水后，從環刀內取出原狀土按照烘干法測定含水量。即為該土樣的田間持水量。

表1 各測次土壤含水量統計表

圖1 測試區土壤含水量變化曲線

（3）測定土壤干容重。

在選定的地塊用環刀采取原狀土，土壤樣品的干土重與土壤樣品體積之比即為土壤干容重。

①取樣。在測試區附近分別選取了4條垂線取樣，每條垂線在20cm和40cm處分別取樣。取樣方法為先將土面鏟平，去除環刀兩端的蓋子，再將環刀（刀口端向下）平穩壓人土中，切忌左右搖動，在土柱冒出環刀上端后，用鐵鏟挖周圍土壤，取出充滿土壤的環刀，用鋒利的削土刀去環刀兩端多余的土壤，使環刀內的土壤體積恰好為環刀的容積。

②測定干土重。從環刀內取出原狀土按照烘干法測其干土重。土壤樣品干容重等于干土重除環刀體積。

4 試驗數據整理分析計算

4.1 圍框淹灌法計算田間持水量

對連續8日各次土樣測定數據，分別按照下公式計算：

式中，ω——土壤重量含水量；

ω1——濕土+烘杯重；

ω2——干土+烘杯重；

ω0——烘杯重量；

ω20-1、ω20-2、ω20-3——第一、二、三條垂線20cm土壤重量含水量；

ω40-1、ω40-2、ω40-3——第一、二、三條垂線40cm土壤重量含水量；

推求各測次土層平均土壤重量含水量。

按照公式

式中，θ20-1、θ20-2、θ20-3——第一、二、三條垂線20cm土壤體積含水量。

θ40-1、θ40-2、θ40-3——第一、二、三條垂線40cm土壤體積含水量。

推求各測次土層平均土壤體積含水量。

經對10日至17日土壤含水量進行分析，并繪制測試區土壤含水量變化曲線，見圖1，由曲線可看出土壤含水量在17日與16日比較已無明顯差異，重力水已基本排完，此時的土壤含水量即為田間持水量。查曲線可得監測深度平均田間持水量為20.0%。

4.2 室內環刀法計算田間持水量

按照公式

4.3 土壤干容重

對所取土樣按照公式

式中，γ0——土壤干容重；

ws——干土重；

V——為原狀土壤的體積；

將各個測點的干土重和環刀體積（100cm3）代入，計算得為1.58g/cm3，為 1.65g/cm3為1.62g/cm3。

5 結論

（1）本試驗區重量田間持水量為20.0%。

（2）本試驗區土壤干容重為1.62g/cm3。

（3）野外圍框淹灌法測定監測深度平均田間持水量為20.0%，室內環刀法測定監測深度平均田間持水量為20.05%。兩種方法結果很接近，說明室內環刀法測定的田間持水量能代表自然狀況下的田間持水量。

（4）烘干法測得土壤體積含水量在30%～40%之間，而用土壤水分測定儀測出土壤體積含水量在40%～60%之間。由此可以得出結論,土壤水分測定儀存在較大的偏差。

6 建議

（1）田間持水量和土壤干容重與土壤類型和結構密切相關，土壤質地不同，其蓄水能力和持水能力不同，土壤含水量亦不同，土壤水分常數和干容重隨地域和土壤質地結構而變化。由于陜西省農田分布地域從北到南跨越黃河長江兩大流域，地形地貌差別很大，各地土壤類型和結構也差異較大，在全省各監測點推廣進行田間持水量試驗十分必要。

（2）田間持水量測定，采用室內環刀法和野外圍框淹灌法成果一致、可靠。室內環刀法不需要場地，所需儀器設備較少，操作簡便，節省人力、物力和時間，建議省內推廣使用室內環刀法測定各墑情監測點田間持水量。

（3）開展烘干法與儀器法進行同步對比觀測，建立儀器法與烘干法相關關系曲線，進行誤差校正訂正。

（4）目前土壤水分測定儀型號較多，建議使用單位對國內生產的墑情監測儀器認真選購，謹慎使用。陜西水利

[1]王振龍高建峰.實用土壤墑情監測預報技術。

[2]彭世琪鐘永紅等.農田土壤墑情監測技術手冊。

[3]土壤墑情監測規范。