陜西省土壤田間持水量分析研究

◎ 張 楷

1 問題提出

田間持水量是土壤的一項物理性質，是在地下水埋藏較深的條件下,土壤中所能保持的毛管懸著水的最大量。它的大小與土壤的結構、質地、有機質含量以及土地利用狀況有關。不同的土壤其田間持水量不同，即使同一種土壤，其所處的氣候帶不同、利用方式不同，其田間持水量亦不同。它是土壤保水性能的一個重要指標,是設計田間灌排溝渠、擬訂灌排水定額的重要參數，在旱情分析預測過程中，是土壤基本物理性質必須的基本數據。

陜西省地處我國干旱和濕潤氣候的過度地帶，是水資源短缺省份之一，受季風氣候影響，干旱災害出現頻繁，持續時間長且范圍廣，是威脅農業生產的主要自然災害之一。

為了向各級抗旱部門及灌區提供準確可靠的墑情監測預報數據，在2011年全省設立的41處墑情站土壤田間持水量測定成果和20世紀60～80年代省灌溉試驗站公布的土壤田間持水量成果等基礎上，分析研究全省土壤田間持水量分布規律。

2 分析研究思路與方法

由于田間持水量是土壤持水的一種潛能，在理論上可被視為一個常數,其大小主要與土壤的結構、質地、有機質含量以及土地利用狀況有關，而土壤質地對土壤水分性質的影響，主要是隨著土壤顆粒變細和表面積增加，土壤的表面吸附力、離子交換能力以及土壤的物理行為隨之改變。一般地，隨著顆粒的減小，土粒的吸濕量、最大吸濕量、持水量、毛管持水量將增加，而土壤的通氣孔隙度、通氣和透水速度則降低，土壤結構主要是通過土壤顆粒（包括單粒、復粒和團聚體）的排列方式、孔隙性質及其穩定性來影響土壤的水分性質。結構良好的土壤具有多孔性，大小空隙的適當組合不僅有利于過濕地的排水，也有利于提高土壤的抗旱保水能力。

基于上述認識，分析研究的方法是：搜集全省現有土壤田間持水量資料，分析歸納、剔除有疑問數據，然后在全省范圍內將這些數據點定位，結合全省土壤分布的地帶性規律，先綜合分析各類土壤所處的地形、地貌、氣候帶、植被覆蓋情況、土地利用類型以及成土母質、分化殼類型等因素，在此基礎上分析定出不同區域土壤田間持水量的初步大小范圍，然后采用定性定量相結合的方法，用土壤傳遞函數法對研究結果進行檢驗，再利用估算模型分析計算確定出各分區的田間持水量范圍。

3 陜西省土壤分布規律

依據《陜西省志·地理志》，陜西省的土壤帶劃分為：長城沿線淡栗鈣土、風沙土帶，陜北黃土高原黑壚土、黃綿土帶，關中平原褐土帶，秦嶺山地棕壤垂直帶，漢中盆地水稻土——大巴山地黃棕壤帶。不同土壤帶土壤的組成存在較大差異。

長城沿線淡栗鈣土、風沙土帶主要位于陜北榆林市長城沿線，西部定靖地區為風沙土、淡灰鈣土、鹽堿土；靖邊、榆林、神木一帶地區為風沙土、淡灰鈣土、草甸鹽土、鹽化草甸土、沼澤土、潮土。

陜北黃土高原黑壚土、黃綿土帶根據地形和土壤組合,從北到南土壤組成不同。馮池坑—王盤山—劉陽灣—延河與蘆河的分水嶺—安塞縣北王家灣鄉的膠泥子灣—雙山則—如則山—高新莊—周家墹—子洲—米脂—烏鎮—佳縣以北,呈西南一東北向狹長帶為陜北黃土梁峁丘陵溝壑區沙黑壚土、黃綿土；子午嶺—分水梁（富縣與甘泉之間）—交里鄉的種樓寺溝掌—牛家佃的阿石峰—宜川的小河口以北,呈東—西向寬條帶為陜北黃土高原丘陵溝壑黑壚土、黃綿土；岐山—五峰山—嵯峨山—將軍山—堯山—梁山直到禹門口,包括洛川塬和長武塬一帶為陜北黃土塬梁溝壑粘黑壚土、黃綿土。

關中平原褐土帶土壤組成是：關中西部咸陽北塬至鳳翔間寬整塬面地區為油土,受侵蝕、堆積地段為黃墡土；關中東部渭北旱塬區域為紅壚土和黃墡土；興平—潼關渭河平原地區為油土、潮土；關中東部為鹽堿土；大荔沙苑一帶為風沙土；沿秦嶺北麓向西到寶雞清姜河為止的區域為沙礫質新積土和褐土。

秦嶺山地棕壤垂直帶，紫柏山—興隆嶺—太白山一帶為棕壤、暗棕壤、灰化土、山地草甸土；鷹嘴石—靜峪腦山地一帶秦嶺南坡以棕壤為主,兼有黃棕壤、褐土和少量暗棕壤；華山—蟒嶺—鶻嶺山地一帶為棕壤、褐土。

漢中盆地水稻土、大巴山地黃棕壤帶，漢中—安康盆地水澆地為水稻土、旱耕地為黃褐土、黃棕壤；米倉山、大巴山一帶為黃棕壤、棕壤。

4 田間持水量成果資料

陜西省水文水資源勘測局2012年在先期組織技術人員利用野外圍框淹灌法和室內威爾科克斯法（環刀法），嚴格依據《土壤墑情監測規范（SL364-2006）》，對比試驗分析基礎上，采用室內環刀法測定41處墑情站的土壤田間持水量，采用重量百分比反映各監測站點土壤田間持水量。

墑情站嚴格按照《土壤墑情監測規范（SL364-2006）》布設站點，充分考慮各大灌區、糧食主產區、經濟林果區有監測站點，重點解決關中平原、漢中盆地、月河盆地、商丹盆地、無定河產糧區、延安果區的墑情監測問題，在全省范圍內建設了41處墑情監測站。田間持水量測定采用室內環刀法：即在墑情站位置用環刀采取原狀土，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。土壤田間持水量采用以下公式進行計算。

式中：ωm—土壤田間持水量（重量%）；

Ww—土壤樣品中水電重量（g）；

Ws—干土重（g）。

站點設置、測定方法、測定成果等符合有關技術規范要求，數據成果科學、合理，作為本次分析研究的主要依據（各站點位置及土壤田間持水量見圖 1）。

同時還搜集了上世紀我省農業部門公布的陜西省榆林、延安、洛川、交口、洛惠、涇惠、寶雞峽、石頭河、漢中、安康、商洛等15個灌區試驗站田間持水量數據；榆林市境內還參考了榆林市農技中心土壤肥料工作站施測的佳縣、綏德、吳堡三縣5站的土壤田間持水量數據。

5 土壤田間持水量區域分布規律分析研究

先把用實驗室法測定的全省41處墑情站的土壤田間持水量、搜集農業部門測定的15個灌區試驗站的土壤田間持水量和其他搜集的一些地區的土壤田間持水量繪制在全省田間持水量分布圖上，按照量級大小繪制初步的土壤田間持水量區域、流域分布范圍。再利用土壤傳遞函數法——點估算模型，根據土壤機械組成對各區域、流域的土壤田間持水量進行模擬計算，綜合確定全省土壤田間持水量分布。

點估算模型是早期的土壤模型，屬于回歸方程，主要計算特定地區的土壤含水特性與土壤物理性質的關系，對于土壤田間持水量的分析研究，點估算模型不失為一種很好的辦法，無論何種土壤，在土壤水分達到田間持水量時，水吸力基本穩定在-33kPa，這樣只需要找出水吸力在-33kPa時土壤的含水量與其物理性質的關系方程即可。所以本文選用點估算模型計算土壤田間持水量，模型為：

fc=a·sand+b·silt+c·clay+常數

式中：fc為田間持水量，sand、silt、clay分別為砂粒、粉粒及粘粒含量的百分數，a、b、c為回歸系數。

經過分析，全省土壤田間持水量的分布范圍是，陜北榆林市無定河流域15.7～19.0，延安市延河、北洛河流域19.9～23.9；關中渭河兩岸 22.7～26.0，秦嶺北麓山口地區20.2～21.5，渭南、銅川市北洛河流域18.0～21.7；陜南漢中盆地22.4～25.0，安康月河兩岸 24.3～27.3，商洛市丹江流域20.5～23.2，南洛河流域22.9～25.6。

6 結語

由于影響土壤田間持水量大小及測定的因素較多，土壤的結構、質地、有機質含量以及土地利用狀況等對土壤田間持水量的大小都有影響，采用不同的測定方法以及選定的同一區域的不同地塊也對其有影響。本文結合陜西省水文局組織的41處墑情站的測定成果，以及作者搜集到省內有關部門在日常工作中選用的墑情分析數據資料進行分析研究，研究成果可能存在局限性，但通過本次分析研究，大概確定了陜西省不同區域、不同流域的土壤田間持水量的范圍，必將對陜西省農業、水利部門指導抗旱保墑起到積極作用。陜西水利