田間持水量的測定與旱情分析

□郝金梅

田間持水量是指在地下水較深和排水良好的土地上降水或充分灌水后，經過一定時間，土壤所能維持的較穩定的土壤含水量。田間持水量測定與干旱分析，方便我們了解土壤水分和干旱變化，田間持水量測定的數值反映土壤保水能力大小，對田間持水量數據和干旱的研究，可以為抗旱對策的制定提供依據，可以為早期減災、安全生產和科學耕作提供依據，可以為農業水資源利用效益評價提供幫助，為篩選高效農業節水技術、提高水資源利用效率、促進農業可持續發展做出貢獻，對于我們的工作有一定指導意義。

1.土壤結構與水分常數

1.1 土壤剖面

土壤剖面一般指從地表面層垂直向下，縱向挖掘截至出現變化較小的基巖或母質，其厚度在2m左右，土壤在其運動發展形成的過程中，會呈現出一定的層次。土壤剖面包含3個典型層次：從地表開始的第1層被稱作淋溶層或表土層，該層土壤一般較為疏松且富含腐殖物質；第2層土壤質地較為緊實黏稠，被稱作淀積層或心土層；第3層被稱作底土層，結構主要以成土母質為主；另外，3個典型土壤層次還可分為若干亞土層。從土壤剖面的相關特征可以看出土壤的性狀、形成過程和結構性質，這為選取合適的排灌方法改良土壤特性提供了科學依據。

1.2 土壤孔隙

土壤孔隙指土壤中的間隙和孔道，常用大小和數量（孔隙率）表達。按大小可將土壤孔隙分為：大孔隙，又名非毛管孔隙或通氣孔隙，可進行通氣、排水；中孔隙，對毛管水的導水性好；小孔隙，毛管水在其內的運動速率慢。土壤孔隙的決定條件主要有：機質含量、土壤質地、土質團粒化程度、水分含量等。

1.3 土壤水分常數

土壤中含水量大小、土壤水分性質、土壤能量狀態與農作物生長的關系可以用土壤水分常數來表述，具體有：田間持水量、毛管破裂含水量、吸濕系數、飽和含水量等，用含水量、吸力值來表示土壤水分狀況最為普遍。不同的土質環境下，相關土壤狀況表示數值差別較大，比如粉黏土的田間持水量高達23.8%，而細砂土則只有4.5%。

2.田間持水量測定實驗方法

2.1 天然降水法

天然降水法常用于野外田間持水量的測定，該方法的顯著特點是：直接、簡便、高效。其測定的數值反映的是天然降水使預測土層水分達到飽和時，去除重力水后的土壤含水量。

2.1.1 實驗條件

采用該方法的前提條件：降水時長、降水量滿足測量要求；選擇符合農作物耕種、土壤地質條件優良的地塊作為實驗地塊；實驗地點選擇在靠近水文站或墑情監測站附近，監測人員能迅速達到實驗地點；監測地點要避開植物根系發達土層，目的是減少測定數據因植物蒸騰作用影響；測定地點的地下水水位要適中。

2.1.2 實驗方法

表1 降水量級及降水歷時統計表

表2 2015年石家莊市各站點田間持水量測定成果表

選取多個有代表性的測定點及實驗地塊（實驗地塊應與墑情監測站結合），制定降水量級表。對不同土壤質地監測點制定天然降水量級表，并制定天然降水法飽和土壤所需的降水量級及降水歷時，降水量級及降水歷時統計表見表1。

2.1.3 實驗地塊現場保護及地膜覆蓋

當實驗地塊達到天然降水法測量所需的降水條件時，應組織實驗監測人員對實驗地塊進行迅速的地膜覆蓋現場保護，避免再次降水和水分蒸發對測定數據產生影響。

2.2 圍框淹灌法

選用圍框淹灌法時，需首先在代表性測量地塊中建立實驗區圍框結構，并確保實驗區內的農作物耕種面積大于1.3m2，再對圍框實驗區進行地膜覆蓋、人工灌水、自然滲透操作，對最大毛管懸著水量進行測量，該含水量數值即為土壤田間持水量。

2.2.1 實驗條件

選取當地典型農作物生長和典型土壤地質的大田作為實驗地塊，不宜選在地崗地；選擇方便給水的地區地塊進行淹灌實驗；對實驗土壤進行圍框實驗時，保證水量的均勻入滲和足夠的實驗時長，切勿一次性灌注水分；保證圍框實驗土體維持原狀，不得隨意踩壓、翻動。

2.2.2 實驗區處理

實驗區標準面積為2×2m2，將鐵皮框楔入在實驗區中心部位，框體標準面積為1×1m2，框體嵌入深度范圍為40~50cm；鐵皮框周圍用原土壤填實，確保鐵皮框密實接觸土壤，從而保障灌注水分不流失。

2.2.3 灌水量計算

實驗區灌水量計算的根據是土壤實時含水量和預測土層深度。土壤蓄水量計算，要在實驗地點附近區域選取土壤進行土壤實時含水量和土壤干容重測定。

2.3 環刀法

環刀法又叫室內測定法，通常是用環形刀具采集預測地塊原狀土壤。在實驗室中對土壤進行排水、吸水、烘干后再進行土壤田間持水量測定。

2.3.1 實驗條件

土壤樣本應選擇典型具有代表性的地塊土壤，保證土質均勻和土壤質地相同，采樣過程中防止石塊雜物等混入環形刀具內；防止采樣過程中意外的發生，需準備足夠量的環形刀具進行多件采樣，備用土樣也應保持完整性。

2.3.2 實驗步驟

取土樣：用鐵鏟先將田間采樣點土面處理平整，切取土樣過程中應保持環形將刀刃端平穩向下壓入采樣點土層中，將取土成功的環形刀刀刃一端墊上濾紙并加底蓋、另一端加頂蓋，將環刀外側土壤除盡，取少量同一土層散土一并帶回實驗室。

土樣吸水：將土樣環形刀具底端向下置入水中，保證環刀頂蓋高于水面1～2mm，土樣浸水時間需大于24h，至土樣吸收達到水分飽狀態。

干土樣本制作：干土樣本的作用是用于吸收實驗土樣的剩余水分。對帶回的實驗地散土進行風干磨細處理，用孔徑1mm篩子篩選后裝入容器中，拍實處理后以備用于吸收土樣水分，也可用石英砂代替干土。

目前，我省大部分采用環刀法來測定田間持水量，2015年石家莊水文勘測研究中心對石家莊市7個站點測定的田間持水量成果見表2。

3.實驗方法結果分析

天然降水量法測量的基本條件是自然降水量和降水歷時下達到土壤的飽和狀態，這種方法獲取的測定數據是最接近田間持水量實際數值的。因而，該方法具有顯著代表性、便捷性和準確性，但實際測定的要求相對很高。不僅要求監測人員對降水情況進行實時準確把握，還要求監測人員對降水條件迅速做出反應，防止錯過最佳監測點。

圍框淹灌法是通過人工淹灌手段模仿土壤的天然降水飽和狀態，再測定的田間持水量數值，該方法在操作中易出現諸多問題，如灌注水分不均勻、水分滲透不充分和黏土淹灌困難等。

環刀法是唯一的實驗室室內測定方法，該方法的主要優點是易操作、不受外界自然條件限制、測量實驗成本低、測定數據比較準確，缺點是操作程序嚴格、測量步驟繁瑣、測量精度要求高、需要較多的輔助實驗等。

4.結語

以上分析了土壤剖面及水分常數，介紹了田間持水量的測定方法。田間持水量是旱情評估的重要指標，針對近年來北方地區的旱情，石家莊水文中心一直對轄區內各站點土壤含水量變化進行觀測，通過比較土壤含水量和田間持水量的關系來分析是否有旱情發生及旱災程度，并及時上報給有關部門，提供決策依據。