胡承超　孫　克　曹　杰　申　迪（江蘇省水文水資源勘測局淮安分局　淮安　223005）

淺議淮安市墑情站田間持水量測定

胡承超孫克曹杰申迪
（江蘇省水文水資源勘測局淮安分局淮安223005）

田間持水量常用來作為灌溉上限和衡量土壤保水性能的重要指標(biāo)，是土壤干旱指標(biāo)的重要組成部分，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及抗旱有著指導(dǎo)意義。室內(nèi)環(huán)刀測定田間持水量較其他方法簡便易行，有利于廣泛采用，其測定數(shù)值也較為可靠。

墑情站環(huán)刀法測定田間持水量

淮安市地處江蘇北部，淮河下游，西濱中國第五大淡水湖洪澤湖。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各地用水量增大，洪水的過境水量難以存蓄，加之自然等因素，淮安市近些年面臨旱澇雙重災(zāi)害。為了給抗旱決策提供依據(jù)，江蘇省水文局在淮安境內(nèi)布設(shè)了3處墑情站，以監(jiān)測旱情。本文對(duì)該3站田間持水量測定方法和結(jié)果進(jìn)行簡要介紹。

田間持水量測定方法常用的有環(huán)刀法、圍框淹灌法、天然降水法等幾種方法。由于后兩種是在田間測定，所得結(jié)果可靠，但工作量大，測定時(shí)間長，工作難度較大。而環(huán)刀法是在室內(nèi)測定，較田間測定法簡便易行，故此次測定采用室外操作時(shí)間較短的環(huán)刀法。

1　測定步驟

1.1田間采樣

此次取樣分別取漣水、金湖、盱眙三個(gè)墑情站的三層12個(gè)土樣。采集土壤樣本與日常墑情監(jiān)測地塊一致，選定地塊的土質(zhì)較為均勻，同一采集深度的土壤質(zhì)地相同，在10cm、20cm、40cm三個(gè)土層深度采樣，同一深度采集4個(gè)土樣，做的時(shí)候取用3個(gè)，1個(gè)備用。采樣前，按照各測站及采樣深度對(duì)環(huán)刀頂蓋、底蓋及環(huán)刀進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，避免混淆。

1.2土樣吸水

土樣吸水的目的是讓土壤含水量達(dá)到飽和狀態(tài)。在取樣后立即把各測站樣本土壤同時(shí)浸泡，以便提高工作效率。

浸泡時(shí)打開環(huán)刀頂蓋，將裝有原狀土樣的環(huán)刀（墊有濾紙、帶底蓋）放入鋪有石英砂的容器中，石英砂上面需鋪一層大張濾紙或紗布。向容器內(nèi)緩慢注入清水，水面低于環(huán)刀頂1～2mm時(shí)停止注水；浸泡過程中不斷向容器內(nèi)補(bǔ)水，保持水面低于環(huán)刀上沿1～2mm不變。環(huán)刀土樣浸水時(shí)間不少于24h，確保土壤樣本浸泡均勻（砂土、壤土1d，粘土2～3d），使環(huán)刀中的土壤水分達(dá)到飽和狀態(tài)（此時(shí)可以看到環(huán)刀中土壤表面的空隙中都充滿了水，表面有一層水膜）。也不能泡時(shí)間太長，以免土樣出現(xiàn)液化現(xiàn)象。

1.3土樣退水及稱重

土樣退水及稱重的目的是讓土壤含水量達(dá)到田間持水量狀態(tài)，即重力水排凈，全為毛管水的狀態(tài)。

土樣退水是在一個(gè)仿照自然環(huán)境的沙箱中完成的，沙箱具體構(gòu)造為圓筒立式結(jié)構(gòu)，分沙箱桶、外置水箱兩部分，采用不銹鋼材質(zhì)。沙箱桶高80cm，直徑40～60cm，壁厚不小于1mm；底部帶有通水孔。通水口直徑不大于1cm，通水孔數(shù)量4～8個(gè)。

外置水箱箱壁高10cm，直徑50～70cm（比沙箱直徑大10cm左右），水箱壁厚不小于1mm。

將洗過的石英砂裝進(jìn)沙箱中，至少分兩層裝入，每鋪一層，注水至砂面以上，使其自然濾水下沉，當(dāng)水面降至砂面以下時(shí)，再鋪下一層，目的是清除石英砂中的空氣和空隙，模擬土壤田間持水量狀態(tài)下的毛管孔隙結(jié)構(gòu)，以滿足實(shí)驗(yàn)要求。

最后一次鋪砂，注水后要將砂面用整平尺抹平，砂面無水后靜置2h以上，形成成品沙箱。

去除土樣環(huán)刀的底蓋，將環(huán)刀周圍水分擦拭干凈，蓋上頂蓋，稱重，稱重前應(yīng)調(diào)平校準(zhǔn)天平。然后將環(huán)刀（含濾紙、橡皮筋、頂蓋）放置在大張濾紙上。

蓋上沙箱蓋，保持一定時(shí)間。為了確定每種土樣在沙箱中達(dá)到田間持水的時(shí)間，需分時(shí)段稱重，點(diǎn)繪退水過程線，稱重前將天平調(diào)平校零，每稱一個(gè)都要拭凈托盤。第一天每3h稱重一次，每次稱重后立即將原樣放入沙箱中，直至最后一次；第二天每6h稱重一次，第三天后每12h稱重一次，直至相鄰測次質(zhì)量相差小于0.5g為止。根據(jù)土質(zhì)不同，田間持水量出現(xiàn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)分別為：砂土1～2d，壤土2～3d，粘土3～7d。

在此過程中，外置水箱水深始終保持在10cm，目的是使沙箱中的石英砂保持毛細(xì)懸著水，不從土樣中吸取除重力水以外的多余水分，使環(huán)刀中土壤垂向運(yùn)動(dòng)的水分達(dá)到平衡。

1.4烘干及稱重

提前將大鋁盒和切土刀編號(hào)稱重。濕土稱重前應(yīng)用抹布將浸泡好的環(huán)刀外壁擦干，去掉土樣環(huán)刀頂蓋、濾紙和橡皮筋，在大鋁盒中將環(huán)刀內(nèi)濕土用切土刀取出并切碎，注意不能漏損土樣至大鋁盒之外，如果發(fā)現(xiàn)土樣中含有大的植物根系和石塊等雜物，則放棄該土樣。將合格土樣整體（濕土+環(huán)刀+鋁盒+切土刀）進(jìn)行稱重記錄，之后進(jìn)行烘干操作，應(yīng)在105±2℃條件下持續(xù)恒溫12h。烘干后取出，放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫后，將烘干土樣整體（干土+環(huán)刀+鋁盒+切土刀）稱重。計(jì)算干土質(zhì)量、水分質(zhì)量。

表1　淮安市田間持水量成果表

1.5計(jì)算田間持水量

1.5.1土壤重量含水量

土壤重量含水量按下面公式計(jì)算：

式中：ω—土壤重量含水量，%；

w1—濕土+容器的重量，g；w2—干土+容器的重量，g；w0—容器的重量，g。

1.5.2土壤容重

土壤容重按如下公式計(jì)算：

式中：γ0—干容重，g/cm3；

wg—干土質(zhì)量，g；

V—原狀土樣體積即環(huán)刀體積，cm3。

1.5.3平均田間持水量計(jì)算

同一采集深度的3個(gè)土樣，田持的最大值與最小值之差值≤1.5%，則取3個(gè)的均值；田持的最大值與最小值之差值大于1.5%且中間值與最大、最小值之差絕對(duì)值≤1.0%，則取相近的2個(gè)取均值；否則該站樣本作廢。

單站平均田間持水量采用土層深度加權(quán)平均計(jì)算，計(jì)算方法可按下面公式計(jì)算：

式中：θ-—垂向平均田間持水量，%；

θi—第i土層的平均田間持水量，%。其中，第一土層（0～10cm）平均田間持水量θ1=θ10，第二土層（10～20cm）平均田間持水量θ2=（θ10+θ20）/2，第三土層（20～40cm）平均田間持水量θ3=（θ20+θ40）/2。θ10、θ20、θ40分別為10cm、20cm、40cm采集點(diǎn)的土壤田間持水量；

hi—第i土層的平均土壤厚度，cm；第一土層h1、第二土層h2的平均土壤厚度均為10cm，第三土層h3的平均土壤厚度均為20cm；

H—采集深度，cm，取40cm。

根據(jù)上式，則單站垂向平均田間持水量計(jì)算公式可簡化為：

θ-10、θ-20、θ-40分別為10cm、20cm、40cm采集深度的平均土壤田間持水量。

2　建議和結(jié)論

此次用環(huán)刀法測得淮安市三處墑情站田間持水量分別為26.34%、26.41%、30.33%。其具體成果見表1。

田間持水量與土壤容重、土壤類型和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，土壤質(zhì)地不同，其蓄水能力和持水能力也不同，土壤含水量也不同。所以對(duì)各處進(jìn)行田間持水量測定是十分必要的。較為準(zhǔn)確地測定田間持水量數(shù)據(jù)需要注意以下兩個(gè)方面：

（1）采樣時(shí)應(yīng)保證土壤樣本代表所在地塊土質(zhì)，應(yīng)在平時(shí)取樣同一地塊，且避免大的植物根須、石塊等雜質(zhì)摻入土壤樣本，影響樣本的代表性。如果土壤采集條件不理想，則應(yīng)多采土樣以作備用。

（2）取樣應(yīng)在較理想的采樣時(shí)機(jī)進(jìn)行，即土壤處于半干半濕具有一定可塑性時(shí)進(jìn)行。建議在有效降水過后、表土無積水時(shí)采樣，或人工澆水后采樣。

3　合理性檢查

田間持水量的合理性檢查可以從四個(gè)方面進(jìn)行：

（1）根據(jù)土壤的物理性質(zhì)，顆粒越細(xì)，其表面積越大，壘結(jié)后形成的空隙也就越小，對(duì)水的吸持能力就越大，田間持水量相對(duì)較高，也就是砂土、壤土、粘土田間持水量依次增大。同一地域土壤質(zhì)地相同者，田間持水量不應(yīng)有明顯偏差。

（2）復(fù)測成果應(yīng)與現(xiàn)有田持成果進(jìn)行比較，若差距較大應(yīng)查明原因，經(jīng)論證后采用。

（3）利用該站歷史旱情資料檢驗(yàn)，即利用復(fù)測成果評(píng)價(jià)歷史旱情等級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果符合生產(chǎn)實(shí)際即為合理。

（4）利用有關(guān)文獻(xiàn)資料、成果（如農(nóng)業(yè)部門的田持成果）進(jìn)行對(duì)照檢驗(yàn)。

（5）經(jīng)以上幾點(diǎn)檢驗(yàn)，此次田間持水量測定結(jié)果比較合理，符合要求■