马 博

（安徽省宿州水文水资源局,安徽 宿州 234000）

宿州市、淮北市地处淮北平原属于旱灾易发区,区域内降水时空分布不均,干旱频繁发生。根据资料,自1951年至今,平均每隔1.7年出现一次干旱,素有“三年两旱”的说法,对农业、工业、生态、居民生活等社会各个方面都造成了很大影响,对区域社会经济的持久稳定发展造成了极大阻碍。

田间持水量指土壤毛细管悬着水达到最大时的持水量,代表土壤持纳水分能力的重要指标,是进行墒情分析评价和旱情评价指标的重要参数。沙箱法测定田间持水量具有操作简单,成本低、效率高等优点,在实际工作中应用较为广泛。本次实验选取宿州市、淮北市3 种典型土壤18 处墒情监测站点为研究对象,采用沙箱法开展田间持水量测定工作,同时围绕最终测定出的成果予以应用,其目的是为了给抗旱减灾提供有利技术支持。

1 沙箱法测定田间持水量实验步骤及注意事项

通过沙箱法进行测定,测定流程为首先进行田间取样,然后进行土样吸水,再次进行土样退水和称重,最后进行田间持水量计算。

田间采样：选定代表性的测定地块,挖掘土壤剖面,用环刀采集10 cm、20 cm、40 cm 的原状土样。采集的土样样本应尽量避免植物根茎和石块,以免影响样本的特性和质量。

土样吸水：以环刀中的土样作为样本,将其用水浸泡24 h 以上,如果土样质地较为粘重,那么可以增加放置时间,放置3 天～5 天,直到环刀内土壤中完全吸满水。

土样退水及称重：将环刀中的土样连同底部滤纸,放置于室内沙箱中,用重物将环刀压实盖上沙箱盖保持一定时间,见图2,为了确定每种土样在沙箱中所需保持的时间,每个测样点第一次监测第一天每隔3 h 称重一次,第二天每隔6h 称重一次,第三天后每隔12 h 称重一次,直至相邻两次称重相差小于0.2 g 为止,此时环刀中土壤的水分达到了平衡。

图1 沙箱法测定土壤田间持水量示意图

图2 徐楼闸站10 cm 土层环刀法土样退水过程线

图3 徐楼闸站20 cm 土层环刀法土样退水过程线

烘干土样及计算田间持水量：将上述称量过后的土样放入烘箱中在恒温下（烘干温度105℃±2℃）烘干至恒定质量,称量烘干后土样的质量,计算田间持水量和土壤干容重。

2 测定结果分析

在这次实验过程中,以18 个典型地块为样本,并针对这些地块进行实验测定,测定过程中,每个地块各采样3 次,共计采样54 次,采样样本486 个,试验结果见表1。

表1 宿州市、淮北市土壤田间持水量测定成果表

2.1 不同质地土壤的水分吸收及退水时间存在差异

土壤吸水：不同质地的土样对水分的吸收时间存在明显的差别,比如沙土质地的土壤吸水时间为1 天,壤土质地的土壤吸水时间为1 天～3 天,黏土质地的土壤吸水时间为3 天～7 天。在相同土质条件下,不同土层的土壤吸收水分达到田间持水量的时间也存在着一定的差别。徐楼闸站的土壤属于典型的黏土质地,表面10 cm 的土壤样本吸水达到田间持水量的时间是72 小时,40 cm 深的土壤样品吸水时间为120 小时。

土壤退水：以徐楼闸站为例,在三个平行的土壤样品上,分别画出10 cm、20 cm 和40 cm 的土样退水过程图,见图2～图4。通过图2～图4 的退水曲线图可以看出,当该站的土壤含水量达到饱和后,土壤含水量在3 个小时之内就会快速消退,随后又会变慢。等到两天以后,土壤含水量的退水过程会逐渐趋于平稳,再之后便会逐渐放缓,退水过程会很慢,12 个小时后,土壤含水量的重量变化不大于0.2 g,基本满足了退水精度要求。

图4 徐楼闸站40 cm 土层环刀法土样退水过程线

通过对试验观测到的土壤含水率的变化曲线进行分析,得出了土壤水分的消退规律：在土壤含水率达到饱和状态后,受重力作用,土壤水分快速排出,到达田间持水量后,进入了一个稳定的平衡期。

2.2 土壤干容重和田间持水量呈负相关关系

以宿县闸站、玄妙站、徐楼闸站为例,绘制土壤干容重和田间持水量关系图,见图5,从图中可以看出,随着土壤干容重的增加,田间持水量就会逐渐减少。试验结果表明,随着土壤干容重的增大,土壤单粒、复粒、团粒的结合程度和孔隙率也会有所减小,同时田间持水量也会降低；相反,当土壤干容重变得越来越小时,土壤的粒径结合较疏松,孔隙率较大,那么这时田间持水量也会较多。

图5 土壤干容重和田间持水量关系图

2.3 不同土壤质地田间持水量不同

总体上,砂土质地的土壤,其持水量小于壤土质地的土壤,而壤土质地的土壤,其持水量又小于黏土质量的土壤,因此这三种不同土壤质地的田间,其持水量也会有很大差异。实验过程中,本文以徐楼闸站、宿县闸站、玄庙站的土壤作为研究对象,其中徐楼闸站的土壤质地为黏土,其田间持水量为29.6%；宿县闸站的土壤质地为壤土,其田间持水量为28.1%；玄庙站的土壤质地为砂土,其田间持水量为25.9%；试验结果表明：砂地土壤持水量约为26%,壤土持水量为26%～29%,黏土持水量为26%。

2.4 相同地块相同土质的田间,其持水量数值也会存在差异

同一地块同一土壤不同土层田间持水量数值不同。以张庄寨站为例,10 cm 土层田间持水量为27.1%,20 cm 土层田间持水量为26.2%,40 cm 土层田间持水量为29.5%。所以在制定抗旱减灾及旱情预测指标时,除了要考虑土壤质地和类型以外,还要考虑不同土层深度。

3 成果应用检验

为检验沙箱法测定田间持水量成果的可靠性和合理性,本次实验选取宿县闸和杨楼两站2022年3 月～7 月实测的土壤含水量及实际发生的旱情状况进行验证,见表2～表3。

表2 宿县闸2022年3 月～7 月作物受旱程度调查与评价成果对照表

表3 杨楼2022年3 月～7 月作物受旱程度调查与评价成果对照表

国家水利部制定的《土壤墒情评价指标》标准,是一个在基于土壤相对湿度监测数据的基础上,以此为依据,来判定农作物墒情情况的一项技术标准。作物受旱的程度,是根据土壤的相对湿度来测定,分为轻度干旱、中度干旱、严重干旱和特大干旱四个不同级别。

根据宿县闸、杨楼两站实际调查旱情状况与《土壤墒情评价指标》计算评价的旱情状况对照,本文应用该试验的结果,对两个地区的干旱指数进行了评价,除了“适宜湿度”和“轻度受旱”两个指标无法完全反映出作物的真实水分状况之外,其它指标的判断与实际情况基本吻合,因为“适宜湿度”和“轻度受早”指标在理论上和实践中基本上都很难判断和测定准确。

4 结论

沙箱法测定宿州市、淮北市3 种典型土壤18 处代表地块土壤田间持水量,并对测定的成果加以应用检验,取得较为满意的结果,但受土壤样品的唯一性、排水时长、仪器设备、技术处理等影响,实验成果的精度会受到一定影响。今后还需开展不同季节、不同测定方法田间持水量实验研究,对本次实验结果对比验证,确保田间持水量测定的精准性,为两市的旱灾的防治和预测提供了有力的技术支持。