土壤田间持水量测定对比试验分析

◎王高英 宋志林 罗国政 由宇军

1 引言

2005年出台的《陕西省水文管理条例》和2007年出台的《中华人民共和国水文条例》赋予了水文部门进行土壤墒情监测的工作职能。2009年，陕西省水文水资源勘测局启动了土壤墒情监测工作，先后在全省范围内设立墒情监测站41处，为全省抗旱指挥决策提供信息依据。根据国内外土壤墒情监测技术发展情况，对监测站点土壤含水量和相对湿度采用仪器法监测，烘干法校核。但各测点土壤田间持水量的采用值由于试验站点多、任务重、资金短缺，暂时借用陕西省农业科技部门上世纪80年代的少数试验数据，使得各地土壤墒情监测和计算结果存在一定误差。为此，省水文局于2010年11月组织技术人员进行了固定点土壤墒情监测试验研究，为今后进一步搞好全省土壤墒情监测作了必要的技术分析和方法对比。

2 试验项目及目的

本次试验项目：（1）野外围框淹灌法测定田间持水量；（2）室内环刀法测定田间持水量；（3）测定土壤干容重。

试验工作目的为：（1）通过对土壤含水量变化测定，了解土壤水下渗规律。（2）通过试验探索一种简单、实用、准确测定田间持水量的方法，指导各市局开展监测点土壤田间持水量测定，取得准确的田间持水量数据，更好的服务于抗旱工作。（3）掌握测定土壤干容重方法，确定土壤重量含水量与体积含水量之间的关系。（4）对土壤水分测定仪测量的精度进行分析评价。

3 试验场地、设备和方法

经现场踏勘，选定西安市长安区沣河支流潏河右岸高桥水位站站房以北农田为试验地块。2010年11月8日开始，21日结束，共计 13天。所采用的试验设备仪器分别有：1m×1m×0.3m木框、不锈钢取土钻、铝盒、烘箱、烘杯、水桶、天平、干燥器、搪瓷盘、铁锨、卷尺、塑料布、稻草、土壤水分测定仪、环刀、环刀手柄、滤纸等。

试验方法与步骤：

（1）围框淹灌法测定田间持水量。

围框淹灌法是在选定的地块中，通过灌水、渗漏，使土壤在一定时间内达到毛管悬着水最大量时，取土壤测定水分含水量。此时的土壤水含量即为土壤田间持水量。

①选择代表试验场地。

②场地平整、筑埂、围框。将场地平整，在测试区四周筑起长宽均为2m的一道土埂，埂高30cm，底宽30cm。然后在其中央放入定做好的长宽各1m的方木框，木框入土深度25cm。框内面积1m2，为测试区，木框外的部分为保护区，目的是防止测试区内的水侧渗外流。

③计算灌水量。在测试场建成后，从测试点附近现场测定20cm、40cm深内土层的土壤含水量，经测定其平均体积含水量为30.3%。经测定其饱和体积含水量为37.0%，减去土壤现时蓄水量，差值的1.5倍即为需要补充的灌水量。

④灌水。灌水前在地面铺放一薄层干草，在保护区均匀灌水，实际灌水量大约为0.3 m3，然后向测试区灌水，实际灌水量大约为0.12 m3。

⑤覆盖。为避免土壤水分蒸发损失和防治雨水渗入的影响，灌完水后，测试区和保护区再覆盖50cm的草层，在草层上覆盖塑料薄膜。

⑥取土测定水分。灌水后经3昼夜，从第三日开始分别用仪器和烘干法测定其体积和重量含水量，取土后仍将地面覆盖好。每天测定一次，直到前后两天测定的土壤含水量无明显差异为止。此时土壤水分运动基本达到平衡。

（2）室内环刀法测定田间持水量。

在选定的地块用环刀采取原状土，将装有原状土的环刀置于盛水的搪瓷盘中使其含水量达到饱和。将装有饱和的原状土环刀连滤纸一起放在装有干土（或石英沙）的环刀上充分吸水，使土壤中的重力水排出，待环刀中土壤达到最大毛管悬着水，此时从环刀内取出原状土测定含水量值即为该土壤的田间持水量。

①在室内先称量环刀（连同底盘、垫底滤纸和顶盖）的重量。

②取样。将已称量的环刀带至田间，选取多条垂线采样。首先将土面铲平，去除环刀两端的盖子，再将环刀（刀口端向下）平稳压人土中，切忌左右摇动，在土柱冒出环刀上端后，用铁铲挖周围土壤，取出充满土壤的环刀，用锋利的削土刀去环刀两端多余的土壤，使环刀内的土壤体积恰好为环刀的容积。在环刀刀口一端垫上滤纸，并盖上底盖，环刀上端盖上顶盖，擦去环刀外侧的泥土。同时在相同土层采土。

③淹水。将装有原状土的环刀放于盛水的搪瓷盘内，有孔盖的底盖端朝下，盘内水面较环刀上缘低1～2mm，让其充分吸水一昼夜。注意不要使环刀的上面淹水。

④风干。将同时采集的同层土样风干，磨细过1mm筛孔，装入环刀中，装时要轻拍击实，并稍微装满一些。

⑤吸水。将水分饱和一昼夜的装有原状土的环刀取出，打开有孔的底盖，将其连滤纸一起放在装有干土的环刀上，使其上下环刀紧密接触，可压砖头，一对环刀压两块砖头。

⑥经过8小时吸水后，从环刀内取出原状土按照烘干法测定含水量。即为该土样的田间持水量。

表1 各测次土壤含水量统计表

图1 测试区土壤含水量变化曲线

（3）测定土壤干容重。

在选定的地块用环刀采取原状土，土壤样品的干土重与土壤样品体积之比即为土壤干容重。

①取样。在测试区附近分别选取了4条垂线取样，每条垂线在20cm和40cm处分别取样。取样方法为先将土面铲平，去除环刀两端的盖子，再将环刀（刀口端向下）平稳压人土中，切忌左右摇动，在土柱冒出环刀上端后，用铁铲挖周围土壤，取出充满土壤的环刀，用锋利的削土刀去环刀两端多余的土壤，使环刀内的土壤体积恰好为环刀的容积。

②测定干土重。从环刀内取出原状土按照烘干法测其干土重。土壤样品干容重等于干土重除环刀体积。

4 试验数据整理分析计算

4.1 围框淹灌法计算田间持水量

对连续8日各次土样测定数据，分别按照下公式计算：

式中，ω——土壤重量含水量；

ω1——湿土+烘杯重；

ω2——干土+烘杯重；

ω0——烘杯重量；

ω20-1、ω20-2、ω20-3——第一、二、三条垂线20cm土壤重量含水量；

ω40-1、ω40-2、ω40-3——第一、二、三条垂线40cm土壤重量含水量；

推求各测次土层平均土壤重量含水量。

按照公式

式中，θ20-1、θ20-2、θ20-3——第一、二、三条垂线20cm土壤体积含水量。

θ40-1、θ40-2、θ40-3——第一、二、三条垂线40cm土壤体积含水量。

推求各测次土层平均土壤体积含水量。

经对10日至17日土壤含水量进行分析，并绘制测试区土壤含水量变化曲线，见图1，由曲线可看出土壤含水量在17日与16日比较已无明显差异，重力水已基本排完，此时的土壤含水量即为田间持水量。查曲线可得监测深度平均田间持水量为20.0%。

4.2 室内环刀法计算田间持水量

按照公式

4.3 土壤干容重

对所取土样按照公式

式中，γ0——土壤干容重；

ws——干土重；

V——为原状土壤的体积；

将各个测点的干土重和环刀体积（100cm3）代入，计算得为1.58g/cm3，为 1.65g/cm3为1.62g/cm3。

5 结论

（1）本试验区重量田间持水量为20.0%。

（2）本试验区土壤干容重为1.62g/cm3。

（3）野外围框淹灌法测定监测深度平均田间持水量为20.0%，室内环刀法测定监测深度平均田间持水量为20.05%。两种方法结果很接近，说明室内环刀法测定的田间持水量能代表自然状况下的田间持水量。

（4）烘干法测得土壤体积含水量在30%～40%之间，而用土壤水分测定仪测出土壤体积含水量在40%～60%之间。由此可以得出结论,土壤水分测定仪存在较大的偏差。

6 建议

（1）田间持水量和土壤干容重与土壤类型和结构密切相关，土壤质地不同，其蓄水能力和持水能力不同，土壤含水量亦不同，土壤水分常数和干容重随地域和土壤质地结构而变化。由于陕西省农田分布地域从北到南跨越黄河长江两大流域，地形地貌差别很大，各地土壤类型和结构也差异较大，在全省各监测点推广进行田间持水量试验十分必要。

（2）田间持水量测定，采用室内环刀法和野外围框淹灌法成果一致、可靠。室内环刀法不需要场地，所需仪器设备较少，操作简便，节省人力、物力和时间，建议省内推广使用室内环刀法测定各墒情监测点田间持水量。

（3）开展烘干法与仪器法进行同步对比观测，建立仪器法与烘干法相关关系曲线，进行误差校正订正。

（4）目前土壤水分测定仪型号较多，建议使用单位对国内生产的墒情监测仪器认真选购，谨慎使用。陕西水利

[1]王振龙高建峰.实用土壤墒情监测预报技术。

[2]彭世琪钟永红等.农田土壤墒情监测技术手册。

[3]土壤墒情监测规范。