陇东旱塬麦田土壤水吸力分析

姚志龙，曹蓓蓓

(陇东学院农林科技学院，甘肃庆阳745000)

陇东旱塬麦田土壤水吸力分析

姚志龙，曹蓓蓓

(陇东学院农林科技学院，甘肃庆阳745000)

对陇东旱塬黑垆土冬小麦田5个土壤层次的土壤水吸力和含水量的分析结果表明，土壤水吸力与土壤含水量之间存在着一定的反相关关系，即土壤含水量越大，土壤水吸力就越小；相同土壤含水量条件下，不同土层的土壤水吸力表现为0～12cm土层>12～17cm土层>17～42cm土层>42～57cm土层>57～103cm土层；在相同含水量范围内，上层土壤水分特征曲线比下层土壤变化趋势更陡。

黑垆土；土壤水吸力；土壤含水量；水分特征曲线

土壤水吸力是在水分随一定土壤吸力状况下的水分能量状态，以土壤对水的吸力来表示[1]。植物从土壤中吸水，必须以更大的吸力来克服土壤对水分的束缚，因此土壤水吸力可以直接反映土壤的供水能力以及土壤水分的运动状况，较之单纯用土壤含水量反映土壤水分状况更有实际意义[2]。国内外对于用土壤水吸力的测定来研究某一地区或某一土壤类型的土壤水分状况的研究较少，一般都采用通过中子仪法、TDR法、FDR法测定土壤含水量来研究土壤水吸力与土壤含水量之间的关系模型[3]。宋孝玉、李亚娟、沈冰等人建立了庆阳市南小河沟的非饱和土壤水分特征曲线的单一模型，但他们采用的是采样与分析方法，并没有直接测定土壤水吸力。对于陇东旱塬麦田土壤水吸力及其与土壤含水量相关关系的测试研究还尚未见到报道。因此，研究分析麦田黑垆土不同剖面层次土壤水吸力和含水量的变化规律，可对黑垆土水分运动参数的相关研究提供一定的参考，也可为黑垆土田间水分的管理及有效利用具有现实指导意义。

1 试验概况

试验于2014年3月～4月进行，试验地设在庆阳市西峰区陇东学院试验田。试验田所在地董志塬，属黄土高原沟壑区，海拔1421米，土壤为黑垆土，是在黄土高原半干旱气候、草原植被、黄土母质条件下形成的土壤类型。土壤机械组成的测定结果表明，土壤中1～0.05mm的砂粒含量为25.7%，<0.001mm的细黏粒含量为28.9%，0.05～0.001mm的粗粉粒含量为39.5%，属于壤土质地类型[4]。试验地种植作物为冬小麦，平时无灌溉。常年降水量545.8mm[5]，2014年3月8日～3月27日田间试验期间无降水。4月6日～4月15日,进行了室内补充试验。

2 试验方法与处理

2.1 实验方法

土壤水吸力的测定采用真空表型张力计法；土壤含水量的测定采用经典烘干法。

使用真空表型土壤水分张力计，其深度规格分别为：12cm、17cm、42cm、57cm、103cm，将张力计抽成真空后注满水，在试验田中迅速将底部陶土管埋入相应深度的土层，张力计安装24小时之后，进行数据采集(每日清晨7∶30—8∶00进行读数)，同时取样进行相应的土壤含水量的测定。

土壤水吸力受温度、容重等因素的影响，应注意不要踩实仪器周围的土壤，尽量在温度变化小的时间采集土壤样品,以避免测点和仪器因温度不同而造成的误差。如对数据怀疑，可轻轻叩打具真空表，以消除可能产生的摩擦力。

2.2 试验处理

在试验田里选取五个肥力状况、作物长势大致相同的测试点，分别采用上述深度规格的张力计，编号分别为1号(12cm)、2号(17cm)、3号(42cm)、4号(57cm)、5号(103cm)，即：

①5个点位真空表型张力计的埋设深度分别为：12cm、17cm、42cm、57cm、103cm。

②土壤含水量测定样品尽可能在土壤水吸力测定点附近采集，且采样、称量速度要快，尽可能减少测定误差；采样深度和相应张力计的埋深相同。

3 实验结果及分析

3.1 土壤水吸力(kPa)与含水量(%)的关系

表1 陇东旱塬麦田土壤水吸力(kPa)与土壤含水量(%)

注：土壤含水量为两个重复的平均值，即θm=(θm1+θm2)/2

由表1可以看出，在同一时间段内，不同剖面层次黑垆土的土壤水吸力是不同的，土壤深度越大，土壤水吸力就越小。从3月8日的观测数据来看，土表层12cm的土壤水吸力为25kPa,而到了土壤103cm的深度时，土壤水吸力为0kPa。随着时间的推移，同一剖面层次的土壤水吸力在不断增大。从土壤42cm的剖面层次的观测数据来看，土壤水吸力由3月8日的9kPa增大到了3月27日的35kPa。在观测时间和剖面层次都变化时，总趋势是土壤水吸力越大，土壤含水量就越小。土壤水吸力与土壤含水量基本呈反相关关系，即土壤水吸力越大，土壤含水量就越小，反之亦然。土表层12cm的土壤水吸力为80kPa,土壤含水量为10.00%;土壤剖面为17cm时，土壤水吸力为68kPa,相应的含水量为11.14%;土壤剖面为42cm时，土壤水吸力为35kPa,对应的土壤含水量为12.30%；随着深度增加，在57cm时，土壤水吸力为21kPa,土壤含水量则为12.45%；在深层103cm处，土壤水吸力为16kPa,其土壤含水量为16.07%。

3.2 土壤水吸力与时间关系

图1 土壤水吸力与时间关系图

由图1土壤水吸力与时间关系图可以看出，不同剖面层次的土壤水吸力随着观测时间的变化，呈现出了相同的趋势，即在将张力计刚埋入田间时，每个剖面层次土壤水吸力都不断增加，且增幅较大，而后是缓慢增加，到3月22日前后，各剖面层次土壤水吸力趋于稳定，但不同层次土壤水吸力变化幅度又存在着差异，1号试验点水吸力增加值最大，达55.0kPa，2号试验点水吸力增加值为48.0kPa，5号试验点水吸力增加值最小，只有16.0kPa。一方面，表层土壤的水吸力值的增加幅度大于底层土壤水吸力值的增幅，这是因为表层土壤的含水量受地表蒸发、作物根系吸水等因素的影响较大，且这些外界因素的变化也较大，随着时间的推移，地表蒸发、根系吸水使得地表的土壤含水量减少，土壤水吸力增加；与表层土壤相比，深层土壤(如103cm处)受蒸发和根系吸水的影响很小，20天内其土壤含水量一直处在高含量水平，受蒸腾和蒸发影响很小，真空型张力计陶土管内外水分几乎保持一种平衡状态，所以其土壤水吸力增幅较小。另一方面，随着土壤深度的增加，土壤水吸力值减小，即在同一观测时间段内，表层土壤的水吸力大于深层土壤的水吸力，上层土壤的含水量小于深层土壤的含水量，以及上层土壤有机质含量较高，且团聚体数量较多等因素是导致这一结果的主要原因[6]。

3.3 土壤含水量与时间关系

图2 土壤含水量与时间关系图

由图2可以看出，土壤含水量随着时间的变化呈现出一定的变化，共同趋势是随着时间的推移，土壤含水量逐渐减小。但不同深度的土壤含水量的变化程度是不同的，1号的变化程度较大，即土壤含水量在土表12cm处由刚开始的13.02%下降到了10.00%，而5号土壤，即土壤103cm深处，土壤含水量变化不大，由17.78%下降到了16.07%。这是由于土壤表层含水量受外界环境的影响较深层土壤的大而造成的，而且，从一开始表层土壤的含水量就小于深层土壤的含水量。这是因为，土壤表层的水分可以进行再分布，比如经过重力流、毛管流下渗到深层土壤[7]，使得深层土壤的含水量大于表层土壤。

3.4 土壤水分特征曲线

图3 土壤含水量与土壤水吸力关系曲线(1号)

图4 土壤含水量与土壤水吸力关系曲线(2号)

图5 土壤含水量与土壤水吸力关系曲线(3号)

图6 土壤含水量与土壤水吸力关系曲线(4号)

图7 土壤含水量与土壤水吸力关系曲线(5号)

图3至图7分别为黑垆土不同剖面层次土壤水吸力与土壤含水量之间的关系曲线图，亦即土壤水分特征曲线。由这5幅图可以看出，陇东旱塬麦田黑垆土的土壤水吸力与土壤含水量之间为反相关关系，土壤水吸力越大，土壤含水量就越小，但这种反相关系并无线性相关性。随着土壤深度的增加，土壤水吸力减小，土壤含水量增加。5个深度土壤水分特征曲线比较可知，不同土壤层次，在相同含水量范围内，随含水量增加，水吸力降低幅度差异显著，上层土壤水吸力随含水量增大，其降幅大，而底层土壤曲线平缓降低；但各层土壤水分特征曲线的变化趋势一致，而且均为先陡后缓，越底层的土壤，曲线变化越平稳。

4 结论

4.1 在无外来水分(降雨、灌溉)干扰的情况下，表层土壤水吸力大于深层土壤水吸力。随着时间的推移，不同剖面层次土壤的水吸力都逐渐增加，并在达到一定值后趋于稳定，但是土壤水吸力的增幅不同，表层土壤的水吸力值的增加幅度大于深层土壤水吸力值的增幅。

4.2 在无外来水分(降雨、灌溉)干扰的情况下，表层土壤的含水量小于深层土壤的含水量。不同剖面层次土壤含水量随着时间的变化而变化，共同趋势是逐渐减小并在一定值左右趋于稳定，但是表层土壤的含水量减小幅度大于深层土壤的减小幅度。

4.3 对于同一剖面层次的土壤来说，土壤水吸力与土壤含水量之间存在着反相关关系，即土壤含水量越大，土壤水吸力就越小。对于不同剖面层次的土壤来说，土壤含水量相同，随着土壤剖面层次增加，土壤水吸力减小；相反，土壤水吸力相同，随着土壤剖面层次增加，土壤含水量增大。

4.4 不同土层土壤水分特征曲线均表现为低含水量区域和高含水量区域曲线平缓，而中等含水量区段的曲线斜率较大，曲线总体呈“S”型。

(注：土壤含水量受土壤的质地和结构、温度、栽培作物的影响[8]。本次实验中，土壤的质地和结构基本均匀，栽培作物一致，故其对实验结果的影响可忽略。由于观测时间短，且都在清晨进行，温度的影响也可忽略不计。)

5 讨论与建议

5.1 讨论

在土壤质地差异不大的各层土壤中，影响水分特征曲线的因素主要是土壤结构和容重。浅层土壤团聚体含量多，容重小，土壤对水分保蓄能力强，水分变化小，水吸力随含水量变幅小，曲线走势平缓。“S”型的水分特征曲线说明土壤中团聚体含量总体偏少[9]。

对于庆阳市西峰地区的黑垆土而言，随着土壤剖面的深度增加，土壤水吸力减小，土壤含水量增加。在12～42cm的深度内，土壤水吸力从80kPa下降到了35kPa,含水量也相应地大幅度变化，这是因为冬小麦农田的根系活动层主要在0～40cm范围内，在主要根系活动层内除受土表蒸发、降水及灌溉等因素影响外，根系吸水是这层内水分剧烈变化的主要原因。

利用土壤水吸力正确判断土壤计划湿润层深度,及时了解作物不同生育期、不同根区范围的水分状况，做到适时、适量、节水、高效灌溉。研究资料表明，冬小麦田土壤水吸力大于50kPa时，即需灌溉[10]。由本试验测试结果可知，在3月20日前后，陇东旱塬麦田黑垆土12cm土层和17cm土层土壤水吸力都先后进入大于50kPa临界值[11]，此时可以考虑对把20cm以上土层确定为计划湿润层，对冬小麦进行定量灌溉。

5.2 建议

陇东旱塬麦田黑垆土的土壤水吸力较大，土壤含水量较小，土壤对作物的水分供应不足，可以在以下两方面对土壤水分状况进行改善，以达到增产增收的目的。

一方面是采取农艺措施或生化措施，改良土壤的基本肥力性状。一是种植绿肥，促进土壤有机质的积累和更新，使土壤形成较多的水稳性团聚体，增强土壤持水性；二是增施有机肥，增强土壤的蓄水保水能力，提高作物的抗旱能力；三是增加地面覆盖，减少土面蒸发，降低土壤水分的无效消耗；四是施用土壤保水剂或改良剂，在极端干旱和无灌溉条件下，缓解田间旱情。

另一方面则是通过灌溉直接调节土壤水分含量。根据陇东旱塬的水资源情况，可考虑采用三种措施：①兴建集雨工程，达到秋水春用；②投资节水设施，高效利用水资源；③建立水分动态监控体系，适时定量灌溉。

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【责任编辑 赵建萍】

An Analysis on Water Tension in Dry-land Wheat Field Soil in Longdong Area

YAO Zhi-long, CAO Bei-bei

(CollegeofAgricultureandForestry,LongDongUniversity,Qingyang745000,Gansu)

Soil water tension and soil moisture content are tested. Soil samples are collected from 5 layers of black loessial soil in winter wheat field in Longdong rain fed area. The results show the relationship between soil water retention curves and soil water content is inverse correlation. The greater the soil water content, the smaller the soil water tension is. Under the same condition of soil water content, the soil water tension of 0～12cm layer is the largest, followed by 12～17cm, 17～42cm, 42～57cm, and 57～103cm. In the same water content range, the soil water retention curve of the upper soil is higher than that of the lower layer soil.

black loessial soil; soil water tension; soil moisture content; soil water retention curve

1674-1730(2017)01-0001-05

2016-03-24

国家农业成果转化资金项目《高产优质多抗冬小麦新品种示范与推广》(GB2B2011100007)

姚志龙(1968—)，男，甘肃宁县人，副教授，主要从事土壤农化、土壤调查与评价教学和研究。

S66

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