陜西省土壤田間持水量分析研究

◎ 張 楷

1 問題提出

田間持水量是土壤的一項物理性質(zhì)，是在地下水埋藏較深的條件下,土壤中所能保持的毛管懸著水的最大量。它的大小與土壤的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、有機質(zhì)含量以及土地利用狀況有關(guān)。不同的土壤其田間持水量不同，即使同一種土壤，其所處的氣候帶不同、利用方式不同，其田間持水量亦不同。它是土壤保水性能的一個重要指標,是設計田間灌排溝渠、擬訂灌排水定額的重要參數(shù)，在旱情分析預測過程中，是土壤基本物理性質(zhì)必須的基本數(shù)據(jù)。

陜西省地處我國干旱和濕潤氣候的過度地帶，是水資源短缺省份之一，受季風氣候影響，干旱災害出現(xiàn)頻繁，持續(xù)時間長且范圍廣，是威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要自然災害之一。

為了向各級抗旱部門及灌區(qū)提供準確可靠的墑情監(jiān)測預報數(shù)據(jù)，在2011年全省設立的41處墑情站土壤田間持水量測定成果和20世紀60～80年代省灌溉試驗站公布的土壤田間持水量成果等基礎上，分析研究全省土壤田間持水量分布規(guī)律。

2 分析研究思路與方法

由于田間持水量是土壤持水的一種潛能，在理論上可被視為一個常數(shù),其大小主要與土壤的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、有機質(zhì)含量以及土地利用狀況有關(guān)，而土壤質(zhì)地對土壤水分性質(zhì)的影響，主要是隨著土壤顆粒變細和表面積增加，土壤的表面吸附力、離子交換能力以及土壤的物理行為隨之改變。一般地，隨著顆粒的減小，土粒的吸濕量、最大吸濕量、持水量、毛管持水量將增加，而土壤的通氣孔隙度、通氣和透水速度則降低，土壤結(jié)構(gòu)主要是通過土壤顆粒（包括單粒、復粒和團聚體）的排列方式、孔隙性質(zhì)及其穩(wěn)定性來影響土壤的水分性質(zhì)。結(jié)構(gòu)良好的土壤具有多孔性，大小空隙的適當組合不僅有利于過濕地的排水，也有利于提高土壤的抗旱保水能力。

基于上述認識，分析研究的方法是：搜集全省現(xiàn)有土壤田間持水量資料，分析歸納、剔除有疑問數(shù)據(jù)，然后在全省范圍內(nèi)將這些數(shù)據(jù)點定位，結(jié)合全省土壤分布的地帶性規(guī)律，先綜合分析各類土壤所處的地形、地貌、氣候帶、植被覆蓋情況、土地利用類型以及成土母質(zhì)、分化殼類型等因素，在此基礎上分析定出不同區(qū)域土壤田間持水量的初步大小范圍，然后采用定性定量相結(jié)合的方法，用土壤傳遞函數(shù)法對研究結(jié)果進行檢驗，再利用估算模型分析計算確定出各分區(qū)的田間持水量范圍。

3 陜西省土壤分布規(guī)律

依據(jù)《陜西省志·地理志》，陜西省的土壤帶劃分為：長城沿線淡栗鈣土、風沙土帶，陜北黃土高原黑壚土、黃綿土帶，關(guān)中平原褐土帶，秦嶺山地棕壤垂直帶，漢中盆地水稻土——大巴山地黃棕壤帶。不同土壤帶土壤的組成存在較大差異。

長城沿線淡栗鈣土、風沙土帶主要位于陜北榆林市長城沿線，西部定靖地區(qū)為風沙土、淡灰鈣土、鹽堿土；靖邊、榆林、神木一帶地區(qū)為風沙土、淡灰鈣土、草甸鹽土、鹽化草甸土、沼澤土、潮土。

陜北黃土高原黑壚土、黃綿土帶根據(jù)地形和土壤組合,從北到南土壤組成不同。馮池坑—王盤山—劉陽灣—延河與蘆河的分水嶺—安塞縣北王家灣鄉(xiāng)的膠泥子灣—雙山則—如則山—高新莊—周家墹—子洲—米脂—烏鎮(zhèn)—佳縣以北,呈西南一東北向狹長帶為陜北黃土梁峁丘陵溝壑區(qū)沙黑壚土、黃綿土；子午嶺—分水梁（富縣與甘泉之間）—交里鄉(xiāng)的種樓寺溝掌—牛家佃的阿石峰—宜川的小河口以北,呈東—西向?qū)挆l帶為陜北黃土高原丘陵溝壑黑壚土、黃綿土；岐山—五峰山—嵯峨山—將軍山—堯山—梁山直到禹門口,包括洛川塬和長武塬一帶為陜北黃土塬梁溝壑粘黑壚土、黃綿土。

關(guān)中平原褐土帶土壤組成是：關(guān)中西部咸陽北塬至鳳翔間寬整塬面地區(qū)為油土,受侵蝕、堆積地段為黃墡土；關(guān)中東部渭北旱塬區(qū)域為紅壚土和黃墡土；興平—潼關(guān)渭河平原地區(qū)為油土、潮土；關(guān)中東部為鹽堿土；大荔沙苑一帶為風沙土；沿秦嶺北麓向西到寶雞清姜河為止的區(qū)域為沙礫質(zhì)新積土和褐土。

秦嶺山地棕壤垂直帶，紫柏山—興隆嶺—太白山一帶為棕壤、暗棕壤、灰化土、山地草甸土；鷹嘴石—靜峪腦山地一帶秦嶺南坡以棕壤為主,兼有黃棕壤、褐土和少量暗棕壤；華山—蟒嶺—鶻嶺山地一帶為棕壤、褐土。

漢中盆地水稻土、大巴山地黃棕壤帶，漢中—安康盆地水澆地為水稻土、旱耕地為黃褐土、黃棕壤；米倉山、大巴山一帶為黃棕壤、棕壤。

4 田間持水量成果資料

陜西省水文水資源勘測局2012年在先期組織技術(shù)人員利用野外圍框淹灌法和室內(nèi)威爾科克斯法（環(huán)刀法），嚴格依據(jù)《土壤墑情監(jiān)測規(guī)范（SL364-2006）》，對比試驗分析基礎上，采用室內(nèi)環(huán)刀法測定41處墑情站的土壤田間持水量，采用重量百分比反映各監(jiān)測站點土壤田間持水量。

墑情站嚴格按照《土壤墑情監(jiān)測規(guī)范（SL364-2006）》布設站點，充分考慮各大灌區(qū)、糧食主產(chǎn)區(qū)、經(jīng)濟林果區(qū)有監(jiān)測站點，重點解決關(guān)中平原、漢中盆地、月河盆地、商丹盆地、無定河產(chǎn)糧區(qū)、延安果區(qū)的墑情監(jiān)測問題，在全省范圍內(nèi)建設了41處墑情監(jiān)測站。田間持水量測定采用室內(nèi)環(huán)刀法：即在墑情站位置用環(huán)刀采取原狀土，將裝有原狀土的環(huán)刀置于盛水的搪瓷盤中使其含水量達到飽和；將裝有飽和的原狀土環(huán)刀連濾紙一起放在裝有干土（或石英沙）的環(huán)刀上充分吸水，使土壤中的重力水排出，待環(huán)刀中土壤達到最大毛管懸著水，此時從環(huán)刀內(nèi)取出原狀土測定含水量值即為該土壤的田間持水量。土壤田間持水量采用以下公式進行計算。

式中：ωm—土壤田間持水量（重量%）；

Ww—土壤樣品中水電重量（g）；

Ws—干土重（g）。

站點設置、測定方法、測定成果等符合有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，數(shù)據(jù)成果科學、合理，作為本次分析研究的主要依據(jù)（各站點位置及土壤田間持水量見圖 1）。

同時還搜集了上世紀我省農(nóng)業(yè)部門公布的陜西省榆林、延安、洛川、交口、洛惠、涇惠、寶雞峽、石頭河、漢中、安康、商洛等15個灌區(qū)試驗站田間持水量數(shù)據(jù)；榆林市境內(nèi)還參考了榆林市農(nóng)技中心土壤肥料工作站施測的佳縣、綏德、吳堡三縣5站的土壤田間持水量數(shù)據(jù)。

5 土壤田間持水量區(qū)域分布規(guī)律分析研究

先把用實驗室法測定的全省41處墑情站的土壤田間持水量、搜集農(nóng)業(yè)部門測定的15個灌區(qū)試驗站的土壤田間持水量和其他搜集的一些地區(qū)的土壤田間持水量繪制在全省田間持水量分布圖上，按照量級大小繪制初步的土壤田間持水量區(qū)域、流域分布范圍。再利用土壤傳遞函數(shù)法——點估算模型，根據(jù)土壤機械組成對各區(qū)域、流域的土壤田間持水量進行模擬計算，綜合確定全省土壤田間持水量分布。

點估算模型是早期的土壤模型，屬于回歸方程，主要計算特定地區(qū)的土壤含水特性與土壤物理性質(zhì)的關(guān)系，對于土壤田間持水量的分析研究，點估算模型不失為一種很好的辦法，無論何種土壤，在土壤水分達到田間持水量時，水吸力基本穩(wěn)定在-33kPa，這樣只需要找出水吸力在-33kPa時土壤的含水量與其物理性質(zhì)的關(guān)系方程即可。所以本文選用點估算模型計算土壤田間持水量，模型為：

fc=a·sand+b·silt+c·clay+常數(shù)

式中：fc為田間持水量，sand、silt、clay分別為砂粒、粉粒及粘粒含量的百分數(shù)，a、b、c為回歸系數(shù)。

經(jīng)過分析，全省土壤田間持水量的分布范圍是，陜北榆林市無定河流域15.7～19.0，延安市延河、北洛河流域19.9～23.9；關(guān)中渭河兩岸 22.7～26.0，秦嶺北麓山口地區(qū)20.2～21.5，渭南、銅川市北洛河流域18.0～21.7；陜南漢中盆地22.4～25.0，安康月河兩岸 24.3～27.3，商洛市丹江流域20.5～23.2，南洛河流域22.9～25.6。

6 結(jié)語

由于影響土壤田間持水量大小及測定的因素較多，土壤的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、有機質(zhì)含量以及土地利用狀況等對土壤田間持水量的大小都有影響，采用不同的測定方法以及選定的同一區(qū)域的不同地塊也對其有影響。本文結(jié)合陜西省水文局組織的41處墑情站的測定成果，以及作者搜集到省內(nèi)有關(guān)部門在日常工作中選用的墑情分析數(shù)據(jù)資料進行分析研究，研究成果可能存在局限性，但通過本次分析研究，大概確定了陜西省不同區(qū)域、不同流域的土壤田間持水量的范圍，必將對陜西省農(nóng)業(yè)、水利部門指導抗旱保墑起到積極作用。陜西水利