基于農田種植作物條件下土壤含水量變化規律探究

康彥付 陳峨印

摘 要 土壤含水量變化，對農作物生長至關重要。通過對不同埋深、不同時段的土壤含水量變化特征分析，可為土壤墑情預測預報提供科學依據。基于此，利用新河縣張神首村土壤墑情監測站的墑情監測資料，采用趨勢法對不同埋深的土壤含水量隨季節變化情況進行分析，結果表明，土壤含水量變化受降水量、灌溉、蒸發等多種因素的影響。掌握其變化規律，可為農業生產高產穩產提供科學依據。

關鍵詞 土壤含水量；監測；體積含水量；變化規律；邢臺市

中圖分類號：S152.7 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.06.084

1 土壤含水量監測方法及頻率

國家及地方墑情監測站網的基本站點除收集代表性地塊的土壤墑情資料外，在發生脫墑和旱情的情況下，應在代表區域中進行墑情巡測，巡測點的布設視土壤、水文地質條件、作物種類代表性等情況來確定。邢臺市共建立了22處墑情監測站。本次以新河縣張神首站墑情監測資料進行分析計算[1]。

1.1 墑情觀測時間及旱情描述規定

國家基本站、旱情實驗站全年監測。地方基本站在每年3月1日—6月30日，9月1日—11月30日進行監測，每10 d監測一次，即每月1日、11日、21日取樣。每次監測時間為早8：00。降水量全年每天監測1次。在旱情監測期內，地方基本站次降水過程超過10 mm時加測土壤墑情，若遇特殊情況隨時加測。

1.2 土壤含水量垂向測點的布設

土壤含水量垂向測點的布設根據觀測目的、水文地質條件及土層的厚度來確定觀測土層的深度、觀測點的數目。

國家和地方墑情測報站網的基本觀測站點需采用三點法且測點一經確定后，不得隨意改動測點的布置。目前，河北省墑情監測采用的是10 cm、20 cm、50 cm三點法。

1.3 土壤墑情計算方法

在建立各地方墑情站和區域站網時，一定要考慮墑情和旱情監測不僅是對水資源的合理利用，同時也是實現對水資源科學管理和抗旱救災決策的最重要的措施和依據[2]。

1.3.1 土壤體積含水量計算

土壤監測采用烘干稱重法的方法，將所取的土樣稱重，放入烘干箱中加熱到100～105 ℃持續4 h，加蓋冷卻后再次稱重，分別計算出土壤容重和體積含水量。

1）土壤容重是指田間自然狀態下，每單位體積土壤的干重，通常用g·cm-3表示。用一定容積的鋼制環刀，切割自然狀態下的土壤，使土壤恰好充滿環刀容積，然后稱量并根據土壤自然含水量計算每單位體積的烘干土重即土壤容重。由公式（1）計算土壤容重：

式（1）中，γ為土壤容重，g·cm-3；W土為干土重，g；V為環刀容積，cm3。

根據上述方法，對張神首站土壤容重進行測量和計算，該站田間土壤容重為1.40g·cm-3。

2）體積含水量是指單位容積土壤水所占的比例，無綱量，常用θv表示。體積含水量可以表示土壤水占據的土壤，尤其是土壤孔隙的容積比例 。孔隙體積含水量用百分數表示：

式（2）中，θv為土壤體積含水量，%；rd為土壤干容重，g·cm-3；其他符號同前。

新河縣張神首土壤墑情監測站從2004年開始監測，本次資料分析采用2005—2015年監測資料進行分析計算。

1.3.2 土壤田間持水量計算

田間持水率是指土壤中不受地下水影響的條件下，土壤中懸著毛管水達到最大量時的土壤含水率，是一個非常重要的水文參數。

將土壤按照灌水定額灌溉，使地表以下一定深度內土壤達到飽和含水量水平。灌溉完畢后，待地表面無積水，立即用塑料薄膜覆蓋，防止水分蒸發，以獲取表層土的田間持水量。灌水48 h后，待0～20 cm土層內重力水分排干，揭掉地膜進行取土測量，所測的含水率為田間持水率。張神首站土壤田間持水量為43.0%。

2 土壤含水量變化規律

2.1 埋深10 cm土壤含水量變化規律

根據張神首土壤墑情監測站2005—2015年監測資料，分析9月1日至11月21日時段變化過程。該試驗田資料來自水澆地作物田間監測數據，9月初至10月中旬，種植作物為夏玉米，10月中旬種植作物為冬小麥。

在夏玉米作物生長期間，土壤含水量的補充水量以農業灌溉澆水和降水量補充為主，土壤含水量較大。冬小麥種植后，土壤含水量能滿足麥苗生長，灌溉基本停止，該時段降水量較少，土壤含水量較低。

2.2 埋深20 cm土壤含水量變化規律

張神首站20 cm埋深春季土壤體積含水量分析計算，基本情況及外界環境對土壤體積含水量的影響相同。通過對埋深20 cm與埋深10 cm土壤體積含水量對比分析，變化趨勢和變化規律基本相同。

張神首站20 cm埋深秋季土壤體積含水量分析計算，基本情況及外界環境對土壤體積含水量的影響相同。通過對埋深20 cm與埋深10 cm土壤體積含水量對比分析，變化趨勢和變化規律基本相同。

通過埋深20 cm與埋深10 cm變化過程線對比分析，在9月，10 cm埋深的土壤體積含水量大于20 cm埋深的土壤體積含水量，而在10月、11月時段內，10 cm埋深的土壤體積含水量小于20 cm埋深的土壤體積含水量。分析其原因，9月土壤體積含水量應滿足作物生長所需要的水分，是通過降水或灌溉補充土壤體積含水量，表層土壤一直保持濕潤狀態，因此土壤上部含水量大于下部。在10月、11月，由于作物需水量減小，降水量和灌溉水量減小，表層蒸發水量增大，造成表層土壤體積含水量小于下層土壤體積含水量。

2.3 埋深50 cm土壤含水量變化規律

張神首站50 cm埋深春季土壤體積含水量分析計算，基本情況及外界環境對土壤體積含水量的影響與20 cm、10 cm埋深情況相同。通過對埋深50 cm土壤體積含水量與埋深20 cm土壤體積含水量對比分析，變化趨勢和變化規律基本形同。50 cm埋深土壤體積含水量與20 cm埋深土壤體積含水量比較，大致可分為三個階段，1）3月1日至4月1日，20 cm埋深的土壤體積含水量大于50 cm埋深的土壤體積含水量，分析其原因，此時段是冬小麥生產的關鍵期，需灌溉補水，保持土壤含水量充足，有利于冬小麥生長。2）在4月1日至5月1日，50 cm埋深土壤體積含水量與20 cm埋深基本持平，說明通過前一時段的充分灌溉，使得50 cm埋深的土壤體積含水量達到最大值，與上層的土壤含水量相差無幾。3）5月1日至6月21日，該時段50 cm埋深的土壤體積含水量小于20 cm埋深的土壤體積含水量，該時段灌溉水量減少，表面蒸發量增大，而且，隨著時間的增加逐漸增大，土壤體積含水量之間差距逐漸增大。

張神首站50 cm埋深秋季土壤體積含水量分析計算，基本情況及外界環境對土壤體積含水量的影響與20 cm、10 cm埋深情況相同。通過對埋深50 cm土壤體積含水量與埋深20 cm土壤體積含水量對比分析，變化趨勢和變化規律基本形同。50 cm埋深土壤體積含水量與20 cm埋深土壤體積含水量比較，大致可分為三個階段，1）9月1日至11月11日期間，20 cm埋深的土壤體積含水量大于50 cm埋深的土壤體積含水量，分析其原因，在此時段，是夏玉米生產的關鍵期，需灌溉補水或降水補給，保持土壤含水量充足，易于夏玉米生長。2）在10月11日至11月1日，50 cm埋深土壤體積含水量與20 cm埋深基本持平，說明通過前一時段的充分灌溉，使得50 cm埋深的土壤體積含水量大的最大值，與上層的土壤含水量相差無幾。3）10月21日至11月21日，該時段50 cm埋深的土壤體積含水量小于20 cm埋深的土壤體積含水量，該時段灌溉水量減少，表面蒸發量增大，而且，隨著時間的增加逐漸增大，土壤體積含水量之間差距逐漸減小。

3 土壤含水量變化對農作物生長影響

3.1 土壤含水量20 cm埋深對農作物的影響

通過對張神首站不同深度土壤含水量分析，不同深度的農田土壤含水量具有相似的波動曲線。在降雨和灌溉澆地作用下，20 cm深度的土壤含水量不斷發生變化，在降雨或灌溉澆水期間，土壤含水量增加；無降雨、無灌溉期間，在蒸散發作用下，土壤含水量緩慢減小，呈現出和降雨、灌溉相似的波動。

3.2 土壤含水量50 cm埋深對農作物的影響

土壤深度越小，波動越明顯，土壤深度越大，土壤含水量緩慢減少。農作物生長時期，在苗期影響作物生長的土層在0～20 cm，隨著作物的生長，到冬小麥拔節，夏玉米抽穗以后，影響農作物生長的土層達50 cm以上。

4 結論

利用新河縣張神首土壤墑情監測站2005—2015年監測資料，分析不同埋深、不同季節的土壤含水量變化特征，為土壤墑情預測預報提供科學依據。

在春季，10 cm和20 cm埋深土壤含水量變化趨勢和變化規律基本相同，50 cm埋深在3月低于20 cm埋深的土壤含水量，4月基本持平，5月以后低于20 cm埋深的土壤含水量；在秋季，10 cm埋深土壤含水量在10月1日以前高于20 cm土壤含水量，10月1日以后低于20 cm埋深土壤含水量，50 cm埋深土壤含水量變化趨勢與20 cm基本一致，含水量低于20 cm。

該試驗資料來源于水澆地作物種植地塊，通過對春季、秋季觀測結果分析，分析時段的不同深度含水量，均能滿足作物生長需要。

參考文獻：

[1] 王振龍，高建峰.實用土壤墑情監測預報技術[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[2] 孫麗，王慶發，黃大彤.全國土壤水分及作物長勢地面監測體系的初步構思[J].農業工程學報，2007，23（2）：173-176.

（責任編輯：趙中正）