田间持水量测定方法研究及对比分析

田间持水量测定方法研究及对比分析

作者：钟诚 张军保

来源：《农业与技术》2014年第12期

摘 要：本文详细介绍天然降水法、围框淹灌法及环刀法3种田间持水量测定操作方法，分析比较不同实验方法的应用条件及注意事项，给出不同土壤质地不同土层深度田间持水量测定实验成果。

关键词：田间持水量；测定；方法 中图分类号：P333.1 文献标识码：A 1 概述

田间持水量，指在地下水较深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允许水分充分下渗，并防止其水分蒸发，经过一定时间，土壤剖面所能维持的较稳定的土壤水含量（土水势或土壤水吸力达到一定数值），常用来作为灌溉上限和计算灌水定额的指标，田间持水量也是确定墒情和旱情评价指标的重要参数。

国内田间持水量的测定方法一般分为野外测定法和室内实验测定法，野外测定法包括天然降水法、围框淹灌法（小区灌水法）等，室内实验测定法包括环刀法（威尔科克斯法）、整段标本法、压力模法等。本文主要介绍天然降水法、围框淹灌法、环刀法3种方法实验测定田间持水量，比较不同实验方法土壤质地田间持水量差异、土壤水分入渗、退墒差异等。 2 田间持水量测定实验方法 2.1 天然降水法

天然降水法是指当大气降水达到一定量级使预测土层深度土壤水分含量达到饱和，排除多余重力水后测定的土壤含水量，是野外测定田间持水量方法中最简便、直接、有效的方法。 2.1.1实验条件

采用天然降水饱和法测定田间持水量，应满足以下条件：要考虑降水量、降水历时是否满足要求；实验地块应选择应能够代表典型土壤质地、典型农作物耕种条件；实验地点要就近在固定墒情监测站或水文站布设，使监测人员能及时到达的监测地块；实验地点要远离植物根系分布土层，防止植物蒸腾蒸散水分流失；实验地点处地下水位不宜过高。 2.1.2实验步骤

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2.1.2.1制定降水量级表 2.1.2.2现场保护、地膜覆盖

对达到降水条件的实验地块及时作出反应，迅速组织实验人员进行现场选址、地膜覆盖，以防止降水或蒸发对土壤含水量产生影响。 2.1.2.3 取土测定田间持水量

对雨后饱和土壤进行逐日监测，测定土壤退水过程，当前后两日土壤含水量趋于稳定不变时，取后一日土壤含水量作为田间持水量。 2.2 围框淹灌法

围框淹灌法是在选定的具有代表性地块中建立实验区，所选实验区地块作物耕作面积应超过1.3hm2，通过设置围框、人工灌水、地膜覆盖、自然渗透等一系列人工操作手段，测取最大毛管悬着水量，此时的土壤水分含量即为土壤田间持水量。 2.2.1实验条件

实验地块应选择能够代表当地典型土壤质地、典型农作物耕种条件，且达到一定种植规模的大田，避开坡地岗地；由于淹灌过程需要充足用水，建议在汲水方便地区进行实验；实验土壤做围框实验都必须给予足够入渗时长，且均匀入渗，不得将水量一次性灌入实验区；围框内的实验土体不得翻动、踩压，需保持原状。 2.2.2实验步骤 2.2.2.1选定实验区

实验区面积通常是2×2m2，在实验区中心部位楔入铁皮框，框内面积为1×1 m2，框入土深度40～50cm；铁框周围应以原土填实以保证铁框与周围土壤密切接触，防止灌水时水分沿缝隙流失。

2.2.2.2计算灌水量

实验区的灌水量是根据欲测土层的深度和土壤实时含水量确定的。在测试点附近取土测定土壤的干容重及土壤实时含水量，计算土壤现实蓄水量。按土壤孔隙度计算该土层内全部空隙充水时的总灌水量，减去土壤现实蓄水量，差值乘以保证系数即为需要补充的灌水量。 2.2.2.3人工灌水

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灌水前将实验区地面覆盖一层草垫子，避免灌水时冲击土壤，破坏表土结构。灌水时，应均匀喷洒，实验区内始终保持5cm厚的水层，直至用完计算的全部灌水量。灌水完毕后要用塑料布覆盖整个实验区，避免土壤水分蒸发损失或雨水渗入。 2.2.2.4取土测定含水量

在灌水后1～2昼夜后，开始连续（每日监测1次）取土测定土样含水量，建立土壤退水过程线图。在同一土层上，当前后2次测得的含水量无明显差异为止，此时土壤水分运动基本达到平衡，选择后一次测定值作为田间持水量。 2.3 环刀法

环刀法也称室内测定法，是用环刀在欲测地块上采集原状土带回实验室进行土样吸水、排水、烘干测定土壤田间持水量的一种方法。 2.3.1实验条件

应用环刀法采集土壤样本同样应遵循实验地块代表性原则，选定地块应为均匀土质，同层土壤质地应相同，采样时避免石块等杂质混入环刀内；由于实验取样地点一般较偏远，为避免实验中出现意外情况需要重新采样，首次采样时应将各层环刀备足，尽量多采集土壤样本带回实验室以备用。 2.3.2实验步骤 2.3.2.1田间采样

采样前将采样点土面铲平，将环刀的刀刃端向下平稳压入土中，切取土样。在环刀刀刃一端垫上滤纸盖上底盖，另一端盖上顶盖，擦净环刀外壁附土。在同一土层上取些散状土，带回室内。

2.3.2.2土样吸水

将装有原状土的环刀放入水中，有孔的底盖端向下，水面低于环刀顶盖1～2mm，浸水时间不得少于24h，使土壤水分达到饱和为止。 2.3.2.3干土样本

干土样本主要用于吸收环刀内土样多余水分使用，将在采样地带回的散状土样风干，磨细通过孔径为1mm的筛子，装入容器中拍实以备吸收环刀内土壤水分。干土也可由石英砂替代。

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2.3.2.4土样排水

将已达到饱和的、装有原状土的环刀从水中取出，将有孔底盖打开，连同滤纸一起放在干土（或石英砂）上面，排除饱和土样的重力水，为使环刀与干土紧密接触，也可用重物压实。 2.3.2.5烘干称重

经过8～10h排水后（土壤质地不同排水时长有别），取土测定土壤含水量及干容重，并进行合理性分析，找出异常数据出现原因，取实验合格的同一土层含水量的平均值，做为该层的田间持水量。

3 实验方法比较及成果分析 3.1 方法比较

天然降水量法是在降水量及降水历时足够使土壤达到饱和的情况下，在田间实测取得数据，它是3种方法中最便于操作、实验结果最能代表田间持水量的方法，但实验条件要求比较严格，所以要求监测人员必须实时掌握降水情况，对符合降水条件的地区做出迅速反应，避免错过最佳监测时机。

围框淹灌法是以人工淹灌模仿天然降水使土壤达到饱和测得的田间持水量，此种方法在操作过程中易出现灌水不均匀、渗透不充分等问题，特别是当实验地块选在粘壤土、粘土地块时更应注意此问题。

环刀法属于实验室方法，此方法取样不受天气、易于操作、节约人力物力，监测值较为接近田间持水量；但要求实验操作程序更为严格、仔细，土样处理、称重要求更为精细，需要进行必要的排水时长、烘干时长等辅助实验。 3.2实验测定成果分析

综合天然降水法、围框淹灌法、环刀法三种田间持水量实验方法所得监测数据，分析整理出不同土壤质地田间持水量实验成果。

实验成果综合遵循以下原则：按不同土层深度（10cm、20cm、40cm）进行田间持水量实验；若一个实验站点采用多种方法监测田间持水量且成果合理，则该站点田间持水量为不同方法算术均值；同一土壤质地有多个站点田间持水量实验成果，则该土壤质地田间持水量为多个站点算术均值。综合实验成果见表2。 表2 田间持水量实验综合成果表 土层深度/cm 田间持水量/%

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砂土 砂壤土 壤土 粘壤土 粘土 0～10 16.7 19.4 25.5 24.8 25.0 10～20 17.7 19.9 24.7 24.6 26.4 20～40 17.5 21.5 24.7 26.3 29.5

结果表明，不同土壤质地、不同土深对应的田间持水量不同，各类土壤对应田间持水量分别为：砂土为14.9%～16.7%，砂壤土为19.1%～19.5%，壤土为22.5%～23.3%，粘壤土为24.2%～25.4%，粘土为28.1%～29.7%。 4 结论

综合分析各实验方法所得结论：天然降水法、围框淹灌法、环刀法3种田间持水量测定方法在条件充分及操作严谨的情况下均能准确测定田间持水量，天然降水量法对自然条件要求严苛可遇不可求，围框淹灌法操作成本较高费时费力，环刀法属室内实验法易于操作，在工作中可根据实际情况选择最为适合的实验方法；不同土壤入渗能力不同。土壤中砂粒含量越多，粘粒含量越低，孔隙度越大，土壤水分流通量大，相应的入渗能力增强，粘土由于其孔隙度小、透水透气能力差，退水时间长；不同土层深度田间持水量不同。由于地质、耕种等影响，不同土层深度土壤结构及干容重不尽相同，导致不同土层深度田间持水量不同。 参考文献

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36（2）：61-63.

作者简介：钟诚（1981-），男，吉林省，本科，工程师，科长，主要从事水文前期计划、规划工作。