基于環(huán)刀法測定邯鄲地區(qū)田間持水量實(shí)驗(yàn)分析

徐芳艷，楊梓文

(1.河北省邯鄲水文水資源勘測局，河北 邯鄲 056001；2.河北省秦皇島水文水資源勘測局，河北 秦皇島 066000)

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基于環(huán)刀法測定邯鄲地區(qū)田間持水量實(shí)驗(yàn)分析

徐芳艷1，楊梓文2

(1.河北省邯鄲水文水資源勘測局，河北 邯鄲 056001；2.河北省秦皇島水文水資源勘測局，河北 秦皇島 066000)

以邯鄲市東部平原區(qū)代表性地塊為研究對象，運(yùn)用環(huán)刀法測定研究區(qū)田間持水量，經(jīng)過取樣、浸泡、稱重、退水等實(shí)驗(yàn)步驟，根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析得出土壤墑情測定中，同一地塊不同測次間的土壤含水率存在差異性是正常的。土壤含水量的絕對誤差，由于取樣數(shù)量的有限性，平時(shí)稍微超出允許范圍也是合理的。提出了以后工作中可能會(huì)面臨到的問題，也為以后工作提供了一些參考和建議。

田間持水量；含水率；絕對誤差

田間持水量指在地下水較深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允許水分充分下滲，并防止其水分蒸發(fā)，經(jīng)過一定時(shí)間，土壤剖面所能維持的較穩(wěn)定的土壤水含量，是對作物有效的最高的土壤水含量，且被認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)。

環(huán)刀法是利用環(huán)刀在實(shí)驗(yàn)地塊上采集原狀土帶回室內(nèi)，在人工干預(yù)條件下，使土樣含水量達(dá)到飽和，排出重力水后，測定的土壤含水量即為田間持水量。該法操作簡便，適用于各類土壤。本次實(shí)驗(yàn)是利用環(huán)刀法來測定田間持水量，為了更精確的測定土壤田間持水量，每個(gè)地塊的每層土壤擬取樣為5個(gè)，多于每層3個(gè)土樣的實(shí)驗(yàn)要求。

1 不同土壤類型土樣浸泡時(shí)長分析

土樣吸水的目的是讓土壤含水量達(dá)到飽和狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)中確保土壤樣本浸泡均勻。通過對所采不同地塊有代表性的原狀土樣的充分浸泡，不同土壤類型的土樣浸泡時(shí)間除了與土壤前期的浸水量有關(guān)系外，還與土壤類型有關(guān)系。

通過對不同土樣的充分浸泡，總體來看，土壤類型為粘性土的曲周站浸泡時(shí)間最長，土壤類型為砂土的楊橋站浸泡時(shí)長最短，土壤類型為壤土的浸泡時(shí)長在兩者之間。其中浸泡時(shí)長最短的楊橋站，大部分土樣在浸水僅僅6 h時(shí)已經(jīng)完全飽和，與實(shí)驗(yàn)要求的環(huán)刀土樣浸水時(shí)間不少于24 h(砂土、壤土1 d，粘土2～3 d)，飽和土壤表面出現(xiàn)了一層水膜存在差異；而土壤類型為粘土10 cm土層浸泡時(shí)間則超過了200 h，更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)(3～7 d)。邯鄲市平原區(qū)不同土壤浸泡時(shí)長統(tǒng)計(jì)表見表1。

2 不同土樣退水時(shí)間比較分析

為了確定不同土壤類型的土樣在沙箱中達(dá)到田間持水量的時(shí)間，需對土樣分時(shí)段稱重，第一天每3h稱重一次，第二天每6 h稱重一次，第三天后每12 h稱重一次，直至相鄰測次質(zhì)量相差小于0.5 g為止。

通過對不同土樣的分時(shí)段稱重，土壤類型為壤土的大馬堡站土樣退水時(shí)間最短為36 h，退水時(shí)間最長的是土壤類型為粘土的曲周站和土壤類型為壤土的匡門口站。通過對土壤類型為砂土的楊橋站進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其20、40 cm所有土樣相鄰兩次稱重差值均出現(xiàn)負(fù)值，即經(jīng)過30 h和36 h后的退水過程，土壤總重量不減反增，隨后相鄰測次質(zhì)量差有逐漸增大。

表1 邯鄲地區(qū)不同土壤類型土樣浸泡時(shí)長統(tǒng)計(jì)表

備注：同一地塊由于存在可能取樣時(shí)間不同，故分為兩或三行統(tǒng)計(jì)。

3 粘土特性分析

取樣過程中，由于粘土土質(zhì)較硬和可塑性較強(qiáng)的特點(diǎn)，存在取樣困難等問題。在利用環(huán)刀切入土體時(shí)，由于粘土土質(zhì)較硬，不僅增加了切入土體的難度，而且拽扯環(huán)刀極易導(dǎo)致刃口端內(nèi)土壤連帶脫落，造成對原有土樣的破壞。由于土壤較為硬結(jié)，土壤在削平環(huán)刀刃口時(shí)也很容易造成環(huán)刀內(nèi)土壤脫落，以致以影響原狀土結(jié)構(gòu)。

在整個(gè)采樣過程中，土壤類型為粘土的曲周地塊采樣所用時(shí)間最長，土壤最為硬結(jié)，是所有實(shí)驗(yàn)地塊中采樣最費(fèi)時(shí)費(fèi)力的一個(gè)地塊。通過對土樣的充分浸泡，發(fā)現(xiàn)土壤類型為粘土的曲周站浸泡時(shí)間最長，特別是10 cm取樣處，浸泡時(shí)長達(dá)200多個(gè)小時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其它地塊土壤的浸泡時(shí)間，同時(shí)也充分反映了該地區(qū)粘土透水性小、毛細(xì)作用小。在以后的日常工作中，場次降水量超過10 mm加測的情況下，可能會(huì)出現(xiàn)所加測土壤含水量不是本次降水的最大含水量的問題。

4 退水過程線分析

土樣浸泡飽和之后的土樣應(yīng)進(jìn)行退水，土樣退水及稱重的目的是讓土壤含水量達(dá)到田間持水量狀態(tài)，即重力水排凈，全為毛管水的狀態(tài)。本次環(huán)刀法7個(gè)地塊共取樣104個(gè)，每個(gè)地塊分別在10 cm、20 cm、40 cm不同土層取樣數(shù)量為5個(gè)。

經(jīng)過近一個(gè)多月的田持實(shí)驗(yàn)，由于重量含水率是一個(gè)相對指標(biāo)，不能表示含水量的絕對值，故將實(shí)驗(yàn)測得的重量含水率轉(zhuǎn)換為體積含水率(以下含水率均為體積含水率)。對不同土樣土壤含水率進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)即使同一時(shí)間同一地塊同一土層所采的5個(gè)土樣，其含水率也存在差異，一般分布在五個(gè)土樣平均含水量曲線的兩側(cè)。見圖1。

圖1 臨洺關(guān)站40 cm不同土樣含水率退水過程曲線

同時(shí)利用土壤含水量與該層土樣的平均含水量的差值再除以平均含水量，得出土壤含水量的絕對誤差。通過計(jì)算分析，得出了各地塊不同取土深度絕對誤差的范圍，以便于在以后工作中作為參考。其中楊橋站絕對誤差值在-2.4～1.8之間變化幅度較小，曲周站次之變化幅度在-2.3～3.9之間，變化幅度最大的為西部山區(qū)的匡門口站在-7.0～12.9之間。

絕對誤差(%)=(含水量-該層平均含水量)/該層平均含水量×100%

表2 邯鄲地區(qū)不同地塊土壤含水率與該層土樣平均含水量絕對誤差允許范圍統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語

(1)本次田間持水量測定小組是由專業(yè)人員組成，且嚴(yán)格按照規(guī)范來測定的，即便如此，在同一時(shí)間同一土樣同一土層取樣都有一定的差異，故此在以后的土壤墑情測定工作中，同一地塊不同測次間的土壤含水率存在差異性也是正常的，差異性也會(huì)比較明顯。

(2)通過分析計(jì)算得出的絕對誤差，可以較好的用于日常工作中。平時(shí)工作中，測定的土壤含水量的絕對誤差應(yīng)在分析得出的允許范圍之內(nèi)，但是由于取樣數(shù)量的有限性，平時(shí)稍微超出允許范圍也是合理的。

(3)通過對粘土特性的分析，土壤類型為粘土的曲周墑情站在日常工作中，特別是粘性特征更加明顯的上層土壤不太容易飽和，場次降水量超過10 mm加測的情況下，可能會(huì)出現(xiàn)所加測土壤含水量不是本次降水的最大含水量的問題。

[1]徐立萍，徐加林，李春哲.土壤田間持水量實(shí)驗(yàn)分析.農(nóng)業(yè)與技術(shù).

2016-12-26

徐芳艷(1983-)，女，河北邯鄲人，工程師，主要從事水資源及水情預(yù)報(bào)工作。

S152.7

B

1004-1184(2017)03-0092-02