陕西省土壤田间持水量分析研究

◎ 张 楷

1 问题提出

田间持水量是土壤的一项物理性质，是在地下水埋藏较深的条件下,土壤中所能保持的毛管悬着水的最大量。它的大小与土壤的结构、质地、有机质含量以及土地利用状况有关。不同的土壤其田间持水量不同，即使同一种土壤，其所处的气候带不同、利用方式不同，其田间持水量亦不同。它是土壤保水性能的一个重要指标,是设计田间灌排沟渠、拟订灌排水定额的重要参数，在旱情分析预测过程中，是土壤基本物理性质必须的基本数据。

陕西省地处我国干旱和湿润气候的过度地带，是水资源短缺省份之一，受季风气候影响，干旱灾害出现频繁，持续时间长且范围广，是威胁农业生产的主要自然灾害之一。

为了向各级抗旱部门及灌区提供准确可靠的墒情监测预报数据，在2011年全省设立的41处墒情站土壤田间持水量测定成果和20世纪60～80年代省灌溉试验站公布的土壤田间持水量成果等基础上，分析研究全省土壤田间持水量分布规律。

2 分析研究思路与方法

由于田间持水量是土壤持水的一种潜能，在理论上可被视为一个常数,其大小主要与土壤的结构、质地、有机质含量以及土地利用状况有关，而土壤质地对土壤水分性质的影响，主要是随着土壤颗粒变细和表面积增加，土壤的表面吸附力、离子交换能力以及土壤的物理行为随之改变。一般地，随着颗粒的减小，土粒的吸湿量、最大吸湿量、持水量、毛管持水量将增加，而土壤的通气孔隙度、通气和透水速度则降低，土壤结构主要是通过土壤颗粒（包括单粒、复粒和团聚体）的排列方式、孔隙性质及其稳定性来影响土壤的水分性质。结构良好的土壤具有多孔性，大小空隙的适当组合不仅有利于过湿地的排水，也有利于提高土壤的抗旱保水能力。

基于上述认识，分析研究的方法是：搜集全省现有土壤田间持水量资料，分析归纳、剔除有疑问数据，然后在全省范围内将这些数据点定位，结合全省土壤分布的地带性规律，先综合分析各类土壤所处的地形、地貌、气候带、植被覆盖情况、土地利用类型以及成土母质、分化壳类型等因素，在此基础上分析定出不同区域土壤田间持水量的初步大小范围，然后采用定性定量相结合的方法，用土壤传递函数法对研究结果进行检验，再利用估算模型分析计算确定出各分区的田间持水量范围。

3 陕西省土壤分布规律

依据《陕西省志·地理志》，陕西省的土壤带划分为：长城沿线淡栗钙土、风沙土带，陕北黄土高原黑垆土、黄绵土带，关中平原褐土带，秦岭山地棕壤垂直带，汉中盆地水稻土——大巴山地黄棕壤带。不同土壤带土壤的组成存在较大差异。

长城沿线淡栗钙土、风沙土带主要位于陕北榆林市长城沿线，西部定靖地区为风沙土、淡灰钙土、盐碱土；靖边、榆林、神木一带地区为风沙土、淡灰钙土、草甸盐土、盐化草甸土、沼泽土、潮土。

陕北黄土高原黑垆土、黄绵土带根据地形和土壤组合,从北到南土壤组成不同。冯池坑—王盘山—刘阳湾—延河与芦河的分水岭—安塞县北王家湾乡的胶泥子湾—双山则—如则山—高新庄—周家墹—子洲—米脂—乌镇—佳县以北,呈西南一东北向狭长带为陕北黄土梁峁丘陵沟壑区沙黑垆土、黄绵土；子午岭—分水梁（富县与甘泉之间）—交里乡的种楼寺沟掌—牛家佃的阿石峰—宜川的小河口以北,呈东—西向宽条带为陕北黄土高原丘陵沟壑黑垆土、黄绵土；岐山—五峰山—嵯峨山—将军山—尧山—梁山直到禹门口,包括洛川塬和长武塬一带为陕北黄土塬梁沟壑粘黑垆土、黄绵土。

关中平原褐土带土壤组成是：关中西部咸阳北塬至凤翔间宽整塬面地区为油土,受侵蚀、堆积地段为黄墡土；关中东部渭北旱塬区域为红垆土和黄墡土；兴平—潼关渭河平原地区为油土、潮土；关中东部为盐碱土；大荔沙苑一带为风沙土；沿秦岭北麓向西到宝鸡清姜河为止的区域为沙砾质新积土和褐土。

秦岭山地棕壤垂直带，紫柏山—兴隆岭—太白山一带为棕壤、暗棕壤、灰化土、山地草甸土；鹰嘴石—静峪脑山地一带秦岭南坡以棕壤为主,兼有黄棕壤、褐土和少量暗棕壤；华山—蟒岭—鹘岭山地一带为棕壤、褐土。

汉中盆地水稻土、大巴山地黄棕壤带，汉中—安康盆地水浇地为水稻土、旱耕地为黄褐土、黄棕壤；米仓山、大巴山一带为黄棕壤、棕壤。

4 田间持水量成果资料

陕西省水文水资源勘测局2012年在先期组织技术人员利用野外围框淹灌法和室内威尔科克斯法（环刀法），严格依据《土壤墒情监测规范（SL364-2006）》，对比试验分析基础上，采用室内环刀法测定41处墒情站的土壤田间持水量，采用重量百分比反映各监测站点土壤田间持水量。

墒情站严格按照《土壤墒情监测规范（SL364-2006）》布设站点，充分考虑各大灌区、粮食主产区、经济林果区有监测站点，重点解决关中平原、汉中盆地、月河盆地、商丹盆地、无定河产粮区、延安果区的墒情监测问题，在全省范围内建设了41处墒情监测站。田间持水量测定采用室内环刀法：即在墒情站位置用环刀采取原状土，将装有原状土的环刀置于盛水的搪瓷盘中使其含水量达到饱和；将装有饱和的原状土环刀连滤纸一起放在装有干土（或石英沙）的环刀上充分吸水，使土壤中的重力水排出，待环刀中土壤达到最大毛管悬着水，此时从环刀内取出原状土测定含水量值即为该土壤的田间持水量。土壤田间持水量采用以下公式进行计算。

式中：ωm—土壤田间持水量（重量%）；

Ww—土壤样品中水电重量（g）；

Ws—干土重（g）。

站点设置、测定方法、测定成果等符合有关技术规范要求，数据成果科学、合理，作为本次分析研究的主要依据（各站点位置及土壤田间持水量见图 1）。

同时还搜集了上世纪我省农业部门公布的陕西省榆林、延安、洛川、交口、洛惠、泾惠、宝鸡峡、石头河、汉中、安康、商洛等15个灌区试验站田间持水量数据；榆林市境内还参考了榆林市农技中心土壤肥料工作站施测的佳县、绥德、吴堡三县5站的土壤田间持水量数据。

5 土壤田间持水量区域分布规律分析研究

先把用实验室法测定的全省41处墒情站的土壤田间持水量、搜集农业部门测定的15个灌区试验站的土壤田间持水量和其他搜集的一些地区的土壤田间持水量绘制在全省田间持水量分布图上，按照量级大小绘制初步的土壤田间持水量区域、流域分布范围。再利用土壤传递函数法——点估算模型，根据土壤机械组成对各区域、流域的土壤田间持水量进行模拟计算，综合确定全省土壤田间持水量分布。

点估算模型是早期的土壤模型，属于回归方程，主要计算特定地区的土壤含水特性与土壤物理性质的关系，对于土壤田间持水量的分析研究，点估算模型不失为一种很好的办法，无论何种土壤，在土壤水分达到田间持水量时，水吸力基本稳定在-33kPa，这样只需要找出水吸力在-33kPa时土壤的含水量与其物理性质的关系方程即可。所以本文选用点估算模型计算土壤田间持水量，模型为：

fc=a·sand+b·silt+c·clay+常数

式中：fc为田间持水量，sand、silt、clay分别为砂粒、粉粒及粘粒含量的百分数，a、b、c为回归系数。

经过分析，全省土壤田间持水量的分布范围是，陕北榆林市无定河流域15.7～19.0，延安市延河、北洛河流域19.9～23.9；关中渭河两岸 22.7～26.0，秦岭北麓山口地区20.2～21.5，渭南、铜川市北洛河流域18.0～21.7；陕南汉中盆地22.4～25.0，安康月河两岸 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 结语

由于影响土壤田间持水量大小及测定的因素较多，土壤的结构、质地、有机质含量以及土地利用状况等对土壤田间持水量的大小都有影响，采用不同的测定方法以及选定的同一区域的不同地块也对其有影响。本文结合陕西省水文局组织的41处墒情站的测定成果，以及作者搜集到省内有关部门在日常工作中选用的墒情分析数据资料进行分析研究，研究成果可能存在局限性，但通过本次分析研究，大概确定了陕西省不同区域、不同流域的土壤田间持水量的范围，必将对陕西省农业、水利部门指导抗旱保墒起到积极作用。陕西水利