土娄土分布在暖温带南部的暖温半湿润半干旱区 ,母质主要为黄土性沉积物 ,地形主要以河漫滩以上的平坦阶地为主。土娄土是我国陕西关中平原、晋南、豫西一带主要农业土壤 ,是我国中原地区主要的粮食基地。它是森林草原植被下发育起来的褐土地带经过人类长期耕种和施用土粪 ,逐渐形成的一种特殊的农业土壤。土壤水分状况早在 6 0年代就开始展开了大量研究工作 ,多数的研究都集中于对不同土壤水分特征的水平比较上 ,对于土壤剖面不同层次水分特征及其与土壤性质关系的研究工作还需进一步开展。本研究测定了土娄土不同层次水分物理常数及持水性能的垂直变化 ,并对其相互间的相关性进行了分析。1 材料与方法1.1 试验地自然概况试验设置在陕西杨凌中国科学院水利部水土保持研究所旱地农业试验场。该地年平均气温 13.6℃ ,最热月平均气温 2 6 .4℃ ,最冷月平均气温 - 0 .8℃ ;年降水量平均 6 0 0ｍｍ左右 ,多集中在 7,8,9月内 ,约占全年降水量的 5 0 %以上1 .2 试验方法剖面规格 :2 .0ｍ× 1.5ｍ× 2 .5ｍ。取样标准 :0～ 6 0ｃｍ ,每 10ｃｍ取一个土样 ;6 0～2 2 0ｃｍ每 2 0ｃｍ取一个土样。每样重复 3次。自然含水量 :铝盒取样称重后于 10 5～ 110℃下烘干计算。饱和含水量 :环刀取原状土 ,饱和状态 2 4ｈ后于 10 5～ 110℃下烘干计算。
容重 :环刀容重法测定。
田间持水量 :大田围框灌水法测定。机械组成分析 :土样过 2ｍｍ筛 ,取 3.0～ 5 .0 ｇ加入少许水润湿 ,再加入分散剂 2滴 ,超声波高频振荡 10ｓ后 ,用美国ＱＵＡＮＴＡＣＮＲＯＭＥ公司产ＭＩＣＲＯＳＣＡＮ ＩＩ型颗粒光栅扫描分析仪分析。土壤水分曲线 :用环刀取原状土 ,水分饱和后用日本日立公司产ＣＲ 2 1型高速冷却离心机于不同转速下离心 2 5～ 90ｍｉｎ ,使其达湿度平衡 ,最后在 10 5～ 110℃下取土烘干 ,计算不同吸力下的土壤含水量 ,经拟合得出土壤水分特征曲线。2 结果与讨论土壤剖面基本水分物理常数测定结果见表 1;土壤水分特征曲线通常用来表征土壤吸持水分的能力。土壤持水曲线由于存在滞后现象 ,在同样吸力下 ,土壤脱水过程比吸水过程的含水量高。本研究给出的是脱水过程的结果。在 10～ 15 0 0ｋＰａ有效水范围内 ,对 土娄 土不同层次土壤持水量与吸力间的关系用前人提出的多种经验公式拟合 ,结果以Ｇａｒｄｎｅｒ的幂函数θ=ＡＳ-Ｂ 拟合性最好。表 1 基本水分物理常数测定结果层次编号层次深度 (ｃｍ) 田间持水量 (ｇ·ｋｇ- 1)容重 (ｇ·ｃｍ- 3)物理粘粒含量 (ｇ·ｋｇ- 1)10～ 10 2 2 4 .81.0 14 31.52 10～ 2 0 2 2 0 .51.2 94 6 9.432 0～ 30 2 2 3.4 1.4 0 52 1.94 30～ 4 0 2 2 2 .51.4 8580 .6540～ 50 2 17.51.4 950 4 .76 50～ 6 0 2 2 6 .91.4 352 9.87 6 0～ 80 2 15.2 1.4 0 551.8880～ 10 0 2 19.91.37 4 56 .1910 0～ 12 0 2 15.51.4 2 515.310 12 0～ 14 0 2 2 6 .51.4 4 42 8.31114 0～ 16 0 2 10 .4 1.4 2 586 .612 16 0～ 180 2 10 .81.35516 .313180～ 2 0 0 2 15.4 1.4 84 87.414 2 0 0～ 2 2 0 2 2 5.6 1.4 2 50 6 .5平均 0～ 2 2 0 2 19.6 1.3850 6 .1 由土壤水分特征曲线不仅可以进行土壤吸力和含水量之间的相互换算 ,用以指导合理灌溉 ;而且可以对土壤水分进行分类 (表 2 )。土壤比水容量简称水容 ,是指土壤吸力变化所引起的含水量的变化 ,它表征了土壤水分有效性或供水能力的强弱 ,是土壤耐旱性指标。其数量为土壤持水曲线的斜率 ,即 :Ｃθ =-ｄθ/ｄｓ=ＡＢＳ-(Ｂ +1)式中 :Ｃθ 为比水容量 ;θ和ｓ分别为土壤含水量和水吸力 ;ＡＢ是土壤吸力为 10 0ｋＰａ时的比水容量 ;(Ｂ + 1)为失水随吸力变化的快慢程度。当Ｓ>1时 ,(Ｂ+ 1)越大 ,土壤失水越快 ,即比水容量的变化越快 ;ＡＢ值越大 ,土壤比水容量到达 10 1数量级的吸力值越大 ,土壤耐旱性越差。表 2 不同层次土壤几种水分含量ｇ·ｋｇ- 1层次编号 重力水<6 0ｋＰａ全有效水6 0～ 150 0ｋＰａ速效水6 0～ 6 0 0ｋＰａ迟效水6 0 0～ 150 0ｋＰａ无效水>150 0ｋＰａ田间持水量>6 0ｋＰａ1376 .2 97.374 .82 2 .5134.6 2 31.92 2 93.184 .2 6 4 .12 0 .1139.12 2 3.332 57.177.859.0 18.814 1.6 2 19.44 2 2 4 .0 72 .7 54.817.9152 .7 2 2 5.452 14 .0 71.153.517.6 157.12 2 8.26 2 53.377.0 58.4 18.6 14 1.4 2 18.492 77.0 76 .6 58.518.1118.4 195.010 2 84 .0 77.4 59.2 18.2 116 .8194 .2 吸力分段标准根据李玉山和张航等的研究结论。表 3 土壤不同层次不同吸力下的比水容量 10 - 5ｍｌ·ｇ- 1层次编号吸 力 (ｋＰａ)回归参数10 30 4 0 50 10 0 30 0 150 0ＡＢＢ +11530 .56 14 6 .8910 4 .94 80 .84 35.959.951.52 35.951.172 4 2 7.0 912 1.1387.0 96 7.4 2 30 .4 58.6 31.36 30 .4 51.153380 .7310 9.30 78.836 1.182 7.84 7.991.2 82 7.84 1.144 338.7598.86 71.6 155.76 2 5.6 4 7.4 81.2 32 5.6 4 1.12532 5.82 95.6 16 9.36 54.0 72 4 .94 7.32 1.2 12 4 .94 1.126 375.5310 7.92 77.86 6 0 .4 4 2 7.52 7.911.2 72 7.52 1.149398.97112 .1780 .4 6 6 2 .182 7.92 7.851.2 2 2 7.92 1.1610 4 0 7.17114 .10 81.776 3.152 8.30 7.931.2 32 8.30 1.162 .1 各要素在剖面上的变化规律在古自然土壤表面上由于长期施加土粪积成了一层厚度约 6 0ｃｍ的熟化覆盖层 ,较疏松 ,呈粒状和块状结构 ;6 0～ 12 0ｃｍ明显地分布有一层棕褐色土带 ,即古自然土壤的粘化层 ,有时也见有薄层腐殖质的残存 ,呈棱柱状结构。粘化层以下为具有大量石灰菌丝体和小型钙质结核的淀积层 ;再下则向比较纯净的黄土母质过渡。2 .1.1 基本水分物理常数从表 1可以看出 ,虽然田间持水量在剖面不同层次含量有所不同 ,但变幅不是很大 ,基本上分布于 2 10 .5～ 2 2 6 .9ｇ·ｋｇ-1之间 ,近似一个常数 ;容重在土壤剖面各层次上差异很大 ,但除耕层为 1.0 1ｇ·ｃｍ-3 外 ,其余各层均在 1.30～ 1.49ｇ·ｃｍ-3 之间 ;各层次间的物理粘粒含量差异较大 ,耕层和母质层含量最低为 430 .0 ｇ·ｋｇ-1左右 ,最高含量为淀积粘化层5 80 .0 ｇ·ｋｇ-1左右。2 .1.2 水分特征曲线和比水容量曲线土壤水分特征曲线与比水容量曲线 ,实际上反映了土壤的保持水分和供给水分能力。虽然土娄土的土体构型很复杂 ,但是土壤不同层次水分特征曲线和比水容量曲线总的趋势差别不大。但在吸力小于 80ｋＰａ时 ,各层有较显著差异 ;总的来说 :土壤持水能力是 0～ 10ｃｍ>2 0～ 30ｃｍ >10～ 2 0ｃｍ >40～ 5 0ｃｍ >30～ 40ｃｍ ;而土壤供水能力是 0～ 10ｃｍ >10～ 2 0ｃｍ >2 0～ 30ｃｍ >30～ 40ｃｍ >40～ 5 0ｃｍ ;表层土壤持水供水能力都较高 ,可能是长期耕作使表层土壤有机质、土壤结构等性质明显优于其它层次的原因。2 .2 相关分析2 .2 .1 水分物理常数之间的关系通常认为 ,田间持水量随质地的变细而增大 ,但从 土娄土来看 :总的趋势固然有 ,但其相关性却极不明显 ;容重一般受到质地和空隙度的影响 ,理论上随土壤质地变细容重会增大 ,就土娄土而言 :虽然二者有成正相关的趋势 ,但相关系数Ｒ2 仅为 0 .2 5 91,并不存在明显的相关。本研究仅就一个测点而论。2 .2 .2 水分物理常数与持水供水性能①水分物理常数与不同水分含量。从表 4可以看出 ,容重与重力水、全有效水、速效水、迟效水含量之间成极其显著负相关 ,随着容重的增大重力水、全有效水、速效水、迟效水含量明显减小 ;物理粘粒含量与重力水、全有效水含量之间成显著性负相关 ,而与无效水含量 (萎焉系数 )之间成显著正相关。随物理性粘粒含量的增大 ,重力水与全有效水含量降低、而无效水含量 (萎焉系数 )则明显增大 ;此外 ,田间持水量与无效水含量 (萎焉系数 )之间也有明显的相
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