摘要

針對(duì)砂質(zhì)土壤的性狀特點(diǎn)，結(jié)合作物根系的分布規(guī)律，本文簡(jiǎn)述了在砂質(zhì)土壤上監(jiān)控土壤水肥動(dòng)態(tài)的必要性，并介紹了烘干法、時(shí)域反射法（TDR）、頻域反射法（FDR）和非常簡(jiǎn)便實(shí)用的“土壤水分測(cè)定儀”法，在砂質(zhì)土壤上監(jiān)控水肥動(dòng)態(tài)時(shí)可酌情選用。

前言

我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，砂質(zhì)土壤占有相當(dāng)?shù)谋壤?，在風(fēng)積平原、河流沖積平原和沿海地區(qū)均有大量分布。根據(jù)國(guó)際制的土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)，一般將砂粒含量>55%的土壤統(tǒng)稱為砂質(zhì)土壤，包括砂土和砂質(zhì)壤土。砂質(zhì)土壤結(jié)構(gòu)松散、通氣透水，但保水保肥性差，養(yǎng)分容易隨水淋洗損失。因此在砂質(zhì)土壤上種植作物，應(yīng)監(jiān)測(cè)土壤水分和養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)，避免過(guò)量灌溉，減少水肥損失。

一.  砂質(zhì)土壤容易發(fā)生水肥下滲損失

砂質(zhì)土壤因?yàn)槠滟|(zhì)地特點(diǎn)，在多種作物的種植上有特殊的優(yōu)勢(shì)，例如在砂質(zhì)土壤上種植根莖類作物，其表面光滑、商品性好，在北方大面積的馬鈴薯、胡蘿卜等作物均種植在砂質(zhì)土壤上；砂質(zhì)土壤上種植甜瓜，有利于控制水分，增加糖分的積累。
 

隨著水肥一體化技術(shù)的普遍使用，砂質(zhì)土壤真正能發(fā)揮出其通氣透水的優(yōu)勢(shì)，只要管理措施恰當(dāng)，砂質(zhì)土壤上可以實(shí)現(xiàn)較高的產(chǎn)量。然而在砂質(zhì)土壤進(jìn)行水肥管理，最重要的一條管理要求就是要避免過(guò)量灌溉，減少水肥的淋洗損失。
 

在不同質(zhì)地的土壤上，水分浸潤(rùn)土層的擴(kuò)散路徑是不一樣的，如圖3所示：在粘壤土上，水分橫向擴(kuò)散的速度大于縱向擴(kuò)散的速度，在剖面上呈現(xiàn)出扁圓形；在砂質(zhì)壤土上，水分橫向擴(kuò)散的速度和縱向擴(kuò)散的速度基本相當(dāng)，在剖面上呈現(xiàn)出近圓形；而在砂土上，水分橫向擴(kuò)散的速度低于縱向擴(kuò)散的速度，在剖面上呈現(xiàn)出棒槌形。在砂質(zhì)土壤上，水分下滲速度更快。
 

圖3典型土壤濕潤(rùn)剖面示意圖

在砂質(zhì)土壤上進(jìn)行灌溉，要遵循少量多次的原則。一次性過(guò)量灌溉不僅造成水分的下滲，肥料也會(huì)隨著水分向下淋洗。例如，在農(nóng)戶滴灌澆水10個(gè)小時(shí)以后，水分下滲深度超過(guò)50cm。為了直觀演示肥料養(yǎng)分的下滲，我們挖開(kāi)剖面，用土壤EC計(jì)測(cè)定各個(gè)土壤層次上的EC數(shù)值（電導(dǎo)率），結(jié)果顯示，從上向下土壤的EC值逐漸變大，說(shuō)明過(guò)量灌溉會(huì)導(dǎo)致肥料養(yǎng)分向下層淋洗。
 

圖4用土壤EC計(jì)檢測(cè)不同土層的EC值

二、作物的根系主要分布在上層土壤

強(qiáng)調(diào)在砂質(zhì)土壤上要避免過(guò)量灌溉，一方面是因?yàn)樯百|(zhì)土壤水肥容易下滲，另一方面，與之相對(duì)應(yīng)的是作物的根系主要分布在上層土壤中，水肥位置與作物根系分布相重合才能被吸收利用。

雖然說(shuō)作物的根系有趨肥性，根系可以下扎吸收下滲的養(yǎng)分，但這種適應(yīng)性畢竟是有限度的，下滲的太深了，養(yǎng)分損失不可避免。況且草本植物根系在土壤中的分布，主要集中在20-30cm的上層土壤中。以甜瓜為例，理論上認(rèn)為甜瓜的根系可以生長(zhǎng)到1.5m深，但在現(xiàn)在的高水肥栽培條件下，根系不會(huì)分布的那么廣。事實(shí)上挖開(kāi)土壤剖面，可以觀察到主要根系分布在0-30cm的上層土壤中。
 

玉米是須根系的作物，根系發(fā)達(dá)，在玉米上測(cè)定過(guò)根系在各個(gè)土壤層次上的分布。具體操作是在主根周圍按照一定的面積，分層取土方，將土方中的可見(jiàn)根系收集洗凈后掃描分析。
 

在雨養(yǎng)玉米上，以20cm一個(gè)層次，分3層測(cè)定不同耕作模式下的根系分布特征，在總根長(zhǎng)和根長(zhǎng)分布比例兩個(gè)指標(biāo)上，顯示根系主要分布于0-20cm土層之中，約占到70-80%。而以經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，控制灌溉深度在0-30cm的上層土壤中，水肥剛好到達(dá)根系集中的區(qū)域，有利于水肥的吸收。
 

三、土壤水肥監(jiān)控常用的幾個(gè)方法

有鑒于砂質(zhì)土壤的特性和作物根系的分布，在砂質(zhì)土壤上監(jiān)測(cè)灌溉的深度，掌握土壤水分、養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)，顯得尤為必要。
土壤水肥監(jiān)測(cè)的方法有很多種多樣，例如稱重法，電容法，電阻法，微波法，中子法，Karl Fischer法，γ射線法，核磁共振法，頻域反射法（FDR）、時(shí)域反射法（TDR），石膏法，紅外遙感法等。雖然方法有很多，但是各種方法有各自的特點(diǎn)，在使用過(guò)程中需要根據(jù)實(shí)際需求做選擇，下面介紹幾種較為常用的方法供參考。

3.1烘干法

烘干法也稱為稱重法，是測(cè)定土壤水分最經(jīng)典和最精確的方法，也是唯一可以直接測(cè)定土壤水分的方法，因操作簡(jiǎn)單，曾得到廣泛應(yīng)用。

烘干法的具體為：從利用土鉆等設(shè)備，獲取不同層次的土壤，稱取一定質(zhì)量的土壤，放到105℃的烘箱中烘至恒重，通過(guò)差減法計(jì)算土壤的質(zhì)量含水量，土壤的體積含水量需要獲取容重后換算得到。土壤中的養(yǎng)分，在給方法中可以按照土壤層次依次測(cè)定，獲得養(yǎng)分在土壤剖面上的分布趨勢(shì)。

烘干法監(jiān)測(cè)土壤水分，取樣及測(cè)定的過(guò)程耗時(shí)耗力，而且測(cè)定的數(shù)據(jù)時(shí)間密度不夠，時(shí)效性差。除此之外，烘干法取樣破壞土壤結(jié)構(gòu)，在實(shí)際使用過(guò)程中，可以用來(lái)做常規(guī)檢測(cè)，但較難實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測(cè)土壤水分的動(dòng)態(tài)。

3.2時(shí)域反射法（TDR）

TDR測(cè)定水分是通過(guò)測(cè)定電磁波沿插入土壤的探針傳播時(shí)間來(lái)確定土壤的介電常數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出土壤含水量的方法。TDR測(cè)定土壤水分，精度高，快速且操作簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)記錄而不破壞土壤結(jié)構(gòu)，近年來(lái)被普遍用于土壤水分的監(jiān)測(cè)和研究。另外，TDR能夠同時(shí)測(cè)定土壤水鹽含量。
 

基于TDR技術(shù)的TRIME-PICO-IPH剖面水分測(cè)量?jī)x，測(cè)量時(shí)，經(jīng)由預(yù)先埋設(shè)的PVC材質(zhì)的水分管，將剖面水分傳感器放置到不同的深度，利用手持終端操作讀取和保存數(shù)據(jù)。運(yùn)用此方法，可以在田間多點(diǎn)埋設(shè)水分管，快速批量測(cè)定土壤的剖面水分。
 

TDR法測(cè)定土壤水分的方法，在使用前需要標(biāo)定土壤的質(zhì)地和容重等參數(shù)，在使用時(shí)受土壤空隙影響較大，且土壤濕度較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大偏差。以上這些只是技術(shù)上的，其設(shè)備昂貴的價(jià)格，導(dǎo)致大多用于科研而非用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

3.3頻域反射法（FDR）

頻域反射法，是根據(jù)傳感器發(fā)出的電磁波在不同介質(zhì)常數(shù)物質(zhì)中的頻率變化，測(cè)量水分的方法。FDR無(wú)論從成本還是技術(shù)的實(shí)現(xiàn)難度上都較TDR低，操作簡(jiǎn)單，受土壤容重、溫度的影響較小。
 

FDR探頭可與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器連接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聯(lián)系監(jiān)測(cè)。目前通過(guò)集成土壤、大氣、輻射、作物等多種傳感器的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控各種作物生長(zhǎng)和環(huán)境指標(biāo)，還能夠通過(guò)遠(yuǎn)程終端對(duì)數(shù)據(jù)處理后，直接干預(yù)田間的操作管理。
 

3.4"土壤水分監(jiān)測(cè)儀”法

以上講了經(jīng)典法和精密的儀器監(jiān)測(cè)措施，下面介紹一款簡(jiǎn)單實(shí)用的監(jiān)測(cè)灌溉深度的裝置——土壤水分監(jiān)測(cè)儀。土壤水分監(jiān)測(cè)儀是利用浮力的原理，水分入滲到內(nèi)部的儲(chǔ)水管中，會(huì)將里面的浮標(biāo)頂起，起到指示作用。該儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，指示精準(zhǔn)，能夠靈敏指示灌溉深度。
 

在使用時(shí)，預(yù)先將土壤水分監(jiān)測(cè)儀埋設(shè)在預(yù)定深度，例如埋設(shè)在25-30cm，垂直放置，再將耕層土壤恢復(fù)原狀。在灌溉時(shí)通過(guò)觀察浮標(biāo)來(lái)確定灌溉時(shí)間，在浮標(biāo)上浮時(shí)停止灌溉，使用過(guò)幾次后即可了解該種土壤條件下的適宜灌溉時(shí)間。土壤水分監(jiān)測(cè)儀在砂質(zhì)土壤上反應(yīng)靈敏，而在較粘的土壤上反應(yīng)可能會(huì)有些許滯后。
 

土壤水分監(jiān)測(cè)儀還有一個(gè)重要的作用，就是可以通過(guò)收集淋溶液，監(jiān)測(cè)土壤養(yǎng)分淋洗的情況。在使用時(shí)可以連續(xù)埋幾個(gè)在不同深度，抽提淋溶液做EC和養(yǎng)分檢測(cè)。在使用時(shí)我們觀察到，在砂土上，灌溉清水和灌溉肥水，土壤淋溶液的EC值都較高，這也直接說(shuō)明了砂質(zhì)土壤養(yǎng)分的淋洗作用非常強(qiáng)烈，因此監(jiān)測(cè)土壤水肥動(dòng)態(tài)，減少淋洗損失非常必要。

蘇效坡

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)作物施肥與營(yíng)養(yǎng)研究室
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