土壤質地是影響水分管理的重要因素,土壤的田間持水量和凋萎含水量等是表征土壤水分狀況的重要指標,通過測定土壤的含水量,參考相關的土壤水文指標,即可精準地進行水分管理。

0 前言

水肥管理是作物栽培中的重要環節,直接關系著產量和品質。近年來伴隨著水肥一體化設備的推廣普及,為精準的水肥管理提供了硬件支撐。但在水肥一體化技術中,設備只是基礎設施,更重要的是精準的水肥管理技術。在水分管理方面,我們不僅要知道何時開始灌溉,還要知道何時該停止。土壤質地對水分管理措施的影響非常大,本文將通過分析沙地和水田地上的田間實踐,總結討論在砂質土和粘土上的水分管理。

1 不同類型土壤的水分特點

不同質地土壤的水分特點差異很大,這首先表現在田間持水量上。田間持水量是指土壤中懸著毛管水達到最大時的土壤含水量,是土壤不受地下水影響所能保持水量的最大值。當含水量達到田持時,若繼續供水,并不能使該土體的含水量增加,而只能進一步濕潤下層土壤。田間持水量是灌溉的上限,可用來計算確定灌溉水量。

如表1中所示,不同質地土壤上,田間持水量變化范圍很大,土壤越粘,田間持水量越大。在砂土上,田間持水量為5%,而在粘土上最高能達到40%,這就是砂質土和粘土上灌溉措施顯著差異重要原因。

說完田間持水量,不得不提的是凋萎含水量。凋萎含水量又稱萎蔫系數,一般是指植物發生永久凋萎時的含水量。植物因土壤干旱,根系吸收的水分不足以補償蒸騰消耗的水分,而發生葉片萎蔫。發生萎蔫的葉片,最初在下午或日落后還可以恢復,以后在日出前也不能恢復,甚至在降雨或灌溉后也不能恢復,此時植物發生永久萎蔫。凋萎含水量雖然不能反映土壤-植株水分的動態過程,但仍是一個很好的近似值,是了解土壤水分狀況并進行水分管理的重要依據。

不同質地土壤上的凋萎含水量,砂土的凋萎含水量在2%,而隨著土壤中粘粒含量的增加,凋萎含水量也逐漸增加,粘土上的凋萎含水量達到了30%,因此在水分管理時不僅僅要考慮土壤本身的含水量,還要考慮土壤的質地特點。

從萎蔫含水量到田間持水量是土壤有效水含量的范圍,這是一個重要的參考值,體現的是土壤的供水能力。在農業中使用較多的是田間持水量這個指標,考慮到土壤質地的巨大差異,用實際含水量相對于田間持水量的百分數(即相對含水量)來表征土壤濕度顯得更加合理。一般認為土壤含水量達到田間持水量的60%-80%時,能夠滿足大部分作物的生長需求和微生物活動,低于60%是為輕度干旱,從這個點開始要考慮適當補充水分。

2 砂質土和粘土的水分下滲特點

海南的哈密瓜種植在沙地和水田地上,其土壤質地分別對應著砂質土和粘土,這兩種土壤屬于比較典型的質地類型,具有一定的代表性,在跟進這兩種土壤上的哈密瓜示范時,對這兩種土壤上灌溉前后5cm、10cm、20cm土層的土壤含水量做了測定,取樣位置為噴灌帶的正下方。

先簡單介紹一下哈密瓜的灌溉模式,一般為膜下噴水帶灌溉(或膜下滴灌)。在壟上拉兩條噴水帶,通過噴水帶灌溉施肥,每次灌溉時間在2-5分鐘,通過時間調節灌溉量。

在沙地上,土壤的田間持水量較低,水分下滲作用強烈,在水分管理上的一大特點就是灌溉頻繁。圖3中所示為測定的不同土層深度的含水量,結果顯示在灌溉前,土壤的上下的含水量均較低,在4%左右,灌溉后半小時測定的土壤含水量,5cm土層的含水量最高,達到10.5%,往下逐漸下降,20cm土層的含水量為6.5%。這個含水量的變化一方面反映出砂質土持水率低,一方面表現出使用有機肥對土壤的改良作用,表層土壤的有機質含量較高,更能涵養水分。

在水田地種植哈密瓜,其土質粘重,在水分管理上與砂質土相比差異很大。水田地不僅土質較為粘重,而且下部有犁底層,能阻斷水分的下滲,保水性好,即便灌溉過量也不會出現強烈的淋洗損失,而是將水分存在下層土壤中。

哈密瓜灌溉時,水分從兩條水帶噴出,兩條水帶之間是水分疊加的區域,所以濕度最大。取樣位置在噴水帶下方,是水分擴散較為均勻的位置,用以測定含水量有代表性。在取樣時發現,在水田地上挖到20cm以下,土壤水分處于過飽和狀態,會有水分快速滲出形成積水,這能直觀反映出水田地的土壤水特點。

在水田地的粘土上,在灌溉前后分別測定了土壤不同層次的水分狀況,如圖5所示,灌溉前的土壤含水量達到在21.8%-27.1%,由上到下呈現逐層遞減的特點,這與覆膜和土壤水分運動有關；而在灌溉后土壤5cm和10cm土層的水分含量均有所提高,而20cm以下土壤的水分達到了34.4%這樣的過飽和水分含量,與上圖中的現象相對應。

3 田間水分管理要點

在進行精準水分管理時,首先要了解土壤的質地特征,針對不同質地的土壤制定專屬的水肥管理方案。那么掌握田間持水量數值和凋萎含水量就顯得尤為重要了,通過這兩個指標能夠實現精準的水分管理。例如測定了土壤的含水量,比對上述兩個指標就能夠確定當前的土壤水分狀況,決定是否需要灌溉,而且能夠計算出讓土壤耕作層達到田持的灌水量。

雖然不同質地土壤上田間持水量和凋萎含水量差別較大,但是有效水含量差值并沒有那么懸殊,例如在粘土上,田間持水量為40%,有效水含量僅為10%,而凋萎含水量竟達到30%,如果只考慮絕對含水量,這樣的水分含量下很多人覺得已經很濕了,不需要再灌溉了,但事實上作物卻可能會發生缺水萎蔫,在進行水肥管理時要考慮土壤質地的差異,不能只憑經驗想當然。

砂質土因為其田間持水量低,土壤的下滲作用強烈,在灌溉時監測水分下滲的深度十分必要。監測土壤水分的方法有很多,但最簡單實用的就是下面要介紹的這款“土壤灌溉深度監測儀”,該儀器由華南農業大學作物營養與施肥研究室張承林教授團隊研發,目前已在多個區域、多種作物上進行了推廣應用。使用時將這個小小的儀器埋在25-30cm的根層土壤,一旦灌溉過量就會通過浮標指示,此時即可停止灌溉。

綜上所述,在以上兩種類型土壤上的灌溉要點是：在砂質土上種植作物,應少量多次灌溉,頻繁補充耕作層土壤水分,同時做好水分監測,避免單次過量灌溉造成水肥下滲損失；而在粘土上,何時灌溉可參考土壤的相對含水量,但一次灌溉后應間隔一定時間,避免頻繁灌溉導致根系淹水,影響根呼吸。