摘要

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

前言

我國的農(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)測土壤水分和養(yǎng)分的動態(tài)，避免過量灌溉，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)土壤因為其質(zhì)地特點，在多種作物的種植上有特殊的優(yōu)勢，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，只要管理措施恰當(dāng)，砂質(zhì)土壤上可以實現(xiàn)較高的產(chǎn)量。然而在砂質(zhì)土壤進行水肥管理，最重要的一條管理要求就是要避免過量灌溉，減少水肥的淋洗損失。
 

在不同質(zhì)地的土壤上，水分浸潤土層的擴散路徑是不一樣的，如圖3所示：在粘壤土上，水分橫向擴散的速度大于縱向擴散的速度，在剖面上呈現(xiàn)出扁圓形；在砂質(zhì)壤土上，水分橫向擴散的速度和縱向擴散的速度基本相當(dāng)，在剖面上呈現(xiàn)出近圓形；而在砂土上，水分橫向擴散的速度低于縱向擴散的速度，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典型土壤濕潤剖面示意圖

在砂質(zhì)土壤上進行灌溉，要遵循少量多次的原則。一次性過量灌溉不僅造成水分的下滲，肥料也會隨著水分向下淋洗。例如，在農(nóng)戶滴灌澆水10個小時以后，水分下滲深度超過50cm。為了直觀演示肥料養(yǎng)分的下滲，我們挖開剖面，用土壤EC計測定各個土壤層次上的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，說明過量灌溉會導(dǎo)致肥料養(yǎng)分向下層淋洗。
 

圖4用土壤EC計檢測不同土層的EC值

二、作物的根系主要分布在上層土壤

強調(diào)在砂質(zhì)土壤上要避免過量灌溉，一方面是因為砂質(zhì)土壤水肥容易下滲，另一方面，與之相對應(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到1.5m深，但在現(xiàn)在的高水肥栽培條件下，根系不會分布的那么廣。事實上挖開土壤剖面，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)，在玉米上測定過根系在各個土壤層次上的分布。具體操作是在主根周圍按照一定的面積，分層取土方，將土方中的可見根系收集洗凈后掃描分析。
 

在雨養(yǎng)玉米上，以20cm一個層次，分3層測定不同耕作模式下的根系分布特征，在總根長和根長分布比例兩個指標(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)驗來看，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)測灌溉的深度，掌握土壤水分、養(yǎng)分的動態(tài)，顯得尤為必要。
土壤水肥監(jiān)測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，在使用過程中需要根據(jù)實際需求做選擇，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定土壤水分的方法，因操作簡單，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，通過差減法計算土壤的質(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定，獲得養(yǎng)分在土壤剖面上的分布趨勢。

烘干法監(jiān)測土壤水分，取樣及測定的過程耗時耗力，而且測定的數(shù)據(jù)時間密度不夠，時效性差。除此之外，烘干法取樣破壞土壤結(jié)構(gòu)，在實際使用過程中，可以用來做常規(guī)檢測，但較難實現(xiàn)定點連續(xù)監(jiān)測土壤水分的動態(tài)。

3.2時域反射法（TDR）

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

基于TDR技術(shù)的TRIME-PICO-IPH剖面水分測量儀，測量時，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)。運用此方法，可以在田間多點埋設(shè)水分管，快速批量測定土壤的剖面水分。
 

TDR法測定土壤水分的方法，在使用前需要標(biāo)定土壤的質(zhì)地和容重等參數(shù)，在使用時受土壤空隙影響較大，且土壤濕度較大時，會產(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，測量水分的方法。FDR無論從成本還是技術(shù)的實現(xiàn)難度上都較TDR低，操作簡單，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，實現(xiàn)自動聯(lián)系監(jiān)測。目前通過集成土壤、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監(jiān)控各種作物生長和環(huán)境指標(biāo)，還能夠通過遠(yuǎn)程終端對數(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)測儀”法

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

在使用時，預(yù)先將土壤水分監(jiān)測儀埋設(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。在灌溉時通過觀察浮標(biāo)來確定灌溉時間，在浮標(biāo)上浮時停止灌溉，使用過幾次后即可了解該種土壤條件下的適宜灌溉時間。土壤水分監(jiān)測儀在砂質(zhì)土壤上反應(yīng)靈敏，而在較粘的土壤上反應(yīng)可能會有些許滯后。
 

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

蘇效坡

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)作物施肥與營養(yǎng)研究室
東莞一翔液體肥料有限公司