全 文 ：收稿日期 : 2004206210
基金项目 : 教育部优秀青年教师资助项目、人事部留学回国人员科技择优项目重点类课题和国家十五西部攻关专
项 (2001BA901A34)及北京林业大学研究生院 2003 年度研究生培养基金项目联合资助
作者简介 : 张强 (1979 —) ,男 ,辽宁 ,硕士 ,主要研究方向 :土壤水. 电话 :01062338103 cn zq98 @163. com3 责任作者 : 孙向阳 (1965 —) ,男 ,山东 ,博士 ,教授 ,主要研究方向 :土壤生态. 电话 :01062338103
xiangyang sun @sina. com
林业科学研究 2004 ,17 (增刊) :63～66
Forest Research
文章编号 :100121498 (2004)增刊20063204
毛乌素沙地土壤的持水特性研究
张 强1 , 孙向阳1 , 王 涵2 , 黄利江2
(11 北京林业大学水土保持学院 ,教育部水土保持与荒漠化防治重点实验室 ,北京 100083 ;
21 宁夏林业研究所 ,宁夏 银川 750004)
摘要 :研究了位于毛乌素沙地南缘的盐池沙地土壤的持水特性 ,采用张力计和压力膜法测定了土壤的
水分特征曲线 ,并用 y = ax - b ( y 为土壤容积含水量 , x 为土壤吸力) 模型进行了拟合 ,效果较好。进
一步研究了土壤的供水性和各类有效水含量。结果表明 ,持水性、供水性和有效水含量由表层到下层
是逐渐降低的。
关键词 :毛乌素沙地 ;水分特征曲线 ;有效水含量
中图分类号 :S15217 文献标识码 :A
土壤的持水性是指土壤吸持水分的能力。在对植物的有效水范围内 ,土壤所吸持的水分
是由土壤孔隙的毛管引力和土壤颗粒的分子引力所引起的 ,这两种力现在统称为土壤吸力或
基质吸力 ,它相当于土壤总水势中的基质势。土壤中水分的多少以及水分运动的快慢将直接
影响到植物的吸收利用 ,而土壤吸力与土壤水分的关系 ,可由土壤的持水曲线表示 ;因此它是
研究土壤水分特征的重要资料。
1 试验材料和方法
供试土壤为毛乌素沙地南缘盐池地区的风沙土。土壤基本性质见表 1。
表 1 供试土壤基本性质
土壤层次/ cm 物理性黏粒 ( < 0101 mm) / % 有机质/ (g·kg - 1) 土壤密度/ (g·cm - 3) pH值
0～20 7150 214 1149 8151
20～40 6158 118 1149 8164
40～60 5123 118 1157 8173
60～80 3196 019 1151 8177
80～100 3130 111 1151 8172
土壤低吸力段 (0～011 MPa) 脱水曲线用张力计测定。用自制大环刀 (高 20 cm ,直径 30
cm)分层取原状土 ,带回室内 ,中央插一根张力计 ,并将 TDR 探头埋入相同深度处 ,从上面加水
至土体饱和 ,平衡一昼夜后放置于通风处 ,让其蒸发脱水 ,当张力计变化时记录读数 ,同时采用
TDR 测定土壤含水量。土壤中高吸力段 (011～115 MPa)脱水曲线采用压力膜法测定。
2 结果与分析
211 土壤的持水性
土壤的持水性能一般以土壤水分特征曲线来表示。土壤水分特征曲线表示土壤水的能量
状态和土壤水的数量之间的关系 ,它反映了土壤持水的基本特性 ,因此对分析水的保持与运动
有着重要作用。本试验采用如下公式进行拟合 :
y = ax - b
式中 y 为土壤容积含水量 , x 为土壤吸力。拟合结果见表 2、图 1。
图 1 土壤水分特征曲线 (脱水曲线)
表 2 土壤吸力( x) 与含水量 ( y)的相关性
土壤层次/ cm 回归方程 相关系数 R
0～20 y = 81511 x - 01290 1 - 01953 2
20～40 y = 71326 x - 01300 4 - 01947 7
40～60 y = 61275 x - 01326 2 - 01950 8
60～80 y = 51401 x - 01323 9 - 01949 6
80～100 y = 61795 x - 01306 4 - 01931 5
表 2 中 5 个层次的土壤水分特征曲线拟
合结果差异很小 ,可以从图 1 中更直观的观察
到 ,说明各层次间在质地、结构上无重大差异。
模型中参数 a 决定了曲线的高低 ,亦即持水能力的大小 , a 值越大 ,持水能力越强 ;参数 b 决
定着曲线的走向 ,即土壤含水量随水势降低而递减的快慢[1 ] ,此结论由图 1 可以证实。根据表
2 就可以对降雨后土壤的含水量和土壤吸力进行互算 ,用以指导水分管理 ;还可以计算出土壤
水分有效性范围[2 ] 。
在一定的吸力范围内 ,质地愈细 ,持水量愈高[3 ,4 ] 。在本试验中 ,各层次土壤的物理性黏
粒 ( < 0101 mm)含量由表层向下逐渐降低。由图 1 可以看出 :除 80～100 cm 外 ,其它各层土壤
的持水量高低均按照土壤物理性黏粒含量高低顺序排列。还有学者认为 :土壤有机质对持水
量有一定影响 ,有机质含量高的土壤吸持的水分也较多[5 ] 。本试验地土壤有机质含量大小依
次为 0～20 cm > 20～40 cm > 40～60 cm > 80～100 cm > 60～80 cm。图 1 显示 80～100 cm 的土
壤持水量要高于 40～60 cm 的土壤持水量 ,80～100 cm 土层的特殊性说明影响持水量高低的
因素不只是质地和有机质 ,还有其它的因素 ,如土壤结构、温度等。
212 土壤水有效性
土壤吸持的水分对植物的有效性 ,不在于含水量的高低 ,而在于吸水力的大小。一般认为 ,
土壤有效水的范围在“田间持水量”与“凋萎含水量”之间 ,而对凋萎含水量 (即有效水下限)人们
有一致的认识 ,多数学者确定为 115 MPa ,而对有效水上限 (即田间持水量)的研究结果则很不一
致。陈志雄等[3]认为是 0101～0105 MPa (砂土近 0101 MPa ,黏土近 0105 MPa) ; EI2Swaify[6]报道为
01005～01033 MPa ;杨艳生[7]在计算有效水含量时 ,把 01006 MPa 作为上限。本试验地采用 0101
MPa 作为有效水上限。根据水分特征曲线计算出各层次土壤水分含量 (表 3) 。
46 林 业 科 学 研 究 第 17 卷
表 3 不同层次土壤的几种水分含量(占干土的百分比)
土壤层次/ cm
重力水/ %
( < 0101 MPa) 有效水/ %全有效水(0101～115 MPa) 速效水(0101～016 MPa) 迟效水(016～115 MPa) 无效水/ %( > 115 MPa)
0～20 > 31162 12172 11154 1118 < 0169
20～40 > 30179 11138 10135 1103 < 0170
40～60 > 31124 10170 9180 0190 < 0166
60～80 > 25157 9111 8133 0178 < 0170
80～100 > 31194 10180 9183 0196 < 1104
从表 3 可以看出 :从表土到下层土壤速效水和迟效水的含量总的趋势是逐渐降低的 ,且速
效水是迟效水含量的 10 倍左右 ;全有效水含量小 ,约占饱和含水量的 25 % ,低于其它质地较黏
的土壤[8 ,9 ] 。
213 比水容量
土壤比水容量表明单位水势变化时土壤吸入或释放出的水量 ,它在评价土壤有效水分时
有极重要的参考意义 ,常作为土壤耐旱性的指标。土壤比水容量在数值上等于水分特征曲线
的斜率[10 ] ,对本试验水分特征曲线求导可得到 ,见表 4。
从表 4 可以看出 :各层土壤的比水容量是随着吸力的增大而迅速减少的 ,当吸力为 0101～
0103 MPa 时 ,其比水容量为个位级 (mL·MPa - 1·g - 1) ;当吸力达到 013～115 MPa 时 ,其比水容
量下降了 100～1 000 倍 ,降为 10 - 2或 10 - 3级 (mL·Mpa - 1·g - 1) 。在低吸力段 ,比水容量降低的
幅度要比中高吸力段大的多 ,说明植物以同等的力量来吸水 ,在不同的吸力段从土壤中所吸收
到的水分会有很大的差别 ;因此 ,低吸力段才是植物利用水分的重要部分 ,也是速效水那一部
分。
表 4 不同层次土壤的比水容量 mL·Mpa - 1·g - 1
土壤层次/ cm
土壤吸力/ MPa
0101 0103 0105 011 013 016 115
0～20 712 117 910 ×10 - 1 317 ×10 - 1 819 ×10 - 2 316 ×10 - 2 111 ×10 - 2
20～40 615 116 811 ×10 - 1 313 ×10 - 1 719 ×10 - 2 312 ×10 - 2 917 ×10 - 3
40～60 618 116 811 ×10 - 1 312 ×10 - 1 715 ×10 - 2 310 ×10 - 2 819 ×10 - 3
60～80 515 113 616 ×10 - 1 216 ×10 - 1 612 ×10 - 2 215 ×10 - 2 713 ×10 - 3
80～100 614 115 718 ×10 - 1 311 ×10 - 1 715 ×10 - 2 310 ×10 - 2 911 ×10 - 3
3 结论
本试验地土壤持水曲线可用 y = ax - b ( y 为土壤容积含水量 , x 为土壤吸力) 模型模拟 ;表
层的持水能力和供水能力要优于下层 ,且有效水含量也高。采用张力计研究非灌溉土壤的低
吸力段持水性能 ,方法简便可行。将土壤持水量、有效水含量和比水容量结合起来 ,才能对土
壤的持水性能作出一个全面的评价。
56增刊 张 强等 :毛乌素沙地土壤的持水特性研究
参考文献 :
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Study on Water2retention Characters of Maowusu Sandy Soil
ZHANG Qiang1 , SUN Xiang2yang1 , WANG Han2 , HUANG Li2jiang2
(1. Beijing Forestry University ,Beijing 100083 ,China ;
2. Ningxia Forestry Institute ,Yinchuan 750004 ,Ningxia ,China)
Abstract :The water2retention characters of Maowusu sandy soil were studied in Yanchi County ,Ningxia Hui Au2
tonomous Region. The soil water characteristic curves were measured with tensometers and pressure vessel and
simulated with the model y = ax - b ( y denote water content , x denote soil suction) . The water supply character
and available water of soil were studied and found to be higher in surface layers than in underlayers.
Key words :Maowusu sandy soil ; soil water characteristic ;available water
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