土壤质地是影响水分管理的重要因素,土壤的田间持水量和凋萎含水量等是表征土壤水分状况的重要指标,通过测定土壤的含水量,参考相关的土壤水文指标,即可精准地进行水分管理。

0 前言

水肥管理是作物栽培中的重要环节,直接关系着产量和品质。近年来伴随着水肥一体化设备的推广普及,为精准的水肥管理提供了硬件支撑。但在水肥一体化技术中,设备只是基础设施,更重要的是精准的水肥管理技术。在水分管理方面,我们不仅要知道何时开始灌溉,还要知道何时该停止。土壤质地对水分管理措施的影响非常大,本文将通过分析沙地和水田地上的田间实践,总结讨论在砂质土和粘土上的水分管理。

1 不同类型土壤的水分特点

不同质地土壤的水分特点差异很大,这首先表现在田间持水量上。田间持水量是指土壤中悬着毛管水达到最大时的土壤含水量,是土壤不受地下水影响所能保持水量的最大值。当含水量达到田持时,若继续供水,并不能使该土体的含水量增加,而只能进一步湿润下层土壤。田间持水量是灌溉的上限,可用来计算确定灌溉水量。

如表1中所示,不同质地土壤上,田间持水量变化范围很大,土壤越粘,田间持水量越大。在砂土上,田间持水量为5%,而在粘土上最高能达到40%,这就是砂质土和粘土上灌溉措施显著差异重要原因。

说完田间持水量,不得不提的是凋萎含水量。凋萎含水量又称萎蔫系数,一般是指植物发生永久凋萎时的含水量。植物因土壤干旱,根系吸收的水分不足以补偿蒸腾消耗的水分,而发生叶片萎蔫。发生萎蔫的叶片,最初在下午或日落后还可以恢复,以后在日出前也不能恢复,甚至在降雨或灌溉后也不能恢复,此时植物发生永久萎蔫。凋萎含水量虽然不能反映土壤-植株水分的动态过程,但仍是一个很好的近似值,是了解土壤水分状况并进行水分管理的重要依据。

不同质地土壤上的凋萎含水量,砂土的凋萎含水量在2%,而随着土壤中粘粒含量的增加,凋萎含水量也逐渐增加,粘土上的凋萎含水量达到了30%,因此在水分管理时不仅仅要考虑土壤本身的含水量,还要考虑土壤的质地特点。

从萎蔫含水量到田间持水量是土壤有效水含量的范围,这是一个重要的参考值,体现的是土壤的供水能力。在农业中使用较多的是田间持水量这个指标,考虑到土壤质地的巨大差异,用实际含水量相对于田间持水量的百分数(即相对含水量)来表征土壤湿度显得更加合理。一般认为土壤含水量达到田间持水量的60%-80%时,能够满足大部分作物的生长需求和微生物活动,低于60%是为轻度干旱,从这个点开始要考虑适当补充水分。

2 砂质土和粘土的水分下渗特点

海南的哈密瓜种植在沙地和水田地上,其土壤质地分别对应着砂质土和粘土,这两种土壤属于比较典型的质地类型,具有一定的代表性,在跟进这两种土壤上的哈密瓜示范时,对这两种土壤上灌溉前后5cm、10cm、20cm土层的土壤含水量做了测定,取样位置为喷灌带的正下方。

先简单介绍一下哈密瓜的灌溉模式,一般为膜下喷水带灌溉(或膜下滴灌)。在垄上拉两条喷水带,通过喷水带灌溉施肥,每次灌溉时间在2-5分钟,通过时间调节灌溉量。

在沙地上,土壤的田间持水量较低,水分下渗作用强烈,在水分管理上的一大特点就是灌溉频繁。图3中所示为测定的不同土层深度的含水量,结果显示在灌溉前,土壤的上下的含水量均较低,在4%左右,灌溉后半小时测定的土壤含水量,5cm土层的含水量最高,达到10.5%,往下逐渐下降,20cm土层的含水量为6.5%。这个含水量的变化一方面反映出砂质土持水率低,一方面表现出使用有机肥对土壤的改良作用,表层土壤的有机质含量较高,更能涵养水分。

在水田地种植哈密瓜,其土质粘重,在水分管理上与砂质土相比差异很大。水田地不仅土质较为粘重,而且下部有犁底层,能阻断水分的下渗,保水性好,即便灌溉过量也不会出现强烈的淋洗损失,而是将水分存在下层土壤中。

哈密瓜灌溉时,水分从两条水带喷出,两条水带之间是水分叠加的区域,所以湿度最大。取样位置在喷水带下方,是水分扩散较为均匀的位置,用以测定含水量有代表性。在取样时发现,在水田地上挖到20cm以下,土壤水分处于过饱和状态,会有水分快速渗出形成积水,这能直观反映出水田地的土壤水特点。

在水田地的粘土上,在灌溉前后分别测定了土壤不同层次的水分状况,如图5所示,灌溉前的土壤含水量达到在21.8%-27.1%,由上到下呈现逐层递减的特点,这与覆膜和土壤水分运动有关；而在灌溉后土壤5cm和10cm土层的水分含量均有所提高,而20cm以下土壤的水分达到了34.4%这样的过饱和水分含量,与上图中的现象相对应。

3 田间水分管理要点

在进行精准水分管理时,首先要了解土壤的质地特征,针对不同质地的土壤制定专属的水肥管理方案。那么掌握田间持水量数值和凋萎含水量就显得尤为重要了,通过这两个指标能够实现精准的水分管理。例如测定了土壤的含水量,比对上述两个指标就能够确定当前的土壤水分状况,决定是否需要灌溉,而且能够计算出让土壤耕作层达到田持的灌水量。

虽然不同质地土壤上田间持水量和凋萎含水量差别较大,但是有效水含量差值并没有那么悬殊,例如在粘土上,田间持水量为40%,有效水含量仅为10%,而凋萎含水量竟达到30%,如果只考虑绝对含水量,这样的水分含量下很多人觉得已经很湿了,不需要再灌溉了,但事实上作物却可能会发生缺水萎蔫,在进行水肥管理时要考虑土壤质地的差异,不能只凭经验想当然。

砂质土因为其田间持水量低,土壤的下渗作用强烈,在灌溉时监测水分下渗的深度十分必要。监测土壤水分的方法有很多,但最简单实用的就是下面要介绍的这款“土壤灌溉深度监测仪”,该仪器由华南农业大学作物营养与施肥研究室张承林教授团队研发,目前已在多个区域、多种作物上进行了推广应用。使用时将这个小小的仪器埋在25-30cm的根层土壤,一旦灌溉过量就会通过浮标指示,此时即可停止灌溉。

综上所述,在以上两种类型土壤上的灌溉要点是：在砂质土上种植作物,应少量多次灌溉,频繁补充耕作层土壤水分,同时做好水分监测,避免单次过量灌溉造成水肥下渗损失；而在粘土上,何时灌溉可参考土壤的相对含水量,但一次灌溉后应间隔一定时间,避免频繁灌溉导致根系淹水,影响根呼吸。