土壤墑情時間變化規律研究
——以滄州地區為例

哈建強，史洪飛

(河北省滄州水文水資源勘測局，河北 滄州 061000)

1 墑情監測情況概述

滄州市農作物有小麥、玉米、棉花、豆類、谷類、高粱、花生、油料、甘薯等，經濟林木主要有棗、梨、蘋果、桃、杏、石榴、葡萄等近百個品種。為使旱情分析具有連續性、一致性和代表性，擬采用2009-2015年滄州市19個旱情監測站的旱情監測資料內容。土壤墑情的主要監測內容包括濕土重量、干土重量、土壤含水率、測此間降水量、測此間降水日數、監測地塊附近地下水埋深、測此間灌溉日數等內容。為了測定不同深度的土壤含水率，土壤墑情監測深度分別為10、20和50 cm，3個取樣分別取樣，每個深度采集平行樣2個。土壤墑情監測時間為歷年3月1日至6月21日，9月1日至11月21日，正常情況下每月上旬、中旬、下旬的第一天監測一次，特殊情況除外。按照多年對降水量的觀測，汛期里的7和8月份降水量偏多，是一年中降水最多的時期，這期間土壤含水率基本上呈現飽和狀態，因此每年的這段時期停測土壤墑情，同時根據氣候變化的實際情況、旱情變化等情況決定是否加測或抽測。11月份以后，北方進入冬季，當年12月份至次年2月份也就是通常所說的封凍期，由于季節原因，地下土壤水分處于封凍狀態，這段時期內土壤含水率變化基本上不大，因此封凍期停測土壤含水率。在每年的整個監測期間，根據旱情和水情實際情況決定加測、停測以及加測的密度等。

2 墑情監測結果分析

根據2009-2015年歷年3-6月份以及9-11月份土壤墑情實測資料，整理、分析、計算這幾年來的平均值，分析研究不同年份、月份、不同深度土壤墑情變化特征。同時，按照地塊種植結構劃分的水澆地作物、水澆地白地、旱地作物、旱地白地等4種情況分別進行分析。計算結果見表1。

表1 滄州市土壤墑情多年平均含水率

3 土壤墑情變化特征分析

土壤含水率通常可以較好反映土壤墑情大小變化及范圍，在實際工作中可以作為測定某地區地塊土壤墑情好壞的重要指標之一。土壤含水率的變化在很大程度上取決于降水量、相對濕度、風速、日照、蒸發、氣溫等多種氣象條件的變化以及作物本身的屬性。本文從時間及土壤作物種植情況等兩個方面對滄州市土壤墑情情況進行深入研究。

3.1 時間變化特征分析

3.1.1 年際變化特征

依據滄州市2009-2015年共7年的土壤墑情實測資料，分別按照實際取土深度10、20和50 cm的觀測數據資料進行整理、分析、計算，結果見表2。年際變化對比圖見圖1。

表2 滄州市土壤墑情年際變化特征統計表

圖1 滄州市土壤含水率年際變化對比圖

由圖1可以看出，取土的10、20和50 cm共3個不同深度以及整體的平均值在2011年之前基本上呈現不同程度的下降趨勢，而且2011年作為一個轉折點。2011年，土壤含水率10、20和50 cm分別為23.8%、24.7%和28.1%；2012年又達到統計年際間的最高點，3個不同深度的土壤含水率10、20和50 cm最大值分別為26.3%、27.0%和29.2%，平均值最大為27.6%。2012年之后基本呈現減小趨勢，3個不同深度的土壤含水率及平均值在2014年達到年際間最小值，10、20和50 cm分別為21.7%、21.8%和24.2%，平均值最小為22.7%，2014年以后又有增加趨勢。

3.1.2 月多年平均變化特征

根據統計資料年份各月份土壤含水量情況，計算、匯總數據，繪制滄州市月平均土壤含水率變化圖，見圖2。

圖2 滄州市月平均土壤含水率變化圖

由圖2可以看出，6月份時土壤相對含水率最低，略高于20%；9月份時土壤相對含水率最高，略小于29%。同時可以看出，3-6月份土壤含水率基本呈現減小趨勢，6-9月份呈現明顯的上升趨勢，9-11月份基本呈現下降趨勢，而9-10月份呈明顯下降趨勢，10-11月份下降趨勢減緩。

3.1.3 主汛期及封凍期變化特征

一般情況下，歷年7和8月份為滄州市的主汛期，降水量多是滄州市主汛期的顯著特點。在此背景下，7和8月份滄州市的土壤含水率相對較高，基本上呈現飽和狀態。根據滄州市土壤墑情監測站網多年的監測數據顯示，主汛期前的6月21日與主汛期后的9月1日的土壤含水率相比較，土壤含水率總體上平均增加19.2%，在不同深度的10、20和50 cm平均增加20.2%、20.1%和15.3%。

當年12月份至次年2月份也就是通常所說的封凍期，地下土壤水分處于封凍狀態，這段時期內土壤含水率變化基本不大，相對比較穩定。根據多年平均數據，封凍期前的11月21日與封凍期后的次年3月1日的土壤含水率相比較，10、20和50 cm分別平均減少20.9%、22.5%和18.8%，總體平均減少23.1%。

3.1.4 降水量及蒸發量對土壤含水率在時間上變化的影響

從某種意義上講，土壤中水分的變化過程可以通過土壤體積含水率反映出來。以2009-2015年滄州市歷年降水量、蒸發量、土壤含水率數據為基礎，繪制3個因素的相關對照關系，見圖3。從圖3可以看出，當年降水量較小時，而年蒸發量較大，以上兩個因素又使得年平均土壤含水率較小。相反，當年降水量較大時，年蒸發量反而較小，兩種因素共同作用使年平均土壤含水率反而較大。由此可以得出，降水量與蒸發量基本上呈負相關關系，而降水量與土壤含水率則呈正相關關系。

圖3 滄州市年降水量、蒸發量與年平均含水率關系圖

3.2 土壤種植作物因素分析

3.2.1 水澆地作物分析

本文分析的第一種地塊為水澆地地塊，水澆地通常是指現階段具有農業用水灌溉條件下的能夠種植作物的耕地。水澆地作物地塊的特點表現在：土壤含水率變化除受降水、氣溫、蒸發等自然因素以外，還受到農作物本身和人為灌溉用水等因素共同作用。選取滄州市2009-2015年19處土壤墑情監測站的實測數據，分析水澆地作物的墑情變化特征，其變化過程線見圖4。

由圖4可以看出，水澆地作物的土壤含水率3-6月份基本上呈現下降趨勢，6月1日達到全年監測最低點，為22.4%；6-9月份呈現明顯的增長趨勢，9月11日達到下半年的最高點，為28.8%；9月下旬-10月底呈現明顯的下降趨勢；10-11月份由于溫度降低蒸發減緩，土壤含水率下降趨勢減緩。

圖4 水澆地作物類型土壤含水率變化過程線

3.2.2 水澆地白地分析

本文分析的第二種地塊為水澆地白地，水澆地白地通常是指現階段在具有農業用水灌溉條件，但是在該地塊上沒有種植農業作物的耕地。水澆地白地地塊特點表現在：土壤含水率變化除受降水、氣溫、蒸發等自然因素以外，還受到人為灌溉用水等因素共同作用，但是由于沒有種植農作物，所以不受農作物本身的因素影響。選取滄州市2009-2015年19處土壤墑情監測站的實測數據，分析水澆地白地的墑情變化特征，其變化過程線見圖5。

圖5 水澆地白地類型土壤含水率變化過程線

由圖5可以看出，水澆地白地的土壤含水率3-6月份基本上呈現下降趨勢，6月1日達到全年監測最低點，為22.9%；6-9月份呈現明顯的增長趨勢，9月11日達到全年的最高點，為28.8%；9月份以后出現明顯的下降趨勢。

3.2.3 旱地作物分析

本文分析的第三種地塊為旱地作物地塊，旱地作物地塊通常是指地塊由于某些因素不具備人工灌溉條件，農業作物灌溉用水量單純依靠自然降水。滄州市屬于平原地區，主要種植的旱地作物有棉花、豆類、花生等。旱地作物地塊的特點表現在：土壤含水率主要跟種植作物本身特點、氣溫、蒸發和降水等各種自然因素有關，沒有任何人為因素干擾。選取滄州市2009-2015年19處土壤墑情監測站的實測數據，分析旱地作物的墑情變化特征，其變化過程見圖6。

由圖6可以看出，旱地作物的土壤含水率3-6月份基本上呈現下降趨勢，6月1日達到全年監測最低點，為21.0%；6-9月份呈現明顯的增長趨勢，9月11日達到全年的最高點，為27.3%；9月份以后出現明顯的下降趨勢。

3.2.4 旱地白地分析

本文分析的第四種地塊為旱地白地，旱地白地通常是指地塊由于某些因素現階段不具備人工灌溉條件，而且沒有種植任何農作物的耕地。旱地白地地塊的特點表現在：土壤含水率主要跟氣溫、蒸發和降水等各種自然因素有關，跟種植作物本身特點無關，沒有任何人為因素干擾。選取滄州市2009-2015年19處土壤墑情監測站的實測數據，分析旱地白地的墑情變化特征，其變化過程見圖7。

圖6 旱地作物類型土壤含水率變化過程線

圖7 旱地白地類型土壤含水率變化過程線

由圖7可以看出，旱地白地的土壤含水率3-4月中旬呈現下降趨勢，4月中旬-5月中旬呈現增長趨勢，5月中旬-6月份又呈現下降趨勢，6月1日達到全年監測最低點，為20.5%；6-9月份呈現明顯的增長趨勢，9月11日達到全年的最高點，為27.2%；9月份以后出現明顯的下降趨勢。

4 結 語

通過對滄州市19個土壤墑情監測站2009-2015年實測墑情數據進行分析、計算，從年、月、主汛期和封凍期等時間段的變化情況可以得出以下結論：

1) 從時間變化因素上分析，年降水量和年蒸發量與土壤體積含水量之間存在一定的內在聯系，年降水量較小的年份，年蒸發量較大，而平均土壤含水率較小。年降水量較大的年份，年蒸發量較小，平均土壤含水率較大。由此可以得出，降水量與蒸發量基本上呈負相關關系，而降水量與土壤含水率則呈正相關關系。

2) 從種植作物的情況上分析，通過分析滄州市4種類型的土壤體積含水量的變化特征如水澆地作物、水澆地白地、旱地作物、旱地白地可以得到，在土壤墑情監測時段內，4種情況的土壤含水率最低點均出現在6月初，這與汛前降水量少有直接關系；4種情況的土壤含水率最高點均出現在9月中旬，9月中旬以后均呈現不同程度的下降趨勢。