黃土丘陵區農田土壤水分特征分析

董起廣 杜宜春 雷娜

摘? 要：在黃土丘陵區農田當中，監測了不同深度范圍內土壤水分的短期動態變化。結果表明，在降水、蒸發及灌溉的作用下，土壤水分含量在1個月的時間內經歷了增加、減小、增加的變化趨勢，0～30 cm土壤水分的變動較30～60及60～90 cm變動劇烈;土壤含水量在垂向上表現為表層0～30 cm土壤水分含量顯著低于30～60、60～90 cm，且其標準差更大，更易受到降水等條件的影響而改變。

關鍵詞：黃土丘陵區;土壤水分;降水;蒸發

黃土丘陵地區是我國典型的干旱半干旱地區，區域內生態環境脆弱、農業發展水平低下[1-2]。而水資源是該地區植被生長及農業生產的重要限制因素[3]，嚴重制約著當地農業的可持續發展及區域生態建設。土壤水資源作為重要的水資源之一，是該地區植物生長發育的主要水分來源[4]，在不同地形、土地利用方式及植被覆蓋條件下，受降水、蒸發蒸騰、地面徑流、根系吸收等作用的影響，土壤水分會存在明顯的時空變化特征[5]。土壤含水量的變化直接影響著農作物及植被的生長狀況，進而影響區域生態和農業生產，。因此，研究黃土丘陵區土壤水資源的動態變化特征，對于該區域水資源的合理利用及植被恢復、農業生產具有重要意義。

本研究選擇黃土丘陵區一典型流域的坡面農田，通過對其土壤水分的定位監測，結合區域氣象條件，對農田土壤水分的動態變化進行分析，以期為該區域的農業發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區域地處延安市寶塔區李渠鎮的羊圈溝流域，屬黃土丘陵溝壑區第二副區，為碾莊溝流域的一級支流，流域總面積為2.02 km2。區域多年平均降水量 535 mm，且降水分布不均，7 月～9 月降水量可占到全年的60%以上，研究區域土壤類型以黃土母質發育形成的黃綿土為主，土壤質地均勻，疏松多孔，易侵蝕。研究區農作物以種植玉米為主，種植制度為一年一熟。

1.2 測試及研究方法

選取羊圈溝流域內一典型梯田耕地，坡面走向為南北方向，梯田位于溝道東側坡面，在梯田耕地中安裝A753 自動氣象站，觀測降水等氣象數據，氣象站配備土壤水分監測模塊，實時監測30 cm、60 cm及90 cm 3個不同深度下的土壤水分含量。于2020年4月25日開始監測，記錄每天上午9點時的土壤水分含量，同時記錄當天氣象狀況。

2 結果與分析

2.1 降水與蒸發的動態變化

從研究區域降水及蒸發量的動態變化曲線（圖1）可以看出，在研究時間段內，降水主要發生在5月上旬期間，在5月5日降水量相對較大，為14.4 mm，其次為5月6日，降水量為9.8 mm，5月3日降水量1.2 mm。整體上，4月25日-5月25日期間降水較少，總降水量25.8 mm。而蒸發量最大的發生日期為5月17日，當日蒸發量10.7 mm，研究時間段內累計蒸發量為199.7 mm，日平均蒸發量6.4 mm。由此可見，研究時間段內，總體蒸發量大于降水量，區域水分消耗以蒸發為主。

圖1 研究區降水及蒸發動態變化

2.2 土壤含水量的時間動態變化

圖2 不同深度土壤水分的動態變化過程

從2020年4月25日至2002年5月25日期間，不同深度土壤水分含量的時間動態變化如圖2所示。從圖中可以看出，不同深度范圍內土壤水分含量變化趨勢基本相同，而表層0～30 cm土壤水分的變化較30～60 cm、60～90 cm更為明顯，波動較大。土壤水分含量隨時間呈現出增大、減小、增大的趨勢，土壤水分第一次增大在5月初，其變化規律與降水在時間上性對一直，表層0～30 cm土壤水分含量在降水期間由最低時的11.19%增加至11.69%，增加量為0.5%;30～60 cm 土壤水分含量由15.57%增加至15.82%，增加量為0.25%;60～90 cm土壤水分含量由15.32%增加至15.59%，增加量為0.27%。由此可見，降水期間土壤水分含量增加以表層0～30 cm為主，30～90 cm 土壤水分含量增加微弱。降雨過后，在蒸發的作用下，土壤水分含量在0～30 cm、30～60 cm間呈現出微弱的減小趨勢，0～30 cm土壤含水量減小了0.54%，30～60 cm土壤含水量減小了0.18%，而60～90 cm土壤水分基本不受蒸發影響，維持穩定狀態。隨后在5月中旬，各層土壤含水量又經歷了一次顯著的增加過程，造成這一現象的主要原因是期間進行的一次田間灌溉引起的，0～30、30～60、60～90 cm土層深度內土壤含水量分別增加了1.35%、0.49%和0.21%。

2.3 不同深度土壤含水量比較

圖3反映了不同深度下土壤含水率平均值及其標準差分布情況。從圖中可以看出，研究時間段內0～30 cm土壤的平均含水量為11.72%，30～60 cm為15.81%，60～90 cm為15.62%。0～30 cm土壤含水量顯著小于30～60及60～90 cm。0～30、30～60、60～90 cm三種不同深度土壤含水量的標準差分別為0.49%、0.19%和0.17%，表現出隨深度的增加而減小的趨勢，說明深度越大，土壤水分含量越穩定，越不易受降水、蒸發等的影響。

3 結論

黃土丘陵區農田土壤水分在4、5月期間，受降水、蒸發及灌溉的影響，整體上呈現增大、減小、增大的變化趨勢，其水分增加的變化趨勢與降水、灌溉在時間上具有一致性，且表層0～30 cm土壤水分的變化較30～60 cm、60～90 cm更為明顯;土壤含水量? 表層0～30 cm土壤水分含量的平均值顯著低于30～60、60～90 cm，且后兩者土壤水分含量之間差異不顯著。說明土壤深度越大，其水分含量越大，也越穩定，不易受到外界條件的干擾而發生變動。

參考文獻

[1] 王鳳嬌，梁偉，傅伯杰，金朝，閆娜娜.近年來的黃土高原耕地時空變化與口糧安全耕地數量分析[J].干旱區地理，2020，43（01）：161-171.

[2] 李永紅，高照良.黃土高原地區水土流失的特點、危害及治理[J].生態經濟，2011（08）：148-153.

[3] 王云強，邵明安，劉志鵬.黃土高原區域尺度土壤水分空間變異性[J].水科學進展，2012，23（03）：310-316.

[4] 王軍，傅伯杰，邱揚，陳利頂.黃土丘陵區土地利用與土壤水分的時空關系[J].自然資源學報，2001（06）：521-524.

[5] 劉曉麗，汪有科，馬理輝，梁宇.密植棗林地深層土壤水分垂直變化與根系分布關系[J].農業機械學報，2013，44（07）：90-97.