不同土地利用类型下土壤水分变化研究

尹斌　严凯莹

摘要：为了研究不同土地利用类型下土壤水分的变化情况，以渭南市临渭区2010-2014年的年降水量作为研究数据，根据陕西省渭南市临渭区的玉米地、苹果园、麦地、草地、蔬菜地、林地6种土地类型的土壤样品，总体上运用了对比分析法和Bonsal边缘分布函数法。结果表明：在临渭区的小范围内，蔬菜地的土壤水分含量在6种土地利用类型中是最高的，苹果园的土壤水含量是最小的；降水的季节变化与耕作层土壤水分含量的变化是成正相关的；降水级别的悬殊对土壤湿度的作用是正向的，而且不同的降水等级之间，土壤湿度的差异是非常明显的；在临渭区0～100cm各层土壤中，0～30cm的土壤湿度与降水量的关系最好。

关键词：土地利用类型；土壤水分；水分变化；降水变化

土壤作为农业发展的必要基础，反映着农作物以及土地利用类型的适耕性。而土壤的水分要素作为土壤条件状况的一个重要因素，对于农作物的生长及生存起着强大有力的保障作用。土壤水分动态变化受到许多环境因子影响，呈现出非常复杂的动态变化。不同植被类型的保水能力及抗寒性都存在差异，使其生长的土壤水分含量也有所不。所以研究分析降水量等级的各种状况对于土壤含水量的变化的影响是非常有必要的。

自19世纪50年代开始，国外对于土壤水分的研究逐渐地增加。原苏联科学家A·A·罗戴于1952年出版的《土壤水》和1965年出版的《土壤水理论基础》是关于土壤水形态学研究比较系统全面的著述。1907年Buckingham首次将毛管势观念应用于土壤水，开拓了使用能量观点进行土壤水研究的新途径。20世纪80年代，数值模拟模型在国际上被普遍应用于土壤水分的研究中。我国的土壤水分研究起步较晚，但是获得的成绩却是显而易见的。20世纪50年代中期至60年代中期，以前苏联A·A·罗戴为主要代表人物的形态学观点传人到我国。1977年土壤水分的能量观念初次被介绍到国内，我国的土壤水分研究步人了一个全新的阶段。计算机技术的发展也推动了国内土壤水分的研究工作。在临渭区的土壤水分方面，科学工作者也相继进行了研究。张淑玲、吕俊杰等在研究中指出由于近10a来该区的降水时空分布比较不均，土壤蓄水能力差，缺水对农业发展产生障碍，造成干旱天气，导致农作物减产欠收。胡明在研究中进行了渭河滩的荒地与耕地的土壤水分对照，指出不同的土地利用形式的土壤含水量从上层到深层体现为先增长后减少再增长的趋向。

该研究旨在通过对临渭区的6种土地利用类型的土壤样品进行处理分析，结合该地区近几年来的降水状况，分析出不同土地利用类型的土壤特性以及降水状况对土壤水分的作用，对于土壤以及农作物的管理进行科学的指导，做到合理利用各方面的资源，因地制宜，增加农业产量，促进农业的大发展以及经济的快速进步。

1.研究区域概况

研究区域陕西省渭南市临渭区处在关中平原的东部，位于34°13′-35°52′N和108°50′-110°38′E。境内地势呈南高北低，海拔为330m至2449m。境内属于暖温带半湿润半干旱季风气候，冬季冷而干燥，夏季炎热多降雨，四季分明，光照充足，降雨量适宜，全年平均气温在11.3-13.6℃，无霜期为199-255d，年降水量529-638mm。

2.样品采集与处理

首先，使用土钻法对取样地区实行定位监测，定位监测分别在这6种土地利用类型上在2010-2014年的每年的10月进行取土，取样深度为1m，事先对空铝盒进行称重，取到的土样放置到对应的铝盒中。然后，将铝盒带回到实验室，对装入新鲜土样铝盒的称重，再使用烘干法对土样进行烘干，将土样放置在105-108℃的烘箱中烘干6-8h，接着再将土样放置在干燥器中进行干燥，降到室温后再進行称重，最后根据公式计算得出土壤的含水量，用重量百分比表示，使用公式如下：

土壤含水量用公式W（%））=（W1-W2）/W2×100（1）

其中：W为所测土样的含水量（%），W1为新鲜土样的重量（g），W2为烘干之后的土样重量（g）。

3.数据分析

用一个表格来列出土壤水分称重数据，如表1所示：根据上面测量得出的数据和土壤水分含量的公式进行计算，得出6种土地利用类型从2010年到2014年每年的土壤水分含量（百分比），取小数点后2位数字作为最终的计算结果，用一个柱状图来表示，如图1。

4.降水量各因素分析

4.1降水量强度等级对土壤湿度的影响分析 土壤湿度作为水分的载体，其变化可以直接决定土壤环境的干旱与否，也可以直接影响到农作物的生长以及生存状况。降水强度会随着气候状况的变化而发生着不同的变化，虽然降水量相同，但土壤中的含水量也会存在很大的差别，也就是说降水量与土壤中的含水量变化并不是呈正比规律而变化的。基于以上的分析，研究不同强度等级的降水量与土壤水分含量的变化的关系与规律，研究土壤含水量的变化对于农作物生长以及生存的影响是十分必要的。

降水量强度等级的确定方式：采用Bonsai边沿分布函数法来计算不同降水量值的阈值。Bonsai认为，假若某个气象要素有n个值，可以将这n个值按升序布列为：x1，x2，x3，…，xm，…，xn，那么，某个值小于或者等于xm的概率P使用下面的公式计算便可以得到：

P=m-0.31/n+0.38（2）

其中，式子中的m为xm的序号，如果有30个值，那么第95个百分位上的值为排序后的x29（P=94.4%）和x30（P=97.7%）的线性插值。使用这个方法，可以将降水量序列的每20个百分位划分为一个等级，即就是将降水量分为强、较强、中等、较弱和弱5个降水量强度等级[7]（降雨量数据来源于临渭区气象网）。

以临渭区2013年的0-100cm土壤湿度为例来分析，将其自上而下每隔10cm分为一层，计算出各层土壤湿度与降水量的相关系数（表2）。从表2中可以看出来，各月30cm以上的土壤湿度与降水量的相关系数较高，表明土壤湿度以及土壤的吸收状况普遍较好，再往下的深度的土壤湿度与降水量的关系较差，较高的相关系数只是出现在8月中旬至9月中旬和下旬的各层中。

对表2中临渭区旬土壤湿度与降水量的相关系数进行分析能够得出如下规律。从时间跨度上来看，临渭区从4月上旬开始到9月下旬，土壤湿度与降水量的相关系数总体上是呈现出增加趋势的，即就是说从4月到9月临渭区的降水量从大趋势上来看是增加的，土壤对于降水的吸收也是逐步增加的；在土壤深度跨度上来看，从10-100cm的土壤湿度与降水量的相关系数逐渐变小，有的较深的土壤层甚至表现为负数，表明土壤深度与降水程度关系较差，呈现出负相关的关系；每年的8、9月份是临渭区的雨季，降水强度等级是比较高的，从总体来看渭南临渭区在8月中旬和9月中下旬的季节里土壤中的含水量与该季节里的降水量关系呈现良好的状态，其他月份里土壤含水量程度与降水量关系则表现不明显。

在一般意义上认为，土壤的水分含量占田间持水量的40%、60%和90%，就可以确定为严重干旱、轻度干旱和过湿的临界线，则根据临渭区这6种土地利用类型的土壤水含量可大致将其确定为：弱降水时（≤2.8mm）时耕作层的土壤含水量为轻旱，较弱降水（2.9-8.9mm）的时候表层10cm的土壤含水量为轻旱，中等以上的降水（≥9.0mm）时的土壤含水量为适宜，强降水（≥38.5mm）时的土壤含水量为过湿。

4.2降水量对土壤水分的影响分析 在不同的时期，土壤中各要素之间的平衡关系在不同的程度上影响着土壤含水量的变化。当土壤水分的吸收不能满足土壤的支出时，就会减少土壤内部的含水量，反之，则增加土壤含水量。在我国北方地区，降水状况受到时节交替变化的影响较大，冬季和春季降水比较少，夏季和秋季降水多，且每年降水总量相对来说也是存在差别的，于是，土壤的含水量也受降水量的影响，存在着年际性变化和季节性变化。

本文的研究数据使用的是在临渭区气象局的网站上获取的渭南市临渭区近5年的降水量，即就是把从2010年到2014年每年的降水量数据作为研究资料，每一年的土壤水分含量对应到当年的年降水量，以此来进行分析，可以得出降水对于土壤水分含量的影响以及这6种土地利用类型之间的对比，计算分析的结果用一個表格来表示，如表3所示：

由上图可以得出以下结论：降水的季节变化对于耕作层土壤水分含量的变化的影响是呈现正相关关系的。丰富的降水对耕作层的土壤水分含量起到增加作用，匮乏的降水对耕作层的土壤水分含量是起到减少作用的。随着天气的气候状况的不同，降水量也会发生改变，对于研究区内土壤中的含水量的变化也会产生不同的影响。

5.结论

由以上的图表以及分析可以得出以下结论：在研究区内，不同的耕地土壤水分含量不同，其中蔬菜地土壤含水量最高，苹果地土壤含水量最小，降水量对不同耕地类型的影响也是同向的；降水量的季节变化与耕作层土壤水分含量的变化是呈正相关关系的。降水量的多少会影响土壤水分的变化，降水量增加，则会增加土壤水分含量，反之，则亦然；降水强度等级的差别对于土壤含水量的影响是正向的，并且不同的降水级别之间，土壤湿度的差异是极为明显的；土壤水分的收支状况会对土壤中水分的多少产生影响，土壤水分的消耗大于土壤水分的吸收，则会减少土壤中的含水量。

在研究区0-100cm各层的土壤的水分和相关关系里，其中0-30cm的土壤湿度与降水量之间的关系最好，即便是耕作层的土壤湿度与降水量之间的关系最好。而且在一年当中，8月中旬以及9月份中下旬的时间也就是在夏季，降水量对于土壤湿度的增加幅度是最大的。