土壤墒情时间变化规律研究——以沧州地区为例

哈建强，史洪飞

(河北省沧州水文水资源勘测局，河北 沧州 061000)

1 墒情监测情况概述

沧州市农作物有小麦、玉米、棉花、豆类、谷类、高粱、花生、油料、甘薯等，经济林木主要有枣、梨、苹果、桃、杏、石榴、葡萄等近百个品种。为使旱情分析具有连续性、一致性和代表性，拟采用2009-2015年沧州市19个旱情监测站的旱情监测资料内容。土壤墒情的主要监测内容包括湿土重量、干土重量、土壤含水率、测此间降水量、测此间降水日数、监测地块附近地下水埋深、测此间灌溉日数等内容。为了测定不同深度的土壤含水率，土壤墒情监测深度分别为10、20和50 cm，3个取样分别取样，每个深度采集平行样2个。土壤墒情监测时间为历年3月1日至6月21日，9月1日至11月21日，正常情况下每月上旬、中旬、下旬的第一天监测一次，特殊情况除外。按照多年对降水量的观测，汛期里的7和8月份降水量偏多，是一年中降水最多的时期，这期间土壤含水率基本上呈现饱和状态，因此每年的这段时期停测土壤墒情，同时根据气候变化的实际情况、旱情变化等情况决定是否加测或抽测。11月份以后，北方进入冬季，当年12月份至次年2月份也就是通常所说的封冻期，由于季节原因，地下土壤水分处于封冻状态，这段时期内土壤含水率变化基本上不大，因此封冻期停测土壤含水率。在每年的整个监测期间，根据旱情和水情实际情况决定加测、停测以及加测的密度等。

2 墒情监测结果分析

根据2009-2015年历年3-6月份以及9-11月份土壤墒情实测资料，整理、分析、计算这几年来的平均值，分析研究不同年份、月份、不同深度土壤墒情变化特征。同时，按照地块种植结构划分的水浇地作物、水浇地白地、旱地作物、旱地白地等4种情况分别进行分析。计算结果见表1。

表1 沧州市土壤墒情多年平均含水率

3 土壤墒情变化特征分析

土壤含水率通常可以较好反映土壤墒情大小变化及范围，在实际工作中可以作为测定某地区地块土壤墒情好坏的重要指标之一。土壤含水率的变化在很大程度上取决于降水量、相对湿度、风速、日照、蒸发、气温等多种气象条件的变化以及作物本身的属性。本文从时间及土壤作物种植情况等两个方面对沧州市土壤墒情情况进行深入研究。

3.1 时间变化特征分析

3.1.1 年际变化特征

依据沧州市2009-2015年共7年的土壤墒情实测资料，分别按照实际取土深度10、20和50 cm的观测数据资料进行整理、分析、计算，结果见表2。年际变化对比图见图1。

表2 沧州市土壤墒情年际变化特征统计表

图1 沧州市土壤含水率年际变化对比图

由图1可以看出，取土的10、20和50 cm共3个不同深度以及整体的平均值在2011年之前基本上呈现不同程度的下降趋势，而且2011年作为一个转折点。2011年，土壤含水率10、20和50 cm分别为23.8%、24.7%和28.1%；2012年又达到统计年际间的最高点，3个不同深度的土壤含水率10、20和50 cm最大值分别为26.3%、27.0%和29.2%，平均值最大为27.6%。2012年之后基本呈现减小趋势，3个不同深度的土壤含水率及平均值在2014年达到年际间最小值，10、20和50 cm分别为21.7%、21.8%和24.2%，平均值最小为22.7%，2014年以后又有增加趋势。

3.1.2 月多年平均变化特征

根据统计资料年份各月份土壤含水量情况，计算、汇总数据，绘制沧州市月平均土壤含水率变化图，见图2。

图2 沧州市月平均土壤含水率变化图

由图2可以看出，6月份时土壤相对含水率最低，略高于20%；9月份时土壤相对含水率最高，略小于29%。同时可以看出，3-6月份土壤含水率基本呈现减小趋势，6-9月份呈现明显的上升趋势，9-11月份基本呈现下降趋势，而9-10月份呈明显下降趋势，10-11月份下降趋势减缓。

3.1.3 主汛期及封冻期变化特征

一般情况下，历年7和8月份为沧州市的主汛期，降水量多是沧州市主汛期的显著特点。在此背景下，7和8月份沧州市的土壤含水率相对较高，基本上呈现饱和状态。根据沧州市土壤墒情监测站网多年的监测数据显示，主汛期前的6月21日与主汛期后的9月1日的土壤含水率相比较，土壤含水率总体上平均增加19.2%，在不同深度的10、20和50 cm平均增加20.2%、20.1%和15.3%。

当年12月份至次年2月份也就是通常所说的封冻期，地下土壤水分处于封冻状态，这段时期内土壤含水率变化基本不大，相对比较稳定。根据多年平均数据，封冻期前的11月21日与封冻期后的次年3月1日的土壤含水率相比较，10、20和50 cm分别平均减少20.9%、22.5%和18.8%，总体平均减少23.1%。

3.1.4 降水量及蒸发量对土壤含水率在时间上变化的影响

从某种意义上讲，土壤中水分的变化过程可以通过土壤体积含水率反映出来。以2009-2015年沧州市历年降水量、蒸发量、土壤含水率数据为基础，绘制3个因素的相关对照关系，见图3。从图3可以看出，当年降水量较小时，而年蒸发量较大，以上两个因素又使得年平均土壤含水率较小。相反，当年降水量较大时，年蒸发量反而较小，两种因素共同作用使年平均土壤含水率反而较大。由此可以得出，降水量与蒸发量基本上呈负相关关系，而降水量与土壤含水率则呈正相关关系。

图3 沧州市年降水量、蒸发量与年平均含水率关系图

3.2 土壤种植作物因素分析

3.2.1 水浇地作物分析

本文分析的第一种地块为水浇地地块，水浇地通常是指现阶段具有农业用水灌溉条件下的能够种植作物的耕地。水浇地作物地块的特点表现在：土壤含水率变化除受降水、气温、蒸发等自然因素以外，还受到农作物本身和人为灌溉用水等因素共同作用。选取沧州市2009-2015年19处土壤墒情监测站的实测数据，分析水浇地作物的墒情变化特征，其变化过程线见图4。

由图4可以看出，水浇地作物的土壤含水率3-6月份基本上呈现下降趋势，6月1日达到全年监测最低点，为22.4%；6-9月份呈现明显的增长趋势，9月11日达到下半年的最高点，为28.8%；9月下旬-10月底呈现明显的下降趋势；10-11月份由于温度降低蒸发减缓，土壤含水率下降趋势减缓。

图4 水浇地作物类型土壤含水率变化过程线

3.2.2 水浇地白地分析

本文分析的第二种地块为水浇地白地，水浇地白地通常是指现阶段在具有农业用水灌溉条件，但是在该地块上没有种植农业作物的耕地。水浇地白地地块特点表现在：土壤含水率变化除受降水、气温、蒸发等自然因素以外，还受到人为灌溉用水等因素共同作用，但是由于没有种植农作物，所以不受农作物本身的因素影响。选取沧州市2009-2015年19处土壤墒情监测站的实测数据，分析水浇地白地的墒情变化特征，其变化过程线见图5。

图5 水浇地白地类型土壤含水率变化过程线

由图5可以看出，水浇地白地的土壤含水率3-6月份基本上呈现下降趋势，6月1日达到全年监测最低点，为22.9%；6-9月份呈现明显的增长趋势，9月11日达到全年的最高点，为28.8%；9月份以后出现明显的下降趋势。

3.2.3 旱地作物分析

本文分析的第三种地块为旱地作物地块，旱地作物地块通常是指地块由于某些因素不具备人工灌溉条件，农业作物灌溉用水量单纯依靠自然降水。沧州市属于平原地区，主要种植的旱地作物有棉花、豆类、花生等。旱地作物地块的特点表现在：土壤含水率主要跟种植作物本身特点、气温、蒸发和降水等各种自然因素有关，没有任何人为因素干扰。选取沧州市2009-2015年19处土壤墒情监测站的实测数据，分析旱地作物的墒情变化特征，其变化过程见图6。

由图6可以看出，旱地作物的土壤含水率3-6月份基本上呈现下降趋势，6月1日达到全年监测最低点，为21.0%；6-9月份呈现明显的增长趋势，9月11日达到全年的最高点，为27.3%；9月份以后出现明显的下降趋势。

3.2.4 旱地白地分析

本文分析的第四种地块为旱地白地，旱地白地通常是指地块由于某些因素现阶段不具备人工灌溉条件，而且没有种植任何农作物的耕地。旱地白地地块的特点表现在：土壤含水率主要跟气温、蒸发和降水等各种自然因素有关，跟种植作物本身特点无关，没有任何人为因素干扰。选取沧州市2009-2015年19处土壤墒情监测站的实测数据，分析旱地白地的墒情变化特征，其变化过程见图7。

图6 旱地作物类型土壤含水率变化过程线

图7 旱地白地类型土壤含水率变化过程线

由图7可以看出，旱地白地的土壤含水率3-4月中旬呈现下降趋势，4月中旬-5月中旬呈现增长趋势，5月中旬-6月份又呈现下降趋势，6月1日达到全年监测最低点，为20.5%；6-9月份呈现明显的增长趋势，9月11日达到全年的最高点，为27.2%；9月份以后出现明显的下降趋势。

4 结 语

通过对沧州市19个土壤墒情监测站2009-2015年实测墒情数据进行分析、计算，从年、月、主汛期和封冻期等时间段的变化情况可以得出以下结论：

1) 从时间变化因素上分析，年降水量和年蒸发量与土壤体积含水量之间存在一定的内在联系，年降水量较小的年份，年蒸发量较大，而平均土壤含水率较小。年降水量较大的年份，年蒸发量较小，平均土壤含水率较大。由此可以得出，降水量与蒸发量基本上呈负相关关系，而降水量与土壤含水率则呈正相关关系。

2) 从种植作物的情况上分析，通过分析沧州市4种类型的土壤体积含水量的变化特征如水浇地作物、水浇地白地、旱地作物、旱地白地可以得到，在土壤墒情监测时段内，4种情况的土壤含水率最低点均出现在6月初，这与汛前降水量少有直接关系；4种情况的土壤含水率最高点均出现在9月中旬，9月中旬以后均呈现不同程度的下降趋势。