玉林土壤湿度变化特征分析

陆小林 陈玉琪 陈明惠 杨延志

（1.广西玉林市气象局，广西 玉林市537000；2.安徽淮北市气象局，安徽 淮北市235000）

玉林市属南亚热带季风气候，气候暖热，雨水充沛。近年来随着气候变暖，极端天气频繁发生，降水时空分布不均匀，旱涝时有发生。随着现代农业科技的发展，田间精细化管理成为趋势，适宜的土壤水分对制定作物的灌溉计划具有重要意义。土壤墒情是反映农作物受旱状况的一项直接的重要指标，也是分析旱情演变规律和开展抗旱灌溉的重要依据［1］。掌握土壤墒情的变化规律，可以监控灌溉指标出现的时机，确保其需水关键时期的水分供给、合理灌溉。前人对玉林干旱的研究表明［2，3］，仅限于降水量为分析对象，从土壤湿度出发的旱涝变化特征研究报道不多［4］。本研究可以弥补这方面的空缺，以期为玉林农业生产、作物布局、干旱预报以及农业决策等提供依据，为玉林农业生产提供参考。

1 数据来源和分析方法

土壤湿度资料取自玉林国家农业试验站2010-2018年0～50cm的土壤湿度观测数据。观测站位于纬度22.39°，经度110.10°。每10 cm深度一个层次，0～40cm为粉砂土，40～50cm为粉粘土，地下水位≥2m，地形地貌及土壤基本代表当地的旱种作物地的水平。

同期的降水与蒸发资料取自玉林气象基本站。

文中的表格图形用Excel 2003整理制作。

2 结果与分析

2.1 土壤湿度年际变化特征

0～50cm土壤平均湿度与降水量、年蒸发量的年际变化如图1所示。

由图1可以看出，玉林市的土壤湿度总体上是下降的趋势，9个年份里，只有两年比上一年偏高，其他年份都是比上一年偏低或持平。土壤年平均湿度与年降水量的关系，前5年两者上下波动趋势一致，正响应比较明显，后4年两者关联响应较差，2016-2018年甚至是负响应的走势，2015-2018年平均湿度比2010-2014年降低了12%，而相应的降水量只减少了3%，下降并不明显；土壤年湿度与年蒸发量的关系：蒸发量的年际变化总体上是增加的趋势，2016-2018年的平均蒸发量比2010-2012年增加了13%，总体与土壤湿度是负效应的关系。

图1 0～50cm土壤平均湿度与降水量、年蒸发量的年际变化

2.2 土壤湿度的月际变化与降水量和蒸发量的关系特征

2.2.1 土壤湿度的年内变化规律及与降雨量和蒸发量的关系0～50cm土壤湿度的年内变化规律、降雨量、蒸发量的月份变化，如图2所示。

由图2可见，土壤湿度（重量含水率）的走势可以分为四个时段：1～4月的墒情平稳期，5～8月高墒期、8～10月的急剧下降期和10～12月的低墒期。低墒期—平稳期—高墒期的平均值分别为19.3%、20.7%、21.7%，从低谷值上升到高峰值要10个月，过程比较缓慢，即使是雨量增速最大的5月，土壤湿度也仅增加0.8%，相反从高峰值下降到低谷值，只需两个月，过程比较急速，土壤湿度呈断崖式的下降，降幅达到3.6%。两个趋势的明显差别，应该是春季土壤平稳期的平均相对湿度（82%）已经接近饱和值（100%），使得土壤湿度的增速对降水量敏感度相对降低所致。

2.2.2 土壤湿度与降水量月际变化的关系图2显示，土壤湿度整年走势与降水量基本一致，但土壤湿度的峰值期明显滞后于降水量的峰值期，7月后降水量已经开始显著的下降，而土壤湿度还在缓慢上升，并在8月达到峰值，峰值不同步是土壤的渗透速度所致的滞后性；土壤湿度与降水量谷值的出现同样不一致，土壤湿度在10月已经到年中最低点，而降水量谷值出现在2月份；从表1可知，土壤湿度与1～12月降水量的相关系数为0.6065，达到显著相关，但与1～9月的相关系数升至0.8115，相关关系更为密切，说明秋后降水量对土壤湿度的影响开始减弱。

2.2.3 土壤湿度与蒸发量月际变化的关系图2显示，蒸发量的走势，从1月开始一直是逐月升高，于8月达到年内峰值，7～10月是年内蒸发量最高的时段，因此可推测，土壤湿度10月出现谷值的原因是降水量大幅的减少的同时，蒸发量却还维持峰值附近，双重因素的叠加影响所造成。10月至翌年2月土壤湿度没有与降水量继续走低，则是同期的蒸发量随温度的下降而下降并维持在低位导致。从表1可见，土壤湿度在多雨的季节（5～8月）主要是受降水量影响，在少雨的10月～翌年4月，与蒸发量则是极显著的负相关关系，此时蒸发量成为影响土壤湿度的最主要因素。

图2 0～50cm土壤湿度与降水量、蒸发量月际变化

表1 土壤湿度与雨量和蒸发量的相关系数

2.3 不同深度土壤湿度的月际变化特征

2.3.1 土壤湿度的垂直变化特征由图3、图4可见，不同深度的土壤湿度与相对湿度月份变化趋势如图3所示。可以看出，不同深度的土壤重量含水率，由上到下是增大的趋势；土层越深处，土壤水分变化幅度越小，越浅处，土壤水分变化幅度越大，10cm波动最大，年内振幅达到5.6%；50cm最小，振幅只有2.6%，土壤湿度曲线变化比较平稳；各层土壤湿度年内的上下波动基本一致，谷值都出现在10月，但是10cm和50cm峰值的出现与其他深度层有时间差：50cm于6月已经出现最高点，10cm出现在7月，其他三个层次出现在8月。土壤相对湿度是土壤重量含水率与田间持水量百分比的表示，图3中各层土壤的相对湿度走势图，更直观的反应了各层土壤水分的季节盈亏变化：五个层次土壤的月平均相对湿度全年都在65%～90%之间，基本上保持高墒情的水分含量，浅表层（0～10cm）的相对湿度振幅最大，最高值（90%）和最低值（65%）都出现在浅表层，说明浅表层最容易出现旱涝灾害，50cm的相对湿度全年基本稳定在80%以上，10～40cm的三个深度只有10月低于80%。

图3 0～50cm土壤重量含水率的季节变化

图4 0～50cm土壤湿度的季节变化

2.3.2 不同深度土壤干旱的月际分布特征0～50cm土壤的旱情季节分布如图5所示。图5是以国家干旱的标准-土壤湿度≤60%为干旱界限，结合不同作物的根系深度，分析浅（0～10cm）、中（0～30cm）、深（0～50cm）三个层面的干旱季节分布特征。由图4可见，浅中深层的干旱基本上都出现在秋冬春季，秋冬干旱比春干旱偏多偏重，浅表层至深层出现旱情的概率是：表层＞中层＞深层，直至深层的干旱主要集中出现在9～10月，其中10月是旱情最高发的月份，浅表层出现的概率为78%，中层是44%，深层是22%，春季的干旱主要发生在浅中层土壤，旱情相对较轻。

图5 0～50cm土壤的旱情季节分布

3 小结

3.1玉林市的土壤湿度年际变化总体上是下降的趋势，与降水量年际变化响应不明显，随着气候变暖，气温升高，蒸发量对土壤墒情的年际变化影响越来越明显，蒸发量总体与土壤湿度是负效应的关系。

3.2土壤湿度有鲜明的季节变化［5］，有明显的高墒期（5～8月）与低墒期（10～12月）。降水量与蒸发量是影响土壤湿度的两大气象因子，其中降水量是影响土壤湿度季节变化的最直接因素［6］，两者有显著的正相关关系，但影响土壤湿度的气象因素会因季节变化，影响程度有所不同，1～9月土壤湿度主要受降水量的影响，10月至翌年4月蒸发量则成为影响土壤湿度的主要因素。

3.3不同深度土壤湿度，由浅入深是递增的趋势，深度越深土壤含水量越大［7］，浅表层波动最大，随土壤深度增加逐渐减小，深层湿度比较稳定。浅中层比较容易发生旱情，主要发生在秋冬春季，其中秋季（9～11月），因蒸发量大、降水量少，是重旱情的主发时段，干旱会直达深层。

3.4依据土壤湿度受气象因素影响随季节变化的特点，农作物的田间水分管理，多雨时节（5～8月），由于墒情高位，雨后应及时开沟排水，避免渍害发生；10月至翌年4月，墒情主要受蒸发量的影响，可采用薄膜禾杆等覆盖表土保墒。本研究法论只适用于玉林市近年的气候环境。