衡水市土壤墑情時(shí)程變化特征分析

陳曉

(河北省衡水水文水資源勘測局，河北衡水053000)

1 概況介紹

1.1 衡水市概況

衡水市位于河北省東南部平原，南北最長距離125.3 km，東西最寬距離98.1km，全市區(qū)域面積8815 km2。東面與滄州和德州毗鄰，西部與石家莊接壤，南面與邢臺市相連，北部同保定和滄州交界［1］。

衡水市皆為平原區(qū)，地勢平坦。土壤多為壤土、沙壤土、粘性土，適用于多種農(nóng)作物的生長。全市種植面積856萬畝，農(nóng)作物有小麥、玉米、棉花、豆類、高粱、花生等，冬春季種植作物以小麥為主，夏秋季主要作物為玉米、棉花和豆類為主。

1.2 墑情監(jiān)測概況

衡水市從2002年開始墑情監(jiān)測，共15個(gè)監(jiān)測站，其分布情況見圖1。監(jiān)測內(nèi)容包括降水、地下水埋深、土壤含水率等內(nèi)容。土壤墑情監(jiān)測分別在10 cm、20 cm、50 cm三個(gè)深度取樣，以此測定不同深度的土壤含水率［2］。監(jiān)測時(shí)間為每年3月至6月，9月至11月，每旬監(jiān)測一次。在7、8月份，由于降水較多，土壤基本處于飽和狀態(tài)，根據(jù)具體情況進(jìn)行加測和抽測;在12月至次年2月，田間土層處于凍結(jié)狀態(tài)，此時(shí)的土壤水分相對穩(wěn)定。

2 土壤墑情計(jì)算方法

土壤監(jiān)測采用烘干稱重法，將所取得土樣稱重后，放入烘箱保持110°C左右4個(gè)小時(shí)之后，再進(jìn)行稱重，分別計(jì)算出質(zhì)量含水量和體積含水率［3］。

質(zhì)量含水量:土壤中所含水質(zhì)量與烘干土質(zhì)量的比值。常用θm表示，用百分?jǐn)?shù)計(jì)，計(jì)算公式如下:

式中:θm為土壤質(zhì)量含水量，%;W1為濕土質(zhì)量，g;W2為干土質(zhì)量，g。

體積含水率:指單位容積土壤中水所占的比例，常用θv表示。計(jì)算公式如下:

式中:θv為土壤實(shí)際含水量的體積百分率，(%);V1為土壤總體積;V2為水所占的體積。

土壤含水量的質(zhì)量含水量與容積含水量之間的換算關(guān)系如下［4］:

式中:ρ為土壤容重，g/cm3。

3 墑情監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)每年3－6月、9－11月墑情監(jiān)測資料，計(jì)算其平均值，分析不同時(shí)間墑情變化特征，分別按水澆作物、水澆白地、旱地作物、旱地白地4種情況進(jìn)行分析。計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 衡水市土壤墑情多年平均含水率

4 土壤墑情變化特征

土壤含水率可以反映土壤墑情變化的大小及范圍，可以作為測定土壤墑情好壞的指標(biāo)。土壤含水率的變化，取決于氣象條件的改變。決定土壤含水率變化的主要因素有降水量、氣溫、蒸發(fā)、相對濕度、風(fēng)速、日照等?，F(xiàn)就對時(shí)間上和土壤種植情況兩個(gè)方面進(jìn)行分析。

4.1 時(shí)間變化

4.1.1 年變化

依據(jù)衡水地區(qū)十余年的墑情監(jiān)測結(jié)果，按照10 cm、20 cm、50 cm三個(gè)取土深度的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算，以此對土壤墑情年際變化特征進(jìn)行分析，計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 衡水市土壤墑情年際變化特征統(tǒng)計(jì)表

從圖1可以看出，10 cm、20 cm、50 cm平均值都呈遞增趨勢。2012年各取土深度土壤含水率及平均值均達(dá)到最大，其中10 cm最大為24.6%，20 cm最大為 25.1%，50 cm最大為25.2%，平均值最大為24.8%。10 cm、20 cm、50 cm 土壤含水率及平均值在 2002年達(dá)到最小值，分別為 16.2%，16.4%，17.2%，16.6%。其他年份在19% ～22%之間。

圖1 衡水市土壤含水率年際變化對比圖

4.1.2 月變化

衡水市土壤含水率平均值變化見圖2。在9月份土壤相對含水率最高，為24%左右，6月份最低，在20%左右。3～6月份土壤含水率呈下降趨勢，6～9月份呈上升趨勢，9～11月份呈下降趨勢。

圖2 衡水市月平均土壤含水率變化圖

4.1.3 主汛期及封凍期變化

每年的7.8月份為北方的主汛期，在這期間降水相對比較豐富，土壤的含水率相對較高。根據(jù)6月21日與9月1日的監(jiān)測數(shù)據(jù)比較，經(jīng)過主汛期后，土壤體積含水率在10 cm平均增加7.5%，20 cm平均增加8.4%，50 cm平均增加6.1%，總體平均增加7.3%。

每年的12月底至來年的2月底為封凍期，在這期間土壤含水率相對比較穩(wěn)定，變化沒有很大，根據(jù)11月21日與3月1日的觀測數(shù)據(jù)比較，10 cm平均減少2.8%，20 cm平均減少1.1%，50 cm平均減少3.5%，總體平均減少2.7%。

4.1.4 降水量及蒸發(fā)量對土壤含水率在時(shí)間上變化的影響

土壤體積含水率能反映土壤中水分的變化過程，衡水市歷年降水量、蒸發(fā)量與土壤含水率相關(guān)對照關(guān)系見圖3。從圖中可以看出，降水量較大的年份，蒸發(fā)量小，土壤含水率較大;降水量較小的年份，蒸發(fā)量大，土壤含水率小。降水量與土壤含水率呈正相關(guān)，與蒸發(fā)量呈負(fù)相關(guān)。

圖3 衡水市年平均含水率與降水量、蒸發(fā)量對照圖

4.2 土壤種植情況

4.2.1 水澆地作物

水澆地是指具有灌溉條件的農(nóng)田耕地。其土壤墑情變化除受自然因素外，還受認(rèn)為澆地因素的影響。利用衡水市15處墑情監(jiān)測站的觀測數(shù)據(jù)，分析其墑情變化特征。其變化過程線見圖4。

圖4 水澆地作物類型土壤含水率變化過程線

由圖3可以看出，3月份～6月份呈下降趨勢，6月1日達(dá)到最低，不足20%，6月份～9月份呈增長趨勢，在9月1日達(dá)到最高點(diǎn)，為26.1%，9月份～11月份呈下降趨勢，但下降幅度不很明顯，因其封凍期土壤水分損失較少所致。

4.2.2 水澆地白地

水澆地白地是指具有灌溉能力但并未種植農(nóng)作物的農(nóng)田耕地，其土壤含水率不受農(nóng)作物的因素影響。利用衡水市14處墑情監(jiān)測資料進(jìn)行分析，其變化過程見圖5。

圖5 水澆地白地類型土壤含水率變化過程線

由圖4可以看出，土壤含水率最低點(diǎn)出現(xiàn)在4月11日和6月11日，不足21%，最高點(diǎn)出現(xiàn)在9月11日，高于25%，9月份以后出現(xiàn)明顯的下降趨勢。

4.2.3 旱地作物

旱地作物地指不具備灌溉能力，種植物靠天然降水獲得生產(chǎn)的農(nóng)田耕地，主要種植物有棉花、花生、豆類等。其土壤含水率主要受種植物本身及降水、蒸發(fā)等氣象因素的影響。其變化過程見圖6。

圖6 旱地作物類型土壤含水率變化過程線

由圖5可以看出，土壤含水率最低點(diǎn)出現(xiàn)在4月11日，不足18%，最高值接近23%，出現(xiàn)在9月11日，9月之后呈明顯下降趨勢。

4.2.4 旱地白地旱地白地是不具備灌溉能力且沒有農(nóng)作物的農(nóng)田耕地，其土壤含水率只受降水、蒸發(fā)、溫度、風(fēng)速等氣象因素的影響。根據(jù)衡水地區(qū)14個(gè)旱情監(jiān)測站的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，其土壤含水率變化過程線見圖7。

圖7 旱地白地類型土壤含水率變化過程線

由圖6可以看出，土壤含水率最低點(diǎn)出現(xiàn)在4月11日，在16% ～17%之間，最大值為22.7%，出現(xiàn)在9月11日，之后呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。

5 結(jié)語

通過對衡水市15個(gè)旱情監(jiān)測站觀測數(shù)據(jù)的計(jì)算分析，從時(shí)間變化及作物種植情況兩個(gè)方面，可以得出以下結(jié)論:

從時(shí)間變化上看，土壤體積含水率與年降水量及年蒸發(fā)量具有一定的內(nèi)在聯(lián)系，通過分析可以得出，降水量較大的年份，蒸發(fā)量小，土壤含水率較大;降水量較小的年份，蒸發(fā)量大，土壤含水率小。降水量與土壤含水率呈正相關(guān)，與蒸發(fā)量呈負(fù)相關(guān)。

從作物種植情況上，通過對水澆地作物、水澆地白地、旱地作物、旱地白地4種類型的土壤體積含水率變化特征分析，在觀測時(shí)段內(nèi)，水澆地作物和水澆地白地類型土壤含水率均在6月中旬出現(xiàn)最低點(diǎn)，而旱地作物和旱地白地的最低點(diǎn)出現(xiàn)在4月中旬;4中情況的土壤含水率最高點(diǎn)均出現(xiàn)在9月份，9月以后均呈現(xiàn)不同程度的下降趨勢。

［1］張彥增，崔希東等.衡水市水資源評價(jià)報(bào)告.

［2］王春澤，喬光建等.水文知識讀本.

［3］韓奎學(xué)，吳景峰.河北省中部平原區(qū)土壤墑情變化規(guī)律研究［j］.河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)2008(4).

［4］錢勝國.土壤容積含水率的計(jì)算問題［j］.土壤通報(bào)1986(6).