綏化市春播期土壤墑情的影響因子分析

呂　爽，孔穎異，劉立巖，高賽男（綏化市氣象局，黑龍江 綏化152002）

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綏化市春播期土壤墑情的影響因子分析

呂爽，孔穎異，劉立巖，高賽男
（綏化市氣象局，黑龍江 綏化152002）

1　引言

綏化市是國家商品糧、食用糧的主要基地和農(nóng)副產(chǎn)品對外的創(chuàng)匯基地。以烤煙、亞麻和甜菜三大經(jīng)濟(jì)作物為主，是黑龍江省最大的綠色食品之鄉(xiāng)［1］。素有“塞北江南”的美譽(yù)［2］。

2　研究內(nèi)容與方法

本論文基于綏化市設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)專業(yè)的天氣預(yù)報技術(shù)研究，共分為四部分：土壤墑情數(shù)據(jù)采集和氣象數(shù)據(jù)觀測、采集及整理，數(shù)據(jù)對比分析部分和結(jié)論。

（1）針對綏化市9個縣（市）、一個區(qū)的土壤墑情進(jìn)行收集、整理。選取了2008-2014年平地、崗地、洼地等具有代表性的地質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（2）對天氣現(xiàn)象、降水量級、溫度等氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，采集，整理。

（3）對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。對春季和秋季的溫度、降水、大風(fēng)；春季的第一場透雨；冬季溫度和積雪逐年的變化；地面10 cm溫度和解凍時間等氣象要素進(jìn)行特征分析，逐個分析影響10 cm、20 cm、30 cm的土壤墑情影響因子，研究氣象條件對土壤墑情變化的影響規(guī)律。

（4）對影響規(guī)律進(jìn)行總結(jié)分析得出結(jié)論。根據(jù)氣象條件對土壤墑情的影響規(guī)律，總結(jié)經(jīng)驗，建立在不同環(huán)境下的相關(guān)關(guān)系，最終根據(jù)常規(guī)天氣預(yù)報預(yù)測等得出未來氣象要素對土壤墑情影響的變化。

3　結(jié)果與分析

3.1降水量對土壤墑情影響變化規(guī)律分析

春季降水多以小雨為主，出現(xiàn)較大降水的幾率小，降水的有效性相對較高。多年以來，綏化市春季的降水量較少，降水多集中在夏季。當(dāng)春季降水量小，持續(xù)時間長的時候，土壤的水分吸收率高；當(dāng)降水量大，持續(xù)時間短的時候，土壤水分會有徑向水份流失。

4月和5月份的降水量在最近幾年偏多，但4月土壤墑情仍表現(xiàn)為偏旱的狀態(tài)，5月土壤墑情中也僅在2010年、2013年表現(xiàn)為正常略偏澇的狀態(tài)，相反，2009年4月和5月在降水量略少的情況下，同期土壤墑情卻偏澇，雖然通過顯著水平性檢驗，但效果并不明顯。由此說明，在春播期關(guān)鍵期的降水量變化特征能夠展示綏化市春季土壤墑情變化，但同期的降水量（春季的降水量）并不是影響土壤墑情的唯一因子。

雖然對于秋季（9月-10月）的降水與春播期的土壤墑情之間關(guān)系及其他應(yīng)用方面的研究不是很多。但是實踐證明，僅僅只用春季的實況降水或春季的實況土壤墑情進(jìn)行春播生產(chǎn)氣象服務(wù)的前瞻性不是很強(qiáng)，不能夠完全滿足為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的生產(chǎn)服務(wù)需求。

前一年秋季的降水量，是東北特有的影響土壤墑情的因子，隨著冬季氣溫的降低，前期儲存在土壤中的秋季水分被封凍起來，在第二年的春季，隨著溫度的不斷升高，土壤解凍，去年冬天存儲在土壤中的水分增加了春季土壤的含水量，能夠緩解春季干旱的發(fā)生。秋季降水量與春播期的降水量成正相關(guān)關(guān)系，所以前一年秋季的降水量能更好的反映出土壤墑情的變化值。

當(dāng)上年秋季降水量相對少的時候，次年春季土壤中的水分吸收率較高；如果上年秋季降水量較大時，土壤中的水分吸收少，水分就會有徑流的損失。

因此，春播關(guān)鍵期（3-4月）10-30 cm土壤墑情與上一年秋季（9-10月）的降水量之間有密切的關(guān)系，是緩慢上升的，當(dāng)綏化市秋季降水總量偏多時，次年的4月份的土壤墑情容易偏大，尤其是在深層土壤墑情的表現(xiàn)更為明顯，土壤表層和深層濕潤很有利于春播生產(chǎn)；反之，當(dāng)綏化市的秋季降水總量偏少時，次年4月的土壤墑情值偏小，春季容易發(fā)生干旱，不利于春播生產(chǎn)。上一年秋季的降水對次年4月綏化市的土壤墑情影響的主要原因是由于東北秋季溫度逐漸下降，降至0℃以下，在降溫的同時，會有封凍雨產(chǎn)生，將秋季中所產(chǎn)生的降水在土壤中儲存起來，隨著冬季到來，氣溫繼續(xù)下降，水分被封凍在土壤中，當(dāng)?shù)诙甏杭镜絹?，隨著氣溫的不斷升高，土壤解凍后，會形成明顯的“返漿”現(xiàn)象，土壤又重新變得濕潤起來，從而起到了減輕春季干旱發(fā)生的可能性。從而說明了上一年秋季的降水量越大，對次年春播關(guān)鍵期（4月）土壤墑情影響就越好，特別是深層的土壤墑情。

5月的土壤墑情和4月的土壤墑情情況類似，表層土壤墑情和深層土壤墑情與上一年秋季的降水均呈明顯正相關(guān)，通過0.01的顯著性水平檢驗。

綏化市春季（3-4月）歷年（1981-2010年）平均降水量15.3 mm，僅占全年的總降水量的6.5%，歷年秋季 （9-10月）的平均降水量占全年總降水量的15.3%，秋季平均降水量比春季降水量高8.8個百分點。由以上分析得出：秋季降水和對春播關(guān)鍵期土壤增墑影響較大，但春季降水量對土壤墑情的影響更加明顯。

3.2冬季積雪對土壤濕度影響

春季解凍后的第一次墑情好壞主要取決于封凍前降水量多少，因為封凍前的降水除在前期有一定量的蒸發(fā)外，此后一直到解凍前，自然降水由于大地封凍而不能滲入到土地中去，所以冬季降水量的多少對春季土壤增墑效果不明顯。

雖然冬季的降水量對春季土壤含水量影響不大，但是隨著冬季氣溫降低，土壤表層上凍。土壤中的水分凍結(jié)，這個時期是土壤含水量的穩(wěn)定期。土壤表層封凍后土壤深層的水分不斷向上運動形成凍土層，這時土壤失墑比較緩慢，隨著早春溫度的升高，凍土層中的水分不斷溶解，這一時期土壤中的水分蒸發(fā)比較緩慢，在凍土層中凝集的水分重新開始下滲，深水層水分回升，這時出現(xiàn)的為早春時候的“返漿水”。此時農(nóng)作物對水分的需求并不大，基本上可以滿足農(nóng)作物的需求量。所以冬季積雪對春播期的土壤墑情也有很大影響，能夠為春播關(guān)鍵期的前期土壤含水量打好基礎(chǔ)。

冬季積雪與春季土壤墑情為正相關(guān)關(guān)系，主要是因為冬季積雪所含的水分滲透到土壤中，并且冬天天氣寒冷，能夠把土壤中水分封凍起來，封凍起來的水分主要是來自秋季降水，所以最后一次測墑值，能夠更好的反映出土壤水分在封凍前的狀況。

3.3底墑與春季土壤墑情關(guān)系

通過相關(guān)性檢驗，春季土壤墑情與上一年秋季最后一次土壤墑情（以下簡稱為底墑）的相關(guān)性為正相關(guān)關(guān)系，并且二者之間的正相關(guān)關(guān)系明顯高于上一年秋季的降水量與土壤墑情的關(guān)系，而且與深層土壤墑情關(guān)系大于與淺層土壤墑情，說明深層底墑才是對封凍時的土壤里水分影響最大，也是影響春播關(guān)鍵期土壤旱情范圍的最重要因子，并且土壤墑情與底墑的關(guān)系最為直接，若秋季底墑大，則剛進(jìn)入春播期時的土壤墑情值大，不易發(fā)生干旱情況，反之也一樣。

3.4第一場透雨日期和10 cm解凍日期對土壤墑情的影響

3.4.1第一場透雨日期對土壤墑情影響

綏化市透雨發(fā)生時間較晚，春季透雨量較少，尤其是綏化南部，該區(qū)域也是發(fā)生春旱機(jī)率較高的區(qū)域。透雨日期及透雨量在綏化市的空間分布整體較為一致，透雨發(fā)生較早的綏化市西北部地區(qū)對應(yīng)較高的透雨量，而綏化市的南部不僅透雨發(fā)生時期相對比較晚，且透雨量也比較低。所以對于春播期第一場透雨發(fā)生時間越晚，降水量越少，土壤墑情就差，土壤就容易干旱。

3.4.2春季地面10 cm解凍期氣候變化特征對土壤墑情影響

春季地面10 cm解凍期主要是在3月下旬-4月上旬期間，是春播期的前期氣候，冬季土壤上凍，春季則土壤解凍，尤其是初春季節(jié)時，晝夜交替形成了反復(fù)的融化、上凍的過程會影響土壤的水分穩(wěn)定性，使土壤的性質(zhì)更容易侵蝕，氣溫是影響這種性質(zhì)的主要因素，早晚氣溫的調(diào)節(jié)與土壤融化的深度，早晚的溫差有關(guān)，春季10 cm解凍期的平均最高氣溫減去平均的最低氣溫所得到的溫度為春季10 cm的解凍期的溫差，春季10 cm解凍期多年平均溫差為11℃，最大溫差為 13.3℃，出現(xiàn)在2014年，最小溫差為6.9℃，出現(xiàn)在2009年，二者相差1.9倍。2008-2014年，春季10 cm解凍期溫差呈波狀下降的趨勢，平均日最低氣溫變化幅度與日平均最高氣溫變化幅度的規(guī)律是一致的。因此，隨著春季10 cm地溫的不斷升高，溫差呈明顯減少趨勢，導(dǎo)致土壤發(fā)生干旱的程度也將隨之降低。

解凍日期的早晚與自然降水被土壤的吸收有負(fù)相關(guān)關(guān)系。綏化市的地面10 cm解凍日期時間發(fā)生的比較晚，尤其是綏化北部，當(dāng)解凍不完全，土壤的滲透能力差，自然降水就很難滲入到土壤中去；發(fā)生較早的南部土壤有較好透水性，隨著土壤的解凍，土壤的含水量顯著遞增。

4　結(jié)論

（1）綏化市春播期（4、5月）土壤墑情主要與秋季降水量、封凍前的土壤墑情（底墑）有明顯的正相關(guān)關(guān)系，且與封凍前的土壤墑情關(guān)系最為顯著，對春播期的土壤墑情與秋季降水和春季降水進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)秋季降水對春播關(guān)鍵期土壤增墑效果的貢獻(xiàn)更大，但春季降水量對土壤墑情的影響更加明顯。綏化市的干旱程度與上一年秋季的降水總量和秋季最后一次測得的土壤墑情值相關(guān)關(guān)系最為顯著，主要的原因是由于東北地區(qū)秋冬季節(jié)交換特有的凍雨，深層底墑才是對封凍時土壤里的水分影響最大，也是影響春播關(guān)鍵期土壤旱情范圍的最重要因子，并且土壤墑情與底墑的關(guān)系最為直接，秋季底墑大，則春播期的土壤墑情值大，不易發(fā)生干旱情況，反之也一樣。春季10 cm解凍日期與春季的土壤墑情存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，當(dāng)解凍不完全，土壤的滲透能力差，自然降水就很難滲入到土壤中去；當(dāng)土壤有較好透水性，隨著土壤的解凍，土壤的含水量顯著遞增。

（2）上一年的秋季降水量和土壤底墑對于春季土壤墑情具有指導(dǎo)和預(yù)測意義，是影響綏化市春播期土壤墑情的主要氣候因子，透雨是能夠在短期內(nèi)緩解土壤墑情的因子，對土壤的旱情有直接作用，但維持時間短；春季大風(fēng)天氣是直接影響土壤墑情表層的主要因子；冬季的積雪影響不是十分明顯，但解凍日期早能夠增加土壤水分吸收；春季的累積降水量對土壤墑情具有很好的氣候主體背景作用。

據(jù)以上結(jié)論表明，春播期的土壤墑情可以根據(jù)前期的氣候因子分析出來，也可根據(jù)中、長期的天氣預(yù)報定量分析出土壤墑情旱澇的變化趨勢，為土壤水分監(jiān)測預(yù)報提供重要的參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

［1］羅新蘭，蘆濤，姜麗霞，曲成軍.黑龍江省土壤水分分區(qū)與預(yù)報［J］．黑龍江農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012（6）：40-44.

［2］馬國柱．中國東北區(qū)域土壤濕度的變化及其與氣候變化率的關(guān)系［J］．氣象學(xué)報，2000，58（3）：278-287．

文章編號：1002-252X（2016）02-0022-03

收稿日期：2016-3-1

第一作者簡介：呂爽（1986-），女，黑龍江省綏化市人，南京信息工程大學(xué)，本科生，工程師.