濟寧地區(qū)典型土壤質(zhì)地水分變化規(guī)律

李春光++許夢宇++侯紅運

摘 要：利用濟寧地區(qū)具有代表性的4種土壤質(zhì)地（壤粘土、壤土、粘土、砂土）4個站點濟寧、曲阜、汶上、泗水2010—2016年自動土壤水分觀測站資料，對4種不同土質(zhì)在季節(jié)和不同深度上的變化進行了分析，并根據(jù)土壤水分盈虧計算方法，得出不同土質(zhì)不同層次的盈虧規(guī)律。結(jié)果表明：在季節(jié)上由于土質(zhì)、降水和灌溉量的不同，各站點土壤水分的季節(jié)變化既有相似性，又存在著區(qū)域差異性?？偟膩砜?，土壤水分季節(jié)變化受本地區(qū)降雨的強烈影響，與當(dāng)?shù)亟邓竟?jié)性變化相一致。土壤水分含量隨深度增加變化幅度逐漸減少，且自上而下大致可分為3個層次，分別為活躍層（0～40cm）、次活躍層（40～60cm）、相對穩(wěn)定層（80～100cm）。不同土質(zhì)土壤水分的盈虧值出現(xiàn)的階段不同，但4—6月份各種土質(zhì)和不同層次均處于虧缺狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：土壤質(zhì)地；水分變化

中圖分類號：P426.68 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170732010

引言

土壤水分的變化在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著重要作用，不同土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)影響著水分的動態(tài)變化，對植物的生長有著重要的影響。不少學(xué)者對土壤水分在不同區(qū)域、內(nèi)容等方面進行了研究。如李學(xué)斌研究了寧夏中部干旱帶鹽池縣封育沙地在自然狀態(tài)下的流動沙地，對不同封育年限的封育沙地的土壤水分時空變化。楊婕等研究了不同供水條件下旱稻農(nóng)田土壤水分變化。隨著精細(xì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，將研究區(qū)域空間尺度從大尺度的省級以上區(qū)域轉(zhuǎn)向省級以下的縣級區(qū)域以及更小尺度的區(qū)域，使氣象為農(nóng)服務(wù)更好與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)緊密結(jié)合。但針對濟寧地區(qū)不同土壤質(zhì)地農(nóng)田土壤水分動態(tài)變化的研究尚未見報導(dǎo)。隨著觀測時間的延續(xù)和土壤水分資料的積累，為進行土壤水分長期定位觀測數(shù)據(jù)的定量分析提供了條件。

本文選用具有代表濟寧地區(qū)不同土質(zhì)壤粘土、壤土、粘土、砂土4個站點2010—2016年自動土壤水分觀測站資料，對濟寧地區(qū)不同土質(zhì)土壤水分的動態(tài)變化進行定量分析，目的在于進一步了解本轄區(qū)不同質(zhì)地土壤水分動態(tài)變化規(guī)律，從而為節(jié)水灌溉提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究地點概況及資料與方法

1.1 研究地點概況

濟寧市位于魯西南，N3527′，E11635′，地處華東與華北、山東半島與中原地區(qū)、長江流域與黃河流域的結(jié)合部，蘇魯豫皖4省交界帶，總面積10685km2。全區(qū)主要分布土壤有壤粘土、壤土、粘土及砂土。種植作物主要有冬小麥、夏玉米、大豆等。

1.2 資料與方法

本文資料來源于2010—2016年0～10cm、10～20cm、20～30cm、30～40 cm、40～50cm、50～60cm、70～80cm、80～100cm 8個層次濟寧、曲阜、泗水、汶上土壤水分自動站體積含水率資料，其中濟寧2010年0～50cm土壤水分資料為人工測墑。站點地理信息表見表1。

土壤水分盈虧評價方法，當(dāng)土壤濕度低于生長阻滯濕度時，利用公式（1），計算出虧缺土壤蓄水量。生長阻滯濕度一般為田間持水量65%～70%，在這里取68%的田間持水量為生長阻滯濕度。

（1）

當(dāng)土壤濕度高于田間持水量時，利用公式（2）計算出盈余土壤蓄水量。

（2）

式中Q1為虧缺土壤蓄水量（mm），為負(fù)值；Q2為盈余土壤蓄水量（mm）；W0為田間持水量（%）；W為實測土壤重量含水量（%），H為土層厚度（cm）；R為土壤容重（g/cm3）。

當(dāng)土壤濕度介于生長阻滯濕度與田間持水量時，不做計算，此時土壤蓄水量不存在盈虧。通過計算4個站點不同時期、不同土層的土壤蓄水量的盈虧值，來評價農(nóng)田土壤水分對作物有效程度和農(nóng)田旱澇程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤水分的耕作層季節(jié)變化

從圖1可以看出，由于土質(zhì)、降水和灌溉量的不同，各站點土壤水分耕作層（0～50cm）的季節(jié)變化存著相似性和區(qū)域差異性。

相似性：

春季快速失墑期，4月下旬—6月下旬，這一期間小麥進入旺盛的生長期，深層土壤水分的消耗量也隨之增大，加之此期溫度快速升高，雨水稀少，風(fēng)力較大，蒸散加劇，是一年中土壤水分消耗最快最大時期，一般年份此期極易形成干旱。

夏季快速增墑期。7月上旬—9月中旬，隨著雨季的來臨，降水充沛，農(nóng)田土壤水分收入大于支出，土壤水分得到很大的補充和積聚，含水量顯著增加。

秋季緩慢消耗期。9月下旬—11月下旬。隨著雨季的結(jié)束，降水量的減少，氣溫下降，加之此期多為冬小麥苗期，田間消耗散發(fā)較少，使得此期出現(xiàn)緩慢消耗的時期。

冬季平穩(wěn)期。12月上旬—次年2月，由于各地普遍進行冬灌，這一階段初期出現(xiàn)一次增墑，隨后由于氣溫急劇降低，土壤凍結(jié)，土壤水分耗散較小，同時降水也較少，土壤濕度表現(xiàn)較為穩(wěn)定。

總體來看，土壤水分季節(jié)變化受本地區(qū)降雨的強烈影響，與當(dāng)?shù)亟邓竟?jié)性變化相一致。

區(qū)域差異性：

各站由于降水、蒸散、土壤物理特性的不同，其土壤水分變化又有各自的特點。如濟寧站除5—7月0～50cm體積含水量變化較大外，其它各月各層次體積含水量變化較為平緩，基本呈“V”型；曲阜站4—9月0～30cm體積變化較為劇烈，基本呈鋸齒狀上下振蕩。

2.2 土壤水分垂直變化規(guī)律

如圖2所示可以看出，濟寧地區(qū)土壤水分隨深度增加變化幅度逐漸減少，自上而下大致可分為3個不同層次。

活躍層（0～40cm）：直接受氣象因素和人為活動影響大，水分含量變化較大，平均變化幅度在7.9%～20.6%左右，泗水（砂土）和曲阜（壤土）變化幅度高于其他土質(zhì)，濟寧（壤粘土）變化幅度較為平穩(wěn)。

次活躍層（40～60cm）：此層受人為活動影響因素較小，但降水、蒸發(fā)和多數(shù)作物根系都能影響此層，平均變化幅度為1.7%～7.7%左右。曲阜（壤土）變化幅度高于其他土質(zhì)。

相對穩(wěn)定層（80～100cm）：此層氣象因素和根系活動影響較小，曲線變化平緩，年際變化不大。

2.3 土壤水分盈虧狀況的變化規(guī)律

濟寧0～60cm各層土壤蓄水量盈虧值隨時間和深度的變化規(guī)律。從5月中旬0～10cm土層水分開始出現(xiàn)略虧缺，至6月中旬0～60cm各層次均出現(xiàn)了不同程度的虧缺值，虧缺量最大為5.9mm；7—9月份隨著雨季的來臨，土壤水分得到很大的補充，7月上旬10cm出現(xiàn)了略盈，其它時段和層次表現(xiàn)出現(xiàn)不盈不虧的狀態(tài)，各層次土壤水分對作物生長發(fā)育比較適宜。10月雨季結(jié)束，土壤水分支出大于收入，10月中旬—11月下旬，20～40cm出現(xiàn)了略虧缺狀態(tài)，40～50cm又出現(xiàn)了略盈余。

曲阜0～30cm虧缺量較大，全年除7月上旬略有盈余外，其它時段不同層次均處于虧缺，虧缺量最大時段為4月下旬—5月上旬，平均為11.1mm，40～50cm較為適宜，不盈不虧。

泗水全年0～10cm均處于虧缺狀態(tài)，虧缺量最大達(dá)16.0mm，10～20cm 4月—6月均處于虧缺狀態(tài)，虧缺量最大值為3.7mm，其余時段不盈不虧。

汶上0～10cm盈虧起伏較大，7月、9月、11月有盈余，且盈余量較大，最大達(dá)67.4mm，而其它時段均處于虧缺，虧缺量平均達(dá)13.0mm。

3 結(jié)論

由于土質(zhì)、降水和灌溉量的不同，各站點土壤水分的季節(jié)變化既有相似性，又存在區(qū)域差異性?？偟膩砜赐寥浪旨竟?jié)變化受本地區(qū)降雨的強烈影響，與當(dāng)?shù)亟邓竟?jié)性變化相一致。

土壤水分隨深度增加變化幅度逐漸減少，自上而下大致可分為3個不同層次：活躍層（0～40cm）、次活躍層（40～60cm）、相對穩(wěn)定層（80～100cm）。

不同站點出現(xiàn)的盈虧規(guī)律不同，總的來說無論何種土質(zhì)4—6月份不同層次均處于缺水狀態(tài)。

參考文獻

[1]李學(xué)斌，陳林，宋乃平，等.寧夏鹽池縣封育區(qū)沙地淺層土壤水分時空特征分析[J].寧夏大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2010，31（2）：

173-186.

[2]楊婕，楊曉光，王化琪，等.旱稻農(nóng)田土壤水分變化特征研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2005，13（7）：82-86.

[3]譚凱炎，房世波，任三學(xué).灌溉農(nóng)田土壤濕度的時空變化特征[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2010，31（3）：423-426.

[4]邵曉梅，嚴(yán)昌榮.隴中黃土高原丘陵溝壑區(qū)土壤水分動態(tài)變化分析[J].水土保持研究，2006，13（4）：243-249.

[5]李洪建，王孟本，柴寶峰.黃土高原土壤水分變化的時空特征分析[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2003，14（4）515-519.

[6]左燕，張人禾.中國東部春季土壤濕度的時空變化特征[J].中國科學(xué)，2008，38（11）：1428-1437.

[7] 余峰，董立國，趙慶豐，等.寧夏半干旱地區(qū)梯田土壤水分動態(tài)變化規(guī)律研究[J].水土保持研究，2007，14（1）：298-304.

[8]孫培良，徐法彬，楊士恩.聊城土壤水分年際變化規(guī)律研究[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2009，30（增2）；193-195.

[9]彭記永，方文松.鄭州地區(qū)草地土壤水分時空變化特征及氣候的響應(yīng)分析 [J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013（19）85-87.

[10]王麗媛，王克勤，李太興，等.紅壤坡耕地烤煙生長季土壤水分動態(tài)變化特征[J].中國水土保持，2013（8）：57-60.