海南島土壤體積含水量變化規(guī)律及其與氣候因子的關(guān)系

施晨曉， 陳珍莉, 劉霄燕， 王小潔

(1.海南省氣象信息中心, 海南 ?？?570203； 2.海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 海南 ?？?570203)

土壤水分是土壤物理學(xué)研究中的一個(gè)重要分支，是水循環(huán)中的重要組成部分[1]。土壤中的水分變化大大地增加了陸氣相互作用的復(fù)雜性，其不僅可以改變土壤表面的反照率，也可以改變土壤的熱容量，同時(shí)對(duì)于地表植被的生長(zhǎng)也起到一定的積極作用，這一系列的變化引起地表能量收支的變化[2]。土壤水分又與植被的蒸散、地表的蒸發(fā)運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)，較濕潤(rùn)的土壤有利于大氣中含水量的增加，以及大氣穩(wěn)定度的降低，從而有利于降水的發(fā)生[3]。這一系列的正負(fù)反饋?zhàn)饔弥苯踊蜷g接影響當(dāng)?shù)貧夂虻母淖?。因此，分析土壤水分變化?guī)律及其與氣候的關(guān)系具有重要意義。目前，關(guān)于土壤水分與氣候因子關(guān)系的研究很多，一是利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)資料探討土壤水分與氣候變化的關(guān)系[4-7]，二是利用遙感或衛(wèi)星反演的數(shù)據(jù)研究土壤水分與氣候變化的關(guān)系[8-10]，三是通過(guò)陸面模式或陸氣耦合模式對(duì)兩者進(jìn)行討論[11-13]。祁棟靈等[14]通過(guò)對(duì)低割齡橡膠林土壤水分的連續(xù)定位觀測(cè)，對(duì)海南西部地區(qū)的低割齡橡膠林土壤水分的季節(jié)變化動(dòng)態(tài)進(jìn)行了分析和研究。張斌等[15]通過(guò)對(duì)海南儋州桉樹林和椰林兩種采樣地進(jìn)行連續(xù)定點(diǎn)采樣收集，分析探討了春季桉樹林土壤水分的時(shí)空變化特征及其與椰林土壤水分的差異。劉國(guó)銀等[16]通過(guò)研究2個(gè)芒果品種的葉片含水量與土壤水分的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，芒果品種不同，生長(zhǎng)期不同，其對(duì)土壤水分的反饋也不同。關(guān)于海南不同植被覆蓋類型的土壤水分的研究還有很多[17-20]，其共性都是關(guān)于海南島土壤水分的，研究區(qū)域基本在海南島西部，且研究?jī)?nèi)容主要側(cè)重于農(nóng)作物或經(jīng)濟(jì)作物與土壤水分間的關(guān)系，并以此探討農(nóng)作物或經(jīng)濟(jì)作物是否適合當(dāng)?shù)胤N植，是否能夠?yàn)楫?dāng)?shù)貛?lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益。王剛等[21]利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，僅對(duì)2005—2011年?？诃偵秸镜臍庀筚Y料和自然坡地的土壤濕度資料進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，自然坡地10～50 cm土層土壤濕度年變化呈正趨勢(shì)，月變化呈波形變化，且隨著土層深度的增加，土壤濕度的變化越小，各層次間的變化差異越顯著。自然坡地的土壤濕度與地溫呈負(fù)相關(guān)，與降水量呈負(fù)相關(guān)。關(guān)于海南島土壤水分變化規(guī)律及其與氣候因子間關(guān)系的研究較少。因此，筆者等利用2013—2017年觀測(cè)的18個(gè)農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站的土壤體積含水量數(shù)據(jù)和1977—2017年的氣象數(shù)據(jù)，分析海南島0～50 cm土層的土壤體積含水量時(shí)空變化規(guī)律及其與主要?dú)夂蛞蜃拥年P(guān)系，以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指導(dǎo)和氣候評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 資料來(lái)源與方法

1.1 研究區(qū)概況

海南島位于中國(guó)南端，隔著瓊州海峽，與雷州半島相望，屬熱帶季風(fēng)氣候，光照條件良好，雨熱同期，對(duì)熱帶農(nóng)業(yè)生產(chǎn)十分有利；但臺(tái)風(fēng)、暴雨、高溫及干旱等氣象災(zāi)害也十分突出。全島地形特征是中間高四周平。受地形的影響，島上的河流呈輻射狀走向。海南島擁有全國(guó)熱帶土地面積的42.5%，全島的土壤質(zhì)地分為粘壤土(28%)、細(xì)砂土(11%)、粘土(28%)、粉壤土(11%)、粉砂土(11%)和砂粘土(11%)。其中，粘土和粘壤土主要分布在海南島北半部，粘土分布在海口市、文昌市、保亭縣、萬(wàn)寧市和澄邁縣；粘壤土分布在臨高縣、儋州市、屯昌縣、五指山市和定安縣；細(xì)砂土分布在沿海地區(qū)的三亞市和東方市；砂粘土分布在陵水縣和樂(lè)東縣，粉砂土分布在瓊中縣和瓊海市，粉壤土分布在西部的白沙縣和昌江縣(封三圖Ⅰ)。

1.2 資料來(lái)源

1.2.1 土壤水分?jǐn)?shù)據(jù) 由于海南部分臺(tái)站歷史人工觀測(cè)數(shù)據(jù)不完整，因此研究?jī)H采用自動(dòng)觀測(cè)儀器自動(dòng)觀測(cè)，即2013—2017年的土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)，來(lái)自東方站、樂(lè)東站、南濱站、昌江站、五指山站、保亭站、陵水站、白沙站、瓊中站、萬(wàn)寧站、儋州站、屯昌站、瓊海站、臨高站、澄邁站、定安站、瓊山站和文昌站18個(gè)農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站(圖1)。采用華云DZN3自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀采集數(shù)據(jù)。該觀測(cè)儀利用頻域反射法(FDR)測(cè)得土壤體積含水量。其工作原理是利用電信號(hào)頻率與土壤電介質(zhì)的關(guān)系和土壤電介質(zhì)與土壤水分之間的關(guān)系，通過(guò)測(cè)量放置在土壤中的2個(gè)電極之間的電容形成的振蕩回路所產(chǎn)生的信號(hào)頻率的大小來(lái)測(cè)量出土壤水分[22]。土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)間每1 h傳輸1次，每次傳輸5個(gè)不同深度，分別為0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm和40～50 cm土層。

為了保證數(shù)據(jù)的可用性，需先將土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)控處理，剔除偏離常年平均水平的異常值。其中，?？诤腿齺喌耐寥浪?jǐn)?shù)據(jù)分別用瓊山站和南濱站進(jìn)行討論。

圖1 海南島自動(dòng)土壤水分觀測(cè)站點(diǎn)分布

Fig.1 Distribution of automatic soil moisture observation stations in Hainan Island

1.2.2 氣象資料 氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于與海南島18個(gè)自動(dòng)土壤水分觀測(cè)站點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，包含1977—2017年共41 a逐月、年的氣溫和降水量觀測(cè)資料。

1.3 方法

1.3.1 氣溫及降水量的特征分析 通過(guò)建立一元回歸方程分別對(duì)41 a氣溫(y1)和降水量(y2)與時(shí)間(x)之間的關(guān)系進(jìn)行討論。

y1=a1x1+b1x1=1,2,…,n

y2=a2x2+b2x2=1,2,…,n

(1)

式中，b1,b2為常數(shù)，a1和a2為氣候傾向率，分別表示氣溫和降水量的變化速率，其值大小反映了上升或下降的速率。a1和a2>0，表示y1,y2隨時(shí)間x呈上升趨勢(shì)；反之，a1和a2<0，表示y1,y2隨時(shí)間x呈下降趨勢(shì)[23]。

1.3.2 土壤體積含水量與氣溫、降水量的相關(guān)系數(shù) 利用皮爾遜(Pearson)相關(guān)系數(shù)對(duì)土壤體積含水量與氣溫、降水量間的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行討論。Pearson相關(guān)系數(shù)是表示2個(gè)隨機(jī)變量線性相關(guān)的統(tǒng)計(jì)量，也可以作為兩個(gè)總體相關(guān)系數(shù)ρ的估計(jì)，一般用r表示。

假設(shè)任意2個(gè)變量x1,x2,…,xn與y1,y2,…,yn，即土壤體積含水量(x)與氣溫(y)、降水量(y)間的相關(guān)關(guān)系，其樣本的時(shí)間尺度為n，Pearson相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式：

(2)

可用標(biāo)準(zhǔn)差的形式，即2個(gè)變量的標(biāo)準(zhǔn)差與協(xié)方差的比值[24]表示：

(3)

式中，分母SxSy表示土壤體積含水量與氣溫、降水量間的標(biāo)準(zhǔn)差，分子cov(x,y)表示土壤體積含水量與氣溫、降水量間的協(xié)方差。

相關(guān)系數(shù)r在-1≤r≤1。當(dāng)r>0時(shí)，說(shuō)明2個(gè)變量之間呈正相關(guān)，越接近1表示正相關(guān)越顯著；反之，當(dāng)r<0時(shí)，說(shuō)明2個(gè)變量之間呈負(fù)相關(guān)，越接近-1表示負(fù)相關(guān)越顯著。當(dāng)r=0時(shí)，則2個(gè)變量之間相互獨(dú)立[25]。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫分布特征

海南島41 a平均氣溫空間分布呈中間低四周高的環(huán)狀分布，中部是氣溫的低值區(qū)，西部、南部至東南部沿海地區(qū)是氣溫的高值區(qū)。其中，三亞站的年均氣溫為25.4℃，全省最高，其次是陵水站，年均氣溫25.3℃，第三是東方站。最低氣溫出現(xiàn)在瓊中站，年均氣溫為23.2℃，其次是五指山站(封三圖Ⅱ)。這是由于海南島的中部主要為山區(qū)，原始森林植被覆蓋較多，導(dǎo)致中部山區(qū)的氣溫較其他區(qū)域偏低。同時(shí)也阻止了南北氣流的交換和東西水汽的流通，使得山區(qū)的南部地區(qū)氣溫高于山北地區(qū)，山區(qū)的西部地區(qū)氣溫高于山東地區(qū)[26]。時(shí)間上，海南島41 a的年均氣溫呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，且以0.02℃/a的速度升溫(圖2)。從圖2可知，海南島全年各月平均氣溫較高，基本在18℃以上，最高月平均氣溫出現(xiàn)在6月，為28.3℃，最低月平均氣溫出現(xiàn)在1月，僅18.7℃。其中，東方站在5～10月的月均氣溫為海南島最高，而三亞站的月均最高氣溫基本出現(xiàn)在秋冬季，這是由于下半年，海南島受冷空氣影響，冷空氣受到中部山區(qū)的阻擋，未能達(dá)到最南邊。

2.2 降水量分布特征

海南島41 a平均降水空間分布以中部山區(qū)為中心，四周降水量依次減少，西部的降水量為全島最少，尤其是東方站，其年均降水量?jī)H為83.1 mm。東部地區(qū)受臺(tái)風(fēng)及季風(fēng)影響，降水量?jī)H次于中部地區(qū)(封三圖Ⅲ)。從地形來(lái)看，東部地區(qū)屬于迎風(fēng)坡，而西部地區(qū)屬于背風(fēng)坡[26]。由此看出，降水基本集中在中東部地區(qū)。時(shí)間上，海南島41 a的年均降水呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，以0.61 mm/a的速度上升(圖3)。從圖3還可知，海南島全年均有降水發(fā)生，在汛期期間降水頻繁，且降水量較大，5～10月的平均降水量超過(guò)200 mm，而東方站在汛期期間的降水較其他地區(qū)少。

圖2 海南島41 a年均氣溫和月均氣溫分布

圖3 海南島41 a年均降水量和月均降水分布

Fig.3 Annual average precipitation and monthly average precipitation distribution for 41a in Hainan Island

綜上所述，結(jié)合王春乙等[27]氣候劃分的方法，將海南島大致分為中部濕潤(rùn)區(qū)，東、北及南部半濕潤(rùn)區(qū)以及西部半干旱區(qū)進(jìn)行討論。其中，中部濕潤(rùn)區(qū)主要包括瓊中站、五指山站、白沙站和屯昌站；西部半干旱區(qū)包括昌江站和東方站，其余站為半濕潤(rùn)區(qū)。

2.3 海南島不同土層土壤體積含水量的變化

2.3.1 時(shí)間變化 從圖4可知，不同土層土壤體積含水量變化趨勢(shì)基本一致，但各層間變化幅度存在一定差異。其中，10～20 cm土層的變化波動(dòng)幅度較大，變幅為22.2%～29.9%；其次是0～10 cm土層，變幅為18.6%～26.2%；40～50 cm土層的波動(dòng)幅度較為平緩，變幅為25.6%～30.6%。這是由于隨著土壤深度的加深，受到外界環(huán)境及氣候條件的影響相對(duì)較小。3月后，不同土層的土壤體積含水量隨時(shí)間推移呈上升趨勢(shì)，至9月后，呈下降趨勢(shì)。全年在3月土壤體積含水量最低，除30～40 cm土層在10月后呈下降趨勢(shì)外，其他層次土壤體積含水量在9月后呈下降趨勢(shì)。這可能是因?yàn)榍捌诮邓枯^大，造成降水在30～40 cm的積累，而降水下滲需要一定的時(shí)間，且不同的土壤類型對(duì)于下滲的快慢都有一定的影響。此外，30～40 cm土層的土壤體積含水量較40～50 cm土層高，尤其是在汛期降水量偏大期間，這可能與土壤中水分活動(dòng)及土壤質(zhì)地有關(guān)。

圖4 海南島2013—2017年不同土層月平均土壤體積含水量

Fig.4 Monthly average soil volumetric water content of each soil layer in Hainan Island from 2013 to 2017

2.3.2 空間變化 海南島北部、東部及中部山區(qū)的土壤含水量基本在20.0%以上，西部和南部則偏少，尤其是東方站不同土層的含水量均在10.0%以下，是全島最為干旱的地方。0～10 cm的土壤體積含水量以西北部的臨高站、澄邁站及?？谑斜辈坎糠值貐^(qū)為含水量大值區(qū)，其變化在32.5%～36.2%，并依次向南遞減。東南部則以保亭站為較大值區(qū)，其變化在28.9%～32.5%，并依次向西、向東北遞減。而中東部的屯昌站至瓊海站一帶的表層(0～10 cm)含水量在14.2%～17.8%，屬于中東部含水量的較低值區(qū)。東方站位于海南島的西部，其含水量的變化在3.1%～6.8%，表明表層土壤中的水分含量少，相較于其他市縣，其表層較為干旱。以東方站為含水量低值區(qū)為中心，依次向中部山區(qū)緩慢增大(封三圖Ⅳ)。

10～20 cm土層的含水量變化相較于表層(0～10 cm)含水量有所增大(封三圖Ⅳ)，海口市大部及與文昌市相鄰地區(qū)、文昌市北部沿海地區(qū)的含水量在36.7%～40.7%，較0～10 cm土層的大值區(qū)有所偏東。東南部含水量的大值區(qū)范圍也有所擴(kuò)大，從保亭站至陵水站至萬(wàn)寧站一帶的含水量基本在30%以上。屯昌站至瓊海站一帶的低值區(qū)范圍較0～10 cm土層有所縮小，而海南島西部的低值區(qū)范圍有所擴(kuò)大，東方站的含水量仍在10.0%以下，其次是昌江站與南濱站，其含水量均在12.7%～16.6%。

海南島大部分地區(qū)20～30 cm土層的含水量在20.0%以上，大值區(qū)位于瓊山站和文昌站北部以及萬(wàn)寧站，基本在40.0%～44.6%。海南島西部和南部仍是全島含水量偏低的地區(qū)。此外，瓊海站的含水量有所增大，靠近沿海、文昌站、萬(wàn)寧站及瓊中站地區(qū)的含水量變化在26.2%～30.8%。屯昌站大部分地區(qū)的含水量都在20.0%以上，但在屯昌站所在縣城周邊地區(qū)，其含水量仍在20.0%以下(封三圖Ⅳ)。

30～40 cm土層的土壤體積含水量較20～30 cm土層增大，從該層起以下的土壤中的水分含量基本很少出現(xiàn)劇烈波動(dòng)的情況，基本穩(wěn)定維持在某一范圍內(nèi)，并且受到外界的水熱影響較小，能夠保持一定的水分含量。土壤含水量大于27.0%的地區(qū)占全島總面積的50%以上。東方站仍為全島的低值區(qū)，僅在4.2%～8.8%變化，而南濱站30～40 cm土層的含水量最低(封三圖Ⅳ)，這可能是由于該層的土壤質(zhì)地造成。南濱站30～40 cm土層的土壤質(zhì)地為粉砂土，該土質(zhì)對(duì)于水分的儲(chǔ)存有一定的影響。

40～50 cm土層土壤體積含水量的空間分布與30～40 cm土層基本一致，無(wú)太大變化。但在海南島東北部無(wú)大值區(qū)，大值區(qū)僅位于萬(wàn)寧站沿海地區(qū)。屯昌站始終是中部的低值區(qū)，東方站為全島的低值區(qū)，含水量較30～40 cm土層有所減少(封三圖Ⅳ)。

綜上所述，0～20 cm土層為耕作層，土壤中水分的交換較為頻繁，受外界水熱因子影響較大，但空間分布基本呈現(xiàn)以西北-東南為分界線，分界線以東的地區(qū)土壤含水量偏大(屯昌站除外)；分界線以西的地區(qū)土壤含水量偏小。結(jié)合氣溫和降水量，海南島的西部和南部，從瓊海站沿海地區(qū)往南一帶的氣溫普遍偏高，即使降水量較大，但由于受當(dāng)?shù)赝寥蕾|(zhì)地影響，導(dǎo)致南濱站、瓊海站0～20 cm土層的土壤體積含水量偏低，而保亭站和陵水站土壤始終較為濕潤(rùn)。隨著土壤深度的加深，萬(wàn)寧站是耕地層以下土壤體積含水量的大值區(qū)，這與當(dāng)?shù)氐耐寥蕾|(zhì)地是粘土有關(guān)，粘土可以保持一定的水分，且萬(wàn)寧站常受到臺(tái)風(fēng)暴雨的影響，土壤涵養(yǎng)水分的能力較強(qiáng)。東方站屬于全島干旱的區(qū)域，其氣溫雖不是全島最高，但降水量是全島最少，蒸發(fā)是全島最大，且深層土壤質(zhì)地是砂土，土壤涵養(yǎng)水分能力較差，導(dǎo)致東方站相較其他地區(qū)干旱。

2.4 不同土層土壤體積含水量與氣溫和降水的關(guān)系

2.4.1 不同土層土壤體積含水量隨氣溫和降水的變化

1) 濕潤(rùn)區(qū)。以中部山區(qū)瓊中站為例。 從圖5可知， 1—3月的月均氣溫逐漸上升，但氣溫不高，不同土層的土壤體積含水量下降趨勢(shì)明顯，尤其是0～10 cm土層較其他層次變化劇烈。3—6月，隨著月均氣溫的逐漸上升，各層的體積含水量也隨著上升。6月后，氣溫雖呈下降趨勢(shì)，但各層土壤體積含水量仍呈上升趨勢(shì)。至12月，月均氣溫從20℃以上降至20℃以下，除了0～10 cm土層外，其余土層的土壤體積含水量也呈下降的趨勢(shì)。1—3月的降水量偏少，不同土層的土壤體積含水量呈下降趨勢(shì)。3月后降水量逐漸增多，不同土層的土壤體積含水量開始逐漸上升。雖然3—4月降水量增多，但除

圖5 海南島瓊中站、南濱站和東方站不同土層土壤體積含水量與氣溫及降水量的關(guān)系

Fig.5 Relationship of soil volumetric water content in different soil layers with temperature and precipitation in Qiongzhong, Nanbin and Dongfang stations

0～10 cm土層與10～20 cm土層的土壤體積含水量有上升外，其余土層的土壤體積含水量仍略有下降，說(shuō)明表層已受到降水的影響，但由于降水強(qiáng)度較低，降水未能下滲至20 cm土層以下。此時(shí)，降水量是0～20 cm土層土壤含水量變化的重要原因。6月和8月的降水量較前一個(gè)月有所減少，對(duì)應(yīng)當(dāng)月的各層土壤體積含水量也略有下降。即使6月在30 cm以上土層的土壤體積含水量略有小幅度的上升，但是30 cm以下土層的土壤體積含水量均呈小幅度下降趨勢(shì)，這是由于30 cm以上土層的土壤水分活動(dòng)較30 cm以下土層的活躍，土壤對(duì)降水量的反饋是正反饋，且降水強(qiáng)度低，氣溫偏高，蒸發(fā)作用也導(dǎo)致降水還未下滲至深層時(shí)就被蒸散。因此相較5月，6月深層的土壤含水量略有降低。由此可知，6月氣溫偏高是深層土壤含水量減少的重要原因，8月降水量減少是各層土壤體積含水量減少的重要原因。9—10月降水量增加，除40～50 cm土層的土壤體積含水量下降0.1%外，其余各層的土壤體積含水量均有上升，但其土壤體積含水量的最大值均未出現(xiàn)在10月，而是11月，且11月的降水量減少，說(shuō)明土壤對(duì)降水量的反饋有一定的滯后性。

2) 半濕潤(rùn)區(qū)。以南部南濱站為例。 從圖5可知，1—3月氣溫逐漸上升，但各層土壤體積含水量呈下降趨勢(shì)。3月后，氣溫進(jìn)一步上升，各層土壤體積含水量雖呈上升趨勢(shì)，但變化不大。至7月，氣溫較6月有所降低。在7月，不同土層的土壤體積含水量有所增加，尤其是10～20 cm土層，增加8.5%，9月情況類似。雖然8月氣溫略有上升，但降水量較7月減少234.40 mm，水分偏少，導(dǎo)致各層土壤體積含水量均有降低， 其中10～20 cm土層的土壤體積含水量降幅最高，為4.0%； 40～50 cm土層的土壤體積含水量降幅最低，為0.7%。9月后，隨著氣溫的降低，降水量的減少，不同土層的土壤體積含水量也隨之減少。

3) 半干旱區(qū)。以西部東方站為例。從圖5可知，東方站的各層土壤體積含水量偏小，均在6.0%以下。1—5月隨著氣溫的升高，不同土層土壤體積含水量隨之上升。1—5月降水量偏少，與鄰近縣昌江站相比，雨季要晚1個(gè)月。此時(shí)，不同土層土壤體積含水量在一定范圍內(nèi)小幅度波動(dòng)，偶有上升也是強(qiáng)降水的影響。至6月，降水量迅速增加，氣溫上升，不同土層土壤體積含水量反而減少。7月降水量增加，達(dá)到全年最大值，氣溫下降，土壤體積含水量增加。8月氣溫略有上升，降水量有所減少，但降水量在200 mm以上，土壤體積含水量仍呈下降趨勢(shì)。至9月后，氣溫明顯下降，但氣溫仍在20℃以上，降水量明顯減少，除9—10月不同土層土壤體積含水量增加外，10月后不同土層土壤體積含水量呈下降趨勢(shì)。

2.4.2 不同土層土壤體積含水量與氣溫和降水的滯后相關(guān)分析

1)濕潤(rùn)區(qū)。從表1可知，土壤體積含水量與各月氣溫、降水量間相關(guān)系數(shù)互有正負(fù)。其中，5—6月的氣溫與4—10月的土壤體積含水量均呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性不顯著。8月的氣溫與當(dāng)月的土壤體積含水量的相關(guān)系數(shù)為-0.923，呈顯著負(fù)相關(guān)。5月和9月的降水量與4—10月的土壤體積含水量基本呈正相關(guān)，分別與10月和6月的土壤體積含水量呈負(fù)相關(guān)， 5月降水量與6月的土壤體積含水量顯著正相關(guān)， 7月的降水量與6月和7月的土壤體積含水量的相關(guān)系數(shù)分別為0.915和-0.908，相關(guān)性顯著。8月降水量與當(dāng)月的土壤體積含水量相關(guān)系數(shù)為0.900，呈顯著正相關(guān)。

表1 海南島土壤體積含水量與各月氣溫、降水時(shí)滯的相關(guān)系數(shù)

注：表中*通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)，**通過(guò)0.01顯著性檢驗(yàn)(P<0.01)。

Note: * and ** indicate 5% and 1% significant levels respectively.

2) 半濕潤(rùn)區(qū)。土壤體積含水量與各月氣溫、降水量間相關(guān)系數(shù)互有正負(fù)(表1)。其中，4月氣溫與8月土壤體積含水量的相關(guān)系數(shù)為0.962，呈極顯著正相關(guān)。5月、6月、8月和10月氣溫與各月的土壤體積含水量均呈負(fù)相關(guān)。5月和6月氣溫與當(dāng)月土壤體積含水量的相關(guān)系數(shù)分別為-0.926、-0.945，呈顯著負(fù)相關(guān)。8月氣溫與當(dāng)月和9月的土壤體積含水量的相關(guān)系數(shù)分別為-0.909和-0.996，呈顯著負(fù)相關(guān)。說(shuō)明，該站氣溫與土壤體積含水量基本呈負(fù)相關(guān)，即隨著氣溫的升高，當(dāng)月及之后月份的土壤體積含水量也隨之逐漸減小。5月和7月的降水量與各月的土壤體積含水量均呈正相關(guān)，其中5月降水量與6月的土壤體積含水量的相關(guān)系數(shù)為0.981，呈極顯著正相關(guān)。

3) 半干旱區(qū)。與瓊中站、南濱站相比，東方站的土壤體積含水量與氣候之間的相關(guān)系數(shù)偏小，兩者間的相關(guān)系數(shù)雖互有正負(fù)，但相關(guān)性總體較弱。氣溫方面，除8月氣溫與土壤體積含水量多數(shù)呈正相關(guān)外，其余各月絕大多數(shù)為負(fù)相關(guān)。其中，8月氣溫與7月土壤體積含水量的相關(guān)系數(shù)為0.899，呈極顯著正相關(guān)；10月氣溫與9月土壤體積含水量的相關(guān)系數(shù)為-0.956，呈極顯著負(fù)相關(guān)。對(duì)應(yīng)降水量，8月、9月降水量與土壤體積含水量多數(shù)呈負(fù)相關(guān)。其中，9月降水量與4月土壤體積含水量的相關(guān)系數(shù)為-0.910，呈極顯著負(fù)相關(guān)。由此可見，8—10月的土壤體積含水量受氣溫的影響較降水量大。

3 結(jié)論與討論

海南島氣溫空間分布特征以中部山區(qū)為中心，四周氣溫升高，海南島的西部、南部至東南沿海地區(qū)氣溫為全島最高。而降水量基本集中在海南島中東部地區(qū)。海南島近41 a的平均氣溫與降水量均呈波動(dòng)上升趨勢(shì)。從月尺度上看，海南島最高月平均氣溫出現(xiàn)在6月，最低月平均氣溫出現(xiàn)在1月，汛期5—10月的平均降水量超過(guò)200 mm。

不同土層土壤體積含水量變化趨勢(shì)基本一致，但各層間變化幅度存在一定的差異性。其中，10～20 cm土層的變化波動(dòng)幅度較大，其次是0～10 cm土層，40～50 cm土層的波動(dòng)幅度較為平緩。這是由于隨著土壤深度的加深，受到外界環(huán)境及氣候條件的影響相對(duì)較小。除30～40 cm土層在10月出現(xiàn)最大值，其余不同土層土壤體積含水量在9月出現(xiàn)最大值，這可能是因?yàn)榍捌诮邓枯^大，造成降水在30～40 cm土層的積累，而降水下滲需要一定的時(shí)間，且不同的土壤類型對(duì)于下滲的快慢都有一定的影響。此外，30～40 cm土層的土壤體積含水量較40～50 cm土層大，尤其是在汛期降水量偏大期間，這可能與土壤中水分活動(dòng)及土壤質(zhì)地有關(guān)。

0～20 cm土層土壤中水分的交換較為頻繁，受外界水熱因子影響較大，空間分布基本呈現(xiàn)出以西北-東南為分界線，分界線以東的地區(qū)土壤含水量偏大(屯昌除外)；分界線以西的地區(qū)土壤含水量偏小的特征。結(jié)合氣溫和降水量，海南島的西部和南部，從瓊海沿海地區(qū)往南一帶的氣溫普遍偏高，即使降水量較大，但由于受當(dāng)?shù)赝寥蕾|(zhì)地影響，導(dǎo)致南濱站、瓊海站0～20 cm土層的土壤體積含水量偏低，而保亭站、陵水站土壤始終較為濕潤(rùn)。隨著土壤深度的加深，萬(wàn)寧站是耕地層以下土壤體積含水量的大值區(qū)，這與當(dāng)?shù)氐耐寥蕾|(zhì)地是粘土有關(guān)，粘土可以保持一定的水分，且萬(wàn)寧站常受到臺(tái)風(fēng)暴雨的影響，土壤涵養(yǎng)水分的能力較強(qiáng)。東方站屬于全島干旱的區(qū)域，其氣溫雖不是全島最高，但降水量是全島最少，蒸發(fā)是全島最大，且深層土壤質(zhì)地是砂土，土壤涵養(yǎng)水分能力較差，導(dǎo)致東方站相較其他地區(qū)干旱。

將海南島大致分為濕潤(rùn)區(qū)、半濕潤(rùn)區(qū)以及半干旱區(qū)進(jìn)行討論發(fā)現(xiàn)，土壤體積含水量與氣候因子之間存在彼此響應(yīng)。在濕潤(rùn)區(qū)與半濕潤(rùn)區(qū)，當(dāng)某月氣溫較前后月有明顯的偏高，降水量較前后月有明顯減少時(shí)，土壤體積含水量受氣溫的影響較降水量明顯。反之，當(dāng)某月降水量有明顯的增大，而此時(shí)氣溫已不占主導(dǎo)影響因子時(shí)，土壤體積含水量受降水量的影響較氣溫大。而在半干旱區(qū)主要影響因素是氣溫，但降水也有不可忽視的作用。

該研究收集的土壤水分資料的時(shí)間序列較短，資料數(shù)量較少，使得土壤水分的規(guī)律變化僅限于月尺度、空間分布及垂直變化上，而年與季的變化并未進(jìn)行討論。隨著觀測(cè)時(shí)間的增加，資料時(shí)間序列越長(zhǎng)，在后續(xù)的研究工作中也會(huì)著手此項(xiàng)工作。此外，海南省18個(gè)土壤水分自動(dòng)觀測(cè)站設(shè)在不同地形、地貌中，各站的土壤物理水分常數(shù)也不盡相同，因此各站間的土壤體積含水量也未考慮詳盡，在后續(xù)的研究工作中，會(huì)將此問(wèn)題進(jìn)行考慮分析，并以此為依據(jù)對(duì)全省土壤水分進(jìn)行區(qū)域劃分分類。