滄州市近五年來(lái)土壤墑情變化規(guī)律研究

回鳳林

(河北省滄州水文勘測(cè)研究中心，河北 滄州 061000)

1 概況

1.1 研究區(qū)域概況

滄州市地處河北省東南部，東臨渤海，南界山東，北與廊坊、天津?yàn)猷?，西、西南與保定、衡水相接，位于北緯37°28′～38°57′、東經(jīng)115°42′～117°50′，南北長(zhǎng)約165.00 km，東西寬約187.00 km，全市總面積14 304.10 km2。滄州市全境均為平原區(qū)，屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季氣候涼爽，冬季寒冷少雪，全市多年平均氣溫12.20℃。全市多年平均降水量539.80 mm，年際變化較大，年內(nèi)分配不均，80%的降水量集中在6—9月份，地區(qū)分布自西向東逐漸增大。多年平均水面蒸發(fā)量1 180.60 mm。土壤類(lèi)型主要以粉土、砂粉土、黏土、黏壤土等類(lèi)型為主。主要種植農(nóng)作物為小麥、玉米、棉花、大豆、油菜、高粱、花生等。

1.2 土壤墑情監(jiān)測(cè)概況

滄州地區(qū)的土壤墑情監(jiān)測(cè)日期在2016年以前是每年的3—6月、9—11月，每月的1日、11日、21日進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測(cè)，汛期的7、8月份不監(jiān)測(cè)，如遇特殊情況則按要求進(jìn)行加測(cè)；而在2016年及以后土壤墑情監(jiān)測(cè)期為每年的3—11月，每月的1日、11日、21日進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測(cè)，如遇特殊情況則按要求進(jìn)行加測(cè)。為了便于分析計(jì)算，文章選取滄州市2016—2020年5年的20個(gè)旱情監(jiān)測(cè)站的土壤墑情監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行研究分析。20個(gè)旱情監(jiān)測(cè)站分布均勻，每個(gè)縣(市)至少有1個(gè)站點(diǎn)，站點(diǎn)分布符合布設(shè)原則，因此所選資料可進(jìn)行分析研究。

由于12月至次年2月為封凍期，因此不再監(jiān)測(cè)。每次監(jiān)測(cè)取樣深度均為10.00、20.00、40.00 cm三個(gè)不同深度，每個(gè)深度又采集2個(gè)樣本，采用烘干法進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)觀測(cè)降水、灌溉、地下水埋深及作物生長(zhǎng)情況。3層平均土壤含水率采用如下公式計(jì)算得出：

(1)

式(1)中：θ為3層平均土壤含水率，即該測(cè)點(diǎn)的平均土壤含水率；θ10為10.00 cm測(cè)深的土壤含水率；θ20為20.00 cm測(cè)深的土壤含水率；θ40為40.00 cm測(cè)深的土壤含水率。

2 土壤墑情隨時(shí)間變化規(guī)律研究

2.1 年內(nèi)變化分析

土壤含水率在年內(nèi)的變化主要是受季節(jié)性降水的分布不均、土壤質(zhì)地和地表植被的生長(zhǎng)發(fā)育狀況共同影響，其中降水影響最為顯著。為了分析滄州市土壤墑情年內(nèi)變化規(guī)律，文章選取滄州市20個(gè)旱情監(jiān)測(cè)站2016—2020年的土壤墑情觀測(cè)資料，整理、計(jì)算出土壤重量含水率每次、每月的平均值，同時(shí)計(jì)算出2016—2020年的月平均降水量，并繪制出10.00 cm、20.00 cm、40.00 cm及3層平均土壤重量含水率隨時(shí)間變化的曲線。詳見(jiàn)表1、表2及圖1。

表1 滄州市2016—2020年平均土壤重量含水率表

表2 滄州市2016—2020年多年月平均土壤重量含水率表

圖1 滄州市2016—2020年多年月平均土壤重量含水率及降水量變化圖

由表1、表2和圖1可知，10.00 cm、20.00 cm、40.00 cm及3層平均的土壤重量含水率在年內(nèi)隨時(shí)間變化的趨勢(shì)基本一致。3—6月降水量逐月增加，但土壤含水率逐漸減小，這是因?yàn)殡m然降水量增加但是整體水平較低，降水并不大，再加上隨著氣溫的逐步升高蒸發(fā)量越來(lái)越大，降水對(duì)土壤墑情的增加并不能彌補(bǔ)蒸發(fā)造成的失墑，因此3—6月土壤含水率逐漸減小。6月上旬土壤含水率達(dá)到全年最低值，10.00、20.00、40.00 cm及3層平均的土壤重量含水率分別為12.84%、13.54%、14.88%、13.62%，這是因?yàn)榕c汛期相比汛前降水較小，再加上初期土壤含水率不高，隨著土壤含水率的逐漸降低，造成汛前6月份的土壤含水率為全年最低。7、8月份進(jìn)入主汛期，降水量明顯增多，7、8月降水總量為339.00 mm，約占全年總降水量的66.22%；隨著降水量增多，土壤含水率也逐漸增大，至8月下旬達(dá)到全年最大值，10.00、20.00、40.00 cm及3層平均的土壤重量含水率分別為22.38%、21.32%、21.56%、21.80%。進(jìn)入9月份之后，隨著降水量的減少，土壤含水率逐漸減小，但由于汛期的積累使得9月初期的土壤含水率在一個(gè)相對(duì)較高的水平，雖然土壤含水率逐漸減小，但是總的來(lái)說(shuō)秋季的土壤含水率依然高于春季的土壤含水率。12月進(jìn)入封凍期，氣溫低、蒸發(fā)小，土壤含水率保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，基本上變化不大。根據(jù)2016—2020年5年內(nèi)封凍前11月21日與次年解凍后3月1日的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得出，封凍期內(nèi)土壤含水率變化不大，基本上相差在±1.60以?xún)?nèi)。

2.2 年際變化分析

土壤含水率的年際變化主要是受降水因素影響較大，豐水年與枯水年的土壤含水率的差值顯著。為了分析滄州市土壤墑情年際變化規(guī)律，選取滄州市20個(gè)旱情監(jiān)測(cè)站2016—2020年的土壤墑情觀測(cè)資料，分析、計(jì)算出10.00、20.00、40.00 cm及3層平均土壤重量含水率的年平均值系列，結(jié)合2016—2020年的全市年平均降水量，進(jìn)行對(duì)比分析，并繪制出相應(yīng)的曲線。詳見(jiàn)表3及圖2。

表3 滄州市2016—2020年土壤重量含水率系列表

圖2 滄州市2016—2020年平均土壤重量含水率及降水量變化圖

由表3、圖2可知，滄州市土壤含水率年際間的變化受降水因素的影響十分明顯。2019年全年降水量為433.20 mm，比多年平均偏少21.39%，為近5年來(lái)最低。相應(yīng)的2019年的土壤含水率也是近5年來(lái)最低，10.00、20.00、40.00 cm及3層平均土壤含水率分別為16.50%、16.28%、17.03%、16.60%，比相應(yīng)的多年平均值分別偏少5.68%、5.15%、5.48%、5.16%。2016—2018年這3年變化較為平穩(wěn)，基本上相差不大，至2019年達(dá)到近5年來(lái)的最低點(diǎn)；之后2020年土壤含水率又升高。土壤含水率年際間的變化趨勢(shì)基本上與降水量的變化趨勢(shì)一致。

3 土壤墑情空間變化規(guī)律研究

滄州市地處平原區(qū)，土壤墑情除年內(nèi)的季節(jié)性變化以及年際的變化規(guī)律外，在空間分布上也存在一定的變化規(guī)律。由于不同地區(qū)的土壤質(zhì)地、種植作物、降水多少以及人為灌溉因素的影響，使得不同地區(qū)的土壤含水率的變化也存在一定的規(guī)律。

對(duì)滄州市20個(gè)土壤墑情監(jiān)測(cè)站連續(xù)5年的監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行計(jì)算匯總，并按地域劃分為西部(任丘市、肅寧縣、河間市、獻(xiàn)縣、泊頭市)、東部(孟村縣、鹽山縣、黃驊市、海興縣)、南部(吳橋縣、東光縣、南皮縣)、中北部(青縣、滄縣)，分別將地域分區(qū)內(nèi)各縣(市)的土壤重量含水率與全市平均土壤重量含水率相比，繪制出多年月平均土壤重量含水率變化圖。詳見(jiàn)圖3、圖4、圖5、圖6。

圖3 滄州西部縣(市)多年月平均土壤含水率過(guò)程線圖

圖4 滄州東部縣(市)多年月平均土壤含水率過(guò)程線圖

圖5 滄州南部縣(市)多年月平均土壤含水率過(guò)程線圖

圖6 滄州中部及北部縣(市)多年月平均土壤含水率過(guò)程線圖

由上圖可知，滄州西部各縣(市)土壤含水率大部分是高于平均值的，僅獻(xiàn)縣和肅寧的部分月份低于平均值。東部的黃驊、孟村的全年以及海興的部分月份土壤含水率是低于平均值的，僅有鹽山和海興的部分月份高于平均值。南部各縣(市)土壤含水率大部分是低于平均值的，僅吳橋的部分月份高于平均值。中北部地區(qū)，土壤含水率是略高于平均值的。

經(jīng)對(duì)比分析可知，滄州市土壤含水率在空間上的分布大致為西高東低，北高南低。受局部降水、灌溉及地下水埋深變化的影響，個(gè)別站點(diǎn)及月份規(guī)律性不強(qiáng)。但總體上來(lái)看，西部地區(qū)的土壤含水率高于東部地區(qū)；北部地區(qū)的土壤含水率高于南部地區(qū)。

4 結(jié)論及意義

通過(guò)對(duì)滄州市2016—2020年20個(gè)站點(diǎn)的土壤墑情觀測(cè)資料進(jìn)行整理、計(jì)算，分析土壤墑情隨時(shí)間、空間的變化規(guī)律，得出以下結(jié)論：①?gòu)哪陜?nèi)角度來(lái)看，滄州市土壤含水率的變化規(guī)律同季節(jié)和降水量的變化規(guī)律一致，5、6月份的土壤含水率最低，7、8月份的土壤含水率最高；秋季的土壤含水率高于春季的土壤含水率。②從年際角度來(lái)看，滄州市土壤含水率的變化受降水因素的影響十分明顯，2019年的土壤含水率為近5年來(lái)最低，原因?yàn)?019年的降水量也是最低的。③從空間角度來(lái)看，滄州市土壤含水率的分布規(guī)律大致為西高東低，北高南低。

文章通過(guò)對(duì)滄州市土壤含水率的研究分析，揭示了該地區(qū)內(nèi)土壤墑情時(shí)空變化的規(guī)律，為在實(shí)際工作中開(kāi)展土壤墑情的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供了依據(jù)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及合理利用水資源也具有一定的指導(dǎo)作用。

在實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)所掌握的土壤墑情變化規(guī)律，結(jié)合降水、蒸發(fā)、氣溫等因素，及時(shí)對(duì)即將發(fā)生的干旱或洪澇災(zāi)害提出預(yù)警并提前做好應(yīng)對(duì)措施，對(duì)已經(jīng)發(fā)生的干旱或洪澇災(zāi)害及時(shí)做出合理的應(yīng)對(duì)方法。當(dāng)出現(xiàn)干旱的趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行灌溉或是進(jìn)行人工增雨；合理調(diào)度水資源，做到既能緩解旱情，又能節(jié)約水資源。