衡水市土壤墑情變化規(guī)律研究

袁子琦

衡水市土壤墑情變化規(guī)律研究

袁子琦

（河北省衡水水文勘測研究中心，河北 衡水 053000）

選取衡水市2017—2021年15個土壤墑情監(jiān)測站點的原始資料，結(jié)合同期的降水?dāng)?shù)據(jù)，計算5年內(nèi)土壤含水率的年平均值，發(fā)現(xiàn)降水量是影響年際土壤含水率變化的主要因素；計算出5年內(nèi)相同監(jiān)測時間的土壤含水率平均值、5年內(nèi)月平均土壤含水率，發(fā)現(xiàn)年內(nèi)土壤含水率變化與降水量變化基本一致；將衡水市分為東北部、中部、西南部三個區(qū)域，計算各區(qū)域每個縣（市、區(qū)）的月平均土壤含水率，并與衡水市多年月平均土壤含水率對比，發(fā)現(xiàn)東北部土壤含水率高于西南部，中部土壤含水率居中。分析衡水市土壤墑情變化規(guī)律，有利于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、合理利用水資源等工作。

土壤墑情；土壤含水率；降水量；衡水市；變化規(guī)律

近年來，隨著全球氣候變暖、經(jīng)濟社會飛快發(fā)展以及人口的迅速增長，干旱災(zāi)害的影響范圍呈現(xiàn)出由貧水區(qū)擴展到豐水區(qū)、由部分地區(qū)延伸至全國的趨勢，干旱缺水引起的各種損失也越來越嚴(yán)重。衡水市作為一個典型的資源型缺水城市，畝均水資源量十分緊缺，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足農(nóng)業(yè)灌溉的需求，僅為76 m3/畝。但是衡水又是一個典型的以農(nóng)業(yè)為主的城市，主要種植小麥、玉米等高耗水農(nóng)作物，農(nóng)業(yè)灌溉是這兩種農(nóng)作物不同階段用水的主要來源，寶貴的地下水資源被大量消耗。高耗水作物的大面積種植，與水資源嚴(yán)重短缺的矛盾日益突出。全市用水量的80%用于農(nóng)業(yè)灌溉，只有在不影響農(nóng)作物正常生長的前提下減少農(nóng)業(yè)灌溉用水，才有可能從根本上改變衡水市水資源嚴(yán)重短缺的現(xiàn)狀。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，旱情管理系統(tǒng)準(zhǔn)確有效地對土壤含水量進行監(jiān)測、分析是推行精量灌溉技術(shù)、提高水資源利用率的基礎(chǔ)。而對一定范圍內(nèi)的土壤墑情進行實時監(jiān)測和預(yù)測預(yù)報，并依照其制定灌溉計劃、區(qū)域調(diào)水、配水方案，則是防旱抗旱的重要手段之一[1]。在日常工作中，應(yīng)該結(jié)合降水、農(nóng)業(yè)灌溉、蒸發(fā)、滲漏等因素，按照所掌握的土壤墑情變化規(guī)律，及時預(yù)報出即將發(fā)生的洪澇或者干旱災(zāi)害并提出應(yīng)對措施；對已經(jīng)發(fā)生的洪澇或干旱災(zāi)害及時找到解決措施。當(dāng)發(fā)現(xiàn)干旱的趨勢時，及時開展農(nóng)業(yè)灌溉或者人工增雨工作；合理調(diào)度水資源，做到既能緩解旱情，又能節(jié)約水資源。本文分析了近5年衡水市土壤墑情變化規(guī)律并進行原因分析，通過研究分析衡水市土壤墑情變化規(guī)律，揭示了研究區(qū)域土壤墑情隨時間、空間變化的規(guī)律，為現(xiàn)實工作中土壤墑情預(yù)報工作提供了依據(jù)，對農(nóng)業(yè)合理灌溉也有一定指導(dǎo)作用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

衡水市位于河北省東南部平原地區(qū)，處于東經(jīng)115°10′～116°34′，北緯37°03′～38°23′之間，南北方向最長距離為125.3 km，東西方向最寬距離為98.1 km，衡水市行政區(qū)域面積8815 km2。東部與滄州市和山東省德州市毗鄰，西部與石家莊市接壤，南部與邢臺市相連，北部同保定市和滄州市交界。流經(jīng)衡水境內(nèi)有滹沱河、滏陽河、滏陽新河、滏東排河、南運河等9條較大河流。

衡水市屬大陸季風(fēng)氣候，為溫暖半干旱型氣候類型。春季干旱少雨，夏季潮濕悶熱，秋季秋高氣爽，冬季雨雪稀少，年平均氣溫13.0℃。全國第二次土壤普查顯示，衡水市共有3個土綱，4個土類，7個亞類，26個土屬，111個土種。面積最大為潮土土類。衡水市潮土亞類，是農(nóng)用土地的主要土壤類型。該地區(qū)土層深厚，主要為輕壤土，也有部分黏質(zhì)土和砂質(zhì)土，質(zhì)地豐富多樣[2]。

1.2 土壤墑情監(jiān)測情況

衡水市共有15個土壤墑情監(jiān)測站，且站點分布均勻，每個縣（市、區(qū)）均有監(jiān)測站點。監(jiān)測時間為每年的3月至11月，常規(guī)監(jiān)測時間為每月的1日、11日、21日，遇到降水或者灌溉等特殊情況按要求進行加測。監(jiān)測內(nèi)容主要有土壤含水率、降水情況、地下水埋深以及作物生長情況等。每年的12月至次年的2月，田間土壤處于封凍期，所以不再進行監(jiān)測。

土壤含水率垂向布設(shè)測點的深度和數(shù)量，根據(jù)觀測點土層厚度、觀測目的、水文地質(zhì)條件等決定。研究區(qū)域土壤墑情監(jiān)測采用10 cm、20 cm、40 cm三點法。

1.3 土壤墑情計算方法

研究區(qū)域采用烘干稱重法進行土壤監(jiān)測。取30 g土樣裝入鋁盒內(nèi)稱重后，放入100～105℃的烘箱內(nèi)烘烤4 h以上，加蓋冷卻至室溫后再次進行稱重。根據(jù)計算出的樣本土壤含水率推求測點土壤平均含水率，計算公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤墑情年際變化規(guī)律研究

降水量是影響衡水市土壤含水率年際變化的主要因素，豐水年的土壤含水率遠(yuǎn)大于枯水年的土壤含水率?，F(xiàn)選取衡水市2017—2021年15個旱情監(jiān)測站的土壤含水率原始資料，通過計算得出10 cm、 20 cm、40 cm三個測深土壤含水率以及垂線平均土壤含水率的年平均值，并統(tǒng)計出衡水市2017—2021年的年平均降水量，進行對比分析，并繪制相關(guān)變化圖，詳細(xì)見圖1。

圖1 衡水市2017—2021年平均土壤含水率及降水量變化

由圖1可以看出，降水量對衡水市土壤含水率年際變化的影響十分明顯。2017—2020年土壤含水率變化相對穩(wěn)定，2018年開始土壤含水率有所下降，2019年達到五年內(nèi)最低值，之后2020年開始逐漸變大，年降水量變化趨勢與之相同。2021年土壤含水率明顯增大，為五年來最高，10 cm、20 cm、40 cm測深以及垂線平均土壤含水率分別為21.78%、20.32%、20.97%、21.03%。相應(yīng)的2021年衡水市降水量也為五年來最大，數(shù)值為840.00 mm，高于多年平均值63.4%。不同測深土壤含水率不同主要是由于土壤墑情具有明顯的剖面層次性差異，受氣候、作物、農(nóng)業(yè)措施的影響所致。由此可得出結(jié)論，衡水市土壤含水率年際變化趨勢與降水量變化趨勢基本一致。

2.2 土壤墑情年內(nèi)變化規(guī)律研究

衡水市年內(nèi)土壤含水率變化主要影響因素有降水、蒸發(fā)、滲漏以及灌溉，其中降水影響最為明顯[3]?，F(xiàn)選取衡水市2017—2021年15個旱情監(jiān)測站的土壤墑情原始資料，先后算出每個測次的土壤含水率平均值、每月的土壤含水率平均值、月平均降水量，進行對比分析，并繪制10 cm、20 cm、40 cm以及垂線平均含水率及降水量變化圖，詳見表1、圖2。

表1 衡水市2017—2021年平均土壤含水率

由表1、圖2可以看出，10 cm、20 cm、40 cm測深以及垂線平均土壤含水率在年內(nèi)逐月變化規(guī)律基本一致。3—6月份降水量逐月增加，但土壤含水率卻呈降低趨勢。這是因為雖然降水量逐漸增加，但降水量并不大，仍處于相對較低的水平，并且蒸發(fā)量隨著氣溫的升高越來越大，蒸發(fā)造成的失墑并不能完全由降水引起的增墑彌補，因此3—6月份土壤含水率逐漸降低。6月上旬的土壤含水率達到了全年最低值，10 cm、20 cm、40 cm埋深以及垂線平均土壤含水率分別為12.79%、12.74%、14.01%、13.08%。進入主汛期后，7、8月份的雨量大幅度增大，降水總量為280.40 mm，占全年總降水量的53.88%，土壤含水率也隨著降水量的增加迅速增大，8月下旬就已經(jīng)達到全年最高值，10 cm、20 cm、40 cm埋深以及垂線平均土壤含水率分別為23.95%、22.18%、22.10%、22.83%。9月份開始，降水量逐漸變小，土壤含水率也逐漸變小，但由于主汛期的積累使得9月初的土壤含水率仍處于一個相對較高的水平。雖然秋季土壤含水率呈降低趨勢，但總體來看依然比春季土壤含水率偏高。由于研究區(qū)域氣候特點，12月份開始土壤處于封凍狀態(tài)，蒸發(fā)量小，直至來年2月份，這期間土壤含水率基本變化不大，處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。根據(jù)2017—2021年期間11月21日和次年3月1日的原始數(shù)據(jù)，計算得出數(shù)值相差在±1.87以內(nèi)。

圖2 衡水市2017—2021年多年月平均土壤含水率及降水變化

2.3 土壤墑情空間變化規(guī)律研究

衡水市處于平原地區(qū)，由于降水量、灌溉情況、土壤類型以及農(nóng)作物種植等因素的影響，不同地區(qū)的土壤含水率變化情況也存在一定規(guī)律。所以，土壤墑情變化除時間變化規(guī)律外，也存在空間變化規(guī)律。

將衡水市2017—2021年15個墑情監(jiān)測站的原始資料匯總整理，按地域分布劃分為東北部（安平縣、饒陽縣、武強縣、阜城縣）、中部（深州市、武邑縣、景縣）、西南部（桃城區(qū)、冀州區(qū)、棗強縣、故城縣），計算出2017—2021年衡水市月平均土壤含水率以及各縣（市、區(qū)）月平均土壤含水率，并按分區(qū)繪制成過程線圖進行對比，詳見圖3、圖4、圖5。

圖3 衡水東北部縣（市區(qū)）多年月平均土壤含水率過程線

圖4 衡水中部縣（市區(qū)）多年月平均土壤含水率過程線

圖5 衡水西南部縣（市區(qū)）多年月平均土壤含水率過程線

由圖3可以看出，除阜城縣個別月份外，衡水市東北部各縣（市、區(qū)）月平均土壤含水率均高于平均值；由圖4可以看出，武邑縣月平均土壤含水率除個別月份外均略高于平均值，深州市月平均土壤含水率除個別月份外均略低于平均值，景縣月平均土壤含水率均略低于平均值，所以衡水市中部各縣（市、區(qū)）月平均土壤含水率與平均值相差不大；由圖5可以看出，除冀州區(qū)、棗強縣個別月份外，衡水市西南部各縣（市、區(qū)）月平均土壤含水率均小于平均值。

通過分析以上過程線圖可知，衡水市土壤含水率在空間上的變化規(guī)律大致為東北部最高、中部居中、西南部最低。分析為滹沱河生態(tài)引水、清涼江引黃入冀等引水工程使得地下水位回升，對土壤含水率有一定的積極影響。個別地區(qū)或者月份規(guī)律性不強，考慮為土壤類別、降水量、灌溉等因素影響。但總體不難看出，東北部土壤含水率高于西南部，中部含水率居中。

3 結(jié)論

通過整理、計算衡水市2017—2021年15個土壤墑情監(jiān)測站點的原始資料，從時間、空間兩個角度分析衡水市土壤墑情變化規(guī)律，得到以下結(jié)論：從年際角度分析，降水量是影響衡水市土壤墑情變化最明顯的因素；從年內(nèi)角度分析，衡水市土壤墑情的變化與年內(nèi)降水量的變化基本一致，土壤含水率最低的月份為5、6月份，最高的為7、8月份，春季的土壤含水率低于秋季土壤含水率；從空間角度分析，衡水市土壤含水率的變化規(guī)律為東北部高于西南部，中部居中。

[1] 張彥增,喬光建,崔希東.衡水市水文水資源分析與綜合利用[M].北京:中國水利水電出版社,2017.

[2] 王春澤,喬光建.河北水文基礎(chǔ)知識與應(yīng)用[M].北京:中國水利水電出版社,2012.

[3] 于廣英.衡水市土壤墑情變化特征分析[J].水科學(xué)與工程技術(shù),2015(1):19-21.

Analysis on Change Rule of Soil Moisture in Hengshui City

YUAN Ziqi

(Hengshui Hydrological Survey and Research Center of Hebei Province, Hengshui, Hebei 053000, China)

Based on the original data of 15 soil moisture monitoring stations in Hengshui from 2017 to 2021, combined with the precipitation data of the same period, the annual average value of soil moisture content in five years is calculated. It is found that precipitation is the main factor affecting the annual change of soil moisture content. The average soil moisture content in the same monitoring time in 5 years and the monthly average soil moisture content in 5 years are calculated. It is found that the change of soil moisture content is basically consistent with the change of precipitation in the year. Hengshui City is divided into three regions: the northeast, the central part and the southwest. The monthly average soil moisture content of each county (city, district) is calculated, and compared with the average monthly soil moisture content of Hengshui City in many years. It is found that the soil moisture content in the northeast is higher than that in the southwest, and the soil moisture content in the central part is in the middle. The analysis of the law of soil moisture change in Hengshui City is conducive to guiding agricultural production and rational use of water resources.

soil moisture; soil moisture content; precipitation; Hengshui City; change rule

10.3969/j.issn.1673-2065.2023.01.002

袁子琦，女，河北衡水人，工程師。

S152.7

A

1673-2065(2023)01-0006-05

2022-09-01

（責(zé)任編校：李建明 英文校對：李玉玲）