玉林土壤濕度變化特征分析

陸小林 陳玉琪 陳明惠 楊延志

（1.廣西玉林市氣象局，廣西 玉林市537000；2.安徽淮北市氣象局，安徽 淮北市235000）

玉林市屬南亞熱帶季風氣候，氣候暖熱，雨水充沛。近年來隨著氣候變暖，極端天氣頻繁發(fā)生，降水時空分布不均勻，旱澇時有發(fā)生。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，田間精細化管理成為趨勢，適宜的土壤水分對制定作物的灌溉計劃具有重要意義。土壤墑情是反映農(nóng)作物受旱狀況的一項直接的重要指標，也是分析旱情演變規(guī)律和開展抗旱灌溉的重要依據(jù)［1］。掌握土壤墑情的變化規(guī)律，可以監(jiān)控灌溉指標出現(xiàn)的時機，確保其需水關鍵時期的水分供給、合理灌溉。前人對玉林干旱的研究表明［2，3］，僅限于降水量為分析對象，從土壤濕度出發(fā)的旱澇變化特征研究報道不多［4］。本研究可以彌補這方面的空缺，以期為玉林農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、作物布局、干旱預報以及農(nóng)業(yè)決策等提供依據(jù)，為玉林農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源和分析方法

土壤濕度資料取自玉林國家農(nóng)業(yè)試驗站2010-2018年0～50cm的土壤濕度觀測數(shù)據(jù)。觀測站位于緯度22.39°，經(jīng)度110.10°。每10 cm深度一個層次，0～40cm為粉砂土，40～50cm為粉粘土，地下水位≥2m，地形地貌及土壤基本代表當?shù)氐暮捣N作物地的水平。

同期的降水與蒸發(fā)資料取自玉林氣象基本站。

文中的表格圖形用Excel 2003整理制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤濕度年際變化特征

0～50cm土壤平均濕度與降水量、年蒸發(fā)量的年際變化如圖1所示。

由圖1可以看出，玉林市的土壤濕度總體上是下降的趨勢，9個年份里，只有兩年比上一年偏高，其他年份都是比上一年偏低或持平。土壤年平均濕度與年降水量的關系，前5年兩者上下波動趨勢一致，正響應比較明顯，后4年兩者關聯(lián)響應較差，2016-2018年甚至是負響應的走勢，2015-2018年平均濕度比2010-2014年降低了12%，而相應的降水量只減少了3%，下降并不明顯；土壤年濕度與年蒸發(fā)量的關系：蒸發(fā)量的年際變化總體上是增加的趨勢，2016-2018年的平均蒸發(fā)量比2010-2012年增加了13%，總體與土壤濕度是負效應的關系。

圖1 0～50cm土壤平均濕度與降水量、年蒸發(fā)量的年際變化

2.2 土壤濕度的月際變化與降水量和蒸發(fā)量的關系特征

2.2.1 土壤濕度的年內(nèi)變化規(guī)律及與降雨量和蒸發(fā)量的關系0～50cm土壤濕度的年內(nèi)變化規(guī)律、降雨量、蒸發(fā)量的月份變化，如圖2所示。

由圖2可見，土壤濕度（重量含水率）的走勢可以分為四個時段：1～4月的墑情平穩(wěn)期，5～8月高墑期、8～10月的急劇下降期和10～12月的低墑期。低墑期—平穩(wěn)期—高墑期的平均值分別為19.3%、20.7%、21.7%，從低谷值上升到高峰值要10個月，過程比較緩慢，即使是雨量增速最大的5月，土壤濕度也僅增加0.8%，相反從高峰值下降到低谷值，只需兩個月，過程比較急速，土壤濕度呈斷崖式的下降，降幅達到3.6%。兩個趨勢的明顯差別，應該是春季土壤平穩(wěn)期的平均相對濕度（82%）已經(jīng)接近飽和值（100%），使得土壤濕度的增速對降水量敏感度相對降低所致。

2.2.2 土壤濕度與降水量月際變化的關系圖2顯示，土壤濕度整年走勢與降水量基本一致，但土壤濕度的峰值期明顯滯后于降水量的峰值期，7月后降水量已經(jīng)開始顯著的下降，而土壤濕度還在緩慢上升，并在8月達到峰值，峰值不同步是土壤的滲透速度所致的滯后性；土壤濕度與降水量谷值的出現(xiàn)同樣不一致，土壤濕度在10月已經(jīng)到年中最低點，而降水量谷值出現(xiàn)在2月份；從表1可知，土壤濕度與1～12月降水量的相關系數(shù)為0.6065，達到顯著相關，但與1～9月的相關系數(shù)升至0.8115，相關關系更為密切，說明秋后降水量對土壤濕度的影響開始減弱。

2.2.3 土壤濕度與蒸發(fā)量月際變化的關系圖2顯示，蒸發(fā)量的走勢，從1月開始一直是逐月升高，于8月達到年內(nèi)峰值，7～10月是年內(nèi)蒸發(fā)量最高的時段，因此可推測，土壤濕度10月出現(xiàn)谷值的原因是降水量大幅的減少的同時，蒸發(fā)量卻還維持峰值附近，雙重因素的疊加影響所造成。10月至翌年2月土壤濕度沒有與降水量繼續(xù)走低，則是同期的蒸發(fā)量隨溫度的下降而下降并維持在低位導致。從表1可見，土壤濕度在多雨的季節(jié)（5～8月）主要是受降水量影響，在少雨的10月～翌年4月，與蒸發(fā)量則是極顯著的負相關關系，此時蒸發(fā)量成為影響土壤濕度的最主要因素。

圖2 0～50cm土壤濕度與降水量、蒸發(fā)量月際變化

表1 土壤濕度與雨量和蒸發(fā)量的相關系數(shù)

2.3 不同深度土壤濕度的月際變化特征

2.3.1 土壤濕度的垂直變化特征由圖3、圖4可見，不同深度的土壤濕度與相對濕度月份變化趨勢如圖3所示。可以看出，不同深度的土壤重量含水率，由上到下是增大的趨勢；土層越深處，土壤水分變化幅度越小，越淺處，土壤水分變化幅度越大，10cm波動最大，年內(nèi)振幅達到5.6%；50cm最小，振幅只有2.6%，土壤濕度曲線變化比較平穩(wěn)；各層土壤濕度年內(nèi)的上下波動基本一致，谷值都出現(xiàn)在10月，但是10cm和50cm峰值的出現(xiàn)與其他深度層有時間差：50cm于6月已經(jīng)出現(xiàn)最高點，10cm出現(xiàn)在7月，其他三個層次出現(xiàn)在8月。土壤相對濕度是土壤重量含水率與田間持水量百分比的表示，圖3中各層土壤的相對濕度走勢圖，更直觀的反應了各層土壤水分的季節(jié)盈虧變化：五個層次土壤的月平均相對濕度全年都在65%～90%之間，基本上保持高墑情的水分含量，淺表層（0～10cm）的相對濕度振幅最大，最高值（90%）和最低值（65%）都出現(xiàn)在淺表層，說明淺表層最容易出現(xiàn)旱澇災害，50cm的相對濕度全年基本穩(wěn)定在80%以上，10～40cm的三個深度只有10月低于80%。

圖3 0～50cm土壤重量含水率的季節(jié)變化

圖4 0～50cm土壤濕度的季節(jié)變化

2.3.2 不同深度土壤干旱的月際分布特征0～50cm土壤的旱情季節(jié)分布如圖5所示。圖5是以國家干旱的標準-土壤濕度≤60%為干旱界限，結(jié)合不同作物的根系深度，分析淺（0～10cm）、中（0～30cm）、深（0～50cm）三個層面的干旱季節(jié)分布特征。由圖4可見，淺中深層的干旱基本上都出現(xiàn)在秋冬春季，秋冬干旱比春干旱偏多偏重，淺表層至深層出現(xiàn)旱情的概率是：表層＞中層＞深層，直至深層的干旱主要集中出現(xiàn)在9～10月，其中10月是旱情最高發(fā)的月份，淺表層出現(xiàn)的概率為78%，中層是44%，深層是22%，春季的干旱主要發(fā)生在淺中層土壤，旱情相對較輕。

圖5 0～50cm土壤的旱情季節(jié)分布

3 小結(jié)

3.1玉林市的土壤濕度年際變化總體上是下降的趨勢，與降水量年際變化響應不明顯，隨著氣候變暖，氣溫升高，蒸發(fā)量對土壤墑情的年際變化影響越來越明顯，蒸發(fā)量總體與土壤濕度是負效應的關系。

3.2土壤濕度有鮮明的季節(jié)變化［5］，有明顯的高墑期（5～8月）與低墑期（10～12月）。降水量與蒸發(fā)量是影響土壤濕度的兩大氣象因子，其中降水量是影響土壤濕度季節(jié)變化的最直接因素［6］，兩者有顯著的正相關關系，但影響土壤濕度的氣象因素會因季節(jié)變化，影響程度有所不同，1～9月土壤濕度主要受降水量的影響，10月至翌年4月蒸發(fā)量則成為影響土壤濕度的主要因素。

3.3不同深度土壤濕度，由淺入深是遞增的趨勢，深度越深土壤含水量越大［7］，淺表層波動最大，隨土壤深度增加逐漸減小，深層濕度比較穩(wěn)定。淺中層比較容易發(fā)生旱情，主要發(fā)生在秋冬春季，其中秋季（9～11月），因蒸發(fā)量大、降水量少，是重旱情的主發(fā)時段，干旱會直達深層。

3.4依據(jù)土壤濕度受氣象因素影響隨季節(jié)變化的特點，農(nóng)作物的田間水分管理，多雨時節(jié)（5～8月），由于墑情高位，雨后應及時開溝排水，避免漬害發(fā)生；10月至翌年4月，墑情主要受蒸發(fā)量的影響，可采用薄膜禾桿等覆蓋表土保墑。本研究法論只適用于玉林市近年的氣候環(huán)境。