自然狀態(tài)土壤不同層次水分動態(tài)變化分析

（石河子氣象局，新疆 石河子 832000）

1 概況

本研究土壤水分觀測地段位于烏蘭烏蘇農(nóng)業(yè)氣象試驗站觀測場附近，常年未耕作，未灌溉，屬于自然狀態(tài)下的土地。從該地段采集的土壤水分數(shù)據(jù)由河南氣象科研所生產(chǎn)的Gstar-1型土壤水分自動監(jiān)測儀器采集，該儀器是一種利用頻域反射法原理來測定土壤體積含水量的自動化測量儀器，每間隔1 h采集1次數(shù)據(jù)，以提高觀測數(shù)據(jù)的時空密度[1]。觀測數(shù)據(jù)包括0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～50 cm、50～60 cm、60～80 cm和80～100 cm共8個不同深度層次的土壤重量含水率。本文統(tǒng)計了2015—2017年各層次逐日、逐旬、逐月和逐年的平均值，分析了各層次土壤水分的時間變化規(guī)律及其與降水量的關(guān)系。

2 土壤水分變化規(guī)律分析

土壤水分觀測數(shù)據(jù)按每10 d為1旬，一年有36旬來統(tǒng)計。結(jié)果顯示，不同層次土壤水分在各旬變化規(guī)律不同，但總體趨勢是1～2月的每旬各層的土壤水分都穩(wěn)定少變（見圖1），可能是積雪覆蓋下凍土穩(wěn)定的原因。3月份積雪凍土開始融化，水分下滲，各層的土壤水分值開始增大，除深層的60～80 cm和80～100 cm增幅較小外，其他層次增幅較大。4月份以后各層次土壤水分變化趨勢不同，淺層的0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm從4～9月基本呈下降趨勢，10～11月又緩慢上升，12月又下降至一個較穩(wěn)定的值；中層和深層的40～100 cm各層從6月份之后一直呈下降趨勢，深層的60～80 cm和80～100 cm降幅比較小，中層的40 cm降幅比較大，進入12月趨于穩(wěn)定?？偟膩碇v，在積雪覆蓋、凍土穩(wěn)定的冬季（12月至來年2月），自然狀態(tài)下的土壤各層水分變化不大，趨于穩(wěn)定，不受降水影響。3～11月因積雪融化或降水各層次土壤水分有較明顯變化，淺層變化幅度大，深層變化幅度小。

圖1 各層土壤水分及旬降水量變化曲線

2.1 淺層土壤水分的季節(jié)變化

從圖1可以看出，淺層的0～10 cm土壤水分含量平均最小值3.7%出現(xiàn)在9月下旬（降水量較少的季節(jié)），10月份降水量增多，0～10cm土壤水分含量也增大，到11月中旬時達12.5%，11月下旬進入冬季，隨著凍土層的加深和積雪覆蓋厚度的增大，0～10 cm土壤水分含量逐漸減小至一個穩(wěn)定少變的值，直至來年開春積雪融化時迅速增大，最大值16.7%出現(xiàn)在3月中旬 （積雪融化的季節(jié)），3月下旬開始減小，遇有量降水時略有回升，之后又開始下降。從3月下旬到9月下旬呈振動式下降，全年平均值8.2%。

淺層的10～20 cm土壤水分含量平均最小值2.0%出現(xiàn)在1月和2月上旬（積雪穩(wěn)定覆蓋，凍土較深的季節(jié)），到3月份積雪融化時開始增大，最大值16.4%出現(xiàn)在3月下旬，增大的速度滯后于0～10 cm土層。從4月上旬開始逐漸減小，到9月下旬（4.9%）一直緩慢下降。10月份降水量開始增多，10～20 cm土壤水分含量也緩慢增大，到11月下旬時達10.4%，12月上旬隨著凍土層的加深，積雪覆蓋的厚度增大，10～20 cm土壤水分含量逐漸減小至一個穩(wěn)定少變的值，直至來年開春積雪融化時迅速增大，全年平均值8.7%。

淺層的20～30 cm土壤水分含量平均最小值3.3%出現(xiàn)在1月上中旬（積雪穩(wěn)定覆蓋下凍土較深的季節(jié)），到3月積雪融化時開始增大，最大值16.4%出現(xiàn)在4月下旬，增大的速度滯后于0～20cm土層。從5月上旬開始逐漸減小，到10月下旬（7.1%）一直緩慢下降。雖然10月份降水量開始增多，但20～30cm的土壤水分含量到11月上旬時才開始增大，到12月上旬時達10.1%，12月中旬隨著凍土層的加深和積雪覆蓋厚度的增大，20～30 cm土壤水分含量又開始逐漸減小至一個穩(wěn)定少變的值，直至來年開春積雪融化時迅速增大，全年平均值10.1%。

2.2 中層土壤水分的季節(jié)變化

從圖1可以看出，中層的30～40 cm土壤水分含量平均最小值4.1%出現(xiàn)在1月上、中旬（積雪穩(wěn)定覆蓋下凍土較深的季節(jié)），到3月份積雪融化時開始增大，在4月下旬達17.9%，增大的速度滯后于20～30 cm土層，5月上旬開始減小，6月上旬又開始增大，達最大值18.8%，6月中旬到11月中旬（7.6%）一直緩慢下降，雖然10月份降水量開始增多，但30～40 cm的土壤水分含量到11月下旬時才開始緩慢增大，到12月中旬時達8.2%，之后趨于穩(wěn)定少變，全年平均值10.8%。

中層的40～50 cm土壤水分含量平均最小值8.8%出現(xiàn)在1月上中旬（積雪穩(wěn)定覆蓋下凍土較深的季節(jié)），2月上旬就開始緩慢增大，到6月上旬達最大值23.8%，6月中旬到12月上旬（11.6%）一直緩慢下降，12月中旬略有增大（12.0%），到12月下旬時又開始減小，全年平均值15.1%。該層的水分基本上一直比其他層次的多。

中層的50～60 cm土壤水分含量平均最小值7.3%出現(xiàn)在2月中旬，2月下旬就開始緩慢增大，到6月上中旬時達最大值18.6%，6月下旬后一直緩慢下降，到2月中旬出現(xiàn)最小值，全年平均值12.9%，該層土壤水分含量僅比中層的40～50 cm小。

2.3 深層土壤水分的季節(jié)變化

從圖1可以看出，深層的60～80 cm土壤水分含量平均最小值6.3%出現(xiàn)在1月中旬和2月中旬，1月和2月的土壤水分含量變化僅有0.2%，到3月上旬開始緩慢增大，6月中旬達最大值17.0%，6月下旬到12月上旬一直緩慢下降，之后趨于穩(wěn)定少變，全年平均值11.2%。

深層的80～100 cm土壤水分含量平均最小值4.7%出現(xiàn)在1月中下旬，1月至3月中旬土壤水分含量變化僅有0.4%，到3月下旬開始緩慢增大，6月下旬達最大值11.1%，7月上旬到12月下旬一直緩慢下降，之后趨于穩(wěn)定少變，全年平均值7.3%。

3 小結(jié)

（1）自然狀態(tài)下的土壤各層水分冬季（12月至2月）最小，且變幅小，春、夏季較大，秋季較??；（2）自然狀態(tài)下的土壤中層40～60 cm水分保持較好，50 cm土層水分最大，60 cm土層水分次之；（3）淺層的土壤水分年和季的變化幅度較大，對降水量的響應(yīng)較快，深層的土壤水分年和季的變化幅度較小，對降水量的響應(yīng)較慢。