淮北平原冬小麥土壤相對濕度變化特征及其影響因素分析

董濤 胡勇 司巧靈

摘 要：為了給淮北平原冬小麥抗旱和節(jié)水灌溉工作提供參考依據(jù)，選取1992—2013年淮北平原冬小麥土壤相對濕度旬值和逐月降水、氣溫數(shù)據(jù)，分析土壤相對濕度的年際變化特征，采用相關(guān)分析方法探討不同土層土壤相對濕度與降水和氣溫的相關(guān)關(guān)系，并建立不同土層土壤相對濕度與降水和氣溫的回歸方程。結(jié)果表明：淮北平原冬小麥平均土壤相對濕度以每年0.19%的速度下降，10、20、50cm土層下降速度分別為每年0.08%、0.11%、0.31%。淮北平原冬小麥土壤相對濕度與降水呈正相關(guān)，10cm土層土壤相對濕度與降水相關(guān)性最強;與氣溫呈負相關(guān)，20cm土層土壤相對濕度與氣溫相關(guān)性最強;20cm土層土壤相對濕度與降水和氣溫的相關(guān)性最強。

關(guān)鍵詞：土壤相對濕度;降水;氣溫;相關(guān)性分析;淮北平原

中圖分類號 S152.7文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）05-0120-03

Abstract： The ten-day value of soil relative humidity， monthly precipitation and air temperature data of winter wheat in Huaibei Plain from 1992 to 2013 were selected， the interannual variation characteristics of soil relative humidity were analyzed， the correlation between soil relative humidity and precipitation and air temperature in different soil layers were discussed by using correlation analysis method， and the regression equations between soil relative humidity and precipitation and air temperature in different soil layers were established. The results showed that the average soil relative humidity of winter wheat in Huaibei Plain decreased at an annual rate of 0.19%， and the decreasing rates of 10cm， 20cm and 50cm were 0.08%， 0.11% and 0.31% respectively. There is a positive correlation between the relative humidity of winter wheat and precipitation in Huaibei Plain. The relative humidity of 10cm soil layer has the strongest correlation with precipitation and negative correlation with air temperature， and the relative humidity of 20cm soil layer has the strongest correlation with air temperature. The correlation between soil relative humidity and precipitation and air temperature is the strongest in 20cm soil layer， which can provide reference for water-saving irrigation and drought relief of winter wheat in Huaibei Plain.

Key words： Soil relative humidity; Precipitation; Temperature; Correlation analysis; Huaibei Plain

土壤相對濕度是指土壤含水量與田間持水量的百分比，主要受到降水、氣溫、植被類型及地形條件等因素的影響[1]。根據(jù)土壤相對濕度可以知道土壤含水的程度，對于抗旱和灌溉工作具有重要的參考價值。隨著人類經(jīng)濟社會的發(fā)展，氣候變化顯著[2-4]，其可能引發(fā)的干旱對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響巨大[5-6]。土壤相對濕度是表征農(nóng)業(yè)旱情的一個綜合指標，是植物生產(chǎn)發(fā)育過程中重要的影響因子[7]，掌握其動態(tài)變化特征及其與有關(guān)因素的相關(guān)關(guān)系，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有一定的指導意義。王富強等[7]采用相關(guān)分析和偏相關(guān)分析方法對鄭州市土壤相對濕度的變化情況進行了分析，并探討了該地區(qū)土壤相對濕度與降水、氣溫的相關(guān)關(guān)系。王瑩等[8]研究了遼西地區(qū)春季土壤相對濕度變化特征，并分析了其與底墑、前秋降水、前冬80cm地溫和同期降水的相關(guān)性。潘漢雄等[9]運用地統(tǒng)計方法分析中國耕地土壤相對濕度時空分異特征與規(guī)律。王素萍等[10]將前期氣象干旱要素引入到土壤相對濕度的相關(guān)分析中。由此可見，變化特征及其影響要素是土壤相對濕度重要的基礎(chǔ)研究方向。淮北平原是我國重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地之一，但干旱問題時常制約該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展。為此，筆者收集1992—2013年淮北平原冬小麥不同土層（10、20、50cm）土壤相對濕度和降水、氣溫數(shù)據(jù)，分析土壤相對濕度變化特征，并運用相關(guān)分析和偏相關(guān)分析研究其與降水、氣溫的相關(guān)關(guān)系，以期為淮北平原冬小麥抗旱、節(jié)水灌溉等提供參考。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源 土壤相對濕度和氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)（http：//data.cma.cn/），其中土壤相對濕度來源于農(nóng)氣資料中的《中國農(nóng)作物生長發(fā)育和農(nóng)田土壤相對濕度旬值數(shù)據(jù)集》，氣象數(shù)據(jù)來源于地面資料中的《中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集（V3.0）》。淮北平原監(jiān)測站點有1992—2013年完整的冬小麥逐旬（10—12月，次年1—5月）土壤相對濕度（10、20、50cm）數(shù)據(jù)，選取這22年淮北平原的冬小麥土壤相對濕度、降水、氣溫數(shù)據(jù)進行研究。

1.2 研究方法

1.2.1 相關(guān)分析 相關(guān)分析就是研究2個或2個以上處于同等地位的隨機變量間的相關(guān)關(guān)系以及用一定函數(shù)來表達現(xiàn)象相互關(guān)系的統(tǒng)計分析方法[7]。

式中：R為變量x與y的相關(guān)系數(shù);n為變量x、y觀測值的數(shù)量;xi為變量x的第i個觀測值，[x]為變量x的平均值;yi為變量y的第i個觀測值，[y]為變量y的平均值。

1.2.2 偏相關(guān)分析 偏相關(guān)分析是在多變量的情況下，當控制其他變量影響后，研究2個變量間的直線相關(guān)程度[6]。

式中：z為控制變量;rx，y，z為控制變量z時變量x與y的偏相關(guān)系數(shù);rx，y為變量x與y的相關(guān)系數(shù);rx，z為變量x與z的相關(guān)系數(shù);ry，z為變量y與z的相關(guān)系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 淮北平原冬小麥土壤相對濕度的變化特征

2.1.1 年際變化特征 利用1992—2013年淮北平原冬小麥土壤相對濕度10、20、50cm的旬數(shù)據(jù)，計算出0～50cm年平均土壤相對濕度。由圖1可知：（1）1992—2004年淮北平原冬小麥年平均土壤相對濕度波動較大，2004年以后波動幅度減小，但普遍低于往年值;（2）1995年出現(xiàn)驟降，其原因是1994年春夏旱接秋旱，時長7個月，影響范圍遍及整個淮北平原，2003年上升顯著主要是受當年淮北平原洪澇災害影響;（3）1992—2013年淮北平原冬小麥年平均土壤相對濕度呈顯著下降趨勢，傾向率為-0.19%/年，說明淮北平原冬小麥的土壤逐漸變干;（4）1992—2006年的土壤相對濕度呈上升趨勢，傾向率0.0012%/年，之后傾向率為負值，呈下降趨勢。為進一步分析其變化情況，作M-K突變檢驗如圖2所示。由圖2可知，淮北平原冬小麥年平均土壤相對濕度在2007年左右發(fā)生突變。

2.1.2 不同土層變化特征 由圖3可知：10、20、50cm土層土壤相對濕度分別為72.1%～86.4%、76.7%～88.8%、80.0%～92.1%，說明土壤層越深，土壤相對濕度值越大;10cm和20cm土層土壤相對濕度最大的年份均為2003年，50cm土層土壤相對濕度最大的年份為1998年;10、20、50cm土層土壤相對濕度呈減小趨勢，傾向率為-0.08%/年、-0.11%/年、-0.31%/年，說明3個層次的土壤水分含量均在減少，呈逐年變干的趨勢。

2.2 淮北平原冬小麥土壤相對濕度的影響因素

2.2.1 土壤相對濕度與降水的相關(guān)性 為分析淮北平原冬小麥土壤相對濕度與降水的相關(guān)關(guān)系，利用冬小麥生育期（10—12月，次年1—5月）對應(yīng)的月降水數(shù)據(jù)，將其分別與不同土層土壤相對濕度建立回歸方程（表1）。由表1可知，土壤相對濕度與降水呈正相關(guān)，土壤相對濕度與10、20、50cm土層土壤相對濕度相關(guān)系數(shù)分別為0.1609、0.0032、0.0648，相關(guān)系數(shù)隨土層深度增加先減小后增大;10cm土層土壤相對濕度與降水間的相關(guān)性最強，50cm次之，20cm相關(guān)性最弱。由此可見，淮北平原冬小麥10cm淺層土壤相對濕度受降水影響更明顯，大于10cm的土層土壤相對濕度與降水的相關(guān)性較弱。

2.2.2 土壤相對濕度與氣溫的相關(guān)性 為分析淮北平原冬小麥土壤相對濕度與氣溫的相關(guān)關(guān)系，分別將不同土層（10、20、50cm）平均土壤相對濕度與冬小麥生育期內(nèi)平均氣溫進行相關(guān)分析，建立回歸方程（表2）。由表2可知，土壤相對濕度與氣溫呈負相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)的絕對值隨土層深度增加先增大后減小;20cm土層土壤相對濕度與氣溫負相關(guān)性最強，其次為50cm土層。

2.2.3 土壤相對濕度與降水和氣溫的偏相關(guān)分析 為了只分析淮北平原冬小麥不同土層土壤相對濕度與降水之間的相關(guān)關(guān)系，不考慮氣溫對土壤相對濕度和降水的影響，采用偏相關(guān)分析方法分析單獨2個變量間的聯(lián)系。將不同土層土壤相對濕度和降水數(shù)據(jù)導入SPSS 25統(tǒng)計軟件，土壤相對濕度與氣溫間的偏相關(guān)分析同理可得，結(jié)果如表3所示。由表3可知，土壤相對濕度與降水的偏相關(guān)系數(shù)偏均大于相關(guān)系數(shù)，土層越深相關(guān)性越弱;土壤相對濕度與氣溫的偏相關(guān)系數(shù)絕對值也均大于相關(guān)系數(shù)絕對值，偏相關(guān)系數(shù)絕對值先增大后減小，20cm土層土壤相對濕度與氣溫負相關(guān)性最強。

2.2.4 二元回歸分析 為了分析降水和氣溫對土壤相對濕度的共同影響，利用SPSS 25軟件作二元線性回歸分析（通過了0.05顯著性檢驗），結(jié)果如表4所示。由表4可知，20cm土層土壤相對濕度與降水和氣溫的關(guān)系更密切，復相關(guān)系數(shù)隨土層深度增加先增大后減小。

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明：淮北平原冬小麥年平均土壤相對濕度（1992—2013年）呈下降趨勢，傾向率為-0.19%/年;10、20、50cm土層土壤相對濕度呈下降趨勢，傾向率分別為-0.08%/年、-0.11%/年、-0.31%/年，表明淮北平原冬小麥土壤呈變干趨勢。淮北平原冬小麥不同層次（10、20、50cm）土壤相對濕度與降水呈正相關(guān)關(guān)系，10cm土層土壤相對濕度與降水關(guān)系最密切;與氣溫呈負相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性隨土層深度增加先增大后減小，20cm土層土壤相對濕度與氣溫關(guān)系最明顯;20cm土壤相對濕度與降水和氣溫的相關(guān)性最大。

本研究運用相關(guān)分析方法定量分析了淮北平原冬小麥不同土層土壤相對濕度的變化特征，并分析了其與降水和氣溫的相關(guān)關(guān)系，可為淮北平原抗旱減災、農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉等工作提供參考。今后可考慮研究其他土壤或作物類型、其他氣象要素等對土壤相對濕度的影響，以期為區(qū)域抗旱預警和節(jié)水灌溉工作提供更全面的依據(jù)。

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（責編：徐世紅）