滄州市近五年來土壤墑情變化規律研究

回鳳林

(河北省滄州水文勘測研究中心，河北 滄州 061000)

1 概況

1.1 研究區域概況

滄州市地處河北省東南部，東臨渤海，南界山東，北與廊坊、天津為鄰，西、西南與保定、衡水相接，位于北緯37°28′～38°57′、東經115°42′～117°50′，南北長約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，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候。春季干燥多風，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，年內分配不均，80%的降水量集中在6—9月份，地區分布自西向東逐漸增大。多年平均水面蒸發量1 180.60 mm。土壤類型主要以粉土、砂粉土、黏土、黏壤土等類型為主。主要種植農作物為小麥、玉米、棉花、大豆、油菜、高粱、花生等。

1.2 土壤墑情監測概況

滄州地區的土壤墑情監測日期在2016年以前是每年的3—6月、9—11月，每月的1日、11日、21日進行常規監測，汛期的7、8月份不監測，如遇特殊情況則按要求進行加測；而在2016年及以后土壤墑情監測期為每年的3—11月，每月的1日、11日、21日進行常規監測，如遇特殊情況則按要求進行加測。為了便于分析計算，文章選取滄州市2016—2020年5年的20個旱情監測站的土壤墑情監測資料進行研究分析。20個旱情監測站分布均勻，每個縣(市)至少有1個站點，站點分布符合布設原則，因此所選資料可進行分析研究。

由于12月至次年2月為封凍期，因此不再監測。每次監測取樣深度均為10.00、20.00、40.00 cm三個不同深度，每個深度又采集2個樣本，采用烘干法進行測量，同時觀測降水、灌溉、地下水埋深及作物生長情況。3層平均土壤含水率采用如下公式計算得出：

(1)

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

2 土壤墑情隨時間變化規律研究

2.1 年內變化分析

土壤含水率在年內的變化主要是受季節性降水的分布不均、土壤質地和地表植被的生長發育狀況共同影響，其中降水影響最為顯著。為了分析滄州市土壤墑情年內變化規律，文章選取滄州市20個旱情監測站2016—2020年的土壤墑情觀測資料，整理、計算出土壤重量含水率每次、每月的平均值，同時計算出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間變化的曲線。詳見表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隨時間變化的趨勢基本一致。3—6月降水量逐月增加，但土壤含水率逐漸減小，這是因為雖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量越來越大，降水對土壤墑情的增加并不能彌補蒸發造成的失墑，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%，這是因為與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相對較高的水平，雖然土壤含水率逐漸減小，但是總的來說秋季的土壤含水率依然高于春季的土壤含水率。12月進入封凍期，氣溫低、蒸發小，土壤含水率保持在一個相對穩定的范圍內，基本上變化不大。根據2016—2020年5年內封凍前11月21日與次年解凍后3月1日的監測數據分析得出，封凍期內土壤含水率變化不大，基本上相差在±1.60以內。

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律，選取滄州市20個旱情監測站2016—2020年的土壤墑情觀測資料，分析、計算出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，結合2016—2020年的全市年平均降水量，進行對比分析，并繪制出相應的曲線。詳見表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年來最低。相應的2019年的土壤含水率也是近5年來最低，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，基本上相差不大，至2019年達到近5年來的最低點；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基本上與降水量的變化趨勢一致。

3 土壤墑情空間變化規律研究

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

對滄州市20個土壤墑情監測站連續5年的監測資料進行計算匯總，并按地域劃分為西部(任丘市、肅寧縣、河間市、獻縣、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)，分別將地域分區內各縣(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程線圖

圖4 滄州東部縣(市)多年月平均土壤含水率過程線圖

圖5 滄州南部縣(市)多年月平均土壤含水率過程線圖

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，土壤含水率是略高于平均值的。

經對比分析可知，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，個別站點及月份規律性不強。但總體上來看，西部地區的土壤含水率高于東部地區；北部地區的土壤含水率高于南部地區。

4 結論及意義

通過對滄州市2016—2020年20個站點的土壤墑情觀測資料進行整理、計算，分析土壤墑情隨時間、空間的變化規律，得出以下結論：①從年內角度來看，滄州市土壤含水率的變化規律同季節和降水量的變化規律一致，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年來最低，原因為2019年的降水量也是最低的。③從空間角度來看，滄州市土壤含水率的分布規律大致為西高東低，北高南低。

文章通過對滄州市土壤含水率的研究分析，揭示了該地區內土壤墑情時空變化的規律，為在實際工作中開展土壤墑情的預測預報提供了依據，對農業生產及合理利用水資源也具有一定的指導作用。

在實際工作中，應根據所掌握的土壤墑情變化規律，結合降水、蒸發、氣溫等因素，及時對即將發生的干旱或洪澇災害提出預警并提前做好應對措施，對已經發生的干旱或洪澇災害及時做出合理的應對方法。當出現干旱的趨勢時，應及時對農作物進行灌溉或是進行人工增雨；合理調度水資源，做到既能緩解旱情，又能節約水資源。