大興安嶺東麓耕地土壤含水量變化規律分析

張連云張培青烏仁其其格張安臣肖健

(1.呼倫貝爾市農牧技術推廣中心，內蒙古 海拉爾 021008；2.呼倫貝爾學院，內蒙古 海拉爾 021008)

位于大興安嶺東麓中段的扎蘭屯市、阿榮旗和莫旗是內蒙古自治區糧食重點產區，更是國家重要商品糧基地，其中莫旗年均糧食產量穩定在17.5億kg，連續17a被農業農村部評為“全國糧食生產先進縣”。扎蘭屯市、阿榮旗和莫旗主要種植作物有大豆、玉米、水稻、小麥、馬鈴薯、雜糧等。各旗市耕地類型多為旱地，作物需水的直接來源是土壤水分,其多少直接影響作物的生長發育、產量和品質的形成[1,2]。土壤含水量受氣象、土壤、農業等多種因素共同影響,其監測結果可為農田灌溉提供依據[2,3]。研究土壤水分變化規律及其與降水、蒸發的關系，對農田合理灌水、防旱抗災具有重要意義[4,5]。

1 區域概況

扎蘭屯市位于內蒙古自治區東部、呼倫貝爾市南端，地處大興安嶺山脈的東麓中段、松嫩(遼)平原西側。海拔250～1706m，有山地、丘陵、平原和河谷4種地形單元。屬中溫帶大陸性季風氣候。氣候特點是太陽輻射較強，日照豐富，冬季漫長、嚴寒干冷；夏季短而溫熱，雨量集中，氣溫年、日較差大；春季升溫快，秋天氣溫劇降，積溫有效性高。主要有棕色針葉林土、暗棕壤、黑土、草甸土、沼澤土和水稻土6種土壤類型[6]。

阿榮旗位于呼倫貝爾市東南部，背倚大興安嶺，面眺松嫩平原，全境地貌呈中低山-丘陵漫崗地形。地勢由西北向東南呈階梯式下降，海拔由1149m逐漸過渡到198m。屬于溫帶大陸性半濕潤氣候，由于受地勢及植被的不同影響，溫度自南向北逐漸遞減，年平均氣溫1.7℃。年平均降水量458.4mm，主要集中在6—8月，占全年降水量的70%，年均蒸發量1455.3mm。無霜期90～130d[7]。

莫旗位于呼倫貝爾市最東部、大興安嶺東麓中段、嫩江西岸。全境地勢由西北向東南傾斜，平均海拔400m。有山丘、丘陵、平原3大地貌。屬中溫帶大陸性的季風氣候，無霜期平均115d，平均氣溫1.3℃。平均降水量在400～500mm[8]。

莫旗監測點土壤類型以暗棕壤為主，阿榮旗監測點土壤類型主要是黑土，扎蘭屯市監測點土壤類型多為草甸土。

2 監測資料

整編了大興安嶺東麓2014—2019年的土壤墑情和氣象資料。土壤含水量數據來自扎蘭屯市、阿榮旗和莫力達瓦旗15個墑情監測點的監測資料。降水量、蒸發量資料均來自呼倫貝爾市氣象局。其中阿榮旗、莫旗蒸發量數據有殘缺，其余數據完整。

土壤含水量取樣工作于4月下旬開始，每月10日、25日進行。取樣深度為0～20cm和20～40cm 2個層次，每個層次取3次重復，取平均值作為該樣點該層次的最終含水量，用烘干法計算。監測日遇到降雨時，延后取樣。進入冬季土壤表層封凍后停止取樣。

3 土壤含水量變化規律分析

3.1 空間變化

繪制大興安嶺東麓扎蘭屯市、阿榮旗和莫旗3個土壤墑情監測站0～20cm和20～40cm 2個土層月平均土壤含水量變化圖，見圖1。

圖1 各監測站不同土層土壤含水量月變化

3.1.1 水平空間變化

從圖1可以看出，莫旗0～20cm和20～40cm 2個土層月均土壤含水量明顯均高于扎蘭屯市和阿榮旗，而扎蘭屯市和阿榮旗土壤含水量接近，扎蘭屯市略高于阿榮旗。土壤含水量受降水、蒸發影響較大。扎蘭屯市、莫旗月均降水量高于阿榮旗，且阿榮旗月均蒸發量大于扎蘭屯市。土壤含水量還受土壤類型影響。北部的莫旗監測點土壤類型以暗棕壤為主，而中部的阿榮旗監測點土壤類型以黑土為主。大興安嶺山地暗棕壤帶年平均溫度-1～2℃，濕潤度0.8～1.0；黑土帶年平均溫度0～2.5℃，年降水量濕潤度0.65～0.8[9]。整體看來，大興安嶺東麓中段土壤含水量總體北部較高，中部和南部較低。

3.1.2 垂直空間變化

表1 不同深度土層土壤含水量統計

表1列出了扎蘭屯市、阿榮旗和莫旗3個監測站不同深度土層的土壤含水量。結合圖1可看出，同一監測站深層(20～40cm)土壤含水量的平均值均略高于表層土壤(10～20cm)含水量平均值，且扎蘭屯市、阿榮旗和莫旗表層土壤含水量變異系數也高于深層土壤。這是由于土壤含水量易受蒸發和降水2個氣象因素的影響，而0～20cm土壤由于接近地表，土壤含水量所受影響更明顯。

3.2 時間變化

3.2.1 土壤水分年際變化特點

匯總大興安嶺東麓各監測站年平均土壤含水量和各年的降水量數據，繪制年際土壤含水量和降水量曲線，見圖2，分析各站年平均土壤含水量隨時間變化趨勢。通過圖2可知，2017年扎蘭屯市、阿榮旗、莫旗3個監測站年降水量最低，分別為316.6mm、387.8mm和373.9mm，而當年各監測站土壤含水量也是歷年中最低。在降水量較高的2014年、2015年、2018年和2019年，各監測站0～20cm和20～40cm 2個土層的土壤含水量也高。土壤含水量的年際變化與降水量呈正相關。

圖2 各監測站土壤含水量和降水量的年際變化

圖3 2014—2019年扎蘭屯市含水量與蒸發量

根據整理的蒸發氣象資料，繪制扎蘭屯監測站年平均土壤含水量和歷年蒸發量曲線，如圖3所示。在蒸發量較低的2014年和2015年扎蘭屯市土壤含水量為歷年中較高值，分別為22.91%、23.64%，而在蒸發量最高的2017年，土壤含水量僅為18.6%。土壤含水量受地表蒸發的影響明顯。土壤含水量年際變化與蒸發量呈負相關。結合圖2和圖3可知，2014年、2015年扎蘭屯市降水量大、蒸發量小，土壤含水量高；而2017年扎蘭屯市降水量小、蒸發量大，土壤含水量低。

3.2.2土壤水分年內變化特點

圖4是大興安嶺東麓2014—2019年土壤含水量監測數據，以及嶺東月均降水、蒸發量變化圖。表2統計了大興安嶺東麓各季土壤含水量。大興安嶺東麓3月土壤尚未完全解凍，11月進入封凍期，監測區間為4—10月。春季(3—5月)地溫升高，積雪融化，土壤解凍初期，土壤含水量保持在封凍前水平，含水量都較高，墑情處于適宜水平。由于氣候原因，春季大風天氣多，氣溫快速升高，蒸發量變大，且春季少雨，春旱頻發，導致春季土壤含水量變異系數最大，達17.42%。夏季(6—8月)是全年降水的集中期，也是全年日均溫最高的時期，進入夏季后作物生長速度加快，植物蒸騰和地面蒸發愈發明顯，受多種因素影響土壤含水量變化強烈。入秋后氣溫降低，降水、蒸發、植物蒸騰及地面蒸發影響逐漸減小，土壤水分變化緩慢，且主要在土壤表層進行[8]，隨著氣溫的逐漸下降，土壤開始封凍，土壤含水量總體趨于穩定。土壤含水量年內變化春季最明顯，夏季次之，秋季趨于平緩。

圖4 2014—2019年大興安嶺東麓土壤含水量及月均降水、蒸發量

表2 不同季節土壤含水量統計

4 結論與討論

通過對比不同監測站土壤含水量曲線可知，受降水、蒸發和土壤類型的影響，各處土壤含水量有差異，大興安嶺東麓中段水平方向總體北部含水量較高，中南部略低。

在垂直方向，表層土壤含水量變化比深層土壤明顯。此結果與鐘維斌[10]、李曉敏[11]研究結論一致。

因阿榮旗、莫旗蒸發數據殘缺，土壤含水量與蒸發曲線僅對扎蘭屯市進行了分析；土壤含水量與降水曲線則對扎蘭屯市、阿榮旗和莫旗3市進行了分析。從年際變化看，土壤含水量與降水量、蒸發量分別呈正、負相關關系。且降水量大、蒸發量小的年份，土壤含水量高；而降水量小、蒸發量大的年份，土壤含水量低，與鐘維斌分析結果一致[10]。

土壤含水量年內變化呈春季最明顯，夏季次之，秋季穩定。此結果與顧建芹等墑情研究結果不完全一致[2]。受氣候影響，當地春季升溫快，大風天氣多，蒸發強烈，降水少，尤其遇干旱年份，土壤失墑嚴重，變異最強，此結論與顧建芹等所述不同[2]。而夏季降雨集中，土壤含水量急劇上升，加之溫度較高、光照強烈，作物需水多蒸騰大，地表蒸發大，土壤含水量消耗多，變異系數較大；秋季氣溫、降水量、蒸發量逐漸減弱，土壤水分變化穩定，與顧建芹等研究結果一致[2]。