王偉 吳宏宇

（江蘇省水文水資源勘測局徐州分局，江蘇 徐州 221018）

摘  要：為了研究自然條件下的湖西地區土壤含水量的時空變化特征，選用多年土壤含水量數據，采用數理分析方法，從空間和時間角度分析了湖西地區土壤含水量的變化特征。結果表明：土壤墑情總體呈現出西高東低的趨勢且不同深度土壤含水率相關關系顯著；土壤含水量與降水量呈正相關關系，與蒸發量呈負相關關系且年內變化大致與降水變化趨勢相同。通過分析總結湖西地區土壤含水量變化規律，可為農業生產及水資源調配管理提供依據。

關鍵詞：土壤含水量；變化特征；降水量；蒸發量；氣溫

引言

在全球變暖背景下，極端氣象事件頻繁發生，不同地區遭遇干旱、高溫熱浪等單一極端事件的風險加大，復合型干旱熱浪發生的頻率也愈發頻繁，嚴重影響糧食安全和公眾安全^[1-3]。湖西地區是徐州市重要的糧食產區，而農作物所受水分脅迫程度與土壤水分含量密切相關，土壤水分的多少直接影響著作物的生長發育、產量和品質的形成，可見研究土壤含水量的變化對減少農作物損失、保障糧食安全具有重要意義^[4-5]。

土壤含水量受到多種內外因素的影響，包括氣象（降水量、雨水持續時間和強度、氣溫、日照等)、土壤(質地、有機質、質地剖面等)、作物生長狀況、田間管理等^[6-7] 。湖西超采區總體上溫熱充足，但降雨量較徐州其他地區偏少，且季節分配不平衡。因此，如何利用水資源，保證作物正常生長，減少地下水利用，及時掌握土層水分動態變化狀況尤為重要。目前，國內學者對土壤含水量作了大量研究，如顧建芹等^[7]分析了奉賢區土壤墑情的季節變化規律和演變特點，形成小青菜墑情評價指標體系。牛宏飛等^[8]利用土壤墑情和氣象數據，對3種土壤墑情預測模型進行了對比研究。張鵬宇、王杰和鐘維斌等^[9-10]分析總結不同地區的土壤墑情變化規律。多年來，湖西地區一直存在超采區且地下水埋深較徐州其他縣（區）明顯深很多，水資源短缺問題尚未得到根本性解決，水資源保障水平有待提高。文章依據湖西地區多年土壤含水量觀測資料，結合土壤類型、蒸發、降水量資料，分析土壤含水量在時間和空間上的變化規律，以期為提高農業水資源利用率和緩解水資源短缺問題等工作提供依據。

1 概況與數據

1.1 研究區概況

研究區包括徐州市豐縣、沛縣和銅山區西部地區，總面積3032km²，位于徐州市西北部，地處淮河流域下游，與山東省、安徽省相鄰，地理坐標為東經116°20′～117°26′，北緯 32°34′～34°24′。多年年平均降水量752.3mm，降水主要集中在汛期，汛期降水量占全年的70~80%。多年平均水面蒸發量950mm，冬季（12月~次年2月）蒸發量最小，夏季（6月~8月）蒸發量最大。境內以黃淮平原為主，土壤多為壤土、砂壤土及少量黏壤土，適合農作物的生長，種植農作物以小麥和玉米為主。

1.2 研究數據

研究區現有4個土壤墑情觀測站，選取10cm、20cm和40cm共3個不同深度進行取樣監測，測定土壤在不同深度條件下的含水率大小，數據起止時間為2016～2022年。降水量資料均為自動測報雨量計觀測值，蒸發資料均為每日8時人工觀測值，降水量、蒸發資料采用水文局歷年整編成果，降水與蒸發資料系列均與墑情資料系列一致，土壤墑情站觀測點見表1。

表1 研究區墑情監測站網

2 土壤含水量時空變化特征

2.1 土壤含水量空間變化特征

2.1.1 土壤含水量水平空間變化

計算研究區內墑情監測站多年平均土壤含水量，并對其進行分析對比。在緯度相差不大的情況下，宋樓站和王溝站的土壤含水量比敬安站和鹿樓站的土壤含水量高，呈現西高東低的現象；在經度相差不大的情況下，南北方向不同地區土壤含水量并無明顯規律。

2.1.2 土壤含水量垂向空間變化

計算研究區內墑情監測站10cm、20cm、40cm土層的土壤含水量，得出10cm土層土壤含水量小于20cm土層土壤含水量，20cm土層土壤含水量小于40cm土層土壤含水量。分析原因為10cm、20cm土層土壤含水量更易受地表蒸發及水分下滲影響，而40cm土層土壤含水量受蒸發氣象因子的影響較小。對不同土層深度土壤含水量進行簡單的相關關系分析，分析結果如表2。

從表2的結果來看，不同深度土層土壤含水量具有顯著的相關性，且相關系數最低為0.776。整體上呈現土壤深度10cm與20cm相關性最強，20cm與40cm相關性次之，10cm與40cm相關性最最差，即相鄰土壤層間距離越近，相關性越高。

表2  不同深度土層土壤含水量相關關系

**. 在 0.01 級別（單尾），相關性顯著，*. 在 0.05 級別（單尾），相關性顯著。

2.2 土壤含水量時間變化特征

2.2.1 土壤含水量年際變化

計算研究區內墑情監測站的土壤含水量年平均值，結合研究區年降水量和年蒸發量進行對比，分析研究區年平均土壤含水量隨時間變化的趨勢。

由圖1可以看出，土壤含水量的年際變化與所在地降水量有顯著關系，其漲跌趨勢與降水量的漲跌趨勢一致，即土壤含水量與降水量基本上呈正相關關系。隨著蒸發量增大，土壤含水量呈現下降趨勢，呈現一定的負相關關系，但其趨勢并不明顯。分析原因，土壤含水量與降水量和蒸發量均有一定的相關關系，降水量對土壤含水量的影響程度更大。

圖1  研究區土壤含水量年平均值、年降水量與年蒸發量關系圖

2.2.2 土壤墑情年內變化

計算研究區4個墑情監測站的土壤含水量月平均值，分析研究區土壤含水量年內變化特征。由于收到季節性降水不均勻的影響，土壤含水量在年內變化也較為明顯，研究區土壤含水量月平均值變化見圖2。

由圖2可以看出，1~2月和10~12月，這一時期氣溫較低，降水量、蒸發量也相對較小，土壤含水量處于相對穩定或微小上升狀態。到3~6月份，隨著氣溫逐步升高，蒸發量也隨之增大，但降水量仍處在相對較低水平，蒸發量與降水量持平或較降水量略偏大，蒸發減墑效應較降水增墑效應顯著，土壤水分大量消耗，土壤含水量呈明顯下降趨勢并在6月達到最低值。從6月份開始，湖西地區隨著汛期到來，降水量猛增，降水量遠大于蒸發量，降水帶來的增墑遠較蒸發造成的減墑高，土壤水分快速恢復，土壤含水量在7月和8月達到頂峰。進入9月份后，隨著降雨量的逐步減少，土壤含水量也逐步穩定。

圖4  研究區土壤含水量月平均值變化圖

3 結語

本文通過對4個土壤墑情監測站多年數據進行整理分析，結論如下：從水平分布來看，湖西超采區土壤含水量整體呈現出西高東趨勢，但趨勢并不顯著；從垂向變化來看，不同深度土層土壤含水量相關關系顯著，且土壤層間距離越近，相關性越高；從年際變化來看，土壤含水量與降水量呈正相關關系，而與蒸發量、氣溫呈負相關關系。土壤含水量與降水量和蒸發量均有一定的相關關系，降水量對土壤含水量的影響程度更大；從年內變化來看，土壤墑情年內變化大致與降水變化趨勢相同，并受溫度影響。可分為3個階段：穩定期：1~2月和9～12月，這一階段，土壤含水量相對穩定，波動較小；下降期：4~6月，土壤含水量呈明顯下降趨勢并在6月達最低；上升期： 6~8月，土壤含水量快速升高，在8月達峰。盡管應用的土壤含水量資料系列較長，但墑情監測站較少，且缺失部分逐日觀測資料和雨前雨后觀測資料，難免存在資料代表性和精度問題。今后需提高認識，加強監測以及提高資料整編精細度，以進一步提高土壤含水量變化特征及規律的準確性。

參考文獻

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作者簡介：王偉(1990-)，男，碩士研究生，工程師，主要從事水文水資源科技報告編制及水文測量等工作，15896429071 ，江蘇省徐州市云龍區楚韻路彩云里5棟420，221018，E-mail：815828342@qq.com