徐州市三年土壤墑情變化趨勢研究

        利用徐州市2008～2010 年10 個站點(diǎn)的土壤墑情觀測資料，對該區(qū)域土壤墑情的時空變化規(guī)律進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)徐州市土壤含水量西部和南部相對較高，東部和北部較低，土壤墑情受降水量和土壤質(zhì)地影響較大，降水偏少是造成2010 年徐州土壤墑情較差的主要原因。
1 概述
        近年，隨著全球氣候變化、人口增長以及經(jīng)濟(jì)社會的迅猛發(fā)展，干旱災(zāi)害有擴(kuò)展的趨勢，其影響范圍已由貧水區(qū)向豐水區(qū)擴(kuò)展，由局部向全國延伸，通過近年來使用土壤旱情監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析顯示，因干旱缺水等造成的損失也愈來愈嚴(yán)重。徐州市位于黃淮海平原的東南部，后者是我國重要的糧食產(chǎn)區(qū)。此外，徐州市所處的蘇北地區(qū)較為缺水，正常年景缺水量在30×108m3 左右，干旱年份缺水量高達(dá)80×108m3。可以說， 徐州市的土壤墑情情況在反映地區(qū)旱情發(fā)展方面有一定的代表性。因此，本文分析了近3 年徐州土壤墑情變化規(guī)律，試圖揭示其變化原因，以便為干旱評估和預(yù)測， 以及制定干旱條件下的水資源調(diào)配方案等提供依據(jù)。

2 研究區(qū)概況
        徐州市位于江蘇省的西北部，介于東經(jīng)116°22′～118°40′，北緯33°43′～34°58′之間，土地總面積11258km2。該區(qū)屬暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候四季分明，光照充足，雨量適中，雨熱同期。多年平均降雨量為850mm，汛期（6～9 月）多年平均降雨量為580mm，占年內(nèi)降雨量的68%。年日照時數(shù)為2 284~2 495h，年均氣溫14℃，年均無霜期200~220d。土壤類型有棕土、褐土、紫色土、潮土、砂姜黑土、水稻土六大類，以潮土為主，占總面積的79.5%。地下水資源豐富，主要為松散巖類孔隙水和碳酸鹽類巖溶水。研究所用資料來源于2008～2010 年徐州6 縣市的10 個土壤墑情監(jiān)測站（見圖1），土壤水觀測期為每年的3～11 月份（非凍期）。土壤含水量采用烘干法測定，取樣深度為10cm、20cm、40cm、60cm 四個層次，取樣時間間隔為5d， 同時觀測地下水埋深和作物生長狀況。

3 土壤墑情動態(tài)規(guī)律分析
3.1 土壤墑情的水平空間變化
        總體而言，徐州市土壤以潮土為主，潮土中粘粒所占得比例較小，土壤可塑性、持水性和通氣性都很差，吸水容量小。因此，徐州地區(qū)土壤在降雨之后不易把持住水分，水分極易流失。通過對徐州市10 個墑情監(jiān)測站不同層次的土壤水分連續(xù)3 年進(jìn)行定位觀測，用四點(diǎn)法求得垂向土壤平均含水率， 結(jié)果按月統(tǒng)計(jì)匯總在表1 中�？梢钥闯�， 豐縣至敬安土壤含水量呈現(xiàn)遞減的趨勢，豐縣、宋樓兩個監(jiān)測站土壤含水量相對較高，而敬安站土壤含水量相對較低。在徐州南面的漢王、單集、梁集、雙溝4 個地方的土壤含水量相對較高。主要是因?yàn)椋阂环矫�，淮北地區(qū)降水量南多北少，導(dǎo)致上述4 個地區(qū)的土壤水分補(bǔ)給較為充足；另一方面，徐州南部的土壤普遍為粘壤土， 粘質(zhì)土分子吸力和毛管孔隙作用比砂壤土要大得多， 致使吸持的水分份量也比砂壤土的要大，一般為2～3 倍[1]，所以降雨之后土壤水分不易流失。城崗、新安兩地地處徐州東北面，雨量偏少，土壤缺水比較嚴(yán)重。徐州市土壤墑情空間變化可歸結(jié)為南高北低，西高東低。

3.2 土壤墑情的時程變化
3.2.1 土壤水分年際變化特征
         選取靠近徐州市地理中心的單集站來分析近3年土壤墑情年際變化情況，其他站點(diǎn)也有相同的規(guī)律。從表2 可以看出， 徐州市土壤水分年際間的變化受降雨因素的影響明顯，降雨豐富的年份比降雨少的年份土壤含水量高，2008 年土壤各層的含水量在近3 年中為最高的，且由表層到深層土壤年平均含水量分別為21.3%、24.0%、27.7%、30.1%，呈現(xiàn)遞增趨勢，而2008年降雨量也是近3 年中最高的，為924.7mm。2009 年和2010 年土壤含水量都較低，尤其是2010 年土壤平均含水量甚至低至23.1%。從圖2 可以明顯發(fā)現(xiàn)，和2008 年同階段相比，2010 年土壤含水量較低的月份正好發(fā)生在4～9 月，而此階段恰好是農(nóng)作物需水量較大的時期，所以除了2010 年降雨量偏少外，作物生理需水是導(dǎo)致土壤進(jìn)一步缺墑的重要原因。
3.2.2 土壤水分季節(jié)變化特征
        土壤水分儀檢測數(shù)據(jù)顯示土壤水分的季節(jié)性變化主要受季節(jié)降雨的分布不均、土壤質(zhì)地和地表植被的生長發(fā)育狀況共同影響。為了說明徐州市土壤墑情的季節(jié)性變化特征，本文選取西部的豐縣、中部的單集和東部的新安3 個站作為典型站點(diǎn)來分析。此3 個站點(diǎn)所在區(qū)域?yàn)樯叭劳羺^(qū)，區(qū)域種植農(nóng)作物主要為小麥，能代表徐州各地區(qū)土壤墑情整體變化情況。
        根據(jù)2008~2010 年豐縣、單集和新安觀測站的土壤水分動態(tài)觀測資料， 繪制了10cm、20cm、40cm和60cm 土層土壤體量含水量隨時間的變化曲線（見圖3~5）。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，無論是西部的豐縣站、中部的單集站，還是東部的新安站，各土層土壤含水量隨季節(jié)而變化的規(guī)律大致相同。從3 月下旬開始，土壤水分開始逐漸減小， 到5 月中上旬達(dá)到最低值。進(jìn)入汛期后，土壤含水量因降雨量的增加而逐漸增加，到8 月中旬達(dá)到最大值，期間土壤含水量的小幅減低是由于該時段內(nèi)無降雨，蒸散發(fā)較大所致。進(jìn)入9 月份后，隨降水的減小土壤含水量也會逐漸變小， 直至12 月土壤進(jìn)入冰凍期，土壤含水量會保持在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)。從含蓄水能力上看，東部的新安站要比西部的豐縣站和中部的單集站保墑能力大，但墑情變化速度相對較慢，這是因?yàn)樾熘莸貐^(qū)東部土壤的粘性程度比西部的高所致。

        此外， 土壤墑情還受植被根系和地下水埋深的影響，各土層土壤水分變化速率并不一樣，10cm 和20cm土層受降雨等氣象因子影響較大；60cm 的土層則主要受毛管上升作用的影響， 只是在連續(xù)降雨補(bǔ)給的情況下，土壤含水量才會有明顯的增加，且受土壤的滯蓄作用， 這種增加的趨勢在時間上會滯后；40cm 的土層土壤水分的變化情況介于兩者之間。
4 討論與結(jié)論
（1）通過對比不同站點(diǎn)收集的土壤墑情資料可知，總體上徐州地區(qū)南部土壤含水量比北部高， 西部土壤含水量比東部高。
（2） 從年際角度看，2010 年徐州市降雨總量為654mm，比多年平均降雨量850mm 少了接近200mm，降雨量比往年偏低是導(dǎo)致該年土壤墑情偏低的主要原因，而從季節(jié)角度上看，降雨的年內(nèi)分布不均以及植被生長吸水是土壤缺墑的主要原因。
（3）土壤墑情同季節(jié)和降水量的變化趨勢基本吻合，土壤含水量總體上有從表層向下層逐漸增加的趨勢，而各層土壤含水量的變化幅度在同一方向上卻有下降趨勢，表層土壤受降雨影響比深層土壤大。
（4）徐州市土壤水的年內(nèi)變化大致可分為3 個階段：緩變階段（11～2 月），這一階段降雨少，蒸發(fā)低，土壤因低溫而被凍結(jié)， 土壤水分溫度測定儀檢測數(shù)據(jù)顯示土壤含水率曲線變幅一般在5%左右；嚴(yán)重?fù)p耗階段（3～5 月），這一時期氣溫回升，蒸散發(fā)率增大，而此時徐州市降雨量又較少，所以土壤水消退速度加快， 此階段的土壤含水量多呈下降趨勢，土壤處于缺墑狀態(tài)；變化劇烈階段（6～10 月），這一階段徐州降雨豐沛， 土壤水分含量高， 但這時期氣溫高，蒸散大，作物生長需水多，如遇氣候異常降雨較少時，土壤含水率大幅度下降，而暴雨后又會迅速上升，因而變幅較大，一般處在15%左右。