济宁地区典型土壤质地水分变化规律

2017-08-23李春光许梦宇侯红运

农业与技术 2017年13期

李春光++许梦宇++侯红运

摘要：利用济宁地区具有代表性的4种土壤质地（壤粘土、壤土、粘土、砂土）4個站点济宁、曲阜、汶上、泗水2010—2016年自动土壤水分观测站资料，对4种不同土质在季节和不同深度上的变化进行了分析，并根据土壤水分盈亏计算方法，得出不同土质不同层次的盈亏规律。结果表明：在季节上由于土质、降水和灌溉量的不同，各站点土壤水分的季节变化既有相似性，又存在着区域差异性。总的来看，土壤水分季节变化受本地区降雨的强烈影响，与当地降水季节性变化相一致。土壤水分含量随深度增加变化幅度逐渐减少，且自上而下大致可分为3个层次，分别为活跃层（0～40cm）、次活跃层（40～60cm）、相对稳定层（80～100cm）。不同土质土壤水分的盈亏值出现的阶段不同，但4—6月份各种土质和不同层次均处于亏缺状态。

关键词：土壤质地；水分变化

中图分类号：P426.68 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170732010

引言

土壤水分的变化在农业生产中起着重要作用，不同土壤质地和结构影响着水分的动态变化，对植物的生长有着重要的影响。不少学者对土壤水分在不同区域、内容等方面进行了研究。如李学斌研究了宁夏中部干旱带盐池县封育沙地在自然状态下的流动沙地，对不同封育年限的封育沙地的土壤水分时空变化。杨婕等研究了不同供水条件下旱稻农田土壤水分变化。随着精细农业的发展，将研究区域空间尺度从大尺度的省级以上区域转向省级以下的县级区域以及更小尺度的区域，使气象为农服务更好与农业生产紧密结合。但针对济宁地区不同土壤质地农田土壤水分动态变化的研究尚未见报导。随着观测时间的延续和土壤水分资料的积累，为进行土壤水分长期定位观测数据的定量分析提供了条件。

本文选用具有代表济宁地区不同土质壤粘土、壤土、粘土、砂土4个站点2010—2016年自动土壤水分观测站资料，对济宁地区不同土质土壤水分的动态变化进行定量分析，目的在于进一步了解本辖区不同质地土壤水分动态变化规律，从而为节水灌溉提供科学依据。

1 研究地点概况及资料与方法

1.1 研究地点概况

济宁市位于鲁西南，N3527′，E11635′，地处华东与华北、山东半岛与中原地区、长江流域与黄河流域的结合部，苏鲁豫皖4省交界带，总面积10685km2。全区主要分布土壤有壤粘土、壤土、粘土及砂土。种植作物主要有冬小麦、夏玉米、大豆等。

1.2 资料与方法

本文资料来源于2010—2016年0～10cm、10～20cm、20～30cm、30～40 cm、40～50cm、50～60cm、70～80cm、80～100cm 8个层次济宁、曲阜、泗水、汶上土壤水分自动站体积含水率资料，其中济宁2010年0～50cm土壤水分资料为人工测墒。站点地理信息表见表1。

土壤水分盈亏评价方法，当土壤湿度低于生长阻滞湿度时，利用公式（1），计算出亏缺土壤蓄水量。生长阻滞湿度一般为田间持水量65%～70%，在这里取68%的田间持水量为生长阻滞湿度。

（1）

当土壤湿度高于田间持水量时，利用公式（2）计算出盈余土壤蓄水量。

（2）

式中Q1为亏缺土壤蓄水量（mm），为负值；Q2为盈余土壤蓄水量（mm）；W0为田间持水量（%）；W为实测土壤重量含水量（%），H为土层厚度（cm）；R为土壤容重（g/cm3）。

当土壤湿度介于生长阻滞湿度与田间持水量时，不做计算，此时土壤蓄水量不存在盈亏。通过计算4个站点不同时期、不同土层的土壤蓄水量的盈亏值，来评价农田土壤水分对作物有效程度和农田旱涝程度。

2 结果与分析

2.1 土壤水分的耕作层季节变化

从图1可以看出，由于土质、降水和灌溉量的不同，各站点土壤水分耕作层（0～50cm）的季节变化存着相似性和区域差异性。

相似性：

春季快速失墒期，4月下旬—6月下旬，这一期间小麦进入旺盛的生长期，深层土壤水分的消耗量也随之增大，加之此期温度快速升高，雨水稀少，风力较大，蒸散加剧，是一年中土壤水分消耗最快最大时期，一般年份此期极易形成干旱。

夏季快速增墒期。7月上旬—9月中旬，随着雨季的来临，降水充沛，农田土壤水分收入大于支出，土壤水分得到很大的补充和积聚，含水量显著增加。

秋季缓慢消耗期。9月下旬—11月下旬。随着雨季的结束，降水量的减少，气温下降，加之此期多为冬小麦苗期，田间消耗散发较少，使得此期出现缓慢消耗的时期。

冬季平稳期。12月上旬—次年2月，由于各地普遍进行冬灌，这一阶段初期出现一次增墒，随后由于气温急剧降低，土壤冻结，土壤水分耗散较小，同时降水也较少，土壤湿度表现较为稳定。

总体来看，土壤水分季节变化受本地区降雨的强烈影响，与当地降水季节性变化相一致。

区域差异性：

各站由于降水、蒸散、土壤物理特性的不同，其土壤水分变化又有各自的特点。如济宁站除5—7月0～50cm体积含水量变化较大外，其它各月各层次体积含水量变化较为平缓，基本呈“V”型；曲阜站4—9月0～30cm体积变化较为剧烈，基本呈锯齿状上下振荡。

2.2 土壤水分垂直变化规律

如图2所示可以看出，济宁地区土壤水分随深度增加变化幅度逐渐减少，自上而下大致可分为3个不同层次。

活跃层（0～40cm）：直接受气象因素和人为活动影响大，水分含量变化较大，平均变化幅度在7.9%～20.6%左右，泗水（砂土）和曲阜（壤土）变化幅度高于其他土质，济宁（壤粘土）变化幅度较为平稳。

次活跃层（40～60cm）：此层受人为活动影响因素较小，但降水、蒸发和多数作物根系都能影响此层，平均变化幅度为1.7%～7.7%左右。曲阜（壤土）变化幅度高于其他土质。

相对稳定层（80～100cm）：此層气象因素和根系活动影响较小，曲线变化平缓，年际变化不大。

2.3 土壤水分盈亏状况的变化规律

济宁0～60cm各层土壤蓄水量盈亏值随时间和深度的变化规律。从5月中旬0～10cm土层水分开始出现略亏缺，至6月中旬0～60cm各层次均出现了不同程度的亏缺值，亏缺量最大为5.9mm；7—9月份随着雨季的来临，土壤水分得到很大的补充，7月上旬10cm出现了略盈，其它时段和层次表现出现不盈不亏的状态，各层次土壤水分对作物生长发育比较适宜。10月雨季结束，土壤水分支出大于收入，10月中旬—11月下旬，20～40cm出现了略亏缺状态，40～50cm又出现了略盈余。

曲阜0～30cm亏缺量较大，全年除7月上旬略有盈余外，其它时段不同层次均处于亏缺，亏缺量最大时段为4月下旬—5月上旬，平均为11.1mm，40～50cm较为适宜，不盈不亏。

泗水全年0～10cm均处于亏缺状态，亏缺量最大达16.0mm，10～20cm 4月—6月均处于亏缺状态，亏缺量最大值为3.7mm，其余时段不盈不亏。

汶上0～10cm盈亏起伏较大，7月、9月、11月有盈余，且盈余量较大，最大达67.4mm，而其它时段均处于亏缺，亏缺量平均达13.0mm。

3 结论

由于土质、降水和灌溉量的不同，各站点土壤水分的季节变化既有相似性，又存在区域差异性。总的来看土壤水分季节变化受本地区降雨的强烈影响，与当地降水季节性变化相一致。

土壤水分随深度增加变化幅度逐渐减少，自上而下大致可分为3个不同层次：活跃层（0～40cm）、次活跃层（40～60cm）、相对稳定层（80～100cm）。

不同站点出现的盈亏规律不同，总的来说无论何种土质4—6月份不同层次均处于缺水状态。

参考文献

[1]李学斌，陈林，宋乃平，等.宁夏盐池县封育区沙地浅层土壤水分时空特征分析[J].宁夏大学学报（自然科学版）2010，31（2）：

173-186.

[2]杨婕，杨晓光，王化琪，等.旱稻农田土壤水分变化特征研究[J].中国生态农业学报，2005，13（7）：82-86.

[3]谭凯炎，房世波，任三学.灌溉农田土壤湿度的时空变化特征[J].中国农业气象，2010，31（3）：423-426.