黄土丘陵区农田土壤水分特征分析

董起广 杜宜春 雷娜

摘  要：在黃土丘陵区农田当中，监测了不同深度范围内土壤水分的短期动态变化。结果表明，在降水、蒸发及灌溉的作用下，土壤水分含量在1个月的时间内经历了增加、减小、增加的变化趋势，0～30 cm土壤水分的变动较30～60及60～90 cm变动剧烈;土壤含水量在垂向上表现为表层0～30 cm土壤水分含量显著低于30～60、60～90 cm，且其标准差更大，更易受到降水等条件的影响而改变。

关键词：黄土丘陵区;土壤水分;降水;蒸发

黄土丘陵地区是我国典型的干旱半干旱地区，区域内生态环境脆弱、农业发展水平低下[1-2]。而水资源是该地区植被生长及农业生产的重要限制因素[3]，严重制约着当地农业的可持续发展及区域生态建设。土壤水资源作为重要的水资源之一，是该地区植物生长发育的主要水分来源[4]，在不同地形、土地利用方式及植被覆盖条件下，受降水、蒸发蒸腾、地面径流、根系吸收等作用的影响，土壤水分会存在明显的时空变化特征[5]。土壤含水量的变化直接影响着农作物及植被的生长状况，进而影响区域生态和农业生产，。因此，研究黄土丘陵区土壤水资源的动态变化特征，对于该区域水资源的合理利用及植被恢复、农业生产具有重要意义。

本研究选择黄土丘陵区一典型流域的坡面农田，通过对其土壤水分的定位监测，结合区域气象条件，对农田土壤水分的动态变化进行分析，以期为该区域的农业发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区域地处延安市宝塔区李渠镇的羊圈沟流域，属黄土丘陵沟壑区第二副区，为碾庄沟流域的一级支流，流域总面积为2.02 km2。区域多年平均降水量 535 mm，且降水分布不均，7 月～9 月降水量可占到全年的60%以上，研究区域土壤类型以黄土母质发育形成的黄绵土为主，土壤质地均匀，疏松多孔，易侵蚀。研究区农作物以种植玉米为主，种植制度为一年一熟。

1.2 测试及研究方法

选取羊圈沟流域内一典型梯田耕地，坡面走向为南北方向，梯田位于沟道东侧坡面，在梯田耕地中安装A753 自动气象站，观测降水等气象数据，气象站配备土壤水分监测模块，实时监测30 cm、60 cm及90 cm 3个不同深度下的土壤水分含量。于2020年4月25日开始监测，记录每天上午9点时的土壤水分含量，同时记录当天气象状况。

2 结果与分析

2.1 降水与蒸发的动态变化

从研究区域降水及蒸发量的动态变化曲线（图1）可以看出，在研究时间段内，降水主要发生在5月上旬期间，在5月5日降水量相对较大，为14.4 mm，其次为5月6日，降水量为9.8 mm，5月3日降水量1.2 mm。整体上，4月25日-5月25日期间降水较少，总降水量25.8 mm。而蒸发量最大的发生日期为5月17日，当日蒸发量10.7 mm，研究时间段内累计蒸发量为199.7 mm，日平均蒸发量6.4 mm。由此可见，研究时间段内，总体蒸发量大于降水量，区域水分消耗以蒸发为主。

图1 研究区降水及蒸发动态变化

2.2 土壤含水量的时间动态变化

图2 不同深度土壤水分的动态变化过程

从2020年4月25日至2002年5月25日期间，不同深度土壤水分含量的时间动态变化如图2所示。从图中可以看出，不同深度范围内土壤水分含量变化趋势基本相同，而表层0～30 cm土壤水分的变化较30～60 cm、60～90 cm更为明显，波动较大。土壤水分含量随时间呈现出增大、减小、增大的趋势，土壤水分第一次增大在5月初，其变化规律与降水在时间上性对一直，表层0～30 cm土壤水分含量在降水期间由最低时的11.19%增加至11.69%，增加量为0.5%;30～60 cm 土壤水分含量由15.57%增加至15.82%，增加量为0.25%;60～90 cm土壤水分含量由15.32%增加至15.59%，增加量为0.27%。由此可见，降水期间土壤水分含量增加以表层0～30 cm为主，30～90 cm 土壤水分含量增加微弱。降雨过后，在蒸发的作用下，土壤水分含量在0～30 cm、30～60 cm间呈现出微弱的减小趋势，0～30 cm土壤含水量减小了0.54%，30～60 cm土壤含水量减小了0.18%，而60～90 cm土壤水分基本不受蒸发影响，维持稳定状态。随后在5月中旬，各层土壤含水量又经历了一次显著的增加过程，造成这一现象的主要原因是期间进行的一次田间灌溉引起的，0～30、30～60、60～90 cm土层深度内土壤含水量分别增加了1.35%、0.49%和0.21%。

2.3 不同深度土壤含水量比较

图3反映了不同深度下土壤含水率平均值及其标准差分布情况。从图中可以看出，研究时间段内0～30 cm土壤的平均含水量为11.72%，30～60 cm为15.81%，60～90 cm为15.62%。0～30 cm土壤含水量显著小于30～60及60～90 cm。0～30、30～60、60～90 cm三种不同深度土壤含水量的标准差分别为0.49%、0.19%和0.17%，表现出随深度的增加而减小的趋势，说明深度越大，土壤水分含量越稳定，越不易受降水、蒸发等的影响。

3 结论

黄土丘陵区农田土壤水分在4、5月期间，受降水、蒸发及灌溉的影响，整体上呈现增大、减小、增大的变化趋势，其水分增加的变化趋势与降水、灌溉在时间上具有一致性，且表层0～30 cm土壤水分的变化较30～60 cm、60～90 cm更为明显;土壤含水量  表层0～30 cm土壤水分含量的平均值显著低于30～60、60～90 cm，且后两者土壤水分含量之间差异不显著。说明土壤深度越大，其水分含量越大，也越稳定，不易受到外界条件的干扰而发生变动。

参考文献

[1] 王凤娇，梁伟，傅伯杰，金朝，闫娜娜.近年来的黄土高原耕地时空变化与口粮安全耕地数量分析[J].干旱区地理，2020，43（01）：161-171.

[2] 李永红，高照良.黄土高原地区水土流失的特点、危害及治理[J].生态经济，2011（08）：148-153.

[3] 王云强，邵明安，刘志鹏.黄土高原区域尺度土壤水分空间变异性[J].水科学进展，2012，23（03）：310-316.

[4] 王军，傅伯杰，邱扬，陈利顶.黄土丘陵区土地利用与土壤水分的时空关系[J].自然资源学报，2001（06）：521-524.

[5] 刘晓丽，汪有科，马理辉，梁宇.密植枣林地深层土壤水分垂直变化与根系分布关系[J].农业机械学报，2013，44（07）：90-97.