廊坊市2018 年—2022 年土壤墒情变化规律

□刘 杰

廊坊市地处北纬中纬度欧亚大陆的东部边缘，位于华北平原中东部，北纬38°30'至40°05'，东经116°07'至117°15'，属温带大陆性季风气候，四季分明，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季干旱少雨，冬季寒冷干燥多风。多年平均气温在11.5 ℃左右，廊坊市因地处平原，各个县市地区气候均无明显差异，多年平均无霜期183 天，全市年日照射时长为2659.6 h，年平均风速为2 m/s～5 m/s，全市多年平均蒸发量在1095 mm（水面蒸发量）。

1.墒情监测概况

廊坊市的墒情监测始于2003 年，共12 个监测站，其中监测站分为7 个水浇地地块，5 个旱地地块。水浇地监测站大部分分布于北三县和中部地区，旱地监测站集中分布于南部县，其浅层地下水主要为咸水、微咸水，很少用来灌溉作物；而南部县土壤中含有一定比例的砂土，灌溉后水分容易流失，采用深层地下水灌溉的抽水灌溉成本较高，故南部县大部分地区灌溉规模较小。水浇地是指旱地中有一定水源和灌溉设施（如机电井、喷灌、滴灌等机械装备），在一般年景下能正常进行灌溉的耕地。旱地是指无灌溉设施，一般降水量大于250 mm～400 mm 以上地区而靠天然降水种植旱作物可以获得一定产量的耕地，即常称的雨养农业的耕地。监测内容包括降水量、地下水埋深、土壤重量含水率等。因廊坊市属温带大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，降雨较少，在12月—次年2月，土壤表面处于结冰状态。土壤中的冰将减少雨水和融雪水的下渗量，当冰的含量足够高时，土壤几乎没有透水性。冻土在冬季也储存较多的水分，使其无法排出或蒸发，冻土区域水分含量相对稳定，故土壤墒情监测日期为每年的3月—11月，每月1日、11日、21日8 时进行常规监测，其中汛期6月—9月如遇特殊情况则按相关要求随时增加监测频次。测量土壤含水量时分别取地表下10 cm、20 cm、40 cm处样本，每个深度取样2 次，采用烘干称重法测得重量含水率，该监测点的垂直平均重量含水率计算公式为：

其中，θ10、θ20、θ40分别为10 cm、20 cm、40 cm 测深的平均重量含水率。

2.土壤墒情变化特征

2.1 年内变化分析

影响土壤含水量变化的因素有降水、气温、风速、蒸发、地温等自然因素，水浇地还受到灌溉的影响，其中降雨量、灌溉对土壤墒情的影响最为显著。通过收集整理廊坊市2018年—2022 年7 个水浇地监测站和5 个旱地监测站共12 个监测点的旬土壤重量含水率，计算出5 年中各个时间测次（同月同旬）中12 个监测点的平均土壤重量含水率数据。水浇地3月10 cm 测深的多年平均土壤重量含水率20.6%，为2018 年—2022 年3月水浇地监测站的10 cm 测深的含水率平均数，结合2018 年—2022 年的月平均降雨量，分析廊坊市土壤墒情年内变化特征。

由图1 可以看出，水浇地汛期时10 cm、20 cm、40 cm测深及垂直平均的多年月平均重量土壤含水率与降水量的变化趋势基本相同，且各测深相互的差异很小，这是由于水浇地人工灌溉所致。3月—6月，降水量逐步增加，但土壤含水率持续降低，是由于温度增加，土表蒸发以及植物根部吸收浅层水分共同影响，尤其是进入4月，土表植物及农作物开始生长导致土壤含水率降低。6月上旬各个测深及垂直平均土壤含水率均达到最低，10 cm、20 cm、40 cm测深及垂直平均的土壤含水率分别为15.9%、15.2%、15.7%及15.6%，虽然降水量相比5月有所增加，但增加量很少，而6月温度上升导致土表蒸发增加，植物成长需水量增大，降水对土壤含水率的增加并不能弥补蒸发和植物吸收减少的水分，导致6月上旬土壤含水率最低。7月—8月进入主汛期，两个月降水量为339.4 mm，占全年总降水量61.4%，随着降水量增加，土壤含水率也随之增大，8月下旬达到土壤含水率最大值，10 cm、20 cm、40 cm 测深及垂直平均的土壤含水率分别为20.6%、19.3%、19.8%及19.9%。9月—10月降水量逐步减少，因温度降低土表蒸发减少，植物成长需水量不多，土壤含水率变化不大。11月降水量与10月大致相同，但由于温度降低，土表蒸发变少，地表植物尤其是农作物已成熟收割，土壤含水率较10月增加。

图1 廊坊市2018 年—2022 年水浇地多年月平均重量土壤含水率与月平均降水量变化图

由图2 可以得出，旱地10 cm、20 cm、40 cm 测深及垂直平均的多年月平均重量土壤含水率随降水量的变化趋势非常明显；且各测深的含水率随深度增加而逐步变大，10cm 测深由于离地表较近而含水率最低，40cm 测深的含水率则最高；3月—6月，降水量逐步增加，但土壤含水率持续降低，是由于温度增加土表蒸发以及植物根部吸收浅层水分共同影响，尤其是进入6月，土表植物及农作物开始生长导致土壤含水率达到全年最低。7月—8月进入主汛期，随着降水量增加，土壤含水率也随之增大，8月下旬达到土壤含水率最大值，10cm、20cm、40cm 测深及垂直平均的土壤含水率分别为18.6%，18.0%，19.8%及18.7。9月—10月降水量虽逐步减少，但温度降低土表蒸发减少，且作物已收割，土壤含水率变化不大。

图2 廊坊市2018 年—2022 年旱地多年月平均重量土壤含水率与月平均降水量变化图

由以上分析可知，土壤墒情的变化规律受季节、灌溉等影响，水浇地与旱地的6月土壤含水率均为多年月平均最低，春季与秋季土壤含水率大致持平，而4月水浇地因能灌溉故含水率并不像旱地一样较低，同理3月与11月水浇地含水率均高于旱地。

2.2 年际变化分析

现选取廊坊市2018 年—2022 年12 个监测站的土壤墒情资料进行分析，结果如图3 所示。

图3 廊坊市2018 年—2022 年水浇地平均重量土壤含水率与降水量变化

由图3、图4 对比可以得出，廊坊市年平均土壤含水率水浇地与旱地各测深的土壤含水率与降水量的变化趋势基本相同，旱地的重量土壤含水率受降水量影响非常显著，2019年降水量为427.2mm，在5年中最少，该年年平均土壤含水率绝大部分亦为5年中最低；2021年在5年里降水量最大，为790.6mm，年平均土壤含水率亦为5年中最高；而水浇地的重量土壤含水率变化趋势不如旱地趋势鲜明，尤其是5年中降水量最少的2019年，土壤含水率相比相邻年份变化不大，这是由于降雨减少为了避免发生旱灾增加了人工灌溉所致。

图4 廊坊市2018 年—2022 年旱地平均重量土壤含水率与降水量变化

由以上分析可知，土壤墒情的变化趋势与降水量的变化趋势相一致，2019 年的降水量为5 年中最少，土壤含水率同样为5 年中最低。

若将监测站分为水浇地和旱地，进行多年月平均土壤重量含水率变化规律分析时，如图5、图6 所示，水浇地与旱地的全年变化趋势与降水量的多少大致相同，旱地的变化规律更明显，同时可以看到水浇地的整体土壤含水率高于旱地。其中5月降水量比4月有所增加，但水浇地的土壤含水率并没有明显的增长趋势，而旱地增长趋势较明显；而进入11月，可以看到水浇地的土壤含水率相比10月有所增加，考虑到此时正值冬小麦种植季节而进行了人工灌溉，墒情良好，而旱地因无灌溉而呈现明显下降趋势。

图5 廊坊市水浇地多年月平均土壤重量含水率

图6 廊坊市旱地多年月平均土壤重量含水率

2.3 空间分布变化分析

土壤墒情也受不同地区土壤质地、人工灌溉等各个方面的影响，将廊坊市12 个监测点按照地域分为北部（三河、赶水坝、大厂）、中部（万庄、固安、永清、落垡、金各庄）和南部（史各庄、西滩里、文安、九高庄），分别将按地域划分的各县市的多年月平均土壤重量含水率与多年全市月平均土壤重量含水率相比，并绘制多年月平均土壤重量含水率折线图，如下图7、图8、图9 所示。

图7 廊坊市北部县市多年月平均土壤重量含水率

图8 廊坊市中部县市多年月平均土壤重量含水率

图9 廊坊市南部县市多年月平均土壤重量含水率

如图7、图8、图9 可知，廊坊市北部县市多年月平均土壤重量含水率均大于平均值，墒情良好；中部县市除落垡与永清处于平均值之下，其余监测站大部分保持在平均值以上，墒情较好；南部县市大部分与平均值齐平，其中九高庄和史各庄一直处于平均线以下，墒情较差。

由以上分析可知，廊坊市土壤含水率在空间分布上从北向南依次减少，北三县最高，各个测深土壤含水率均超过平均值，南部县最低，大部分与平均值持平，极少数低于平均值，这是由于南部县市地区4 个监测站均为旱地，没有受人工灌溉因素影响，主要受季节性降水量影响，4 个监测站含水率曲线与图2 多年月平均土壤重量含水率走势基本一致。

3.土壤含水率对作物产量的影响

土壤含水率很大程度上也影响了当地农作物的产量，特别是在农作物生长的关键时期，严重缺墒会直接导致作物产量大幅度减产甚至死亡，现收集2018 年—2022 年极值出现的时间以及出现频次，如图10 所示。根据表1、表2 提供的农作物各生长周期所需的最低土壤含水率数据，我们可以得出，进入4月后土壤含水率最低值频次有所增加，此时农作物进入返青期，需水量也有所增加，此时极易发生干旱灾害，特别是到了6月，土壤含水率最低值发生次数为全年最多，此时气温升高土壤表面水分蒸发加剧，若无降雨，极易发生严重干旱，特别是到6月下旬，恰逢收割小麦和播种玉米，由表2可知，玉米播种期时的最低土壤含水率需求高于其他时期，若不人为提高土壤含水率，极易造成大面积减产甚至绝收。

表1 小麦需要灌溉的土壤水分下限指标

表2 玉米需要灌溉的土壤水分下限指标

图10 2018 年—2022 年极值出现时间频次

4.总结与建议

4.1 总结

通过对廊坊市2018 年—2022 年12个监测站的土壤墒情观测资料收集分析可知，廊坊市土壤含水率的变化规律主要受降水量、灌溉的影响，土壤含水率从北向南依次减少，北三县最高，南部县最低，其中水浇地与旱地的春季与秋季土壤含水率相差不多，6月的土壤含水率均为多年月平均最低，3月、4月、11月水浇地的土壤含水率均高于旱地。作物生长与土壤墒情密切相关，在关键生长期应结合土壤墒情变化特征进行防旱抗旱，确保作物产量。

4.2 建议

3月—6月期间作物需水量大而降水偏少，建议在汛期降水量较多时可利用水库、拦河闸坝、自然洼地、人工湖泊、地下水库等蓄水工程拦蓄洪水，增加人工灌溉频率保证农作物正常生长；6月上旬重量土壤含水率较低易发生干旱灾害时增加水浇地的灌溉频率，旱地则广泛种植耐旱作物，如番薯红薯等杂粮，或使用扬水站从附近河流抽水灌溉作物保证作物的正常生长。

增强节水意识，提高水资源利用率。我市地处地下水超采区，地下水水量不足以维持农业灌溉需求，改变传统灌溉模式，采用灌溉效率更高的滴灌喷灌，减少不必要水量消耗刻不容缓；调整农业经济结构，我市广泛种植的经济农作物主要为需水量大的玉米小麦，可以在部分地区小面积试种低耗水小杂粮，既能减少农业用水，提高用水效率又可以提高经济效益。