徐州市三年土壤墒情变化趋势研究

        利用徐州市2008～2010 年10 个站点的土壤墒情观测资料，对该区域土壤墒情的时空变化规律进行了分析，发现徐州市土壤含水量西部和南部相对较高，东部和北部较低，土壤墒情受降水量和土壤质地影响较大，降水偏少是造成2010 年徐州土壤墒情较差的主要原因。
1 概述
        近年，随着全球气候变化、人口增长以及经济社会的迅猛发展，干旱灾害有扩展的趋势，其影响范围已由贫水区向丰水区扩展，由局部向全国延伸，通过近年来使用土壤旱情监测系统的数据分析显示，因干旱缺水等造成的损失也愈来愈严重。徐州市位于黄淮海平原的东南部，后者是我国重要的粮食产区。此外，徐州市所处的苏北地区较为缺水，正常年景缺水量在30×108m3 左右，干旱年份缺水量高达80×108m3。可以说， 徐州市的土壤墒情情况在反映地区旱情发展方面有一定的代表性。因此，本文分析了近3 年徐州土壤墒情变化规律，试图揭示其变化原因，以便为干旱评估和预测， 以及制定干旱条件下的水资源调配方案等提供依据。

2 研究区概况
        徐州市位于江苏省的西北部，介于东经116°22′～118°40′，北纬33°43′～34°58′之间，土地总面积11258km2。该区属暖温带季风气候区，气候四季分明，光照充足，雨量适中，雨热同期。多年平均降雨量为850mm，汛期（6～9 月）多年平均降雨量为580mm，占年内降雨量的68%。年日照时数为2 284~2 495h，年均气温14℃，年均无霜期200~220d。土壤类型有棕土、褐土、紫色土、潮土、砂姜黑土、水稻土六大类，以潮土为主，占总面积的79.5%。地下水资源丰富，主要为松散岩类孔隙水和碳酸盐类岩溶水。研究所用资料来源于2008～2010 年徐州6 县市的10 个土壤墒情监测站（见图1），土壤水观测期为每年的3～11 月份（非冻期）。土壤含水量采用烘干法测定，取样深度为10cm、20cm、40cm、60cm 四个层次，取样时间间隔为5d， 同时观测地下水埋深和作物生长状况。

3 土壤墒情动态规律分析
3.1 土壤墒情的水平空间变化
        总体而言，徐州市土壤以潮土为主，潮土中粘粒所占得比例较小，土壤可塑性、持水性和通气性都很差，吸水容量小。因此，徐州地区土壤在降雨之后不易把持住水分，水分极易流失。通过对徐州市10 个墒情监测站不同层次的土壤水分连续3 年进行定位观测，用四点法求得垂向土壤平均含水率， 结果按月统计汇总在表1 中。可以看出， 丰县至敬安土壤含水量呈现递减的趋势，丰县、宋楼两个监测站土壤含水量相对较高，而敬安站土壤含水量相对较低。在徐州南面的汉王、单集、梁集、双沟4 个地方的土壤含水量相对较高。主要是因为：一方面，淮北地区降水量南多北少，导致上述4 个地区的土壤水分补给较为充足；另一方面，徐州南部的土壤普遍为粘壤土， 粘质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，一般为2～3 倍[1]，所以降雨之后土壤水分不易流失。城岗、新安两地地处徐州东北面，雨量偏少，土壤缺水比较严重。徐州市土壤墒情空间变化可归结为南高北低，西高东低。

3.2 土壤墒情的时程变化
3.2.1 土壤水分年际变化特征
         选取靠近徐州市地理中心的单集站来分析近3年土壤墒情年际变化情况，其他站点也有相同的规律。从表2 可以看出， 徐州市土壤水分年际间的变化受降雨因素的影响明显，降雨丰富的年份比降雨少的年份土壤含水量高，2008 年土壤各层的含水量在近3 年中为最高的，且由表层到深层土壤年平均含水量分别为21.3%、24.0%、27.7%、30.1%，呈现递增趋势，而2008年降雨量也是近3 年中最高的，为924.7mm。2009 年和2010 年土壤含水量都较低，尤其是2010 年土壤平均含水量甚至低至23.1%。从图2 可以明显发现，和2008 年同阶段相比，2010 年土壤含水量较低的月份正好发生在4～9 月，而此阶段恰好是农作物需水量较大的时期，所以除了2010 年降雨量偏少外，作物生理需水是导致土壤进一步缺墒的重要原因。
3.2.2 土壤水分季节变化特征
        土壤水分仪检测数据显示土壤水分的季节性变化主要受季节降雨的分布不均、土壤质地和地表植被的生长发育状况共同影响。为了说明徐州市土壤墒情的季节性变化特征，本文选取西部的丰县、中部的单集和东部的新安3 个站作为典型站点来分析。此3 个站点所在区域为砂壤土区，区域种植农作物主要为小麦，能代表徐州各地区土壤墒情整体变化情况。
        根据2008~2010 年丰县、单集和新安观测站的土壤水分动态观测资料， 绘制了10cm、20cm、40cm和60cm 土层土壤体量含水量随时间的变化曲线（见图3~5）。从图中可以发现，无论是西部的丰县站、中部的单集站，还是东部的新安站，各土层土壤含水量随季节而变化的规律大致相同。从3 月下旬开始，土壤水分开始逐渐减小， 到5 月中上旬达到最低值。进入汛期后，土壤含水量因降雨量的增加而逐渐增加，到8 月中旬达到最大值，期间土壤含水量的小幅减低是由于该时段内无降雨，蒸散发较大所致。进入9 月份后，随降水的减小土壤含水量也会逐渐变小， 直至12 月土壤进入冰冻期，土壤含水量会保持在一个稳定的范围内。从含蓄水能力上看，东部的新安站要比西部的丰县站和中部的单集站保墒能力大，但墒情变化速度相对较慢，这是因为徐州地区东部土壤的粘性程度比西部的高所致。

        此外， 土壤墒情还受植被根系和地下水埋深的影响，各土层土壤水分变化速率并不一样，10cm 和20cm土层受降雨等气象因子影响较大；60cm 的土层则主要受毛管上升作用的影响， 只是在连续降雨补给的情况下，土壤含水量才会有明显的增加，且受土壤的滞蓄作用， 这种增加的趋势在时间上会滞后；40cm 的土层土壤水分的变化情况介于两者之间。
4 讨论与结论
（1）通过对比不同站点收集的土壤墒情资料可知，总体上徐州地区南部土壤含水量比北部高， 西部土壤含水量比东部高。
（2） 从年际角度看，2010 年徐州市降雨总量为654mm，比多年平均降雨量850mm 少了接近200mm，降雨量比往年偏低是导致该年土壤墒情偏低的主要原因，而从季节角度上看，降雨的年内分布不均以及植被生长吸水是土壤缺墒的主要原因。
（3）土壤墒情同季节和降水量的变化趋势基本吻合，土壤含水量总体上有从表层向下层逐渐增加的趋势，而各层土壤含水量的变化幅度在同一方向上却有下降趋势，表层土壤受降雨影响比深层土壤大。
（4）徐州市土壤水的年内变化大致可分为3 个阶段：缓变阶段（11～2 月），这一阶段降雨少，蒸发低，土壤因低温而被冻结， 土壤水分温度测定仪检测数据显示土壤含水率曲线变幅一般在5%左右；严重损耗阶段（3～5 月），这一时期气温回升，蒸散发率增大，而此时徐州市降雨量又较少，所以土壤水消退速度加快， 此阶段的土壤含水量多呈下降趋势，土壤处于缺墒状态；变化剧烈阶段（6～10 月），这一阶段徐州降雨丰沛， 土壤水分含量高， 但这时期气温高，蒸散大，作物生长需水多，如遇气候异常降雨较少时，土壤含水率大幅度下降，而暴雨后又会迅速上升，因而变幅较大，一般处在15%左右。