尹斌　嚴(yán)凱瑩

摘要：為了研究不同土地利用類型下土壤水分的變化情況，以渭南市臨渭區(qū)2010-2014年的年降水量作為研究數(shù)據(jù)，根據(jù)陜西省渭南市臨渭區(qū)的玉米地、蘋果園、麥地、草地、蔬菜地、林地6種土地類型的土壤樣品，總體上運(yùn)用了對比分析法和Bonsal邊緣分布函數(shù)法。結(jié)果表明：在臨渭區(qū)的小范圍內(nèi)，蔬菜地的土壤水分含量在6種土地利用類型中是最高的，蘋果園的土壤水含量是最小的；降水的季節(jié)變化與耕作層土壤水分含量的變化是成正相關(guān)的；降水級別的懸殊對土壤濕度的作用是正向的，而且不同的降水等級之間，土壤濕度的差異是非常明顯的；在臨渭區(qū)0～100cm各層土壤中，0～30cm的土壤濕度與降水量的關(guān)系最好。

關(guān)鍵詞：土地利用類型；土壤水分；水分變化；降水變化

土壤作為農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要基礎(chǔ)，反映著農(nóng)作物以及土地利用類型的適耕性。而土壤的水分要素作為土壤條件狀況的一個(gè)重要因素，對于農(nóng)作物的生長及生存起著強(qiáng)大有力的保障作用。土壤水分動態(tài)變化受到許多環(huán)境因子影響，呈現(xiàn)出非常復(fù)雜的動態(tài)變化。不同植被類型的保水能力及抗寒性都存在差異，使其生長的土壤水分含量也有所不。所以研究分析降水量等級的各種狀況對于土壤含水量的變化的影響是非常有必要的。

自19世紀(jì)50年代開始，國外對于土壤水分的研究逐漸地增加。原蘇聯(lián)科學(xué)家A·A·羅戴于1952年出版的《土壤水》和1965年出版的《土壤水理論基礎(chǔ)》是關(guān)于土壤水形態(tài)學(xué)研究比較系統(tǒng)全面的著述。1907年Buckingham首次將毛管勢觀念應(yīng)用于土壤水，開拓了使用能量觀點(diǎn)進(jìn)行土壤水研究的新途徑。20世紀(jì)80年代，數(shù)值模擬模型在國際上被普遍應(yīng)用于土壤水分的研究中。我國的土壤水分研究起步較晚，但是獲得的成績卻是顯而易見的。20世紀(jì)50年代中期至60年代中期，以前蘇聯(lián)A·A·羅戴為主要代表人物的形態(tài)學(xué)觀點(diǎn)傳人到我國。1977年土壤水分的能量觀念初次被介紹到國內(nèi)，我國的土壤水分研究步人了一個(gè)全新的階段。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也推動了國內(nèi)土壤水分的研究工作。在臨渭區(qū)的土壤水分方面，科學(xué)工作者也相繼進(jìn)行了研究。張淑玲、呂俊杰等在研究中指出由于近10a來該區(qū)的降水時(shí)空分布比較不均，土壤蓄水能力差，缺水對農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生障礙，造成干旱天氣，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)欠收。胡明在研究中進(jìn)行了渭河灘的荒地與耕地的土壤水分對照，指出不同的土地利用形式的土壤含水量從上層到深層體現(xiàn)為先增長后減少再增長的趨向。

該研究旨在通過對臨渭區(qū)的6種土地利用類型的土壤樣品進(jìn)行處理分析，結(jié)合該地區(qū)近幾年來的降水狀況，分析出不同土地利用類型的土壤特性以及降水狀況對土壤水分的作用，對于土壤以及農(nóng)作物的管理進(jìn)行科學(xué)的指導(dǎo)，做到合理利用各方面的資源，因地制宜，增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的大發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)的快速進(jìn)步。

1.研究區(qū)域概況

研究區(qū)域陜西省渭南市臨渭區(qū)處在關(guān)中平原的東部，位于34°13′-35°52′N和108°50′-110°38′E。境內(nèi)地勢呈南高北低，海拔為330m至2449m。境內(nèi)屬于暖溫帶半濕潤半干旱季風(fēng)氣候，冬季冷而干燥，夏季炎熱多降雨，四季分明，光照充足，降雨量適宜，全年平均氣溫在11.3-13.6℃，無霜期為199-255d，年降水量529-638mm。

2.樣品采集與處理

首先，使用土鉆法對取樣地區(qū)實(shí)行定位監(jiān)測，定位監(jiān)測分別在這6種土地利用類型上在2010-2014年的每年的10月進(jìn)行取土，取樣深度為1m，事先對空鋁盒進(jìn)行稱重，取到的土樣放置到對應(yīng)的鋁盒中。然后，將鋁盒帶回到實(shí)驗(yàn)室，對裝入新鮮土樣鋁盒的稱重，再使用烘干法對土樣進(jìn)行烘干，將土樣放置在105-108℃的烘箱中烘干6-8h，接著再將土樣放置在干燥器中進(jìn)行干燥，降到室溫后再進(jìn)行稱重，最后根據(jù)公式計(jì)算得出土壤的含水量，用重量百分比表示，使用公式如下：

土壤含水量用公式W（%））=（W1-W2）/W2×100（1）

其中：W為所測土樣的含水量（%），W1為新鮮土樣的重量（g），W2為烘干之后的土樣重量（g）。

3.數(shù)據(jù)分析

用一個(gè)表格來列出土壤水分稱重?cái)?shù)據(jù)，如表1所示：根據(jù)上面測量得出的數(shù)據(jù)和土壤水分含量的公式進(jìn)行計(jì)算，得出6種土地利用類型從2010年到2014年每年的土壤水分含量（百分比），取小數(shù)點(diǎn)后2位數(shù)字作為最終的計(jì)算結(jié)果，用一個(gè)柱狀圖來表示，如圖1。

4.降水量各因素分析

4.1降水量強(qiáng)度等級對土壤濕度的影響分析 土壤濕度作為水分的載體，其變化可以直接決定土壤環(huán)境的干旱與否，也可以直接影響到農(nóng)作物的生長以及生存狀況。降水強(qiáng)度會隨著氣候狀況的變化而發(fā)生著不同的變化，雖然降水量相同，但土壤中的含水量也會存在很大的差別，也就是說降水量與土壤中的含水量變化并不是呈正比規(guī)律而變化的。基于以上的分析，研究不同強(qiáng)度等級的降水量與土壤水分含量的變化的關(guān)系與規(guī)律，研究土壤含水量的變化對于農(nóng)作物生長以及生存的影響是十分必要的。

降水量強(qiáng)度等級的確定方式：采用Bonsai邊沿分布函數(shù)法來計(jì)算不同降水量值的閾值。Bonsai認(rèn)為，假若某個(gè)氣象要素有n個(gè)值，可以將這n個(gè)值按升序布列為：x1，x2，x3，…，xm，…，xn，那么，某個(gè)值小于或者等于xm的概率P使用下面的公式計(jì)算便可以得到：

P=m-0.31/n+0.38（2）

其中，式子中的m為xm的序號，如果有30個(gè)值，那么第95個(gè)百分位上的值為排序后的x29（P=94.4%）和x30（P=97.7%）的線性插值。使用這個(gè)方法，可以將降水量序列的每20個(gè)百分位劃分為一個(gè)等級，即就是將降水量分為強(qiáng)、較強(qiáng)、中等、較弱和弱5個(gè)降水量強(qiáng)度等級[7]（降雨量數(shù)據(jù)來源于臨渭區(qū)氣象網(wǎng)）。

以臨渭區(qū)2013年的0-100cm土壤濕度為例來分析，將其自上而下每隔10cm分為一層，計(jì)算出各層土壤濕度與降水量的相關(guān)系數(shù)（表2）。從表2中可以看出來，各月30cm以上的土壤濕度與降水量的相關(guān)系數(shù)較高，表明土壤濕度以及土壤的吸收狀況普遍較好，再往下的深度的土壤濕度與降水量的關(guān)系較差，較高的相關(guān)系數(shù)只是出現(xiàn)在8月中旬至9月中旬和下旬的各層中。

對表2中臨渭區(qū)旬土壤濕度與降水量的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行分析能夠得出如下規(guī)律。從時(shí)間跨度上來看，臨渭區(qū)從4月上旬開始到9月下旬，土壤濕度與降水量的相關(guān)系數(shù)總體上是呈現(xiàn)出增加趨勢的，即就是說從4月到9月臨渭區(qū)的降水量從大趨勢上來看是增加的，土壤對于降水的吸收也是逐步增加的；在土壤深度跨度上來看，從10-100cm的土壤濕度與降水量的相關(guān)系數(shù)逐漸變小，有的較深的土壤層甚至表現(xiàn)為負(fù)數(shù)，表明土壤深度與降水程度關(guān)系較差，呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的關(guān)系；每年的8、9月份是臨渭區(qū)的雨季，降水強(qiáng)度等級是比較高的，從總體來看渭南臨渭區(qū)在8月中旬和9月中下旬的季節(jié)里土壤中的含水量與該季節(jié)里的降水量關(guān)系呈現(xiàn)良好的狀態(tài)，其他月份里土壤含水量程度與降水量關(guān)系則表現(xiàn)不明顯。

在一般意義上認(rèn)為，土壤的水分含量占田間持水量的40%、60%和90%，就可以確定為嚴(yán)重干旱、輕度干旱和過濕的臨界線，則根據(jù)臨渭區(qū)這6種土地利用類型的土壤水含量可大致將其確定為：弱降水時(shí)（≤2.8mm）時(shí)耕作層的土壤含水量為輕旱，較弱降水（2.9-8.9mm）的時(shí)候表層10cm的土壤含水量為輕旱，中等以上的降水（≥9.0mm）時(shí)的土壤含水量為適宜，強(qiáng)降水（≥38.5mm）時(shí)的土壤含水量為過濕。

4.2降水量對土壤水分的影響分析 在不同的時(shí)期，土壤中各要素之間的平衡關(guān)系在不同的程度上影響著土壤含水量的變化。當(dāng)土壤水分的吸收不能滿足土壤的支出時(shí)，就會減少土壤內(nèi)部的含水量，反之，則增加土壤含水量。在我國北方地區(qū)，降水狀況受到時(shí)節(jié)交替變化的影響較大，冬季和春季降水比較少，夏季和秋季降水多，且每年降水總量相對來說也是存在差別的，于是，土壤的含水量也受降水量的影響，存在著年際性變化和季節(jié)性變化。

本文的研究數(shù)據(jù)使用的是在臨渭區(qū)氣象局的網(wǎng)站上獲取的渭南市臨渭區(qū)近5年的降水量，即就是把從2010年到2014年每年的降水量數(shù)據(jù)作為研究資料，每一年的土壤水分含量對應(yīng)到當(dāng)年的年降水量，以此來進(jìn)行分析，可以得出降水對于土壤水分含量的影響以及這6種土地利用類型之間的對比，計(jì)算分析的結(jié)果用一個(gè)表格來表示，如表3所示：

由上圖可以得出以下結(jié)論：降水的季節(jié)變化對于耕作層土壤水分含量的變化的影響是呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系的。豐富的降水對耕作層的土壤水分含量起到增加作用，匱乏的降水對耕作層的土壤水分含量是起到減少作用的。隨著天氣的氣候狀況的不同，降水量也會發(fā)生改變，對于研究區(qū)內(nèi)土壤中的含水量的變化也會產(chǎn)生不同的影響。

5.結(jié)論

由以上的圖表以及分析可以得出以下結(jié)論：在研究區(qū)內(nèi)，不同的耕地土壤水分含量不同，其中蔬菜地土壤含水量最高，蘋果地土壤含水量最小，降水量對不同耕地類型的影響也是同向的；降水量的季節(jié)變化與耕作層土壤水分含量的變化是呈正相關(guān)關(guān)系的。降水量的多少會影響土壤水分的變化，降水量增加，則會增加土壤水分含量，反之，則亦然；降水強(qiáng)度等級的差別對于土壤含水量的影響是正向的，并且不同的降水級別之間，土壤濕度的差異是極為明顯的；土壤水分的收支狀況會對土壤中水分的多少產(chǎn)生影響，土壤水分的消耗大于土壤水分的吸收，則會減少土壤中的含水量。

在研究區(qū)0-100cm各層的土壤的水分和相關(guān)關(guān)系里，其中0-30cm的土壤濕度與降水量之間的關(guān)系最好，即便是耕作層的土壤濕度與降水量之間的關(guān)系最好。而且在一年當(dāng)中，8月中旬以及9月份中下旬的時(shí)間也就是在夏季，降水量對于土壤濕度的增加幅度是最大的。