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摘 要：本文利用自动土壤水分观测仪观测了2013年福州市土壤水分的主要要素，分析了该地区土壤水分变化的主要特征。结果表明，10cm土层的土壤水分变化幅度较大，而50cm土层的土壤水分变化幅度较小，外界环境对表层土壤的影响较大，而深层土壤受外界环境的影响相对较小；耕作层的土壤湿度变化规律和降水量变化较为一致；在高温季节，台风所带来的降水对土壤湿度的改善极为显著，耕作层（10～20cm）土壤含水量受降雨的影响响应最快。
关键词：土壤水分；降水量；变化规律；福州市；降雨量
中图分类号：S152.7 文献标识码：A
土壤水分是陆地植物生长发育的基础条件，是陆面生态系统水循环的重要参数，也是全球气候变化的重要组成部分[1-2]。近年来，受全球气候变暖趋势的影响，气温升高，旱、涝等气候灾害频繁发生，对农业生产影响较大。特别是加上工农业生产、人民生活用水增加，地下水位下降，地下水平衡被打破[3]。土壤水分是水分平衡的组成部分，制约着土壤中养分的溶解、转移和吸收以及土壤微生物的活动。土壤水分又是植物耗水的主要来源，对植物的生理活动有着重大影响[4]。农作物整个生育过程中，生长发育的好坏，都依赖于土壤水分的供应状况。本文通过研究土壤水分变化规律，在农作物正常生育过程中采取切实有效的农业技术措施，保证作物的正常生长进而获得高产，达到充分利用土壤水分资源并改善土壤水分状况提供有利参考。
1 材料和方法
1.1 研究区概况
研究区位于福州农业气象试验站，地处福州市东部，属典型的亚热带季风气候，雨热同期，对农业生产有利，主要气象灾害有台风、暴雨洪涝、高温、干旱、寒潮等。研究区土壤为砂黏土，种植草本植物，植被覆盖度好。
1.2 仪器与方法
通过布设自动土壤水分观测仪，利用传感器间的土壤充当电介质，再通过传输线的驻波比电压或电容振荡频率与土壤水分之间的对应关系，来测量土壤水分，观测要素为10cm、20cm、30cm、40cm、50cm土层的土壤体积含水量、土壤相对湿度、土壤重量含水率、土壤有效水分贮存量。研究采用2013年自动土壤水分观测站数据及1982～2013年气象站的降水量数据，用来对比分析2013年福州市土壤水分变化规律及与降水量之间的关系。
2 结果和分析
2.1 降雨量分布特征分析
从图1可以看出，2013年降雨量为1157mm，比多年平均降雨量1395.6mm偏少约17%，降水主要集中在3～9月，2013年除5月、8月、11月和12月以外，其余月份降雨量均低于多年均值。从逐月分布特征来看，2013年降雨量分布与往年相比总体较为类似，呈双峰分布，峰值分别位于5月和8月。这是由于3～6月为雨季，降水多集中在5月和6月，所以形成第一个峰值。6月下旬雨季结束开始进入高温季节，这个期间高温少雨。7月受超强台风“苏力”影响（过程雨量67.4mm），8月主要受超强台风“尤特”（过程雨量35.3mm）、台风“潭美”（过程雨量138.1mm），故8月份降水量达到年内第2个峰值，由此高温季节多靠台风过程带来充沛的降水。
2.2 测点各层土壤水分变化
图2可以看出，各层次的土壤体积含水量水分变化规律较为类似，变化幅度差异较大。各层土壤含水量均在5月达到主峰，在9月达到次峰。其中，10cm土壤体积含水量变化波动最为剧烈，波动范围在14%～22%，这是由于该层土壤受降雨、温度、风力等气象因子的影响较大；20cm和30cm波动幅度次之，约在12%～19%；40cm和50cm土层体积含水量波动幅度相对平缓，50cm波动幅度最小，约在16%～21%之间波动，这是由于随着土层的加深，受外界环境的影响相对较小。
2.3 降雨量和土壤相对湿度之间的关系
地表至20cm深的土层，一般称为耕作层。这层土壤水分极易受气象要素的影响，土壤水分运行极为活跃，存在着频繁的下渗和上升的交替现象，土壤水分变化最大。选取10cm土层进行分析，通过图3可以看出，1～3月，虽然此时降水量较小，对于土壤的补给较少，但由于此时植被未处于生长旺期，且蒸发量较小，所以10cm土层的土壤湿度变化幅度不大。进入4～6月以后，随着雨季的到来，降水量的增加，土壤湿度维持在一个较高的水平，地表植被逐渐进入生长旺期，耗水量开始增大，土壤湿度的变化幅度开始增大。7～9月，此时处于高温少雨季，地表蒸发加强，植被处于生长旺季，蒸腾增加，使土壤水分大量消耗，土壤湿度下降。但此期多受台风影响，台风能够带来充沛的降水，因此每当台风过后，土壤水分得到迅速补充，土壤湿度又回到较高的位置，而一旦没有台风所带来的降水，在高温高损耗的情况下，土壤水分下降非常迅速，土壤湿度变化幅度剧烈。11月以后，随着地表蒸发和植被生长的减弱，水分消耗的降低，降水对于土壤水分的补充作用十分明显，土壤湿度维持在较高的水平。
2.4 土壤水分对一次典型台风降水过程的响应
进入6月下旬，随着雨季结束，随之而来的高温少雨季，这个期间土壤水分多靠臺风带来的降水进行补充。选取2013年7月超强台风“苏力”降水过程（降雨量67.4mm）来研究降雨前后各层土壤水分的动态变化及对降雨的响应过程。从表1可以看出，耕作层（10～20cm）土壤含水量受降雨的影响响应最快，其中10cm土壤含水量在降水1h内就显著增加且4h后就达到较高水平保持稳定，20cm含水量在5h后明显增加，而30cm和40cm土层含水量分别在9h和20h后开始增加，50cm土层含水量则在降雨过后40h才有所增加，增加幅度也不大。从观测结果来看，10～30cm土壤含水量在较短的时间内就可以得到较好的补充，对降水的响应时间较为迅速，而40cm和50cm土壤的水分含量则缓慢通过重力水下渗得到恢复，响应时间明显缓慢。
3 结论与讨论
2013年降水量分布与多年平均状况较为类似，呈双峰分布。
从各层体积含水量变化规律来看，10cm土壤体积含水量变化波动最为剧烈，50cm波动最小，表层受外界环境影响较大，而深层土壤受外界环境的影响相对较小。
耕作层土壤受气象要素的影响较大，土壤相对湿度的变化规律和降水量变化较为一致；在高温季节，台风所带来的降水对土壤湿度的改善极为显著。
10cm的土壤水分对降水的响应时间较为迅速，10～30cm土壤含水量在较短的时间内就可以通过得到较好的补充，而40cm和50cm土壤的水分含量则缓慢通过重力水下渗得到恢复，响应时间明显缓慢且补充较少。
参考文献
[1] 张顺谦，卿清涛，侯美亭，等.于温度植被干旱指数的四川伏旱遥感监测与影响评估[J].业工程学报，2007，23（9）：141-147.
[2] 汪潇，张增祥，赵晓丽，等.遥感监测土壤水分研究综述[J].土壤学报， 2007，44（1）：157-163.
[3] 王春娟，张义芳，李建军.鸡地区农田土壤水分周年变化特征及冬小麦干旱指标[J].山西气象，2010，（1）：22-25.
[4] 张志富.自动站土壤水分资料质量控制方案的研制[J].旱区地理， 2013，36（1）：101-108.
作者简介：杨开甲（1984-），男，汉，江苏扬州，助理工程师，研究方向：农业气象。
关键词：土壤水分；降水量；变化规律；福州市；降雨量
中图分类号：S152.7 文献标识码：A
土壤水分是陆地植物生长发育的基础条件，是陆面生态系统水循环的重要参数，也是全球气候变化的重要组成部分[1-2]。近年来，受全球气候变暖趋势的影响，气温升高，旱、涝等气候灾害频繁发生，对农业生产影响较大。特别是加上工农业生产、人民生活用水增加，地下水位下降，地下水平衡被打破[3]。土壤水分是水分平衡的组成部分，制约着土壤中养分的溶解、转移和吸收以及土壤微生物的活动。土壤水分又是植物耗水的主要来源，对植物的生理活动有着重大影响[4]。农作物整个生育过程中，生长发育的好坏，都依赖于土壤水分的供应状况。本文通过研究土壤水分变化规律，在农作物正常生育过程中采取切实有效的农业技术措施，保证作物的正常生长进而获得高产，达到充分利用土壤水分资源并改善土壤水分状况提供有利参考。
1 材料和方法
1.1 研究区概况
研究区位于福州农业气象试验站，地处福州市东部，属典型的亚热带季风气候，雨热同期，对农业生产有利，主要气象灾害有台风、暴雨洪涝、高温、干旱、寒潮等。研究区土壤为砂黏土，种植草本植物，植被覆盖度好。
1.2 仪器与方法
通过布设自动土壤水分观测仪，利用传感器间的土壤充当电介质，再通过传输线的驻波比电压或电容振荡频率与土壤水分之间的对应关系，来测量土壤水分，观测要素为10cm、20cm、30cm、40cm、50cm土层的土壤体积含水量、土壤相对湿度、土壤重量含水率、土壤有效水分贮存量。研究采用2013年自动土壤水分观测站数据及1982～2013年气象站的降水量数据，用来对比分析2013年福州市土壤水分变化规律及与降水量之间的关系。
2 结果和分析
2.1 降雨量分布特征分析
从图1可以看出，2013年降雨量为1157mm，比多年平均降雨量1395.6mm偏少约17%，降水主要集中在3～9月，2013年除5月、8月、11月和12月以外，其余月份降雨量均低于多年均值。从逐月分布特征来看，2013年降雨量分布与往年相比总体较为类似，呈双峰分布，峰值分别位于5月和8月。这是由于3～6月为雨季，降水多集中在5月和6月，所以形成第一个峰值。6月下旬雨季结束开始进入高温季节，这个期间高温少雨。7月受超强台风“苏力”影响（过程雨量67.4mm），8月主要受超强台风“尤特”（过程雨量35.3mm）、台风“潭美”（过程雨量138.1mm），故8月份降水量达到年内第2个峰值，由此高温季节多靠台风过程带来充沛的降水。
2.2 测点各层土壤水分变化
图2可以看出，各层次的土壤体积含水量水分变化规律较为类似，变化幅度差异较大。各层土壤含水量均在5月达到主峰，在9月达到次峰。其中，10cm土壤体积含水量变化波动最为剧烈，波动范围在14%～22%，这是由于该层土壤受降雨、温度、风力等气象因子的影响较大；20cm和30cm波动幅度次之，约在12%～19%；40cm和50cm土层体积含水量波动幅度相对平缓，50cm波动幅度最小，约在16%～21%之间波动，这是由于随着土层的加深，受外界环境的影响相对较小。
2.3 降雨量和土壤相对湿度之间的关系
地表至20cm深的土层，一般称为耕作层。这层土壤水分极易受气象要素的影响，土壤水分运行极为活跃，存在着频繁的下渗和上升的交替现象，土壤水分变化最大。选取10cm土层进行分析，通过图3可以看出，1～3月，虽然此时降水量较小，对于土壤的补给较少，但由于此时植被未处于生长旺期，且蒸发量较小，所以10cm土层的土壤湿度变化幅度不大。进入4～6月以后，随着雨季的到来，降水量的增加，土壤湿度维持在一个较高的水平，地表植被逐渐进入生长旺期，耗水量开始增大，土壤湿度的变化幅度开始增大。7～9月，此时处于高温少雨季，地表蒸发加强，植被处于生长旺季，蒸腾增加，使土壤水分大量消耗，土壤湿度下降。但此期多受台风影响，台风能够带来充沛的降水，因此每当台风过后，土壤水分得到迅速补充，土壤湿度又回到较高的位置，而一旦没有台风所带来的降水，在高温高损耗的情况下，土壤水分下降非常迅速，土壤湿度变化幅度剧烈。11月以后，随着地表蒸发和植被生长的减弱，水分消耗的降低，降水对于土壤水分的补充作用十分明显，土壤湿度维持在较高的水平。
2.4 土壤水分对一次典型台风降水过程的响应
进入6月下旬，随着雨季结束，随之而来的高温少雨季，这个期间土壤水分多靠臺风带来的降水进行补充。选取2013年7月超强台风“苏力”降水过程（降雨量67.4mm）来研究降雨前后各层土壤水分的动态变化及对降雨的响应过程。从表1可以看出，耕作层（10～20cm）土壤含水量受降雨的影响响应最快，其中10cm土壤含水量在降水1h内就显著增加且4h后就达到较高水平保持稳定，20cm含水量在5h后明显增加，而30cm和40cm土层含水量分别在9h和20h后开始增加，50cm土层含水量则在降雨过后40h才有所增加，增加幅度也不大。从观测结果来看，10～30cm土壤含水量在较短的时间内就可以得到较好的补充，对降水的响应时间较为迅速，而40cm和50cm土壤的水分含量则缓慢通过重力水下渗得到恢复，响应时间明显缓慢。
3 结论与讨论
2013年降水量分布与多年平均状况较为类似，呈双峰分布。
从各层体积含水量变化规律来看，10cm土壤体积含水量变化波动最为剧烈，50cm波动最小，表层受外界环境影响较大，而深层土壤受外界环境的影响相对较小。
耕作层土壤受气象要素的影响较大，土壤相对湿度的变化规律和降水量变化较为一致；在高温季节，台风所带来的降水对土壤湿度的改善极为显著。
10cm的土壤水分对降水的响应时间较为迅速，10～30cm土壤含水量在较短的时间内就可以通过得到较好的补充，而40cm和50cm土壤的水分含量则缓慢通过重力水下渗得到恢复，响应时间明显缓慢且补充较少。
参考文献
[1] 张顺谦，卿清涛，侯美亭，等.于温度植被干旱指数的四川伏旱遥感监测与影响评估[J].业工程学报，2007，23（9）：141-147.
[2] 汪潇，张增祥，赵晓丽，等.遥感监测土壤水分研究综述[J].土壤学报， 2007，44（1）：157-163.
[3] 王春娟，张义芳，李建军.鸡地区农田土壤水分周年变化特征及冬小麦干旱指标[J].山西气象，2010，（1）：22-25.
[4] 张志富.自动站土壤水分资料质量控制方案的研制[J].旱区地理， 2013，36（1）：101-108.
作者简介：杨开甲（1984-），男，汉，江苏扬州，助理工程师，研究方向：农业气象。