宿州市土壤墒情变化规律及退墒预报方案研究

（安徽省宿州水文水资源局 宿州 234000）

1 引言

干旱是人类面临的主要自然灾害之一[1]，近年来我国北方地区水资源严重短缺，农业供水形势尤为严峻，精准抗旱是实现地区粮食生产可持续稳产高产的必然选择。精准抗旱需要依靠土壤墒情监测技术获得每一时刻的土壤水分状况，根据其变化趋势提前作出决策，因此土壤墒情监测和预报是抗旱减灾的关键。宿州市是安徽省干旱灾害频繁发生的地市之一，旱情严重影响了农作物的产量和质量，研究土壤墒情的变化规律对促进本地区农作物的生长具有重要的意义。

本文根据宿州市2011—2019年的土壤墒情监测数据，结合降雨、蒸发、土壤特性和作物种类等因素的影响，分析了宿州市土壤墒情时空变化规律。以杨楼试验站为例，建立退墒预报方案，可为该地区的农业生产、干旱预警以及防灾减灾等方面提供理论支撑。

2 数据与计算方法

2.1 研究区域概况与数据来源

宿州市位于安徽省东北部，地处安徽省淮北平原北部、黄淮海平原的南端，属暖温带、湿润半湿润季风气候区，四季气候变化较大。宿州市多年平均降雨量858.7mm，多年平均蒸发量884.8mm，年均气温14.5℃，年均无霜期210d。土壤类型有壤土、砂壤土、黏壤土、潮土、砂礓黑土五大类，以壤土为主。

本文研究所用资料来源于2011—2019年宿州市四县一区8 个土壤墒情监测站。降雨采用当地遥测雨量站监测资料，蒸发采用杨楼站和浍塘沟闸站监测资料，蒸发资料均为每日8 时人工观测值。

2.2 计算方法

2.2.1 土壤含水量计算

烘干法是目前最常用的一种测定土壤含水量的方法，也是国内外通用的测定土壤含水量标准方法，计算公式如下：

式中：ω 为土壤含水量，重量含水量，用百分数表示（%）；m1为铝盒加湿土重量，g；m2为铝盒加干土重量，g；m0为铝盒重量，g。

2.2.2 消退系数K 值计算

土壤墒情的消退过程是一个物理过程，根据土壤含水量消退系数k 值的大小，可以判断出土壤墒情的失墒程度，公式如下：

式中：θn为n日后土壤含水量，%；θ0为某日初期土壤含水量，%；K 为土壤含水量消退系数。

3 土壤墒情变化规律分析

3.1 土壤水分空间变化特征

宿州市土壤以壤土为主，东北部黄泛区为砂壤土，中部为壤土，西南部为潮土和黏壤土。通过对宿州市8 个墒情监测站不同土层土壤含水量计算，求得不同月份垂向土壤平均含水量，统计汇总结果见表1。

由表1可知，在土壤类型相同的条件下，陇海至杨楼、杜楼至长沟土壤含水量呈现递增的趋势，浍塘沟闸、宿县闸和虞姬三个监测站土壤含水量相对较高。主要原因是：一方面，宿州降雨南多北少，西南部土壤水分补给较为充足；另一方面，宿州西南部土壤普遍为黏壤土，土分子吸力和毛管孔隙作用比砂壤土和土壤要大，吸持的水分较多，一般为2～3 倍[3]，所以降雨之后土壤水分不易流失，土壤含水量较大。宿州市土壤墒情空间变化总体呈东北向西南递增趋势。

表1 2011—2019年宿州市各墒情站非冻期不同月份土壤平均含水量表（单位：%）

表2 宿州市各墒情监测站不同深度土层土壤含水量统计表

表3 杨楼试验站土壤含水量消退系数K 值统计表

表4 0～40cm 垂向平均土壤含水量消退预报验证表

3.2 土壤水分垂向变化特征

采用变异系数法分析宿州市不同深度土层土壤含水量垂向变化情况，结果见表2。

由表2可得，除陇海和杨楼墒情监测站以外，10cm 深度土层土壤含水量平均值较大，20cm 和40cm 深度土层土壤含水量平均值较小。因为陇海和杨楼墒情监测站土壤为砂壤土，土壤吸持水分份量较小，降雨之后土壤水分易流失，导致表层土壤含水量较小。从8 个墒情监测站土壤含水量变异系数来看，10cm 深度土层最大，40cm 深度土层最小，这说明表层土壤含水量受降雨、蒸发等因素影响显著，变化较为明显，而土层越深土壤含水量变化越缓慢。

4 土壤墒情退墒预报方案分析

4.1 土壤含水量消退系数k 值推求

采用杨楼试验站2011—2018年实测土壤含水量、降雨量和蒸发量数据，选取两测次间无降雨和土壤墒情消退较明显的时段，根据公式（2）计算出杨楼试验站3—11月不同土层深度（10cm、20cm 和40cm）和垂向平均土壤含水量消退系数k 值，结果见表3所示。

由表3可以看出，3月和11月土壤含水量消退系数K 值最大，6—8月K 值最小。3月和11月气温较低，作物生长缓慢，需水量较小，作物失墒慢。6—8月气温较高，作物生长较快，需水量大，作物失墒快。

4.2 退墒预报方案验证

依据2019年杨楼试验站实测土壤含水量数据，按照水情和土壤墒情相关规范对土壤含水量预报值θn1与实测值θn进行误差评定[4]，验证杨楼试验站土壤墒情退墒预报方案的精度，验证结果见表4所示。

通过表4可以得出，2019年杨楼试验站土壤含水量消退预报方案所有预报均合格，即预报合格率为100%，达到甲级预报标准，可用于土壤含水量退墒正式预报。

5 结语

本文以宿州市8 个墒情站2011—2019年土壤墒情监测资料为基础，分析了宿州市土壤墒情时空变化规律，结果表明宿州市土壤墒情空间变化总体呈东北向西南递增趋势，土壤墒情在垂向分布上，表层土壤含水量受降雨、蒸发等因素影响显著，变化较为明显，而土层越深土壤含水量变化越缓慢。本文通过分析计算出杨楼试验站3—11月土壤含水量消退系数K 值，确定了土壤含水量消退预报方案，根据2019年杨楼试验站土壤含水量实测数据，验证了杨楼试验站土壤墒情退墒预报方案，预报方案达到甲级方案等级，满足相关规范要求，可应用于正式的土壤含水量退墒预报，对于指导宿州市抗旱减灾和农业灌溉具有重要的意义■