大兴安岭东麓耕地土壤含水量变化规律分析

张连云张培青乌仁其其格张安臣肖健

(1.呼伦贝尔市农牧技术推广中心，内蒙古 海拉尔 021008；2.呼伦贝尔学院，内蒙古 海拉尔 021008)

位于大兴安岭东麓中段的扎兰屯市、阿荣旗和莫旗是内蒙古自治区粮食重点产区，更是国家重要商品粮基地，其中莫旗年均粮食产量稳定在17.5亿kg，连续17a被农业农村部评为“全国粮食生产先进县”。扎兰屯市、阿荣旗和莫旗主要种植作物有大豆、玉米、水稻、小麦、马铃薯、杂粮等。各旗市耕地类型多为旱地，作物需水的直接来源是土壤水分,其多少直接影响作物的生长发育、产量和品质的形成[1,2]。土壤含水量受气象、土壤、农业等多种因素共同影响,其监测结果可为农田灌溉提供依据[2,3]。研究土壤水分变化规律及其与降水、蒸发的关系，对农田合理灌水、防旱抗灾具有重要意义[4,5]。

1 区域概况

扎兰屯市位于内蒙古自治区东部、呼伦贝尔市南端，地处大兴安岭山脉的东麓中段、松嫩(辽)平原西侧。海拔250～1706m，有山地、丘陵、平原和河谷4种地形单元。属中温带大陆性季风气候。气候特点是太阳辐射较强，日照丰富，冬季漫长、严寒干冷；夏季短而温热，雨量集中，气温年、日较差大；春季升温快，秋天气温剧降，积温有效性高。主要有棕色针叶林土、暗棕壤、黑土、草甸土、沼泽土和水稻土6种土壤类型[6]。

阿荣旗位于呼伦贝尔市东南部，背倚大兴安岭，面眺松嫩平原，全境地貌呈中低山-丘陵漫岗地形。地势由西北向东南呈阶梯式下降，海拔由1149m逐渐过渡到198m。属于温带大陆性半湿润气候，由于受地势及植被的不同影响，温度自南向北逐渐递减，年平均气温1.7℃。年平均降水量458.4mm，主要集中在6—8月，占全年降水量的70%，年均蒸发量1455.3mm。无霜期90～130d[7]。

莫旗位于呼伦贝尔市最东部、大兴安岭东麓中段、嫩江西岸。全境地势由西北向东南倾斜，平均海拔400m。有山丘、丘陵、平原3大地貌。属中温带大陆性的季风气候，无霜期平均115d，平均气温1.3℃。平均降水量在400～500mm[8]。

莫旗监测点土壤类型以暗棕壤为主，阿荣旗监测点土壤类型主要是黑土，扎兰屯市监测点土壤类型多为草甸土。

2 监测资料

整编了大兴安岭东麓2014—2019年的土壤墒情和气象资料。土壤含水量数据来自扎兰屯市、阿荣旗和莫力达瓦旗15个墒情监测点的监测资料。降水量、蒸发量资料均来自呼伦贝尔市气象局。其中阿荣旗、莫旗蒸发量数据有残缺，其余数据完整。

土壤含水量取样工作于4月下旬开始，每月10日、25日进行。取样深度为0～20cm和20～40cm 2个层次，每个层次取3次重复，取平均值作为该样点该层次的最终含水量，用烘干法计算。监测日遇到降雨时，延后取样。进入冬季土壤表层封冻后停止取样。

3 土壤含水量变化规律分析

3.1 空间变化

绘制大兴安岭东麓扎兰屯市、阿荣旗和莫旗3个土壤墒情监测站0～20cm和20～40cm 2个土层月平均土壤含水量变化图，见图1。

图1 各监测站不同土层土壤含水量月变化

3.1.1 水平空间变化

从图1可以看出，莫旗0～20cm和20～40cm 2个土层月均土壤含水量明显均高于扎兰屯市和阿荣旗，而扎兰屯市和阿荣旗土壤含水量接近，扎兰屯市略高于阿荣旗。土壤含水量受降水、蒸发影响较大。扎兰屯市、莫旗月均降水量高于阿荣旗，且阿荣旗月均蒸发量大于扎兰屯市。土壤含水量还受土壤类型影响。北部的莫旗监测点土壤类型以暗棕壤为主，而中部的阿荣旗监测点土壤类型以黑土为主。大兴安岭山地暗棕壤带年平均温度-1～2℃，湿润度0.8～1.0；黑土带年平均温度0～2.5℃，年降水量湿润度0.65～0.8[9]。整体看来，大兴安岭东麓中段土壤含水量总体北部较高，中部和南部较低。

3.1.2 垂直空间变化

表1 不同深度土层土壤含水量统计

表1列出了扎兰屯市、阿荣旗和莫旗3个监测站不同深度土层的土壤含水量。结合图1可看出，同一监测站深层(20～40cm)土壤含水量的平均值均略高于表层土壤(10～20cm)含水量平均值，且扎兰屯市、阿荣旗和莫旗表层土壤含水量变异系数也高于深层土壤。这是由于土壤含水量易受蒸发和降水2个气象因素的影响，而0～20cm土壤由于接近地表，土壤含水量所受影响更明显。

3.2 时间变化

3.2.1 土壤水分年际变化特点

汇总大兴安岭东麓各监测站年平均土壤含水量和各年的降水量数据，绘制年际土壤含水量和降水量曲线，见图2，分析各站年平均土壤含水量随时间变化趋势。通过图2可知，2017年扎兰屯市、阿荣旗、莫旗3个监测站年降水量最低，分别为316.6mm、387.8mm和373.9mm，而当年各监测站土壤含水量也是历年中最低。在降水量较高的2014年、2015年、2018年和2019年，各监测站0～20cm和20～40cm 2个土层的土壤含水量也高。土壤含水量的年际变化与降水量呈正相关。

图2 各监测站土壤含水量和降水量的年际变化

图3 2014—2019年扎兰屯市含水量与蒸发量

根据整理的蒸发气象资料，绘制扎兰屯监测站年平均土壤含水量和历年蒸发量曲线，如图3所示。在蒸发量较低的2014年和2015年扎兰屯市土壤含水量为历年中较高值，分别为22.91%、23.64%，而在蒸发量最高的2017年，土壤含水量仅为18.6%。土壤含水量受地表蒸发的影响明显。土壤含水量年际变化与蒸发量呈负相关。结合图2和图3可知，2014年、2015年扎兰屯市降水量大、蒸发量小，土壤含水量高；而2017年扎兰屯市降水量小、蒸发量大，土壤含水量低。

3.2.2土壤水分年内变化特点

图4是大兴安岭东麓2014—2019年土壤含水量监测数据，以及岭东月均降水、蒸发量变化图。表2统计了大兴安岭东麓各季土壤含水量。大兴安岭东麓3月土壤尚未完全解冻，11月进入封冻期，监测区间为4—10月。春季(3—5月)地温升高，积雪融化，土壤解冻初期，土壤含水量保持在封冻前水平，含水量都较高，墒情处于适宜水平。由于气候原因，春季大风天气多，气温快速升高，蒸发量变大，且春季少雨，春旱频发，导致春季土壤含水量变异系数最大，达17.42%。夏季(6—8月)是全年降水的集中期，也是全年日均温最高的时期，进入夏季后作物生长速度加快，植物蒸腾和地面蒸发愈发明显，受多种因素影响土壤含水量变化强烈。入秋后气温降低，降水、蒸发、植物蒸腾及地面蒸发影响逐渐减小，土壤水分变化缓慢，且主要在土壤表层进行[8]，随着气温的逐渐下降，土壤开始封冻，土壤含水量总体趋于稳定。土壤含水量年内变化春季最明显，夏季次之，秋季趋于平缓。

图4 2014—2019年大兴安岭东麓土壤含水量及月均降水、蒸发量

表2 不同季节土壤含水量统计

4 结论与讨论

通过对比不同监测站土壤含水量曲线可知，受降水、蒸发和土壤类型的影响，各处土壤含水量有差异，大兴安岭东麓中段水平方向总体北部含水量较高，中南部略低。

在垂直方向，表层土壤含水量变化比深层土壤明显。此结果与钟维斌[10]、李晓敏[11]研究结论一致。

因阿荣旗、莫旗蒸发数据残缺，土壤含水量与蒸发曲线仅对扎兰屯市进行了分析；土壤含水量与降水曲线则对扎兰屯市、阿荣旗和莫旗3市进行了分析。从年际变化看，土壤含水量与降水量、蒸发量分别呈正、负相关关系。且降水量大、蒸发量小的年份，土壤含水量高；而降水量小、蒸发量大的年份，土壤含水量低，与钟维斌分析结果一致[10]。

土壤含水量年内变化呈春季最明显，夏季次之，秋季稳定。此结果与顾建芹等墒情研究结果不完全一致[2]。受气候影响，当地春季升温快，大风天气多，蒸发强烈，降水少，尤其遇干旱年份，土壤失墒严重，变异最强，此结论与顾建芹等所述不同[2]。而夏季降雨集中，土壤含水量急剧上升，加之温度较高、光照强烈，作物需水多蒸腾大，地表蒸发大，土壤含水量消耗多，变异系数较大；秋季气温、降水量、蒸发量逐渐减弱，土壤水分变化稳定，与顾建芹等研究结果一致[2]。