包头市固阳县近50余年气候变化及其对土壤水分的影响

包头市固阳县近50余年气候变化及其对土壤水分的影响

李宏伟;李秀华;夏雪莲;苏亮;杨润兵;高振江

【摘要】利用包头市固阳县1960—2012年气象资料和1982—2012年土壤水分资料,采用回归及相关分析方法,分析了50余年来气候变化及其对土壤水分的影响。结果显示：近53年来,固阳地区温度呈极显著上升趋势,年均气温53年上升了约2.1℃;年均降水量呈现缓慢增加态势,但农作物需水旺季夏季,降水量是缓慢下降的。近31年来,土壤水分呈显著下降趋势,以秋季下降速度最快;土壤水分与温度呈负相关,与降水量呈正相关,其中夏季温度和降水量对土壤水分的影响最为显著。

【期刊名称】《北方农业学报》

【年(卷),期】2016(044)004

【总页数】5页(P90-93,108)

【关键词】温度;降水量;土壤水分

【作者】李宏伟;李秀华;夏雪莲;苏亮;杨润兵;高振江

【作者单位】[1]包头市气象局,内蒙古包头014030;[2]包头市农业科学研究所,内蒙古包头014013;[3]固阳县气象局,内蒙古固阳014200;;;;

【正文语种】中文

【中图分类】S152.7

土壤水分是调控地——气反馈过程的重要参数之一，是农业管理的重要参数[1]，

也是对气候因子变异最敏感的响应指标[2]。在气候变暖已成为全球变化的主要特

征的大背景下，土壤水分必然发生相应变化。侯琼[3]，方文松[4]，王彦平[5]分别针对草原、农区以及农、牧、林区进行了相关研究，结果显示不同地区、不同植被类型下的土壤水分含量均呈现出不同程度的下降趋势，在干旱化这一特征上高度吻合。

固阳县属于典型的中温带半干旱易旱农作区，大气降水是土壤水分的主要来源，土壤水分状况成为当地农业高产、稳产的主要限制因素。本研究旨在通过气候变化和土壤水分的变化规律，以期在气候变化背景下最大限度地提高农田水分利用率，为农作区水分管理提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

固阳县位于 109°40′～110°41′E，40°42′～41°29′N，地处内蒙古高原的大青山

西段，属丘陵山区地貌，地势南高北低，缓缓向北倾斜。固阳县属于典型的中温带半干旱大陆性气候，冬长夏短，四季分明，气候多样，寒暑变化强烈，气温差较大，干旱多风，降水量少且年际变化大，日照充足，蒸发迅速[6]。固阳县长期以来一

直是一个以传统种植、养殖为主的农业经济县，农业生产在包头市经济中占有较大的比例。

1.2 数据来源及方法

文中气象资料采用固阳县气象局1960—2012年逐旬温度、降水量和蒸发量，土

壤水分资料采用固阳县气象局1982—2012年3—11月固定地段逐旬土壤相对湿度。四季划分：春季3—5月，夏季6—8月，秋季9—11月，冬季12月至翌年

2月。土壤水分测定从春季土壤0～10 cm冻土层完全融化到冬季土壤冻结达到

10 cm时结束，每旬逢8测定。时段划分：1960—1969 年、1970—1979 年、1980—1989 年、1990—1999年、2000—2009年、2010—2012年，分别代

表20世纪60年代、70年代、80年代、90年代和21世纪00年代、10年代初。

气候变化趋势分析采用线性趋势法[7]：y＝ax+b，a为趋势倾向率或变化率，绝对值大小反映气候要素的变化程度。

2 结果与分析

2.1 包头市固阳县近50余年气候变化特征

2.1.1 气温由图1可以看出，固阳县1960—2012年平均气温在波动中上升，以0.041℃/a的速度增温，年均气温53年上升了约2.1℃，增温态势达极显著水平（R＝0.722 4）。与上一个年代相比，20世纪70年代、80年代分别以0.5℃和0.2℃的幅度增温，90年代最大，达0.9℃。2010—2012年平均温度虽比2000—2009年下降了0.6℃，但总趋势是逐渐变暖的，见表1。从四季来看，冬季以0.061℃/a的幅度升温，高于夏季0.036℃/a、秋季0.035℃/a和春季

0.032℃/a。

图1 固阳县年平均气温变化趋势

表1 固阳县不同时段平均温度℃时段1960—1969 1970—1979 1980—1989 1990—1999 2000—2009 2010—2012年平均3.8 4.3 4.5 5.4 5.7 5.1春季5.9 5.6 5.9 6.7 7.3 6.0夏季19.6 19.4 19.7 20.4 20.8 21.5秋季4.1 4.4 4.7 5.3 5.6 5.2冬季-14.3-12.3-11.9-10.9-11.0-13.0

2.1.2 降水量由图2可知，自1960年以来，固阳县年均降水量1965年最少，为118.9 mm，2003年降水最多，达438.5 mm，其余年份降水量均在其间上下波动，有缓慢上升的趋势。但夏季，也就是在农作物的需水旺季，降水量却表现出缓慢下降的态势。

图2 固阳县年际间降水量变化趋势

从表2可以看出，固阳县主要降水集中在夏季，其降水量占全年降水量的53%～68%，其次是秋季和春季，分别占16%～30%和9%～17%，冬季降水量最少，占3%左右。另一方面，从1960—2012年的6个时段的平均降水量基本呈现低

－高－低－高－低－高的态势。

表2 固阳县不同时段平均降水量 mm时段1960—1969 1970—1979 1980—1989 1990—1999 2000—2009 2010—2012年平均267.6 330.8 275.0 306.6 285.2 330.3春季35.3 30.5 32.5 45.0 48.7 48.4夏季177.4 224.4 185.5 204.1 167.4 174.6秋季50.9 68.5 49.8 49.9 59.1 99.4冬季4.4 7.5 7.4 7.9 9.6 7.1

2.2 固阳县近30余年土壤水分变化特征

2.2.1 土壤水分年变化将20 cm土壤相对湿度按季节进行年代间统计，由图3看出，30余年来，无论是春季、夏季、秋季还是年均土壤水分都是在波动中下降的，且下降趋势显著，其中以秋季下降速度最快，每年为0.619%，春季下降速度其次，夏季每年为0.583%，下降速度最小。从表4可以看出，土壤相对湿度与上一年代相比，20世纪90年代比80年代升高了4个百分点，21世纪前10年又急剧下降了16个百分点，2010—2012年略有回升。春季、夏季和秋季土壤相对湿度变化情况与年平均一致。

图3 固阳县土壤水分年际变化

表4 固阳县不同时段平均土壤相对湿度 %时段1982—1989 1990—1999 2000—2009 2010—2012年平均66 70 54 57春季68 70 54 57夏季64 70 52 55秋季68 71 55 61

2.2.2 土壤水分年内变化由图4看出，进入3月份，由于春季土壤解冻后的冻融

作用，土壤水分迅速增加，到4月份土壤相对湿度达到最高值62.8%。4、5月份是固阳县大风日数最多的2个月，随着气温升高，风力增大，地表水分蒸发加剧，加之春播作物生长发育对水分的需求，土壤水分开始缓慢降低。入夏后降水多，土壤水分有所升高，9月份达到63.3%。之后因降水量减少，作物成熟期需水量增大，土壤水分缓慢下降。在土壤冻结前，受作物成熟后需水减少，气温降低、蒸发减弱