張桂珍，高 凱，張麗娟

（1．內(nèi)蒙古民族大學(xué)，內(nèi)蒙古 通遼028000；2．通遼市扎魯特旗氣象局，內(nèi)蒙古 通遼029123）

氣候因子的復(fù)雜性和多變性已經(jīng)被眾多研究學(xué)者所認(rèn)可，其通過時(shí)間序列和空間序列對(duì)生態(tài)［1］、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)［2］、社會(huì)經(jīng)濟(jì)［3］和可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生著區(qū)域性、關(guān)聯(lián)性、周期性和不確定性的影響。同時(shí)氣候變化對(duì)生態(tài)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的影響也是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)問題［4］。研究?jī)?nèi)容豐富，如：在氣候變化情況下學(xué)者們對(duì)氣溫和降水量動(dòng)態(tài)變化的研究［5］、暖干化趨勢(shì)對(duì)土地荒漠化的影響［6］、氣候變化對(duì)草原退化的影響［7］、氣候變化對(duì)植物物候期的影響［8］、氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響［9］、氣候變化對(duì)環(huán)境承載力［10］的影響等方面研究。

草地作為陸地的主要生態(tài)系統(tǒng)是生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)，也是畜牧業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和牧民賴以生存的基本生產(chǎn)資料。但是草原的退化也是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，其退化原因?qū)W者們主要?dú)w結(jié)為氣候變暖、超載過牧、不合理的人為因素干擾，促使天然草地面積減少、草地承載力下降、草原基況變差、草地沙化、鹽堿化等［11］。其中氣候變暖并不是狹義上的氣溫升高，而是氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)、蒸散量、相對(duì)濕度等的氣候因素的綜合作用。在這種情況下，學(xué)者們?yōu)榱颂接憵夂蛞蜃幼兓瘜?duì)草地可持續(xù)利用的影響，分別從時(shí)間序列和空間序列上對(duì)氣候因子變化情況下草地 的生 產(chǎn) 力［12－13］、草 地 間 群 植 物 物 候 期［14－15］、草 地環(huán) 境的 承 載 能 力、草 地 退 化［16－17］、植 被 蓋 度［18－19］等方面進(jìn)行了大量研究，探討了氣候變化對(duì)草原生產(chǎn)力、植被物候期、環(huán)境承載能力等的區(qū)域性、關(guān)聯(lián)性、周期性的影響規(guī)律，而關(guān)于草地土壤含水量與氣候因子動(dòng)態(tài)變化之間的研究卻相對(duì)較少。

草地土壤含水量作為草地土壤的主要性質(zhì)，是草地植物的主要水分來源，其對(duì)草地植物種類、生物量、蓋度、密度、高度、頻度等具有重要影響，是決定草地類型的主要因素之一。土壤水分狀況也是由氣候因素、地形因素、土壤因素等共同決定的。其中地形因素和土壤因素基本是穩(wěn)定的，其中只有氣候因素是動(dòng)態(tài)變化，因此氣候因素對(duì)土壤水分具有重要影響。有研究表明，氣候因子中降水量是山地土壤水分的主要來源，蒸散是土壤水分消耗的主要方式，此外相對(duì)濕度、風(fēng)速等因素對(duì)山地土壤水分也具有一定影響［20］。同時(shí)許多學(xué)者對(duì)不同地區(qū)土壤水分動(dòng)態(tài)分布規(guī)律進(jìn)行了深入的研究和探討［21］，但都是通過短期觀測(cè)數(shù)據(jù)來揭示土壤水分的動(dòng)態(tài)變化，利用長(zhǎng)期氣象數(shù)據(jù)和土壤含水量數(shù)據(jù)來探討氣候因子變化對(duì)土壤含水量變化規(guī)律的影響還很少。在此基礎(chǔ)上，本文利用內(nèi)蒙古通遼市扎魯特旗巴雅爾吐氣象觀測(cè)站1983－2012年4－10月（草地植物生長(zhǎng)季）的土壤含水量數(shù)據(jù)，分析該地區(qū)土壤含水量各時(shí)段、各土層變化特征，探討氣候因素動(dòng)態(tài)變化對(duì)土壤含水量的影響規(guī)律，以期揭示土壤水分與氣候因子的內(nèi)在關(guān)系，實(shí)現(xiàn)土壤水分資源的充分開發(fā)利用，為調(diào)整畜牧放牧方式及草地資源保護(hù)等方面提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 自然概況

研究區(qū)位于巴雅爾吐胡碩鎮(zhèn)，該地區(qū)屬于大興安嶺余脈中段褶皺帶和蒙古高原向松遼平原過渡地帶，120°00′－120°30′E，44°46′－45°13′N，地勢(shì)山丘起伏連綿，海拔628．3 m。年平均氣溫3．6 ℃，氣溫極端最高40．7℃，最低－33．0℃，年降水量411．2 mm，年日照時(shí)數(shù)3 028．5 h，年大風(fēng)日數(shù)43 d，無霜期155 d 左右。草本植物以針茅（Stipa capill ata）、野古草（Ar undinell a anomal a）、羊草（Leymus chinensis）、冰草（Agropyron cristatu m）、委陵菜（Potentill a aiscolor）等，覆蓋率為60%～90%。

1．2 項(xiàng)目與方法

1．2．1 土壤含水量測(cè)定及計(jì)算 土壤含水量的測(cè)定資料來源于巴雅爾牧業(yè)氣象站1983－2012年，測(cè)定方法是在天然牧草固定觀測(cè)地段，從4月8日開始水分測(cè)定，測(cè)定時(shí)間間隔為10 d，最后一次為10月28日，共測(cè)定7個(gè)月。采用土鉆法分層取樣，取樣深度為50 c m，各層分別為0－10、10－20、20－30、30－40、40－50 c m，共5個(gè)層次，每層重復(fù)取樣4次，然后用烘干法（105 ℃）烘干稱重，取其平均值為該層的土壤水分含量。氣候因子、土壤含水量等相關(guān)指標(biāo)年、月變化均采用均值。

1．2．2 氣象數(shù)據(jù)收集 氣象資料來源于內(nèi)蒙古扎魯特旗巴雅爾吐胡碩氣象觀測(cè)站，資料數(shù)據(jù)取1983－2012年，氣象因子包括逐月平均氣溫、降水量、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)等。該氣象數(shù)據(jù)觀測(cè)方法按照中國(guó)氣象局地面氣象觀測(cè)規(guī)范要求進(jìn)行各氣象要素的觀測(cè)。

式中，R是年降水量（mm），L為年最大蒸散量（mm），L 是溫度T的函數(shù)，L＝300＋25T＋0．05T3中，T為年平均氣溫（0．1 ℃）。

2 結(jié)果與分析

2．1 土壤含水量月變化

通過對(duì)1983－2012年土壤含水量動(dòng)態(tài)變化折線圖（圖1）可以看出，30 年間的土壤各層（0－10、10－20、20－30、30－40、40－50和0－50 c m）水分含量變化波動(dòng)曲線極其相似，大致呈“升－降－升－降”的脈沖變化趨勢(shì)，各層土壤含水量在同一時(shí)間點(diǎn)上其大小關(guān)系沒有規(guī)律可循；30年間土壤含水量總體呈現(xiàn)逐漸下降的變化趨勢(shì)，可以粗略的將其劃分為3個(gè)階段：第1階段為1983－1987年，該階段土壤含水量在15%～30%之間波動(dòng)，屬于土壤含水量的較高階段；第2階段為1988年－1999年，該階段土壤含水量在5%～15%范圍內(nèi)波動(dòng)，屬于土壤含水量高（15%～30%）向低（5%～10%）過渡階段；第3階段是2000 年－2012年，該階段土壤含水量在2%～10%范圍內(nèi)波動(dòng)，屬于土壤含水量較低階段；通過1983－2012年土壤含水量的動(dòng)態(tài)變化可以粗略的總結(jié)出土壤含水量隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì)，也就是說在未來的10年、20年或者更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，土壤含水量可能還會(huì)呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì)；1983－2012年土壤含水量的變化拐點(diǎn)分別為1987／1988年和1999／2000年。

土壤含水量最高值出現(xiàn)在1987年，最低值出現(xiàn)在2007 年；1985－1989 年土壤含水量變幅較大，1983－1985年和1989－2012年土壤含水量變幅較小，其中1989－2012年土壤含水量呈現(xiàn)平緩降低的變化趨勢(shì)；表層0－10 c m 土壤含水量波動(dòng)較其他各層土壤劇烈。

2．2 土壤含水量年際變化與氣候因子相關(guān)性分析

土壤年均含水量變化和氣候因子相關(guān)性分析（表1）可以看出，各層0－10、10－20、20－30、30－40和0－50 c m 土壤含水量與日照時(shí)數(shù)之間呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0．01），與40－50 c m 土壤含水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系但差異不顯著（P＞0．05），相關(guān)系數(shù)隨著土層的加深逐漸降低；各層土壤含水量與降水量之間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)隨著土層的加深逐漸減少；各層土壤含水量與溫度之間均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但均不顯著；各層土壤含水量與相對(duì)濕度之間均呈正相關(guān)關(guān)系，其中0－10、10－20、20－30和0－50 c m 與相對(duì)濕度之間呈極顯著相關(guān)，30－40和40－50 c m 與相對(duì)濕度呈顯著相關(guān)（P＜0．05）。相關(guān)系數(shù)隨土層的加深逐漸降低；各層土壤含水量與蒸散量之間相關(guān)性均達(dá)到極顯著，相關(guān)系數(shù)隨土層的加深呈先增加后降低的變化趨勢(shì)。

2．3 土壤含水量月變化與氣候因子相關(guān)性分析

土壤含水量月變化與氣候因子之間相關(guān)性分析（表2）可知，各層土壤含水量與月均溫之間呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0．01）；與月均相對(duì)濕度之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；0－10、10－20 c m 土層含水量與降水量之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0．05），20－30、30－40、40－50和0－50 c m 土層含水量與降水量之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；日照時(shí)數(shù)與土壤含水量月變化之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中在20－30和30－40 c m 土層差異不顯著（P＞0．05），其他各層均顯著；除0－10 c m 外，其他各層蒸散量與各層土壤含水量均呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

圖1 1983－2012年土壤含水量變化曲線Fig．1 Soil moisture change cure during 1983 to 2012

表1 土壤年均含水量變化與氣候因子相關(guān)性分析Table 1 Annual soil water content and interannual cli mate factor correlation analysis

表2 土壤含水量月變化與月氣候因子相關(guān)性分析Table 2 Month average water content on soil changes and cli mate factor correlation analysis

3 討論與結(jié)論

氣候因素、地形因素和土壤因素是影響土壤含水量的主要因素，其中地形因素和土壤因素具有相對(duì)的穩(wěn)定性，短期內(nèi)對(duì)土壤含水量變化的影響較小，而氣象因素本身是多變的，具有一定的時(shí)空特性，是影響土壤水分的主要因素［24］，也是當(dāng)前學(xué)者們研究的熱點(diǎn)問題。本研究通過對(duì)內(nèi)蒙古通遼市扎魯特旗巴雅爾牧業(yè)氣象站1983－2012年，天然山地草地不同土層土壤含水量的觀測(cè)研究表明，不同土層深度土壤含水量在30年間變化趨勢(shì)基本一致，其中表層土壤含水量變化幅度要高于下層。不同土層含水量動(dòng)態(tài)變化幅度差異性可能主要由于表層土壤含水量對(duì)降水、溫度、蒸散量等氣候因素的響應(yīng)更為敏感，下層相對(duì)比較平緩。有學(xué)者在對(duì)祁連山土壤含水量的研究過程中，也得出類似結(jié)論，并認(rèn)為產(chǎn)生這一結(jié)果的主要原因可能是由于土壤溫度變化引起不同土層之間含水量的不同變化規(guī)律，因?yàn)橥寥辣韺用刻斓?、不同季?jié)的溫度變化較大，這種較大的變化將對(duì)土壤水分的保持和轉(zhuǎn)換有明顯的影響，尤其是干旱半干旱地區(qū)［20］。氣候因子作為影響土壤含水量的主要因素，不同的氣候因素對(duì)土壤含水量的影響各有異同。如，降水量的時(shí)空分配對(duì)土壤水分動(dòng)態(tài)的變化具有重要影響，但這種影響受到降水量、降水強(qiáng)度和降水時(shí)間的影響［24］；蒸散量是土壤水分散失的主要方式，而水分散失的多少與植被蓋度、溫度、日照時(shí)數(shù)等有密切關(guān)系，同時(shí)蒸散量也是土壤水分減少的主要方式［25］；本研究通過對(duì)多年氣候因子和各層土壤含水量相關(guān)性分析表明：土壤含水量與溫度和日照時(shí)數(shù)呈負(fù)相關(guān)，與降水量、相對(duì)濕度、蒸散量呈正相關(guān)，其結(jié)論與前人研究一致［26－28］。

［1］ 楊元合，樸世龍．青藏高原草地植被覆蓋變化及其與氣候因子的關(guān)系［J］．植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，30（1）：1－8．

［2］ 李玉娥，董紅敏，林而達(dá)．氣候變化對(duì)畜牧業(yè)生產(chǎn)的影響［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1997，13（S）：20－23．

［3］ 王紹武，龔道溢．對(duì)氣候變暖問題爭(zhēng)議分析［J］．地理研究，2001，20（2）：153－160．

［4］ IPCC．Cli mate Change 2007：Su mmambry f or Policy makers［M］．Cambridge，UK：Cambridge University Press，2007．

［5］ 閆新霞，戴翠賢．天山北麓植被指數(shù)變化特征及其與氣溫和降雨的關(guān)系［J］．氣象與環(huán)境科學(xué)，2013，36（2）：42－46．

［6］ 李婷，譚振忠，舒貴清，王曉蘭．氣候因子對(duì)共和盆地木格灘荒漠化的影響［J］．貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（6）：66－70．

［7］ 李青豐，李福生，烏蘭．氣候變化與內(nèi)蒙古草地退化初探［J］．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2002，20（4）：98－102．

［8］ 李榮平，周廣勝，王玉輝，韓喜．羊草物候特征對(duì)氣候因子的相應(yīng)［J］．生態(tài)學(xué)雜志，2006，25（3）：277－280．

［9］ 高濤．內(nèi)蒙古馬鈴薯產(chǎn)量年際變化和氣候因子影響的分析［J］．內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2002（5）：22－23．

［10］ 秦泗國(guó)．近50年氣候變化對(duì)那曲地區(qū)環(huán)境承載力的影響［D］．拉薩：西藏大學(xué)碩士論文，2009．

［11］ 樊江文，邵全琴，劉紀(jì)遠(yuǎn)，王軍邦，陳卓奇，鐘華平，徐新良，劉榮高．1988－2005年三江源草地產(chǎn)量變化動(dòng)態(tài)分析［J］．草地學(xué)報(bào)，2010，18（1）：5－10．

［12］ 季勁鈞，黃玫，劉青．氣候變化對(duì)中國(guó)中緯度半干旱草原生產(chǎn)力影響機(jī)理的模擬研究［J］．氣象學(xué)報(bào)，2005，63（3）：257－266．

［13］ 史瑞琴．氣候變化對(duì)中國(guó)北方草地生產(chǎn)力的影響研究［D］．南京：南京信息工程大學(xué)碩士論文，2006．

［14］ 白美蘭，郝潤(rùn)全，李喜倉(cāng)，邸瑞琦．草原區(qū)草本植物物候期對(duì)氣候變化的響應(yīng)［A］．中國(guó)氣象學(xué)會(huì)．第28屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)——S4應(yīng)對(duì)氣候變化，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)［C］．廈門：中國(guó)氣象學(xué)會(huì)：2011：9．

［15］ 李夏子，韓國(guó)棟．內(nèi)蒙古東部草原優(yōu)勢(shì)牧草生長(zhǎng)季對(duì)氣象因子變化的響應(yīng)［J］．生態(tài)學(xué)雜志，2013，32（4）：987－992．

［16］ 柳媛普，呂世華，李鎖鎖，高艷紅．黃河源區(qū)草地退化對(duì)局地氣候環(huán)境影響的數(shù)值模擬［J］．高原氣象，2009，28（2）：327－334．

［17］ 程曉莉，安樹青，欽佩，劉世榮．鄂爾多斯草地退化過程中植被地上生物量空間分布的異質(zhì)性［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，23（8）：1526－1532．

［18］ 任世龍，宜樹華，陳建軍，秦彧．高山草地植被蓋度對(duì)氣候變暖和人類活動(dòng)的響應(yīng)［J］．草業(yè)科學(xué)，2013，30（4）：506－514．

［19］ 高清竹，段敏杰，李玉娥，萬運(yùn)帆，郭亞奇，劉碩，馬欣，邊多．1981－2006年藏西北地區(qū)草地植被蓋度動(dòng)態(tài)變化分析［J］．中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2010，31（4）：582－585．

［20］ 黃德青，于蘭，張耀生，趙新全．氣象因子對(duì)祁連山北坡天然草地土壤水分動(dòng)態(tài)變化的影響［J］．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2011，29（3）：233－239．

［21］ 李洪建，王孟本，柴寶峰．黃土高原土壤水分變化的時(shí)空特征分析［J］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，14（4）：515－519．

［22］ 韓芳，牛建明，劉朋濤，那日蘇，張艷楠，王海．氣候變化對(duì)內(nèi)蒙古荒漠草原牧草氣候生產(chǎn)力的影響［J］中國(guó)草地學(xué)報(bào)，2010，32（5）：57－65．

［23］ Leith．Modeling the pri mar y productivity of the world［J］．Nature and Resources，1972，8（2）：5－10．

［24］ 楊文治，邵明安．黃土高原土壤水分研究［M］．北京：科學(xué)出版社，2000．

［25］ Dawson T E．Hydraulic lift and water parasitis m by plants：Implications f or water balance，perfor mance，and plant－plant interaction［J］．Oecologia，1993，95：565－574．

［26］ 何其華，何永華，包維楷．干旱半干旱區(qū)山地土壤水分動(dòng)態(tài)變化［J］．山地學(xué)報(bào)，2003，21（2）：149－156．

［27］ 周景春，蘇玉杰，張懷念，張存嶺，陳若禮．0～50 c m 土壤含水量與降水和蒸發(fā)的關(guān)系分析［J］．中國(guó)土壤與肥料，2007（6）：23－27．

［28］ 侯瓊，烏蘭巴特爾．內(nèi)蒙古典型草原區(qū)近40年氣候變化及其對(duì)土壤水分的影響［J］．氣象科技，2006（1）：102－106．