大别山北麓冬季土壤水分特征及对降水的响应

摘要 以大别山北麓霍山县冬季土壤水分为研究对象，探讨大别山北麓冬季土壤水分特征及对降水的响应，分析土壤相对湿度增量的影响因素。结果表明：土壤相对湿度在20 cm为最大，50 cm为最小，随降水增加各层土壤相对湿度逐渐增加。0.1 mm降水对土壤相对湿度无影响，1.2 mm降水可影响到30 cm土层土壤相对湿度，7.6 mm及以上降水可影响到50 cm深度土壤相对湿度；在固态降水和有积雪的情况下，40～50 cm土壤相对湿度增量大于10～30 cm。随着土层深度的加深，土壤相对湿度开始响应时间越滞后。土壤相对湿度增量受降水量、气温、降水历时、土壤初始相对湿度的影响；10～30 cm土壤相对湿度增量与气温呈正相关，40～50 cm土壤相对湿度增量与气温呈负相关，关系不显著；10～30 cm土壤相对湿度增量与土壤初始相对湿度呈显著负相关，随着土层深入相关系数随之降低。

关键词 土壤相对湿度；变化特征；冬季降水；响应；大别山北麓

中图分类号 S 162 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2025）05-0181-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.05.038

Soil Moisture Characteristics in Winter and Its Response to Precipitation in the Northern Foothills of Dabie Mountains

YAN Qi-lei1， GAO Lin1， ZHANG Kun2 et al

（1.Huoshan County Meteorological Bureau， Huoshan， Anhui 237200;2.Lu’an City Meteorological Bureau， Lu’an， Anhui 237000）

Abstract Taking the winter soil moisture in Huoshan County at the northern foothills of Dabie Mountains as the research object， the characteristics of winter soil moisture at the northern foothills of Dabie Mountains and its response to precipitation were explored， and the influencing factors of soil relative humidity increment were analyzed.The result showed that the relative humidity of the soil was highest at 20 cm and lowest at 50 cm， and gradually increased with the precipitation increase in each soil layer.0.1 mm precipitation had no effect on soil relative humidity， 1.2 mm precipitation could affect soil relative humidity at 30 cm soil layer， and precipitation above 7.6 mm could affect soil relative humidity at 50 cm soil layer;in the case of solid precipitation and snow accumulation， the relative humidity increment of soil at 40-50 cm was greater than 10-30 cm.As the depth of the soil layer increased， the response time of soil relative humidity became more delayed.The soil relative humidity increase was influenced by precipitation， temperature， precipitation duration and initial soil relative humidity.The relative humidity increment of 10-30 cm soil was positively correlated with temperature，the relative humidity increment of 40-50 cm soil was negatively correlated with temperature， but the relationship was not significant;the soil relative humidity increase of 10-30 cm was significantly negatively correlated with the initial soil relative humidity， and the correlation coefficient decreased as the soil layer deepens.

Key words Soil relative humidity;Change characteristics;Winter precipitation;Response;Northern foothills of Dabie Mountains

土壤水连接了大气降水、地表水和地下水［1］，影响着地球的水循环与生物圈循环［2］，土壤水分也是植物生长所需水分的重要来源［3］。受降水的季节性变化影响，土壤水分也呈现出季节变化特征，研究冬季土壤相对湿度变化特征对次年春季开展春耕春播农事活动有重要的现实指导意义。近年来，关于土壤水分对降水的响应研究多集中在干旱半干旱地区，研究表明锡林郭勒典型草原降水量和0～50 cm各层土壤相对湿度增量均呈现出极显著正相关关系［4］；在柴达木盆地5～10 mm的降水事件会影响到0～40 cm土壤的湿度变化［5］；而0.3 mm的降水对喀斯特林地土壤湿度的变化无影响［6］。另外气温对土壤湿度的变化也具有相关性，土壤湿度增值会随着气温的升高而降低，气温起到了调节土壤湿度增减幅度的作用［7］。笔者以大别山北麓霍山县冬季土壤水分为研究对象，探讨大别山北麓冬季土壤水分特征及对降水的响应，分析土壤相对湿度增量的影响因素，以期为大别山地区开展茶叶推广种植、次年春季田间管理等提供数据支持。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于安徽省六安市大别山北麓霍山县（116.32°E、31.41°N），海拔87.6 m。属亚热带季风气候，降水时空分布不均，四季分明，年降水量1 403.7 mm，年平均气温15.9 ℃，冬季降水量174.6 mm，平均气温4.3 ℃，其中2023年冬季实际降水220.8 mm，较常年偏多，并有2次全县范围内低温雨雪冰冻天气过程，对地区土壤水分有重要影响。研究区土壤属黄棕壤，0～100 cm有明显的分层特征，土壤容重在1.07～1.54 g/cm3。土壤相对湿度数据由DZN2型自动土壤水分观测仪（河南省气象科学研究所和中国电子科技集团有限公司联合研制）采集，采集深度0～100 cm，选取10、20、30、40、50 cm土壤相对湿度数据进行分析，采集频率每1 h一次，小时温度、小时降水量、日降水量数据来自“天擎”气象大数据云平台，获取时段为2023年12月1日00：00至2024年2月29日23：00。

1.2 测定指标与研究方法

1.2.1 土壤容重。采用环刀法测定，将土壤表层植被清除后用环刀分层采集原状土，称重后放入烘箱中105 ℃、8 h烘干水分，计算干土重（g/cm3），即土壤容重。

1.2.2 降水日数。取2023年12月1日至2024年2月29日20：00—次日20：00降水大于0.1 mm的降水日数。

1.2.3 独立降水事件。取2023年12月1日至2024年2月29日每次降水前24 h与后24 h均无大于0.1 mm的降水记录，记为一次独立降水事件。该过程经历降水时间记为降水历时。

1.2.4 土壤初始相对湿度。依据各层土壤相对湿度小时数据，选取一次降水事件开始前5 h各层土壤最低相对湿度为土壤初始相对湿度。

1.2.5 土壤湿度增量。取各层土壤初始相对湿度与降水停止后土壤相对湿度首次达到峰值的数值之差，具体为ΔMi=Mimax-Mimin，式中，ΔMi为第i次降水事件土壤相对湿度增量，Mimax为第i次降水土壤相对湿度首次达到峰值，Mimin为第i次降水开始前5 h内最低土壤相对湿度。同时记录从降水开始时土壤湿度到土壤相对湿度开始稳定上升之间的时间，记为开始响应时间，从降水开始时土壤湿度到第一次达到峰值的时间，记为响应时间。

1.3 数据统计分析

利用Excel、Origin 2021对土壤相对湿度数据进行整理与绘制图表；对获取的10～50 cm各层土壤相对湿度小时数据进行质量控制，剔除土壤相对湿度48 h内无变化的、异常高值、异常低值。质控后的数据做算术平均得到土壤相对湿度日数据，分析土壤相对湿度变化特征。利用IBM SPSS Statistics 21将土壤相对湿度增量与期间降水量、平均气温、降水历时、土壤初始湿度进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 大别山北麓冬季降水特征

从图1可以看出，大别山北麓2023年12月至2024年2月累计降水量依次增多，最多月份为2月，总降水量为116.3 mm；最少月份为12月，总降水量为48.3 mm；1月总降水量为56.2 mm。最小单次降水量为0.1 mm，最大为22.2 mm，最长降水时段出现在12月中旬，为7 d，其次为2月，共计6 d，其中2月多固态降水并伴有积雪结冰，最长积雪时长5 d。根据降水量级划分标准（＜5、5～＜10、10～＜15、≥15 mm），从图2可以看出，各月＜5 mm的降水日数最多，共计13 d，累计降水19.2 mm，但降水占比最小，为8.7%；≥15 mm降水日数最少，为4 d，累计降水34.1 mm，占比最大，为34.5%。

2.2 各层土壤相对湿度动态特征

由表1可知，从时间上来看，12月—次年2月各层土壤相对湿度均呈现逐渐增加的趋势。从不同土壤深度来看，土壤相对湿度表现为20 cm>30 cm>10 cm>40 cm>50 cm，20 cm土壤相对湿度最高，平均值为99.54%，50 cm土壤相对湿度最低，平均值为70.54%。

2.3 各层土壤相对湿度对降水的响应特征

从各月土壤相对湿度及日降水量变化（图3）可以看出，各月不同深度土壤相对湿度分层明显，最高出现在20 cm，最低出现在50 cm。随着降水量的增加与降水时间的延长，各层土壤相对湿度出现不同程度的波动。12月10日10～20 cm土壤相对湿度增量较30～50 cm更大，10～20 cm平均土壤相对湿度增加23.7百分点，30～50 cm平均土壤相对湿度增加8.3百分点。12月13—15日土壤相对湿度增量随土层深入而加大，同样次年1月和2月40～50 cm土壤相对湿度增量较10～30 cm偏大。