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黑龙江省土壤冻融期气象要素变化特征.docx
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黑龙江省土壤冻融期气象要素变化特征.docx
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黑龙江省位于我国最北部,冬季寒冷漫长,9 月开始气温自北向南逐渐低
于 0 ℃,土壤开始冻结,至 11 月全省大部地区土壤冻结,而来年三月随着气
温上升,土壤开始融化,一直持续至 5 月
[ 1 -2]
。在全球气候变暖背景下,黑龙
江省冬季气温升高,春季回暖期提前,土壤冻结期缩短,融雪期提前,尤其
3—5 月土壤冻融期间,土壤中的水分反复冻结、融化,土壤抗蚀性降低,冻
融次数越多,土壤受侵蚀越严重
[ 3 -5]
,同时融化的雪水渗入土壤中,易发生融
雪侵蚀
[ 6 -8]
,从而导致土壤含水量及土壤质地和结构发生变化,作为全国重要
的商品粮食基地,黑龙江省粮食产量居全国第一,春季播种质量对产量影响重
大,3—5 月正是玉米、大豆、水稻等大田作物备耕及播种的重要时期,能否
适时播种主要受土壤旱涝和温度影响,其中土壤旱涝受土壤反复冻融影响严重,
因此研究土壤冻结期间的气象要素变化及土壤冻融过程中水分和温度的变化
具有重要的科学意义和应用价值,可为土壤旱涝预测及播种期预测提供科技支
撑,同时为当地适时安排播种期及农事生产活动等提供科学参考。
土壤冻结与融化受多种因素的影响,李楚君等
[ 9 -11]
认为秋季降水量、冬季
气温及降水、春季升温速率等 8 种因素对土壤冻融的影响较大。而土壤冻融过
程中土壤中水分和温度受多种因素的影响,范昊明等
[ 12-14 ]
通过室内人工模拟
试验,研究发现春季融化期土壤发生侵蚀主要集中在前 15 次冻融循环过程中,
赵强等
[ 15-17 ]
认为冻融期表层土壤温度主要受积雪厚度影响,深层土壤温度主
要受土壤初始含水率影响。土壤冻结与融化的规律研究中,任景全等
[ 1 8]
认为
冻土融化包括下限和上限融化两个过程,具有“两头化”的变化特征;赵显波等
[ 19-20 ]
认为从稳定冻结初日起,冻土深度逐渐加深,在达到最大值后,缓慢变
浅;范昊明等、张瑞芳等
[ 21-24 ]
认为在气候变化与环境的影响下,土壤冻结期
推后,冻融期缩短。
目前土壤冻融方面的研究多为通过室内人工模拟试验,本研究是在黑龙江
省 64 个气象站及 34 个农气观测站多年的温度和土壤水分观测资料基础上,分
析土壤冻结期间的气象要素变化规律,深入探讨了黑龙江省春季土壤冻融过程
中不同地区水分和温度的变化差异,所得结果可直接应用于黑龙江省大田土壤,
为土壤旱涝预测提供科学依据。
1 资料与方法
1.1 资 料 来 源
文中采用黑龙江省 64 个气象观测站 1961—2018 年的逐日最高气温、最
低气温、平均气温、降水量、0 cm 地温资料及 34 个农气观测站人工观测的
1981—2018 年的 0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm 土壤湿度(土壤相对湿度,
即重量含水率与田间持水量的比值)资料,以上数据均来源于黑龙江省气象数
据中心。研究区站点分布见图 1。
图 1
图 1 研究区站点分布示意图
Fig.1 Schematic diagram of stations in the study area
1.2 研 究 方 法
土壤冻结期初日为首次土壤表面温度小于 0 ℃的日期,终日为土壤表面
温度小于 0 ℃最后一次日期,初日终日之间为冻结期
[ 2 5]
。在春季,当温度在
0 ℃上下波动时,土壤会发生反复的冻结、融化,日较差越大,冻融作用越剧
烈。
在春季融化期,如果白天气温高于 0 ℃,土壤融化,夜间气温低于 0 ℃,
土壤冻结,当白昼气温高于 0 ℃和夜间气温低于 0 ℃出现一次,则视为发生
一个冻融循环过程,春季冻融次数为春季 3—5 月土壤融化期每日最高气温大
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