z东北黑土区冻融特性及其对缓解春旱的作用

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1、东北黑土区冻融特性及其对缓解春旱的作用张凤德1范宝山2石瑞花2（1.黑龙江省水利工程管理局，黑龙江，哈尔滨，150001；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林，长春，130061）基金项目：水利部公益性行业科研专项经费项目（编号:200901036）摘要：本文给出了东北黑土区春季土壤融冻过程和降雨及蒸发情况。对于4~6月份蒸发量大、降雨稀少的春旱频发季节，同时也是冻土融冻期，指出土壤水分上升的土壤冻融特性对缓解黑土区的春旱有巨大的作用，对于哈尔滨附近及其以北地区，如果采用秋整地配合秋灌的措施，实现“秋水春用”，可以确保七月之前不会发生旱情。表明利用土壤冻

2、融特性来缓解春旱技术的研究对我国最大的商品粮基地东北黑土区粮食增产具有较大的实用价值。关键词：黑土区；冻融；春旱；粮食增产1、前言东北黑土区属温带大陆性季风气候区，气候冬长夏短，寒暑相差极为显著。冬季寒冷漫长，一般长达5～6个月；夏季气温较高，7月平均气温为18℃～20℃，日照时间长，光照强度大，适宜作物生长，日温差大，对增强作物光合作用，提高农产品质量都非常有利。东北地区是我国主要的商品粮生产基地，目前粮食生产力达750亿kg，国家要求15~20年内新增粮食250亿kg，即粮食增产33.3%左右，使东北地区的粮食生产力达到1000亿kg。东北黑土区地处中纬度

3、欧亚大陆东岸，属中温带大陆性季风气候区，春、冬、秋季雨水稀少，夏季雨量偏多，70％～80％的降雨集中在6～9月，且多以暴雨的形式出现。春季不但气候干燥，降水量少，而且常刮大风，所以土壤的蒸发力极强，春旱的发生的频率极高，素有“十年九旱”之称。所以，研究抗春旱的措施，对农业生产有十分重要的意义。东北地区冻土类型有季节冻土和多年冻土两大类。冻土层中温度和土壤水分随冻土的季节变化而变动。在土壤冻结过程中，土壤水分受到温度势和重力势的作用在冻土层中聚集。由于冻土的不透水作用，IX蓄水调节作用和抑制蒸发作用，使土壤中水循环和“三水”转换关系具有不同于无冻条件下的动态规律

4、和特点。东北的稳产高产田基本上都处于黑土区。黑土富含有机质，土地纳蓄水能力强，科学利用东北黑土区冻融特性，可以做到“秋水春用”，对缓解春旱的作用明显。2、黑土区冻融特性2.1冻土类型我国季节冻土区分布面积为513.7万km2，占国土总面积的53.5%，是世界第三大冻土大国。气温是影响冻土分布的决定性要素，冻土普遍存在于高纬度和高海拔地区；此外，地温、坡度、坡向、雪盖的厚度和持续性、植物类型、地表和地下水的特征等局地因子对冻土也有影响。冻土是靠冬季负温条件下通过地表的热交换而形成，分为短时冻土、季节冻土和多年冻土。短时冻土是指每年均有一天以上、一个月以下的时间处

5、在冻结状态的土；季节冻土是指年平均温度高于0℃、寒冷季节冻结状态持续一个月以上但不足一年的土，在冻结土的下方为非冻土层；多年冻土又称永久冻土，是寒冷气候（年均气温<-2℃）区的产物，多年冻土约占国土总面积的22.3%，分为两层，上部是夏融冬冻的活动层，下部是终年不融的多年冻结层。季节冻土区的积雪日数为20~120天；岛状多年冻土的积雪日数为120~170天左右。东北地区冻土类型有季节冻土和多年冻土两大类。整个东北地区仅在大、小兴安岭的东北分布多年冻土，其余地区均属季节冻土区域。东北地区耕地基本上为季节冻土区域，只有极个别地块处于岛状多年冻土。纬度升高1度，年均

6、地温降低0.5℃左右。东北地区多年冻土区的自然地理南界变化在北纬46°36'～49°24'，是以年均温0℃等值线为轴线摆动于0℃和±1℃等值线间的一条线。多年冻土的年均温度指地温年变化层底部的温度，大多在-1.5℃～0℃，最低-4.2℃；地温年变化深度12～16m。热状态很不稳定，对外界环境因素改变极为敏感。2.2季节性冻土的周期性变化与天气的季节性变化类似，季节性冻土冻融过程年内亦呈周期性变化。在一个周期变化期间土壤的冻融过程分为五个阶段[42]，即不稳定封冻期、稳定封冻期、不稳定融冻期、稳定融冻期和无冻期。①第1阶段——不稳定封冻期(初冻阶段)IX入冬以后

7、，气温开始在0℃上下波动，白昼气温在零度以上，夜间气温在零度以下，表层土壤地温随气温的日夜变化而剧烈变化，因而表土经历日融夜冻的冻融过程。图1是黑龙江省克山农场2010~2011年的地温观测结果，在11月上、下旬，表土平均温度在0℃上下波动，地中10cm地温也接近0℃，且呈缓慢降低趋势，直到土体白昼吸收的热量不足以抵偿夜间散发的热量，表土开始形成白天不融解的冻结层。至此，土壤冻结过程中的初冻冻融阶段结束。此阶段土壤冻层特征是：a.冻层厚度薄，一般厚2~5cm，最大不超过15cm，午后冻层融化；b.冻层不密实，自然含水量条件下，多为粒状冻层，冰晶在土粒周围聚集但

8、彼此分离。图111月~4月地温变化过程