黑土区坡耕地土壤水分时空分布特征及对降雨的响应_侯淑涛.pdf

河南农业科学，2023，52（1）：6172Journal of Henan Agricultural Sciencesdoi：10.15933/ki.10043268.2023.01.007黑土区坡耕地土壤水分时空分布特征及对降雨的响应侯淑涛1，王烁1，王轶昂2，刘焕军1，2，孟令华2，宋梦宁1，侯永华1（1.东北农业大学 公共管理与法学院，黑龙江 哈尔滨 150030；2.中国科学院 东北地理与农业生态研究所，吉林 长春 130012）摘要：为了揭示坡耕地不同土层、不同点位的土壤水分时空分布特征及其对大气降雨的响应，以典型黑土区坡耕地为研究对象，利用原位监测法，获取玉米生长期内坡上、西线坡中及坡下、东线坡中及坡下5个点位0100 cm土壤含水量与大气降水数据，探究降雨后田块尺度内不同坡位的降雨响应特征。结果表明，坡耕地土壤水分分布不均。水平分布上，西线坡下位剖面平均土壤含水量最高（34.63%），而坡上位最低（30.00%），且坡上位剖面平均土壤水分变异系数最大（20.38%）；垂直分布上，随土层加深土壤含水量上升，变异系数降低。受季节性干旱与玉米生长影响，监测期内田间土壤蓄水量呈下降趋势，不同点位之间、干旱前期与后期土壤蓄水量响应特征存在差异，干旱后期土壤蓄水量对降雨响应更强烈。10 cm土层土壤含水量变化趋势与降雨量一致，响应时间最早，随着土层加深，响应时间出现滞后。土壤水分对降雨的响应受优势流影响，即土壤侧向流动补给以及玉米根系形成的大孔隙迅速下渗。不同点位土壤水分对降雨响应存在差异，坡上位由于处于坡顶且坡度大，对降雨响应不显著；西线坡中位由于降雨侵蚀引起土壤物理性质改变，对降雨响应强烈；坡下位受坡上水分补给影响，水分消退速度较慢。关键词：黑土区；坡耕地；土壤蓄水量；降雨响应；优势流中图分类号：S152.7文献标志码：A文章编号：1004-3268（2023）01-0061-12Temporal and Spatial Distribution Characteristics of Soil Moistureand Its Response to Rainfall in Sloping Farmland in Black Soil AreaHOU Shutao1，WANG Shuo1，WANG Yiang2，LIU Huanjun1，2，MENG Linghua2，SONG Mengning1，HOU Yonghua1（1.School of Public Administration and Law，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China；2.Northeast Institute of Geography and AgroEcology，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130012，China）Abstract：In order to reveal the temporal and spatial distribution characteristics of soil moisture indifferent soil layers and different point positions of sloping farmland and its response to atmosphericrainfall，the sloping farmland in typical black soil area was taken as the research object，the 0100 cmsoil moisture content and atmospheric precipitation data of five slope positions including upper slope，middle section and lower section of western slope，middle section and lower section of eastern slope wereobtained by insitu monitoring method during the growing period of maize.And the rainfall responsecharacteristics of different slope positions in the field scale after rainfall were exploded.The results收稿日期：2022-09-05基金项目：国家重点研发计划项目（2021YFD1500100）；王宽诚教育基金会项目作者简介：侯淑涛（1965-），女，黑龙江哈尔滨人，副教授，硕士，主要从事土地利用与管理研究。E-mail：通信作者：刘焕军（1981-），男，黑龙江牡丹江人，教授，博士，主要从事农业遥感、地理信息系统等方面的研究。E-mail：河南农业科学第 52 卷showed that soil moisture distribution in sloping farmland was uneven.In terms of horizontal distribution，the average soil moisture content in the lower section of the western slope was the highest（34.63%），while the average soil moisture content in the upper slope was the lowest（30.00%），and the average soilmoisture variation coefficient in the upper section was the largest（20.38%）；In the vertical distribution，soil moisture content increased with the deepening of soil layer，and the coefficient of variation decreased.Influenced by seasonal drought and maize growth，soil water storage in the field showed a downward trendduring the monitoring period，and there were differences in the response characteristics of soil waterstorage between different point positions and between the early and late drought periods.Soil waterstorage in the late drought period was more strongly responsive to rainfall.The variation trend of soilmoisture content in the 10 cm soil layer was consistent with the rainfall，and the response time was theearliest，but with the deepening of soil layer，the response time lagged.The response of soil moisture torainfall was affected by preferential flow，including lateral flow recharge of soil and rapid infiltration oflarge pores formed by maize roots.There were differences in the response of soil moisture to rainfallamong different point positions.Because the upper slope was at the top of the slope and the slope waslarge，the response to rainfall was not significant.The median section of the western slope was stronglyresponsive to rainfall due to the change of soil physical properties caused by rainfall erosion.The lowerpart of the slope was affected by the water supply from the upper slope，and the water subsided slowly.Key words：Black soil area；Slope farmland；Soil water storage；Precipitation response；Preferential flow土壤水分通常指的是存储在非饱和土壤中的供水量1，作为基本的水文状态变量之一，其时空格局对于了解关键地带的农业、水文、土壤和环境过程具有重要意义2。土壤水分作为连接降水、地表水和地下水的纽带，通过影响蒸发蒸腾和光合作用来影响水、能量和生物地球化学的循环3。土壤水分对降雨的响应同时也是水文循环过程的重要环节，因此，加强对土壤水分对于降雨事件响应的研究尤为重要。众多学者关于土壤水分对降雨的响应特征做了大量研究。关于黄土高原的研究结果表明，不同的植被覆盖会影响降雨下渗量45；ZHU等6关于太湖流域的研究结果表明，降雨后土壤水分变化程度受雨量、降雨强度以及前期土壤湿度共同影响；田迅等7从不同角度出发分析了内蒙古草原不同坡位、坡向对土壤水分分布的影响；白雨诗等8关于三峡山地沟谷的研究结果表明，微地形的差异使得不同坡位对土壤水分的响应存在差异。此外，国内外研究学者针对降雨中形成的壤中流进行了广泛的讨论911。以上研究表明，土地利用特征、地形、土壤性质、降雨特征和优先流等因素会显著影响土壤水分空间分布及其对降雨的响应。但目前国内关于土壤水分对降雨响应的研究主要针对干旱和半干旱地区，对湿润地区研究较少，而且所研究的土地类型主要针对林地、草地等，对农田尤其是坡耕地的研究相对较少。东北黑土区作为全球仅有的四大黑土带之一，是我国重要的粮食主产区，20002018年粮食总产量占全国比重由11.5%上升到20.26%，承担着保障国家粮食安全的重任12，该区地形相对平坦，土壤有机质含量高，多被开垦成坡耕地。由于该地降雨强度大且集中，耕地表层土壤疏松，加上传统的直坡垄作耕作方式为水土流失提供了先决条件，坡耕地黑土层以 23 mm/a的速度递减13。东北黑土区属于雨养农业，土壤水分补充只能依靠自然降水，降水进入土壤后才能被农作物吸收14。土壤水分在农作物生长发育过程中发挥着不可替代的作用，是农业健康稳定发展的基础。鉴于此，以典型黑土区坡耕地为研究对象，探讨不同坡位不同土层土壤蓄水量之间的差异，系统分析0100 cm土层土壤水分对降雨的响应及变化特征，揭示造成不同坡位之间响应差异的主要因素，以期为区域土壤水分监测点布设和墒情监测提供数据及理论支持。1材料和方法1.1研究区概况友谊农场位于黑龙江省双鸭山市友谊县境内（北 纬 46 2815 46 5839，东 经 137 2750 1321538），属于中温带大陆性季风气候，年平均气温2.5，年平均降雨量500 mm。土壤类型为白浆土，地块平均高程155 m，呈南高北低，地势起伏明显（图1）。62第 1 期自2020年开始，为防止水土流失试验地采用等高种植取代传统直垄模式种植玉米。为探究坡耕地不同坡位土壤水分差异，在试验地不同坡位共选取5个点位（坡上、东线坡中及坡下、西线坡中及坡下5个坡位），分别命名为G1G5（图1）。G1、G4和G5，G1、G2和G3位于不同的直线上，分别命名为西线和东线，东线坡度较陡，西线较缓。G1点位于坡耕地顶部，高程高，坡度大；G2与G4点位在同一条垄线上，处于田块中部；G3与G5点位在同一条垄线上，处于坡耕地底部，地势较低。样地内坡位概况经调查和测定后具体情况见表1。1.2研究方法1.2.1土壤水分、降雨量的测定与降雨场次选定在坡耕地选点并挖掘土壤剖面，安装土壤水分传感器（智墒云智能土壤水分监测仪，东方智感），原状土回填。数据采集频次为1 h，可以实时监测0100 cm 共 10层（每层 10 cm）的土壤含水量和土壤温度数据。玉米生长期在 68 月，传感器于2021年6月安装，因此，选取2021年78月的数据进行分析。在试验地自动气象站对气象状况进行连续监测，观测降雨、风速、气温等气象数据。使用翻斗式雨量筒（TE525MM，Texas Electronics）测定降雨量，其中降雨数据 30 min 记录 1 次。监测期间（7 月 1日8月31日）共发生15次降雨事件。研究区降雨以小雨为主，占总降雨事件次数的66.67%，但对观测时段总降雨量贡献率仅为19.9%；中雨事件对总降雨量的贡献最大，占总降雨量的47.4%，对区域土壤水分含量影响显著。从15场降雨中选取3场典型降雨事件，以时刻为横坐标，降雨量和土壤含水量为纵坐标，分别得到小雨（24 h降雨量G4（34.18%）G3（33.17%）G2（30.31%）G1（30.00%），不同点位0100 cm土层土壤含水量平均变异系数表现为G1（20.38%）G3（19.19%）G2（18.79%）G5（16.14%）G4（11.31%）。结合各坡位高程（表 1），G1由于位于坡顶，高程相对较大，水分受重力影响64第 1 期容易向坡下汇集，导致G1点位土壤含水量明显低于坡下位（G5、G3）。在相同坡位下，阴坡的平均土壤含水量高于半阴坡（G4G2、G5G3）。在变异系数方面，坡顶G1点位剖面平均土壤含水量变异系数最大，土壤含水量最不稳定，相同坡位下，阴坡的土壤平均水分变异系数低于半阴坡（G2G4、G3G5）。2.1.2土壤水分垂直分布特征由图2可知，不同土层间的土壤含水量存在明显差异。G1 点位 040 cm土层与40100 cm土层土壤含水量存在明显差异，G2点位趋势同G1点位一致；G4点位020 cm与20100 cm土层土壤含水量存在明显差异；G3与G5点位趋势一致，030 cm土层与30100 cm土层土壤含水量存在明显差异。总体上看，随着土层加深土壤含水量呈上升趋势，40 cm以下土层水分分布比40 cm以上土层土壤更均匀、水分差距较上层进一步缩小。这说明坡度、坡向等因素对坡耕地土壤水分的影响主要集中在40 cm以上土层，对深层土壤水分影响作用较小。从变异系数来看，坡耕地表 层 10 cm 处 土 壤 含 水 量 变 异 系 数 最 大，为21.68%40.49%，而深土层100 cm处土壤变异系数均降低到 10%以下，为 2.40%9.87%，总体上呈现出随土层深度增加而减小的趋势。深层土壤含水量更稳定。2.2黑土区坡耕地土壤蓄水量变化及其对降雨的响应特征2.2.1土壤蓄水量变化为了更好地评估干旱造成的危害程度，将100 cm土层分为2层，绘制监测期内050 cm（浅层）与50100 cm（深层）土壤蓄水量对降雨的响应图。从图 3可知，7月至 8月中下旬，各点位土壤蓄水量总体上呈现下降趋势。由于研究区属于大陆性季风气候区，年内大气降水不均导致季节性干旱出现。其中 7月 21日8月 21日研究区仅降雨16.1 mm，此期间地温和气温逐渐升高，地表蒸发及玉米蒸腾作用开始增强，浅层土壤含水量快速减少，由于玉米在抽穗期和灌浆期生长水分主要来自 30100 cm土壤15，而且深处土壤含水量受温度和土壤蒸发影响较小，能为玉米生长提供所需水分，所以此期间浅、深层土壤蓄水量均呈明显下降趋势。2.2.2土壤蓄水量对降雨的响应特征各点位浅层土壤水分的波动次数和幅度较为剧烈，随降水发生急剧增加或减少，而深层土壤蓄水量变化幅度小，土壤蓄水量增长幅度低于浅层土壤，维持相对稳定水平（图3）。总体上看，小于5 mm的降雨对土壤蓄水量无影响，当累计降雨达515 mm且瞬时降雨强度小于5 mm/h的降雨仅增加浅层土壤蓄水量，10080604020025020015010050007-1507-3008-1308-2807-1507-3008-1308-28日期/（月-日）Date/（Monthday）降雨量/mmRaimfall土壤蓄水量/mmSoil water storage日期/（月-日）Date/（Monthday）G3G410080604020025020015010050007-1507-3008-1308-2807-1507-3008-1308-28日期/（月-日）Date/（Monthday）降雨量/mmRaimfall土壤蓄水量/mmSoil water storage日期/（月-日）Date/（Monthday）G1G2侯淑涛等：黑土区坡耕地土壤水分时空分布特征及对降雨的响应65河南农业科学第 52 卷降雨量Rainfall浅层土壤蓄水量Shallow soil water storage深层土壤蓄水量Deep soil water storage10080604020007-1507-3008-1308-28日期/（月-日）Date/（Monthday）降雨量/mmRaimfallG5250200150100500土壤蓄水量/mmSoil water storage图3黑土区坡耕地不同土层土壤蓄水量对降雨的响应Fig.3Response of soil water storage in different soil layers to rainfall in sloping farmland in black soil area1：002：003：004：005：006：007：008：009：0010：0011：0012：0013：0014：0015：0016：0017：0018：0019：0020：0086420454035302520降雨量/mmRainfall时刻 Time1：002：003：004：005：006：007：008：009：0010：0011：0012：0013：0014：0015：0016：0017：0018：0019：0020：00时刻 Time86420454035302520降雨量/mmRainfallG3G4土壤含水量/%Soil moisture content土壤含水量/%Soil moisture content1：002：003：004：005：006：007：008：009：0010：0011：0012：0013：0014：0015：0016：0017：0018：0019：0020：0086420454035302520土壤含水量/%Soil moisture content降雨量/mmRainfall时刻 Time86420454035302520土壤含水量/%Soil moisture content降雨量/mmRainfall1：002：003：004：005：006：007：008：009：0010：0011：0012：0013：0014：0015：0016：0017：0018：0019：0020：00时刻 TimeG1G2对深层土无明显影响。在降雨影响下不同坡位之间土壤蓄水量响应特征存在差异，其中G4点位土壤更容易受降雨影响，浅层与深层土壤蓄水量变化曲线波动次数最多，单次降雨量小于2 mm不会引起土壤水分变化，当降雨量为25 mm时，浅层土壤蓄水量会出现小幅上升。G1与G2土层蓄水量较稳定且变化趋势一致，深层土壤蓄水量曲线仅出现1次明显峰值。干旱前期（7月1日7月21日）与干旱后期（8月21日8月31日）土壤蓄水量响应特征存在差异，干旱前期，中雨级别降雨均未对深层土壤产生影响，在持续干旱后的2次典型降雨（8月28日降雨8.9 mm；8月30日降雨6.3 mm）影响下，G3、G4、G5点位深层土壤蓄水量显著上升，G1与G2浅层土壤蓄水量也出现大幅增长。2.3不同降雨条件下不同土层土壤含水量对降雨响应2.3.1在小雨条件下不同土层土壤含水量对降雨的响应小雨事件（9.1 mm）发生在7月1日，G1G5最大影响土壤深度分别为40、30、30、50、40 cm。从图4可知，各点位10 cm土层响应时间最早，几乎同时对降雨产生响应，各个深度的响应时间随土壤深度加深依次延迟，最大土壤水分变化幅度均集中在20 cm土层（图5）。G2点位最大土壤水分补给速率集中在 10 cm（0.96%/h），其余点位均集中在20 cm（图6）。田块内10 cm以下响应土层的土壤含水量上升和下降过程均要滞后于10 cm土壤，且升降时间也均延长，这与土壤水分入渗的先后过程相符。10 cm土壤水分随降雨结束即开始下降，其余响应土层土壤含水量则在降雨过程结束数小时后66第 1 期才出现下降，这说明在此过程中仍受土壤中水分的补给作用影响。降雨事件结束6 h后不同点位10 cm土壤水分消退速率表现为 G4（0.22%/h）G1（0.12%/h）G2（0.08%/h）G5（0.04%/h）G3（0%/h），可以看出坡下位消退速率明显低于中上部点位。排除其他干扰因素，综合考虑地形因素，最有可能造成这种现象的原因是在坡面上土壤水分再分布的过程中，坡面上部土壤水分更容易补给坡下，导致坡下位初始土壤含水量始终高于上部。因此，当降雨发生时，坡图4黑土区坡耕地小雨条件下各土层土壤水分对降雨的响应Fig.4Response of soil moisture to rainfall in different soil layers under light rain conditions in sloping farmland in blacksoil area降雨量 Rainfall10 cm土壤含水量 Moisture content of 10 cm soil20 cm土壤含水量 Moisture content of 20 cm soil30 cm土壤含水量 Moisture content of 30 cm soil40 cm土壤含水量 Moisture content of 40 cm soil50 cm土壤含水量 Moisture content of 50 cm soil60 cm土壤含水量 Moisture content of 60 cm soil1：002：003：004：005：006：007：008：009：0010：0011：0012：0013：0014：0015：0016：0017：0018：0019：0020：0086420454035302520降雨量/mmRainfall时刻 TimeG5土壤含水量/%Soil moisture contentG5G4G3G2G1010203040506070102030405060土层深度/cmSoil depth051015201020304050土壤水分变化幅度/%Change rate of soil moistureG5G4G3G2G1土层深度/cmSoil depthab图5黑土区坡耕地小雨事件（a）与中雨事件（b）下5个点位土壤水分变化幅度Fig.5Rate of change of soil moisture at five points under light rain event（a）and moderate rain event（b）in slopingfarmland in black soil area土壤水分变化幅度/%Change rate of soil moisture0123456789102030405060G5G4G3G2G1土层深度/cmSoil depthb土壤水分补给速率/（%/h）Recharge rate of soil water0123451020304050G5G4G3G2G1土层深度/cmSoil deptha图6黑土区坡耕地小雨事件（a）与中雨事件（b）下5个点位土壤水分补给速率Fig.6Soil water recharge rate at five points under light rain event（a）and moderate rain event（b）in sloping farmland inblack soil area土壤水分补给速率/（%/h）Recharge rate of soil water侯淑涛等：黑土区坡耕地土壤水分时空分布特征及对降雨的响应67河南农业科学第 52 卷9：0010：000：001：002：003：0018：0019：0020：0021：0022：0023：00151050403530252015降雨量/mmRainfall11：0012：0013：0014：0015：0016：0017：004：005：006：007：008：009：0010：0011：00时刻 Time9：0010：000：001：002：003：0018：0019：0020：0021：0022：0023：00时刻 Time151050403530252015土壤含水量/%Soil moisture content降雨量/mmRainfall11：0012：0013：0014：0015：0016：0017：004：005：006：007：008：009：0010：0011：00G1G2降雨量 Rainfall10 cm土壤含水量 Moisture content of 10 cm soil20 cm土壤含水量 Moisture content of 20 cm soil30 cm土壤含水量 Moisture content of 30 cm soil40 cm土壤含水量 Moisture content of 40 cm soil50 cm土壤含水量 Moisture content of 50 cm soil60 cm土壤含水量 Moisture content of 60 cm soil70 cm土壤含水量 Moisture content of 70 cm soil9：0010：000：001：002：003：0018：0019：0020：0021：0022：0023：00151050403530252015土壤含水量/%Soil moisture content降雨量/mmRainfall11：0012：0013：0014：0015：0016：0017：004：005：006：007：008：009：0010：0011：00时刻 TimeG59：0010：000：001：002：003：0018：0019：0020：0021：0022：0023：00151050403530252015降雨量/mmRainfall11：0012：0013：0014：0015：0016：0017：004：005：006：007：008：009：0010：0011：00时刻 TimeG3土壤含水量/%Soil moisture content9：0010：000：001：002：003：0018：0019：0020：0021：0022：0023：00151050403530252015降雨量/mmRainfall11：0012：0013：0014：0015：0016：0017：004：005：006：007：008：009：0010：0011：00时刻 TimeG4土壤含水量/%Soil moisture content土壤含水量/%Soil moisture content图7黑土区坡耕地中雨条件下各土层土壤水分对降雨的响应Fig.7Response of soil moisture to rainfall in different soil layers under moderate rain conditions in sloping farmland inblack soil area2.3.3在暴雨条件下不同土层土壤含水量对降雨的响应暴雨事件（51.8 mm）发生在 8月 22日，从图8可知，以西线监测点为例，各点位的最大土层影响深度均达到最大监测深度100 cm。由于降雨前12 d无有效降雨，土壤初始状态比较干旱，表层土壤均在降雨开始约3 h、降雨累积量达3 mm后才开中与坡上土壤含水量上升幅度比坡下更大，降雨结束后土壤水再分布时水分消退又快于坡下。2.3.2在中雨条件下不同土层土壤含水量对降雨的响应中雨事件（19.1 mm）发生在 7月 20日，从图7可知，G1G5影响土壤深度分别为30、60、50、60、50 cm。各点位10 cm土层响应时间均早于或等于其他土层，所有土层均对瞬时达12 mm/h的雨锋有响应。其中G2点位060 cm土壤水分几乎在同一时间开始响应。与小雨事件类似，各点位 20、30 cm土壤水分几乎同时对降雨发生响应，这可能是由于该层土壤玉米根系分布广，土壤大孔隙通道显著增加了下渗速率。但与小雨事件不同的是，此次中雨事件土层响应时间更长，这是由于7月下旬玉米已度过拔节期正处于抽雄期，此时植被郁闭度与冠幅更大，经同期影像计算，小、中雨事件发生时田块平均植被覆盖度分别为0.61、0.82，降雨首先被玉米冠层截留，冠层饱和后才会沿着枝叶向作物根部汇集补给土壤。此外，土壤水分对于前期少雨量、小强度的降雨敏感性偏弱，因此，此次响应时间普遍延长13 h。68第 1 期3结论与讨论3.1不同坡位土壤水分特征及其对降雨的响应研究区5个监测点位于同一坡耕地上，因此，气候特征、地形地貌和植被覆盖无太大区别，表明各位点土壤水分特征及其对降雨响应差异主要由坡向、高程、坡度等地形决定。首先，不同坡面因子由于其对光热条件的改变及其对地表径流的再分配，使坡耕地土壤水分分布格局呈现出高度空间异质性7。坡向不同会引起太阳光照时间差异，进而改变地表水分蒸散发，相对于半阴坡，阴坡接受的太阳辐射时间短，土壤水分蒸发较少；此外，坡面上的始响应。7 h后，遭遇最大瞬时强度为25.9 mm/h雨锋，可见，较大强度的降雨能迅速使各土层土壤产生响应，有利于雨水的下渗和土壤吸收，改善干旱后整个剖面土壤水分状况。3 h后有一阶段1.4 mm小雨，由于前期2次雨锋使表层土壤水分含量偏高，此时土壤水分虽逐渐下降但受降雨影响土壤含水量仍存在波动性上升过程，表层土壤依旧对第3次雨锋有响应。通过对比不同点位对3次雨锋的响应情况（图9），在响应深度方面，G4G5G1。由于G1位于坡顶且坡度大导致承雨面积小，当发生强降雨后，土壤表层易形成地表径流和壤中流向坡下转移与积累，致使土层响应深度均小于中下部。在表层土壤水分消退速率方面，受降水强度、坡位与坡位引起的土壤特征差异的共同影响，不同点位大小顺序为 G4G1G5，降雨强度越大水分消退速率也越快。图8黑土区坡耕地暴雨条件下各土层土壤水分对降雨的响应Fig.8Response of soil moisture to rainfall in different soil layers under heavy rain conditions in sloping farmland in blacksoil area21：000：001：002：003：0018：0019：0020：0021：0022：0023：0030252015105040302010降雨量/mmRainfall22：0023：0013：0014：0015：0016：0017：004：005：006：007：008：009：0010：0011：00时刻 Time12：000：001：002：003：004：005：00降雨量 Rainfall10 cm土壤含水量Moisturecontent of 10 cm soil20 cm土壤含水量Moisturecontent of 20 cm soil30 cm土壤含水量Moisturecontent of 30 cm soil40 cm土壤含水量Moisturecontent of 40 cm soil50 cm土壤含水量Moisturecontent of 50 cm soil60 cm土壤含水量Moisturecontent of 60 cm soil70 cm土壤含水量Moisturecontent of 70 cm soil80 cm土壤含水量Moisturecontent of 80 cm soil90 cm土壤含水量Moisturecontent of 90 cm soil100 cm土壤含水量Moisturecontent of 100 cm soilG1G4G521：000：001：002：003：0018：0019：0020：0021：0022：0023：0030252015105040302010降雨量/mmRainfall22：0023：0013：0014：0015：0016：0017：004：005：006：007：008：009：0010：0011：00时刻 Time12：000：001：002：003：004：005：0021：000：001：002：003：0018：0019：0020：0021：0022：0023：0030252015105040302010降雨量/mmRainfall22：0023：0013：0014：0015：0016：0017：004：005：006：007：008：009：0010：0011：00时刻 Time12：000：001：002：003：004：005：00G1G4土壤含水量/%Soil moisture content土壤含水量/%Soil moisture content土壤含水量/%Soil moisture content图9黑土区坡耕地暴雨事件下土壤变化情况Fig.9Soil changes of sloping farmland under heavy rainevent in black soil areaG1G4G5响应深度Response depthG1G4G5土壤水分消退速率Loss rate of soil water12090603001.251.000.750.500.250.00123雨锋顺序Order of rain fronts响应深度/cmResponse depth土壤水分消退速率/（%/h）Loss rate of soil water侯淑涛等：黑土区坡耕地土壤水分时空分布特征及对降雨的响应69河南农业科学第 52 卷降雨由于重力作用容易向坡下汇聚，因此，在监测期内G5点位（阴坡坡下）土壤蓄水量最高，与靖亭亭等16的研究结果一致，这同时解释了在降雨后坡下位G3与G5的响应土层土壤水分消退速率更慢这一现象。其次，坡度差异使降雨的集水面积发生改变，也使地表径流量和其引起的地表侵蚀量不同，从而影响降雨入渗。由于研究区坡度较缓，西线呈坡长坡缓地形，上坡大量水流向下坡使坡中土壤受侵蚀强烈，颗粒组成较粗，土质较差，导致土壤的饱和导水率高，增大了土壤入渗速率8，17。因此，相对于其他点位，G4点位对降雨响应最强烈，响应时间更早，响应深度也最大，侵蚀也使土壤保水能力相对较弱，当遭遇降雨后土壤水分呈现出急剧上升又急剧回落现象。此外，G4 点位坡度相对较小（1.36），在坡耕地形成低洼地，对降雨集水的面