季节性冻土对农业的影响

摘 要：文章分析了季节性冻土的水文特性，介绍了季节性冻土对灌溉定额、农业旱涝、农田水利、地下水的补给的影响，并就如何解决或改善季节性冻土对农业的影响提出建议，为实现千亿斤粮食生产有重大的指导意义。

关键词：水文特性；灌溉定额；旱涝指标；农田水利

冻土在我国分布广阔，占国土面积的2/3，冻土可分为季节性冻土和永久性冻土。我国粮食主产区之一东北多属于季节性冻土，每年冬季土壤开始冻结，春季开始融冻，直到7月份才全部融通。季节性冻土对农业的影响包括融冻早晚对播种季节影响；冻土特性下水循环对农业的影响。黑龙江省为《全国新增千亿斤粮食生产能力规划》主产区之一，季节性冻土水文特性对农业的影响极为突出。因此做好季节性冻土对农业影响的研究，对实现千亿斤粮食生产有重大的意义。

1 季节性冻土的水文特性

季节性冻土的水文特性主要是透水弱、调节土壤蓄水和抑制蒸发，廖厚初等在[2008.3]黑龙江水专学报详细作了分析[1]。这三个特性使季节性冻土在水分运移、补排关系、三水转换关系受到限制，与无冻地区和无冻期相比，水文学理论和方法具有本质的区别。

当冻土出现时起到了隔水层的作用。三水转换便因不透水失去直接的通道。蓄水调节作用主要是增加土层含水量和改变土壤垂线分布，冻土增加的水量包括封冻期初期降雨（雪）入渗水量、稳定封冻期深层土壤和潜水面蒸发冻结在土壤中的水量、解冻期降雨入渗量和冻土上层融冻释放的水量。解冻时，冻土表层解冻，而上层为解冻，冻结的冰晶体填充于冻土空隙，而成为不透水层，使降雨和融雪入渗量不能向冻土下层运移，汇集在融冻锋面上，形成冻层上水，这些水量多汇集在土层0.1～0.4m内，此时，土壤含水量垂线分布呈弧线型，上层大于下层。

这种分布与冻结上层蓄水、冻结层不透水有关，表现了冻融土壤的蓄水调节作用，尤其对5～7月干旱的调节十分有利，根据黑龙江省哈尔滨地区历史干旱年份资料分析，在最干旱时期，土壤表层出现凋萎含水量，而在表层10cm以下，仍然存在适宜作物生长的30%土壤含水量。冻土影响的含水量垂线分布使土壤水分运移明显滞后，有时甚至到8月份冻土才完全融化通；另据孙吴气象站1980年年内各月实测土壤含水量分布，土壤含水量最大处在0.1～0.4m处，0.4m以下趋于稳定。因此季节性冻土影响了土壤含水量的垂线分布，使土壤水分运移明显滞后，对土壤墒情有很大的影响[1]。

季节性冻土对蒸发的抑制作用表现在以下几方面：（1）在封

冻期，土壤表面有积雪时，蒸发主要发生于雪面，表面无雪时，因土壤冻结，毛细管输送水分消失，土壤蒸发基本终止；（2）在融冻期，虽然气候蒸发能力很强，但由于冻土的存在，使土壤温度的低于冰点，土壤蒸发则大大减小，明显小于无冻条件下的蒸散发能力。廖厚初等认为冻结期土壤蒸发微弱，冻土土壤的蒸发能力起到抑制作用。因此，冻土蒸发量小，减缓了土壤含水量消退速度，在干旱时期，能保证农作物生长所需的水量[1]。

2 季节性冻土对农田耗水量的影响

农田的耗水量关系到千亿斤粮食基地建设、水资源的开发利用及灌溉技术的发展。如何合理利用水资源、节约水资源，这就要求我们准确的计算出农田耗水量，合理有效的灌溉，争取以最节约的水资源、最少的投入，获得最大的粮食收益。

2.1 季节性冻土对灌溉定额的影响

根据长江水利委员会规范，对黑河宋集屯灌区万亩水田进行灌溉定额设计，灌区面积7000余亩，水层深度多在5～10cm，无外水加入，经过计算每公顷定额为10000m3，即每亩667m3，而在干旱期，实际每公顷定额为6500m3[2]。黑龙江省其它地区的耗水量也明显偏小，这些地区耗水量定额偏小的主要原因是受冻土的影响灌溉初期冻土接近地表土壤入渗量小，而蒸发受冻土影响也偏小。因此我们在灌溉时要因地制宜，考虑冻土的影响，确定适合北方寒冷地区的灌溉定额。起到节约、有效利用水资源、减少资金投入，保证粮食丰产。

2.2 季节性冻土对农业旱涝的影响

在黑龙江省民间有这样一种说法“十旱九收，十涝九丢”，很多人都不能理解，究竟是什么原因呢，其实这主要是受冻土的影响，即冻土融冻时，融雪降水入渗量聚集于冻土层上，包气带中具有充足的水量，黑龙江省干旱主要发生在初夏，在久旱无雨的情况下，冻土上水起到了调节作用.因此即使遇到持续干旱，粮食也能获得丰收。而如果初夏就出现大范围的降雨，且持续时间长，这时降雨受冻土不透水的影响，不能入渗补给地下水，只能在冻土层以上。随着降雨入渗量的加大，已融冻的土壤含水量达到饱和或过饱和状态，形成积涝，“影响农作物的的生长”。

如果长时间出现大范围的降雨过程，会造成大面积内涝，对农作物生长影响很大，导致粮食大减产。如秋季内涝则会影响收割，出现丰产不丰收现象。

3 季节性冻土对地下水的补给的影响

黑龙江省著名的三江平原和松嫩平原，面积都在十万平方公里以上，粮食基地多数是开采地下水来灌溉，这些地区都有冻土过程影响到地下水的补排关系。

冬季土壤冻结，降雪不能直接补给地下水，仅限于侧向径流补给或越流补给，补给量很小。在融冻期，由于冻土层的不透水作用，降雨和融雪入渗不能直接补给地下水，以形成地表径流为主；地下水的补给主要为：降雨经冻土裂隙入渗量、下界面冻土融冻释放补给量以及冻层上水沿融冻锋面移动，在冻土接近化通时的入渗水量。这些水量均受到冻土层的影响，补给量甚微。因此，由于冻土的存在使地下水补给时间滞后。只有到7、8月份冻土化通后，降雨径流才能直接补给地下水[3]。

由于黑龙江干旱主要发生在5、6月份，而这个时候地下水水位也基本上处于最低值。因此合理开采、利用地下水才能最大限度的保证粮食生产的增长性、可持续性和安全性。另外，由于冻土存在热胀冷缩的特性，因此对水库，大坝，灌溉渠道，堤防及所有建筑物都受其影响。

4 结束语

黑龙江省位于我国东北部，是粮食的主产区，也是季节性冻土区，农业生产与无冻地区有明显的区别，文中分析了冻土的水文特性以及对旱涝、农作物、灌溉定额、地下水补给、农田水利工程的影响。可见季节性冻土对农业的影响很大，掌握冻土的水文特性及水分运移规律，为保证粮食增产和丰收提供可靠的技术支撑。

针对这些问题提出如下几点建议：一是加强冻土的水文特性的研究，掌握水分运移和“三水”转化关系；二是总结经验，吸取较好的解决冻土对农业的影响的办法；三是对寒区旱涝指标评定、水资源评价要考虑冻土的影响。

参考文献

[1]廖厚初，张滨，肖迪芳.寒区冻土水文特性及冻土对地下水补给的影响[J].黑龙江水专学报，2008，3：123-126.

[2]肖迪芳，等.冻土水文学概论[C].大连第三届 全国冰工程学会论文汇编，1997.

[3]肖迪芳，张鹏远，廖厚初.寒冷地区地下水动态规律分析[J].黑龙江水专学报，2008，3：120-122.

作者简介：廖厚初（1981-），男，广西柳州人，工程师，研究方向：主要从事水文情报预报、冰坝凌汛预报、冻土水文学研究。