長期不同施肥條件下馬鈴薯耕層土壤溫度變化

安 昊 ，李煥春 ，4，李秀萍 ，王 博 ，賈有余

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院資源環(huán)境與檢測技術(shù)研究所，內(nèi)蒙古呼和浩特 010031；2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)牧交錯帶生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)野外科學(xué)觀測試驗(yàn)站，內(nèi)蒙古呼和浩特 010031；3.內(nèi)蒙古旱作農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古呼和浩特 010031；4.中國科學(xué)研究院內(nèi)蒙古草業(yè)研究中心，內(nèi)蒙古呼和浩特 010031）

土壤溫度是土壤重要的物理性質(zhì)，它不但影響土壤中碳氮等物質(zhì)的化學(xué)和生物學(xué)過程，還決定土壤資源質(zhì)量高低，從而影響植物的生長發(fā)育和產(chǎn)量等[1-3]。在自然因素中，太陽輻射水平和土壤熱物理性質(zhì)是土壤溫度變化的主要決定因素，土壤溫度也受地面和大氣間熱量交換的影響[4]。對于農(nóng)田土壤，它的溫度變化除了受自然因素的直接影響，同時受農(nóng)業(yè)措施影響較大。大量研究表明覆蓋塑料薄膜、作物秸稈和殘茬等可有效提高土壤溫度[5-7]，起壟、深松和耙磨等微地形構(gòu)造通過改變土壤熱物理性質(zhì)影響土壤溫度變化[8-9]。施肥對土壤溫度變化影響的研究較少，有研究認(rèn)為，施肥使作物生長旺盛，冠層郁閉度好，減少了太陽輻射，從而降低地表溫度[10]。本研究利用肥料長期定位試驗(yàn)，通過土壤溫度的連續(xù)測定，探索不同施肥措施下的耕層土壤溫度的變化，以期為區(qū)域的合理施肥及作物增產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院武川旱作農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站的長期肥料定位試驗(yàn)地開展，試驗(yàn)站位于內(nèi)蒙古呼和浩特市武川縣，北緯 41°08′22.8″，東經(jīng) 111°17′43.6″，海拔1 570m。屬高寒風(fēng)沙半干旱偏旱區(qū)，多年平均氣溫3.0 ℃，無霜期（＞2.0 ℃）90～120 d，≥10℃積溫1 950～2 025℃，氣候條件只能滿足一季作物的生長，年平均降水量350 mm。土壤為栗鈣土。

長期定位試驗(yàn)開始于2004年，本研究選擇其中4個不同施肥處理，分別為無機(jī)有機(jī)肥配合施用（NPKM）、施用 NPK 化肥（NPK）、施用有機(jī)肥（M）、和不施肥（CK），肥料用量及配比由國際植物營養(yǎng)研究所（IPNI）根據(jù)測土結(jié)果設(shè)計(jì)推薦?；实酿B(yǎng)分施用量N-P2O5-K2O＝60-45-30，氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀；有機(jī)肥為羊糞，用量為7 500 kg/hm2，其中養(yǎng)分含量N-P2O5-K2O＝0.39-0.15-0.74，有機(jī)質(zhì)含量為45%。所有肥料均做基肥一次施用。

小區(qū)面積5 m×10 m＝50 m2，3次重復(fù)，隨機(jī)排列。2010年種植作物為馬鈴薯，秋季收獲后地上部分的莖葉全部還田。生育期積溫（≥10℃）2 576℃，生育期降雨量235 mm，包括在嚴(yán)重干旱時為保證作物正常收獲噴灌3次，分別在6月1日、6月28日和7月26日，灌水量分別為13.1 mm、38.2 mm和42.4 mm。

1.2 測定方法

用溫度自動記錄儀（日本HIOKI3641－20）測定地溫，出苗后（6月17日）將探頭埋入每小區(qū)隨機(jī)選擇的兩株馬鈴薯中間的壟背上，埋深10 cm，數(shù)據(jù)自動采集，讀數(shù)間隔1 h。馬鈴薯收獲時（9月11日）取出并導(dǎo)出數(shù)據(jù)。分析積溫時采用≥10℃活動積溫，因?yàn)?0℃為馬鈴薯生長的下限溫度[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥條件下的地溫日變化

以各生育時期內(nèi)有代表性的晴朗天氣為例（圖1），不同施肥處理下的10 cm地溫均呈正弦曲線，在15：00—17：00 達(dá)到最大值，7：00—9：00 最低，主要是受太陽輻射影響。以馬鈴薯進(jìn)入淀粉積累期（9月1日）為例，CK的地溫最高，NPKM的地溫最低，M和NPK處理差異較小，此時影響地溫變化的可能是各種因素的綜合影響，一方面是CK處理作物因脫肥而早衰，使土壤暴露的面積較大，增加了到達(dá)地面的有效輻射，另一方面可能因?yàn)槭┓侍幚硗寥乐械氖韷K數(shù)量和體積較大，使土壤的熱容量增加，所以隨氣溫變化較小。

2.2 不同施肥條件下的地溫季節(jié)變化

不同處理下的地溫均有明顯的季節(jié)變化（圖2），整體呈先上升后下降的變化趨勢。馬鈴薯生育前期地溫最高，且維持在相對穩(wěn)定的水平上；塊莖形成期后，地溫平均值為20.0～20.7℃；塊莖增長期的地溫繼續(xù)降低，但該時期內(nèi)較平穩(wěn)，平均為16.7～18.4℃；淀粉積累期時，地溫達(dá)到生育期內(nèi)的最低值，平均為14.8～16.5℃。

不同施肥處理間的差異在各生育時期不同。同一生育時期內(nèi)，與CK相比，除了NPKM處理在出苗期提高了0.2℃的地溫，其他時期施肥均降低了地溫（表1），而且在出苗至塊莖增長期間，降低幅度隨著生育期的推進(jìn)逐漸變大，到塊莖增長期時差異最大，NPKM、NPK和M分別比CK降低了1.7℃、1.3℃和1.1℃；淀粉積累期時分別降低了1.7℃、1.2℃和0.9℃。

表1 長期施肥對10 cm土壤溫度的影響 ℃

2.3 不同施肥條件下的土壤有效積溫

不同施肥條件土壤≥10℃的積溫變化規(guī)律與平均地溫相似，同一生育時期與CK相比，除了NPKM處理在出苗期增加了4.4℃的積溫，其他時期施肥處理的積溫均較低（表2），尤其是塊莖增長期和淀粉積累期，積溫降低均大于20℃。整個生育期合計(jì)，NPKM、NPK和M分別比CK低86℃、83℃和68℃。

表2 長期施肥對10 cm土壤積溫的影響 ℃

3 結(jié)論

10 cm地溫的日變化規(guī)律呈正弦曲線，不同施肥條件下地溫在 15：00—17：00 達(dá)到最大值，7：00—9：00最低。地溫日平均值在整個生育期內(nèi)整體呈先上升后下降的變化趨勢，幼苗期最高，且維持在相對穩(wěn)定的水平上。與對照相比，施肥處理下的地溫較低，處理間的差異在塊莖增長期最大，NPKM、NPK和M分別比CK低1.7℃、1.3℃和1.1℃。不同施肥條件土壤≥10℃的積溫變化規(guī)律與地溫日平均值相似，同一生育時期內(nèi)與CK相比，施肥處理的積溫較低，尤其是塊莖增長期和淀粉積累期。整個生育期合計(jì)，NPKM、NPK和M分別比CK低86.0℃、83.0℃和68.0℃。

目前已知的各種形式的汽封，隨著運(yùn)行時間增長，絕大多數(shù)情況下，汽封間隙不可避免的被逐漸磨大，漏汽量亦隨之增加。由于側(cè)齒位于梳齒的軸向，只要差漲不超限，側(cè)齒部分不會發(fā)生磨損，因此運(yùn)行中側(cè)齒的阻尼作用不會降低。與其他各種形式的汽封相比，汽封間隙磨大后，理論上漏汽量增量較低。但到目前為止，側(cè)齒汽封所有的供貨商都僅提供了密封效果的理論計(jì)算值。尚未見到權(quán)威試驗(yàn)證實(shí)計(jì)算數(shù)據(jù)的正確性。

有研究表明，即使是1℃土壤溫度的差異也將顯著影響作物的生長[2-3]，因此，量化不同施肥方式對土壤溫度的影響有助于揭示不同的施肥影響土壤性質(zhì)和作物生產(chǎn)力的機(jī)理。本研究中施肥條件下10 cm土壤平均溫度普遍較低，主要是因?yàn)槭┓蚀龠M(jìn)了作物冠層的生長，減少了到達(dá)地面的有效太陽輻射，從而降低了土壤的平均溫度，與前人研究結(jié)果一致[12-13]。但施肥對土壤地溫的影響主要是通過影響土壤水分和作物生長產(chǎn)生的間接作用，施肥對土壤熱特性的影響還不清楚，有待進(jìn)一步研究。

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