地下滴灌葡萄園土壤溫度的時空變化特征

袁余　蘇學德　李鵬程　郭紹杰　李銘

摘要：以3年生克瑞森地下滴灌葡萄園為研究對象，分析土壤垂直方向上20、40、60、80 cm處的土壤溫度日變化、土壤溫度在葡萄不同生育期的變化及年變化特征。結(jié)果表明，地下滴灌葡萄園各深度的土壤溫度日變化趨勢基本相同，近地表處土壤溫度日變化幅度相對較大，深層土壤溫度日變化趨勢平緩；以04：00、08：00、14：00、22：00代表土壤溫度變化特征時刻的各深度土壤溫度，在葡萄整個生育期內(nèi)變化趨勢均勻，萌芽期開始上升，果實生長期土壤溫度達到最大值，后開始下降；葡萄園土壤溫度在年變化過程中先上升后下降，7月達到最大值，土壤溫度變化曲線隨土壤深度的增加振幅減??；土壤深度40 cm處的年平均溫度為1314 ℃，高于其他深度土壤年平均溫度；各深度土壤溫度與氣溫有明顯的二次函數(shù)關(guān)系，并隨土層深度的變化顯著性逐漸降低。

關(guān)鍵詞：地下滴灌；葡萄園；土壤溫度；時空特征；日變化；年變化；克瑞森

中圖分類號： S1528；S663107文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）21-0127-05

HJ14mm]

收稿日期：2016-06-08

基金項目：新疆生產(chǎn)建設兵團科技攻關(guān)與成果轉(zhuǎn)化計劃（編號：2015AC012）；新疆生產(chǎn)建設兵團青年科技創(chuàng)新資金（編號：2014CB011）；新疆農(nóng)墾科學院引導計劃（編號：67YYD201404）。

作者簡介：袁余（1987—），男，湖南婁底人，碩士，助理研究員，主要從事葡萄栽培生理及育種研究。E-mail：147986240@qqcom。

通信作者：蘇學德，碩士，副研究員，主要從事葡萄栽培生理生態(tài)及育種研究。Tel：（0993）6683807；E-mail：suxuede509@126com。

新疆維吾爾族自治區(qū)作為葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特色產(chǎn)區(qū)之一，具有得天獨厚的優(yōu)勢，經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展，新疆維吾爾族自治區(qū)葡萄栽培總面積達到1492萬hm2，占新疆維吾爾族自治區(qū)林果栽培總面積的1569%，產(chǎn)量達到 23162萬t1]。新疆維吾爾族自治區(qū)屬干旱地區(qū)，在葡萄種植過程中為緩解旱區(qū)水資源的剛性約束，大力發(fā)展節(jié)水灌溉，以地下滴灌、地表滴灌為主。在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，地表滴灌容易導致果樹根系上浮，造成果樹對低溫、干旱等外源逆境的抵抗能力下降2]，致使果樹凍害嚴重，極大地影響葡萄果實產(chǎn)量和品質(zhì)3]。地下滴灌（subsurface drip irrigation，SDI）是把灌水毛管及灌水器埋入土壤，將水或水肥的混合液緩慢滲入到作物根區(qū)土壤中，再借助毛細管作用或重力作用將水分擴散到根系層，供作物吸收利用的一種灌水方法，在西班牙、美國等國家已進行大面積推廣4-5]。有研究表明，與地表滴灌相比，地下滴灌具有更加節(jié)水、較高水分利用率、增產(chǎn)、提高品質(zhì)等諸多優(yōu)點6-10]。

土壤溫度是與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境緊密相關(guān)的土壤重要物理性質(zhì)之一，其變化極大地影響土壤性質(zhì)、微生物活性及數(shù)量，最終影響作物的生長發(fā)育11-17]，同時，不同灌溉方式、灌溉頻率對地溫有不同影響18-20]。地下滴灌對土壤水分、土壤溫度和葡萄生長發(fā)育的影響已進行較多研究，為葡萄地下滴灌的系統(tǒng)設計布置提供了參考，為研究地下滴灌下葡萄的生長發(fā)育情況奠定了基礎。陳若男等確定新疆維吾爾族自治區(qū)礫石地葡萄滴灌帶合理設計及布設參數(shù)時發(fā)現(xiàn)，合理的滴頭流量為25～30 Lh，滴灌帶水平間距為60 cm21]。于坤等研究不同根區(qū)交替滴灌供水模式對赤霞珠葡萄幼苗生長的影響，結(jié)果表明，灌水側(cè)為SDI的根區(qū)交替滴灌，能有效維持同一灌水周期內(nèi)地上部葉片光合性能的穩(wěn)定，保持葉片瞬時水分利用效率在較高水平22]。

本試驗在現(xiàn)有的工作基礎上，為更系統(tǒng)地了解地下滴灌葡萄園土壤溫度的時空變化特征，對地下滴灌條件下葡萄園的土壤溫度進行試驗，分析土壤垂直方向上20、40、60、80 cm處的土壤溫度日變化、土壤溫度在葡萄不同生育期的變化及年變化情況，以期為土壤溫度預測及調(diào)控提供參考依據(jù)，為調(diào)整葡萄種植結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)葡萄節(jié)水栽培提供一定的科學基礎，使葡萄生產(chǎn)達到優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)的栽培目的。

1材料與方法

11試驗地情況

JP3]試驗在新疆農(nóng)墾科學院葡萄試驗基地（4427° N、8594° E）進行，海拔443 m；試驗地夏季氣候干旱，屬典型的溫帶大陸性氣候，冬冷夏熱，溫差大，光熱資源充足，降水稀少，蒸發(fā)強烈，多年平均降水量為200 mm，平均蒸發(fā)量為1 600 mm。試驗基地建有自動氣象站，可獲得試驗所需的相關(guān)氣象數(shù)據(jù)。試驗田土壤質(zhì)地為沙壤土，土壤的物理性質(zhì)見表1。

12試驗材料

以3年生克瑞森葡萄園為試驗對象，葡萄株行距為 2 m×35 m，栽培方式為傾斜主干水平龍干樹形和水平連棚架，東西行向，呈魚刺狀向南北方向分列新梢（圖1）。

13地下滴灌設計

試驗于2014—2015年進行，采用地下滴灌，內(nèi)鑲式滴灌管，滴頭安置在地下40 cm、距葡萄植株行20 cm處（圖1），滴頭流量為25～30 Lh，灌溉制度見表2。

14測定內(nèi)容

2014年3月至2015年2月，在葡萄植株行上2個植株中JP3]間土壤垂直方向上20、40、60、80 cm土壤深處埋設MicroLite-U盤型溫度記錄儀，共12支（圖1），以記錄不同深度土壤溫度，重復3次?？諝鉁囟扔肏OBO空氣溫濕度測定儀測定，數(shù)據(jù)記錄間隔時間為2 h。

2結(jié)果與分析

21地下滴灌葡萄園各深度土壤溫度日變化特征

灌水后9 d測定地下滴灌葡萄園不同時期、不同深度土壤溫度日變化，由圖2可見，1 d內(nèi)不同深度土壤溫度的日變化趨勢基本相同，深度20 cm處的土壤溫度日變化幅度相對較大，而40、60、80 cm處的日變化趨勢相對平緩；深度20 cm處的土壤溫度從04：00開始下降，14：00左右時溫度達到最低，后溫度開始上升，在20：00—22：00時土壤溫度達到最大值，明顯滯后于太陽輻射強度最小、最大出現(xiàn)的時間，滯后時間為6～8 h，這與楊霞等的研究結(jié)論23]基本相符；在葡萄灌溉期內(nèi)氣溫升高，近地處的土壤溫度高于深層土壤處的溫度，且隨氣溫的逐漸上升，各深度土壤之間的溫差逐漸減小，2014年5月29日土壤深度20 cm處的平均溫度比80 cm處的平均溫度高429 ℃，而2014年7月19日土壤深度20 cm處的平均溫度比80 cm處的平均溫度高046 ℃，各深度土壤溫度與氣溫接近，日變化幅度小；氣溫下降，深層土壤處的溫度逐漸高于近地處的土壤溫度，2014年9月19日平均氣溫為 180 ℃，土壤深度80 cm處的平均溫度比20 cm處的平均溫度高084 ℃；各深度土壤溫度的日變化與氣溫日變化相關(guān)性較小，特別是深層土壤處的溫度。endprint

22地下滴灌葡萄不同生育期內(nèi)各深度土壤溫度的變化特征

2014年測定葡萄萌芽后1 d內(nèi)04：00、08：00、14：00、22：00 這4個具有代表特征時刻各深度土壤溫度，結(jié)果（圖3）顯示， 地下滴灌葡萄萌芽期、 花期、果實生長期、 果實成熟期內(nèi)的土壤溫度變化具有一定的特征。

04：00時，土壤溫度從萌芽期開始逐漸上升，到果實生長期達到最大值，這是由于04：00時沒有輻射，當氣溫低于土壤溫度時，土壤向空氣傳熱；當氣溫升高，土壤向空氣的傳熱減少，土壤溫度較前一生育期有所增高；當氣溫降低，土壤向空氣的傳熱增多，土壤溫度較前一生育期上升緩慢甚至溫度降低；土壤深度20 cm處的溫度受氣溫影響相對最大，溫差大于其他各深度土壤溫度，這是由于近地處土壤與空氣的熱傳導比深層土壤與空氣中的熱傳導更快速。

08：00時，土壤溫度在各生育階段呈同一變化趨勢，土壤溫度在葡萄萌芽期、花期、果實生長期內(nèi)逐漸上升；各深度土壤溫度高低順序依次為20 cm>40 cm>60 cm>80 cm，而進入果實成熟期后土壤溫度開始下降，各深度土壤溫度高低順序依次為80 cm>60 cm>40 cm>20 cm。

14：00時，日照強度較強，氣溫較高，基本高于土壤溫度，土壤溫度從葡萄萌芽期開始上升，到果實生長期土壤溫度達到最大值，后開始下降；14：00時各深度土壤之間的溫差較其他時刻小。

22：00時，日照強度較低，氣溫開始下降；葡萄進入果實成熟期前，氣溫基本高于土壤溫度，土壤繼續(xù)吸收熱量而溫度增高，直至氣溫低于土壤溫度；22：00時土壤溫度最大值出現(xiàn)的時間隨土壤深度的增加呈滯后現(xiàn)象。

23地下滴灌葡萄園各深度土壤溫度的年變化特征

由圖4可見，各深層土壤溫度與氣溫的年變化趨勢基本相同，溫度呈先上升后下降趨勢；土壤溫度出現(xiàn)最大值和最小值的時間明顯滯后于氣溫出現(xiàn)最大值和最小值的時間，且氣

溫在地溫上升過程中高于土壤溫度，氣溫在地溫下降過程中低于土壤溫度；土壤溫度變化曲線隨土壤深度增加振幅減小，是由于深層土壤受太陽輻射作用減弱的緣故；從2014年3月開始，各深度土壤溫度逐漸上升，7月達到最高值，此過程中各深度土壤溫度高低順序依次為20 cm>40 cm>60 cm>80 cm；土壤深度20 cm處的最高月平均溫度為2455 ℃，土壤深度80 cm處的最高月平均溫度為2239 ℃，相差 216 ℃；從2014年8月開始，各深度土壤溫度逐漸下降，2015年2月達到最小值，此過程中各深度土壤溫度高低順序依次為80 cm>60 cm>40 cm>20 cm，土壤深度80 cm處的最低月平均溫度為439 ℃，土壤深度20 cm處的最高月平均溫度為259 ℃，相差18 ℃；土壤深度40 cm處的年平均溫度為1314 ℃，高于其他深度土壤溫度；3—4月、8—9月各深度土壤溫度的垂直變化相對較小，分布較為均勻，4—6月土壤溫度垂直梯度逐漸增大。

FK（W13]TPYY4tif；S+3mm]

24土壤溫度年變化與氣溫年變化的關(guān)系

由圖4可知，土壤溫度與氣溫直接相關(guān)，土壤溫度的年變化隨氣溫變化而變化。對土壤溫度與氣溫進行回歸分析（表3）發(fā)現(xiàn)，各深度土壤溫度與氣溫有明顯的二次函數(shù)關(guān)系，并隨土層深度的增加，顯著性逐漸降低，其中土壤深度20 cm處溫度受氣溫的影響最為密切，土壤深度40 cm以下的氣溫對土壤溫度的影響不顯著。

3結(jié)論

地下滴灌葡萄園各深度土壤溫度的日變化趨勢基本相同，近地表處土壤溫度日變化幅度較大，深層土壤溫度日變化趨勢平緩；地下滴灌葡萄園土壤溫度最小值和最大值出現(xiàn)的時間滯后于太陽輻射強度最小和最大出現(xiàn)的時間。在葡萄灌溉期內(nèi)，當氣溫升高，近地處的土壤溫度高于深層土壤處的溫度，且隨氣溫的逐漸上升，各深度土壤間的溫差減?。划敋鉁叵陆?，深層土壤處的溫度逐漸高于近地處土壤溫度。各深度土壤溫度的日變化與太陽輻射強度有關(guān)，并受地面和大氣間熱量交換的影響24]，與氣溫日變化相關(guān)性較小，特別是深層處的土壤溫度。

在地下滴灌條件下，葡萄萌芽期、花期、果實生長期、果實成熟期內(nèi)的土壤溫度變化具有一定的特征。04：00、08：00、14：00、22：00時的土壤溫度在葡萄整個生育期內(nèi)變化趨勢均勻，從萌芽期開始上升，到果實生長期土壤溫度達到最高值，后開始下降；從葡萄萌芽期到果實生長期，各深度土壤溫度高低順序依次為20 cm>40 cm>60 cm>80 cm，進入果實成熟期后，各深度土壤溫度高低順序依次為80 cm>60 cm>40 cm>20 cm；葡萄園土壤溫度從2014年3月至2015年2月呈先上升后下降趨勢，7月達到最大值；土壤溫度變化曲線隨土壤深度的增加振幅減小，且氣溫在地溫上升過程中大于土壤溫度，氣溫在地溫下降過程中小于土壤溫度。土壤深度40 cm處的年平均溫度為1314 ℃，高于其他深度土壤年平均溫度。各深度土壤溫度在3—4月、8—9月垂直變化相對較小，分布較均勻，土壤溫度4月開始自上而下垂直梯度增大。土壤溫度的年變化隨氣溫變化而變化，各深度土壤溫度與氣溫有明顯的二次函數(shù)趨勢，并隨土層深度的變化，顯著性逐漸降低。

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