不同覆蓋材料對紅梅杏園土壤溫度日變化的影響

摘 要：為了探明不同材料覆蓋對紅梅杏園土壤溫度時空變化的特征，設(shè)置覆蓋鋸末、麥草、白膜和黑膜四個覆蓋處理，以常規(guī)栽培為對照，探析紅梅杏園土壤溫度的時空變化。結(jié)果表明，土壤溫度日變化、空氣溫度日變化、太陽輻射日變化均呈單峰曲線形式變化，都隨太陽高度角增大而增大，隨太陽高度角減小而減小，只是到達高峰時間不同，到達高峰時間由早到晚依次為太陽輻射、土壤溫度、空氣溫度；土壤不同深度土層溫度曲線變化規(guī)律相同，也呈單峰型變化，但變化幅度隨土壤深度增加而減小，土壤最高溫度和最低溫度出現(xiàn)時間隨土壤深度增加而延后；覆蓋地膜對提升土壤溫度作用明顯，提升效果達到13%～74%，尤其是覆蓋白膜，各層土壤溫度較對照高5.4～13.5 ℃。覆蓋麥草和鋸末土壤平均溫度較對照低0.2～12 ℃，土壤溫度達到一日內(nèi)最低溫時，淺層土壤溫度較對照高0.3～3.1 ℃。說明覆蓋地膜有利于土壤熱量的積累，高溫時覆蓋鋸末和麥草能緩沖地溫劇烈變化，低溫時能起到保溫作用。

關(guān)鍵詞：紅梅杏； 覆蓋材料； 土壤溫度

中圖分類號：S152.8； S662.2" " "文獻標識碼：A" " " 文章編號：1002-204X（2024）06-0029-07

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2024.06.008

Effects of Different Mulching Materials on Diurnal Variation of Soil Temperature in Prunus armeniaca Orchard

Abstract In order to investigate the temporal and spatial changes of soil temperature in Prunus armeniaca orchard under different material mulching， four mulching treatments including sawdust， wheat straw， white film and black film were set up， and with conventional cultivation as the control， the temporal and spatial changes of soil temperature in Prunus armeniaca orchard were analyzed. The results showed that the daily changes of soil temperature， air temperature and solar radiation were unimodal， increasing with the increase of solar altitude angle， and decreasing with the decrease of solar altitude angle， but the peak time was different， and the peak time was solar radiation， soil temperature and air temperature in order from early to late. The temperature curve of soil layers at different depths had the same variation law and also showed a \"unimodal\" variation， but the variation amplitude decreases with the increase of depth， and the occurrence time of the maximum and minimum temperature of soil put off with the increase of depth. Mulching film had an obvious effect on increasing soil temperature， and the increase effect reaches 13%～74%， especially when mulching white film， the soil temperature of each layer was 5.4～13.5 ℃ higher than that of the control. The average temperature of soil covered with wheat straw and sawdust was 0.2～12 ℃ lower than that of the control. When the soil temperature reached the lowest temperature in one day， the shallow soil temperature was 0.3～3.1 ℃ higher than that of the control. It showed that mulching film was beneficial to soil heat accumulation， and mulching sawdust and wheat straw could buffer the drastic change of ground temperature at high temperature， and could play a role in heat preservation at low temperature.

Key words Prunus armeniaca; Mulching materials; Soil temperature

植物生長發(fā)育對土壤溫度較為依賴，土壤溫度影響植物根系活力和呼吸[1]，間接影響了植物對礦質(zhì)元素吸收和轉(zhuǎn)運，土壤酶活性的強弱及土壤微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)[2-3]，從而影響土壤團粒結(jié)構(gòu)[4]。土壤溫度常常作為地表主要物理參量，也作為植物生長判斷的重要指標。前人研究溫度對植物生長關(guān)系較多，且以氣溫和生長關(guān)系為主，但研究覆蓋多以保水[5-6]減蒸[7-8]、降雨入滲[9]、激發(fā)土壤微生物活性[10]、提高果品質(zhì)量[11-12]的居多，對覆蓋后果園土壤溫度的相關(guān)研究較少，在寧南山區(qū)旱作紅梅杏園開展的更少。地面覆蓋是調(diào)節(jié)土壤溫度最常用的手段之一[13]，同時也可作為提高土壤水分的有效技術(shù)措施?；诖耍趯幠仙絽^(qū)紅梅杏園開展不同覆蓋材料對土壤溫度時空變化的影響的研究就十分必要，指導(dǎo)生產(chǎn)中選擇適宜的覆蓋材料，為寧南山區(qū)紅梅杏園土壤覆蓋管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在寧夏固原市彭陽縣白陽鎮(zhèn)中莊村旱作梯田進行。紅梅杏栽植行向為南北方向，樹齡為3年。試驗地海拔為1 580 m，該區(qū)多年年降水量為450 mm左右，無霜期為140～170 d，日照時間為2 311.2 h，年平均氣溫為7.4～8.5 ℃，屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候。土壤以黃綿土為主，土壤養(yǎng)分有機質(zhì)含量為12.4 g·kg-1，全量氮為0.98 g·kg-1，全量磷為0.76 g·kg-1，全量鉀為81 g·kg-1，速效氮為82 mg·kg-1，速效磷為5.7 mg·kg-1，速效鉀為84 mg·kg-1。

1.2 材料與方法

試驗設(shè)4個覆蓋處理，分別為覆蓋鋸末、覆蓋麥草、覆蓋白膜和覆蓋黑膜，以常規(guī)裸地栽培為對照。每個處理重復(fù)3次，順序排列，每個小區(qū)面積100 m2。采取紅梅杏行間覆蓋，鋸末覆蓋厚度為10 cm，麥草覆蓋厚度為25 cm，白膜和黑膜為全膜覆蓋。試驗用鋸末從木材加工廠購買，麥草從農(nóng)戶家購買，黑膜和白膜均從市場上購買。黑膜厚度為0.012 mm，寬度為1.2 m；白膜厚度為0.1 mm，寬度為4 m。購買福州望云山信息科技有限公司的W系列溫度記錄儀作為土壤溫度監(jiān)測設(shè)備。每個設(shè)備有6個通道，分別監(jiān)測5、10、15、20、25、50 cm土層的土壤溫度，每30 min記錄1次。數(shù)據(jù)采集后轉(zhuǎn)入Excel軟件進行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗區(qū)太陽輻射強度與氣溫的日變化

在晴天連續(xù)2天監(jiān)測試驗區(qū)的氣溫和太陽輻射強度，從圖1看出，太陽輻射強度與氣溫的日變化都是緩慢升高，到達峰值后又逐漸下降，然后隨著太陽升起又開始新一輪的單峰曲線形式變化。6：00太陽升起，太陽輻射強度逐漸增強；太陽輻射強度在10：30前升高較緩，10：30后從798.52 MJ·m-2迅速升高至1 857.04 MJ·m-2；在13：30左右，太陽輻射強度達到當日最大值，為1 983.27 MJ·m-2左右。太陽輻射強度從最低達到最高經(jīng)歷了7.5 h，太陽輻射從最高值到最低值歷時8 h。

氣溫日變化與太陽輻射強度日變化趨式相同，但氣溫曲線變化相較于太陽輻射強度要平緩許多。最低氣溫出現(xiàn)在6：00，為15.40 ℃；最高氣溫出現(xiàn)在17：00，為27.57 ℃；氣溫日較差為12.17 ℃。氣溫達到最大值時間落后太陽輻射強度最大值時間3.5 h。氣溫隨著太陽升起逐漸升高，直至17：00達到當日最高溫度，然后又逐漸下降，次日6：00降至最低，然后又開始相同趨勢的又一輪變化。

2.2 不同處理5 cm深土層土壤溫度日變化

從圖2可以看出，不同處理5 cm土層土壤溫度呈先升高后降低的單峰曲線形式變化。覆蓋地膜處理土壤溫度高于其他處理，最低溫度出現(xiàn)時間在凌晨3：30，覆蓋白膜處理土壤最低溫度為15.7 ℃，覆蓋黑膜處理土壤最低溫度為12.6 ℃。覆蓋地膜處理5 cm土層土壤升溫最早，在13：00左右溫度達到最高，覆蓋白膜土壤溫度達到46.2 ℃，覆蓋黑膜土壤溫度達到39.1 ℃。覆蓋鋸末和麥草處理土壤溫度變化相對平緩，且兩者相差不大，但最低地溫和最高地溫出現(xiàn)時間差異明顯。鋸末覆蓋處理最低溫出現(xiàn)時間在6：30，土壤溫度為12.1 ℃；最高溫出現(xiàn)時間在15：30，溫度為20.7 ℃。覆蓋麥草最低溫出現(xiàn)在8：00，土壤溫度為11.1 ℃；最高地溫出現(xiàn)在下午17：00，溫度為22.9 ℃。覆蓋白膜處理土壤最高溫度較對照高41%，覆蓋黑膜處理土壤溫度較對照高20%；覆蓋麥草處理最高溫較對照低9.8 ℃，最低溫較對照高2.1 ℃；覆蓋鋸末處理最高溫較對照低12 ℃，最低溫較對照高3.1 ℃。各處理5 cm深土層土壤溫度日較差分別為覆蓋白膜（30.5 ℃）、覆蓋黑膜（26.5 ℃）、對照（23.7 ℃）、覆蓋麥草（11.8 ℃）、覆蓋鋸末8.6 ℃），說明覆蓋地膜處理對于提升5 cm土層土壤溫度效果顯著，土壤溫度變化劇烈。覆蓋鋸末處理和覆蓋麥草處理土壤溫度變化較為平緩，溫差較小，表明鋸末和麥草在夜間對土壤溫度有保溫作用。

2.3 不同處理10 cm深土層土壤溫度日變化

由圖3可以看出，10 cm土層土壤溫度日變化也呈單峰曲線形式變化。其曲線變化與5 cm的土壤溫度曲線變化形式相同，也表現(xiàn)為覆蓋白膜處理土壤溫度最高，其次為覆蓋黑膜處理，覆蓋麥草和覆蓋鋸末處理溫度較低。覆蓋白膜最高溫度出現(xiàn)在14：00，溫度為36.5 ℃，較5 cm土層土壤溫度低，且最高溫度出現(xiàn)時間晚；最高溫度較相同土層土壤對照高7.9 ℃。覆蓋黑膜處理最高溫出現(xiàn)時間與覆蓋白膜相同，但溫度較覆蓋白膜低，也較覆蓋黑膜處理5 cm土層土壤溫度低，且出現(xiàn)時間晚；較相同土層對照高4.3 ℃。覆蓋鋸末和覆蓋麥草最高溫出現(xiàn)時間相差不大，但覆蓋鋸末略早于覆蓋麥草，都較各自5 cm深土壤最高溫度出現(xiàn)得晚，鋸末覆蓋與對照最高溫出現(xiàn)時間都是16：30，比覆蓋白膜和覆蓋黑膜延遲了2.5 h。覆蓋鋸末和覆蓋麥草分別比對照低9.7 ℃和9.3 ℃。說明不同覆蓋材料對10 cm深土層土壤熱量的蓄積效果不同：覆蓋白膜對提升土壤溫度效果最好；其次是覆蓋黑膜；覆蓋鋸末和麥草土壤溫度提升緩慢，較對照差。

2.4 不同處理15 cm土層土壤溫度日變化

由圖4可以看出，15 cm土層土壤溫度日變化也呈單峰曲線變化。15 cm深土層溫度升高最快和溫度最高的依然是覆蓋白膜處理，其次是覆蓋黑膜處理，其最高溫度分別為30.4 ℃和28.7 ℃；覆蓋白膜處理最高溫度出現(xiàn)在16：00，出現(xiàn)時間較覆蓋黑膜處理晚0.5 h。對照在17：00土壤溫度達到當日峰值25 ℃，較鋸末覆蓋處理早1 h，較鋸末覆蓋處理土壤溫度高7.4 ℃。覆蓋麥草處理土壤溫度達到最高時間最晚，在19：30達到最高溫度17.5 ℃，較對照低7.5 ℃。15 cm土層土壤溫度達到最高的時間遲于10 cm土層。與10 cm土層土壤和5 cm土層土壤的溫度曲線相比，各處理15 cm土層土壤溫度變化幅度小。

各處理從土壤最高溫度到最低溫度歷時也較長，覆蓋黑膜處理在次日6：00到達最低溫度16.8 ℃，最低溫度較覆蓋白膜處理低4.3 ℃，到達最低溫度時間較覆蓋白膜處理早0.5 h。對照和鋸末覆蓋處理15cm深土層土壤的最低溫度出現(xiàn)在次日8：00左右，對照土壤最低溫度為14.5 ℃，較鋸末覆蓋處理高0.4 ℃。覆蓋麥草處理15 cm深土層土壤最低溫度只有13.3 ℃，而且歷時最長，到達時間是27日9：30，土壤溫度較對照低1.2 ℃，較對照延后2 h。各處理15 cm深土層土壤溫度變幅最大的是覆蓋黑膜處理，土壤最高溫度與最低溫度相差12.4 ℃；其次是對照，溫差達到11.9 ℃；覆蓋白膜處理排第三，溫差為10.4 ℃；鋸末覆蓋和覆蓋麥草溫差相差不大，均為4.5 ℃左右。從圖4看出，不同處理土壤溫度由高到低依次為覆蓋白膜、覆蓋黑膜、對照、覆蓋鋸末、覆蓋麥草。

2.5 不同處理20 cm深土層土壤溫度日變化

從圖5可以看出，20 cm土層土壤溫度變化曲線與淺層土壤溫度變化曲線相似，也呈單峰形式變化，只是隨著土層深度的增加，溫度曲線變幅減小，也逐漸趨于平緩。各處理溫度由高到低依次為覆蓋白膜、覆蓋黑膜、對照、鋸末覆蓋和覆蓋麥草。覆蓋白膜處理最低溫度出現(xiàn)在6：30，溫度為20.6 ℃；最高溫出現(xiàn)在16：30，溫度為27.5 ℃；溫差達到6.9 ℃。覆蓋黑膜處理最低和最高溫度出現(xiàn)時間與覆蓋白膜處理時間相同，但覆蓋黑膜最高和最低溫度分別較覆蓋白膜低2.2、3.3 ℃，最高溫度較對照提前2 h，覆蓋黑膜處理土壤溫度較對照高2.6 ℃。覆蓋麥草和鋸末覆蓋溫度較對照低1 ℃以上，最高溫度較對照低5.5 ℃以上，最低溫度和最高溫度出現(xiàn)時間較對照晚0.5 h和2.5 h?？傮w來看，覆蓋地膜對20 cm深土層土壤溫度增高作用明顯，覆蓋鋸末處理和覆蓋麥草處理具有降溫作用，覆蓋處理對20 cm深土層溫度的影響明顯小于淺層。

2.6 不同處理50 cm深土層土壤溫度日變化

從圖6可以看出，50 cm深土層的溫度曲線與上面幾個圖的變化趨勢相同，只是不同處理在50 cm深土層的溫度變化趨于平緩，最高溫度與最低溫度之間的溫差變小，覆蓋白膜土壤溫差為3.1 ℃，覆蓋黑膜為3.2 ℃，對照為3.3 ℃，覆蓋麥草和覆蓋鋸末均為1.1 ℃。不同處理，深層土壤溫度日變化表現(xiàn)為覆蓋白膜的溫度最高，覆蓋白膜最高溫度較對照高30%；黑膜次之；覆蓋鋸末和覆蓋麥草50 cm深土層的溫度曲線幾乎重合，基本呈一條直線，土壤溫度較對照低18%以上。從最高溫度和最低溫度出現(xiàn)時間也可以看出，土層越深，土壤溫度到達最高溫度和最低溫度的時間越晚。

3 討論

柴紅敏等[14]研究太陽輻射與氣溫和地溫關(guān)系得出，土壤熱量主要來源于太陽輻射，下墊面的輻射是空氣熱量的主要來源。劉士玲等[15]研究認為，土壤溫度和氣溫相互影響。本研究表明，土壤溫度受太陽輻射影響較大，隨著太陽輻射增強而逐漸升高，但土壤溫度達到最高溫度時間落后于太陽輻射最強時間，氣溫達到最高的時間較表層地溫最高的時間延遲，而且三者都呈先升高后降低的單峰曲線形式變化。這主要是太陽高度角變化，地面接受的太陽輻射面積不同造成的；再加上太陽輻射是短波輻射，易被土壤吸收，空氣吸收較少，而地面吸收太陽輻射的同時也向空氣中輻射長波，空氣吸收長波后空氣溫度會逐漸增高。當太陽輻射與地面輻射達到平衡后，土壤表層溫度就達到最高溫度，當?shù)孛孑椛浜痛髿饽孑椛溥_到平衡后，空氣溫度達到最大，當平衡打破后，地溫和氣溫也就逐漸降低。這與柴紅敏等[14]的研究結(jié)果相同。

分析不同深度土層最高溫度值和出現(xiàn)時間，5、10、15、20、50 cm最高溫度值分別為32.7、28.6、25、21.6℃和18.7 ℃，到達最高值的時間分別為15：30、16：00、17：30、19：00、22：00。可以看出隨著土層深度的增加，土壤溫度高峰值與低峰值出現(xiàn)的時間不同，土層深度越深，出現(xiàn)的時間越晚，而且土壤溫度變化幅度也越小。這主要是因為土壤溫度主要通過傳導(dǎo)方式進行傳遞，表層土壤吸收熱量后向深層傳導(dǎo)，傳導(dǎo)時間較長，溫度也會損失，土層越深，到達土壤溫度峰值時間越晚，傳遞的熱量也越少，溫度變化也越小，這個結(jié)果與母婭霆等[16]、孫貫芳等[17]的研究結(jié)果相同。

覆蓋白膜處理表層和深層土壤溫度分別較對照高13.5 ℃和5.6 ℃；覆蓋黑膜處理表層和深層土壤溫度分別較對照高6.4 ℃和2.5 ℃；覆蓋鋸末處理表層和深層土壤溫度分別較對照低12 ℃和3.7 ℃；覆蓋麥草處理表層和深層土壤溫度分別較對照低9.8 ℃和4.2 ℃。研究表明，覆蓋材料不同，對土壤熱量積累的效果不同，覆蓋地膜對土壤熱量積累的效果最好，特別是白膜。這與白膜通透性好，太陽輻射能穿過地膜，被土壤直接吸收有關(guān)。因為黑膜透光性差，只能靠黑膜吸收熱量，然后通過地膜下空氣傳導(dǎo)至土壤，這樣就造成部分熱量在傳導(dǎo)過程中損失，因此增溫效果較白膜略差。覆蓋較厚的鋸末和麥草后，阻礙了太陽光對地面的直接輻射，也阻礙了地面與大氣間氣體交流，而且鋸末和麥草表面比較粗糙，本身需要吸熱，當熱量增加后才傳導(dǎo)給土壤，在傳導(dǎo)過程中再損失一定的熱量，因此這兩個處理土壤溫度變化幅度減小，升降緩慢。曹銓等[18]的研究結(jié)果表明，秸稈和生草覆蓋在土壤和空氣之間形成了隔離層，同時也減緩了太陽輻射對土壤的熱量傳遞。這與本研究結(jié)果基本相同。王東明等[19]研究也發(fā)現(xiàn)覆蓋白膜、黑膜土壤溫度分別提高6 ℃和4 ℃，任濤[20]研究表明覆膜有保溫作用。陸信娟等[21]研究發(fā)現(xiàn)，透光性好的地膜能提高土壤溫度。姚健[22]等研究發(fā)現(xiàn)覆膜能提高茶園土壤溫度和促進茶園土壤溫度的積累。這與本研究結(jié)果基本一致。也說明覆蓋地膜對提升土壤溫度有明顯的作用，而且白膜效果更好，覆蓋鋸末和麥草對土壤溫度劇烈變化起到緩沖作用，從而減輕夏季高溫對果樹的傷害[23]。

4 結(jié)論

紅梅杏園土壤溫度主要受太陽輻射影響，隨表層土壤吸收熱量后向深層傳導(dǎo)，隨傳導(dǎo)時間的增加，溫度也會損失，土層越深，到達土壤溫度峰值時間越晚，傳遞的熱量也越少，溫度變化也越小。覆蓋白膜對土壤熱量積累效果最好，土壤溫度提升5.6～13.5 ℃；太陽輻射能穿過地膜被土壤直接吸收；其次是覆蓋黑膜，其透光性差，主要依賴黑膜吸收熱量后進行傳導(dǎo)，土壤溫度提升2.5～6.4 ℃。覆蓋鋸末和麥草處理土壤溫度變化幅度減小，升降緩慢；覆蓋有機物材料在一定程度上阻礙了太陽光對地面的直接輻射，也阻礙了地面與大氣間氣體交流，而且鋸末和麥草本身需要吸熱，當自身熱量增加后才傳導(dǎo)給土壤，在傳導(dǎo)過程中也會損失一定的熱量。不同材料覆蓋對土壤溫度影響具有差異，覆蓋地膜對提升土壤溫度有明顯的作用，而且覆蓋白膜效果更好，覆蓋鋸末和麥草對土壤溫度劇烈變化起到緩沖作用，從而減輕夏季高溫對果樹的傷害。

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