不同覆盖物下的农田地温和蒸发量对比

丁秀玲，许强

（宁夏大学农学院，银川，750021）

我国是一个水资源较贫乏的国家，人均占有河川地表径流量较世界平均少得多[1]。且这些水资源分布得极不均匀，加以年内降水的时间分布又很不均匀，年际变化又大，从而加重了干旱的发生，致使其难以满足农业生产的需要，而控制水分从土壤表面蒸发，减少非生产性水分消耗，是缓解水资源矛盾的突破口[2]。通过采取适当的农业技术措施，可以减少非生产性水分消耗，提高水分利用效率。而减少土壤蒸发的速率主要取决于两个方面：一是改变土壤表面蒸发的大气条件，从而降低土表的潜在蒸发速度；二是改变土壤结构，增强土壤自身的持水能力[2]。土壤蒸发是土壤水的无效消耗，因此降低土壤蒸发，提高自然降水的利用率，对于干旱地区农业有着十分重要的意义。研究表明，改变土壤表面的蒸发条件最有效的办法是进行覆盖[2]。目前，覆盖的方式有砂田覆盖法，有机物覆盖法、地膜覆盖法3大类。许多研究表明，砂田能减少土表水分蒸发和径流，提高水分的入渗和土壤温度[3～6]。贾登云等[7]研究砂田覆膜栽培籽用西瓜发现，砂田覆膜能更有效地减少水分蒸发，提高土壤含水量，有利于西瓜的早出苗，缩短西瓜的生育期，避免西瓜受晚霜的为害。裴步祥等人研究了黄土高原冬小麦地膜覆盖的农业气象效应发现，使用地膜覆盖后，农田的光、热、水、肥、气等生态条件得到明显改善。因此，对比不同覆盖方式下农田的保温效果及水分利用程度，对干旱地区农业生产指导有着十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于宁夏中卫市香山乡红圈子，土壤质地为砂土，多年来采用免耕法穴播种植西瓜和甜瓜。本地区是典型的中部干旱带，介于北纬36°9′～37°43′，东经 104°17′～106°10′，无灌溉农业条件的典型干旱区。该地区海拔为1 700 m，属大陆性季风气候，春暖迟、夏热短、秋凉早、冬寒长，干旱少雨，风大沙多，气候干燥，蒸发强烈。年平均气温6.8℃，年平均相对湿度 50%，≥10℃年积温2 332.05℃，年平均太阳总辐射量567.06 kJ/cm2。降雨稀少，年平均降雨量247.4 mm且时空分布不均衡，70%以上的降雨集中在7，8，9三个月，有效性差，年蒸发量2 172.3 mm，是降水量的近10倍。平均风速3.4 m/s，地面平均温度9.6℃，年均日照时数2 963.1 d，无霜期146 d。若遇上特干旱年份，采用传统的砂田种植法所种植的西瓜几乎绝收。

1.2 试验设计

试验材料为西瓜，供试品种为金城5号，密度为220株/667 m2，株行距为1.5 m×2 m，每小区面积7.5 m×4 m。试验共设4个处理，分别是砂石覆盖也即砂田，砂田+地膜覆盖简称砂膜覆盖，裸田+地膜覆盖简称裸膜覆盖，裸田无任何覆盖物（CK）。砂膜覆盖处理方法为：按划线定点挖坑，椭圆穴坑长30 cm、宽20 cm。程序为刨坑扒砂松土、插缝、放大芽（提前2～3 d预先催好种，种子芽长2.5～3.0 cm，带毛根）、放种（浸种消毒后）、盖土盖砂厚度 2.5～3.0 cm，机械覆膜；砂石覆盖处理方法除了最后机械不覆膜以外，和砂膜覆盖处理方法相同；裸膜覆盖处理方法为：春季经过松土、耙、耱等机械整地后，将平整好的地人工起垄，垄高3.0～4.0 cm，垄背宽50 cm，然后划线定点、插缝、放大芽、放种、盖2.5～3.0 cm厚的湿且松散的土，机械覆膜；对照为不进行任何覆盖处理的普通农田。在每处理种植的西瓜行内各埋置一套“5支曲管组地温仪”，地温仪埋入土壤中的深度按序依次是 5 cm，10 cm，15 cm，20 cm，25 cm。地温仪的上方则是放置着网袋内装有大小混合的砂石，作为模拟砂石覆盖处理的田间小生境；网袋上方罩有宽70 cm，长为2 m的塑料薄膜，薄膜四周用砂石压住，作为模拟砂膜覆盖的田间气候小生境；而模拟裸膜覆盖小生境则是直接在西瓜行内埋有温度仪的土田面上罩上一块塑料薄膜，薄膜四周用土压住密封；对照裸地则直接将地温仪按顺序依次埋入田面即可。营造田间蒸发量小生境，是将自制蒸发皿（材料为白铁皮，圆形，皿高15 cm，口径20 cm）埋于土内，保证蒸发皿口与土壤表面齐平，皿中加水，上部用网袋装好的大小混合砂石覆在蒸发皿上，最后再将地膜覆盖在砂石上，其他覆盖方式与埋放地温仪的方法类同。

试验时段为2009年5月至8月中旬，田间管理方式与大田相同，播种前统一机械施肥，肥料为中卫香山丰胜生物有机肥复混肥厂生产的含有机质≥25%；N，P，K含量均≤4%的生物有机肥按传统施肥量100 kg/667 m2一次性全部施入大田 。

1.3 地温和蒸发量观测

观测时段：2009年5月至8月中旬，地温观测时间为每日 7：00、14：00、19：00。蒸发量观测为从播种至收获每日利用游标卡尺测定1次水层高度，以2次测定水量之差为蒸发量。通常在19：30测定，每隔7 d补1次水，一般将皿补满水为止。遇有雨天，则雨前雨后加测。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖不同深度地温变化比较

图1 不同覆盖对地下5 cm，10 cm，15 cm，20 cm处土壤温度的影响

图2 不同覆盖对地下25 cm处土壤温度的影响

图3 不同覆盖土壤温度的季节变化对比

由图1，2可知，不同覆盖方式下的土壤温度垂直变化如下：①不同覆盖在西瓜生育前期和后期的增温作用以及生育中期的降温作用均随土层深度的增加而减弱。比如增温作用表现为5 cm深处砂田、砂膜和裸膜一般比对照裸田分别高1.93～5.13℃，3.73～6.69℃和 1.16～3.18℃；10 cm 深处 砂田、砂膜和裸膜比对照分别高1.94～5.00℃，1.57～6.36℃和1.11～3.25℃；15 cm深处砂田、砂膜和裸膜比对照裸田分别偏高 2.0～4.12℃，3.04～5.78℃和0.94～2.46℃；20 cm深处砂田、砂膜和裸膜比对照裸田分别高 1.11～4.09℃，1.09～4.79℃和 0.79～1.17℃；25 cm深处砂田、砂膜一般比对照裸田分别高1.33～2.82℃，0.88～3.59℃。 生育中期降温作用表现为5 cm深处砂田、砂膜和裸膜一般比对照裸田分别低 3.31～5.28℃，0.67～2.24℃和 2.4～3.56℃；10 cm深处砂田、砂膜和裸膜比对照分别低2.8～4.48℃，2.25～3.13℃和1.23～1.87℃；15 cm深处砂田、 砂膜和裸膜比对照裸田分别偏低1.58～3.79℃，1.13～3.29℃和0.89～1.77℃；20 cm深处砂田、砂膜和裸膜比对照裸田分别低0.97～3.07℃，0.3～1.87℃和0.87～1.3℃；25 cm深处砂田、砂膜一般比对照裸田分别低 0.36～2.0℃，0.57～0.62℃， 裸膜比对照裸田低0.13～1.91℃。

②从整个观察期看，砂田地温变化比较平稳，特别是高温季节温度低于裸田、裸膜以及砂膜。这对防止作物根部早衰有重要作用。

③砂田增温效果是在前期（苗期）和后期（成熟期），对保证作物早出苗和提早成熟有重要意义。

④不同覆盖方式对地温的影响随土层深度的不同而不同，砂膜覆盖>砂石覆盖>地膜覆盖：由图1，2可以看出，裸膜的影响深度是15 cm土层，原因是地膜透光性好，表层土壤温度增温快；砂石覆盖对地温影响深度是20 cm，原因是由于砂田地面粗糙，吸光性能好，导热性好，白天增温幅度大，且砂层又具有保温作用，在不断的累积过程中，影响的深度随之加深；砂膜覆盖对地温的影响深度是25 cm，主要是由于砂石+地膜的双层保温作用，所以影响深度最深。

2.2 不同覆盖地温季节变化规律对比

由图3可知，在不同覆盖措施下，砂田、砂膜和裸膜的土壤温度季节变化规律都是先增加后降低。生育前期西瓜田土壤温度季节变化较大，生育中期较小，生育后期较大。根据测定，日平均土壤温度，6月以前裸膜、砂膜和砂田覆盖一般比对照裸田分别偏高1.15℃，4.2℃和 1.68℃，最多可达 1.94℃，4.24℃和 2.3℃；7月裸膜、砂膜和砂石覆盖比对照低 0.95℃，2.59℃和3.2℃；8月裸膜、砂膜和砂田覆盖比对照裸田分别高1.06℃，5.52℃和3.58℃。由此可知：①砂田覆盖和砂膜覆盖使农田夏季土壤温度降低，减少了土壤的无效蒸发，并且降低了作物根部的温度，能起到防止作物早衰的作用。

②裸膜覆盖因地膜的增温效应，使得生育前期增温效应最显著，生育中期由于西瓜生长开始繁茂，随着叶面积指数的增大郁蔽度逐渐加大，裸膜覆盖对土壤温度影响越来越小。

③砂田覆盖和砂膜覆盖（图1）在西瓜生育前期（6月以前）和后期（8月以后）有增温效果，生育中期（7月中旬至下旬）有降温作用。

④砂田覆盖的土壤温度季节变化都比较平缓，尤其是砂膜覆盖保温效果最好，对土壤温度的调节能力也最强，更能为作物生长创造适宜的环境。

图4 不同覆盖5 cm，10 cm深处地温日变化对比（阴天、晴天）

⑤西瓜是喜温作物，其出苗需要一定的温度条件，砂膜覆盖在西瓜生育前期使土壤温度提高多达4.24℃，对保证西瓜早出苗有重要意义。

2.3 不同覆盖地温日变化对比

不同覆盖下土壤温度有明显的日变化，且土壤温度的日变化在不同的天气条件下不同。晴天，净辐射强时，则土壤热通量变化大，因而土壤温度的日变幅大；阴天，净辐射小时则相反（图 4，5，6）。 从图4，5，6还可以看出，上层土壤的温度日变化大，下层土壤温度的日变化小，到25 cm土层深处的土壤温度几乎没有日变化；与不同覆盖的对照裸田相比，裸膜、砂膜和砂田覆盖下土壤温度日变化的特点是：不同覆盖物在不同天气情况下，土壤表层温度在各时刻其变化特征不尽相同。分析图4，5，6可以得出：①阴天时，不同覆盖各个时刻及土层深度的土壤温度都高于对照，且保温效果依次为砂膜>砂地>裸膜；晴天后半夜不同覆盖土壤温度都高于对照裸田，说明覆盖物夜间有保温的作用，保温作用也是砂膜>砂地>裸膜。

②晴天时，不同覆盖都从早晨8：00地温开始回升，下午地温下降的时刻各不相同，其中裸膜和砂膜地温下降的时间是18：00，而砂田是16：00左右。

③晴天时，5 cm深处土层不同覆盖相对于对照裸田有降温作用，降温幅度由大至小依次为砂田>砂膜>裸膜。

④不论晴天、阴天，6：00地温可代表1 d内最低温度；生长中期砂田、砂膜和裸膜16：00左右地温可代表日最高温度。

⑤晴天时，5 cm土层砂田和砂田+地膜覆盖最高温比裸田+地膜覆盖及对照裸田最高温出现时间迟约2 h，一般裸田和裸田+地膜日最高温出现在14：00，而砂田和砂田+地膜日最高温则在 16：00。

⑥裸地与裸膜处理地温的变化比较激烈，起伏比较大。

⑦砂田地温变化比较平稳。

⑧阴天砂田有保温作用，晴天砂田有降温作用。

2.4 不同覆盖蒸发量变化对比

图7是5月5日至8月25日每天19：30观测的西瓜全生育期蒸发量分布图。由图7可知，在西瓜整个生育期砂石覆盖显著减少了蒸发量。全生育期间裸田、裸田+地膜覆盖、砂田和砂田+地膜覆盖的总蒸发量依次为1 007.85 mm，177.05 mm，481.9 mm和114.78 mm，裸田的蒸发量是裸田+地膜的5.69倍，是砂田和砂田+地膜的2.09倍和8.78倍；砂田的蒸发量是砂田+地膜覆盖的4.20倍。由此可以得知：①地膜覆盖的减蒸效果突出，比如裸田覆盖地膜后西瓜全生育期间的地面蒸发量仅为177.05 mm，比裸田减少蒸发量82.43%，砂田上覆盖地膜后也比砂田减少蒸发量76.17%。因此，地膜覆盖栽培在对旱区农业生产的保墒、抗旱作用有重要意义。

图5 不同覆盖15 cm，20 cm深处地温日变化对比（阴天、晴天）

图6 不同覆盖25 cm深处地温日变化对比

②砂田覆盖也可显著降低地面蒸发，如砂田全生育期的蒸发量为481.9 mm，比裸地的1 007.85 mm减少了52.19%。

③砂田上加地膜覆盖后更能减少土壤蒸发量，比如砂田+地膜覆盖全生育期蒸发量仅为114.78 mm，相对裸田蒸发量减少88.61%。

因此，砂田覆盖和地膜覆盖能显著减少土壤蒸发，而砂田+地膜双层覆盖的减蒸量更加明显。从另一个角度说明，砂田+地膜保水能力最强，能够部分满足需水量较少的作物生长发育。

3 结论与讨论

①在西瓜全生育期，不同覆盖对土壤温度的影响以表层最为明显，随着土层深度的增加，对地温高低影响也不相同。砂膜的保温深度最深达25 cm，砂田为20 cm，裸膜覆盖保温深度仅为10 cm。在低温年限，为保证西瓜正常生长，采用砂膜覆盖方式更利于获取热量，保证西瓜稳产。

图7 不同覆盖蒸发量对比

②不同覆盖措施下地温有明显的季节变化，生育前期西瓜地土壤温度季节变化较大，生育中期较小，生育后期较大。在西瓜生育前期和后期的保温作用以及生育中期的降温作用随土层深度的增加而减弱。尤其是砂膜覆盖的保温效果更好，并且对土壤温度的调节能力最强，更能为作物生长创造适宜的环境。

③土壤温度有明显的日变化，且土壤温度的日变化在不同的天气条件下不同，晴天土壤温度的日变化幅度大，阴天则相反。另外随着土层深度的增加日变化幅度也在逐渐的减小。

④不同覆盖物在不同天气情况下土壤表层温度，在各时刻其变化特征不尽相同。阴天时，保温作用依次是砂膜>砂地>裸膜；晴天时，裸膜和砂膜地温下降的时间比砂田迟2 h左右；日最低温出现在6：00，生长中期日最高温在 16：00；晴天时，0～5 cm土层砂田和砂田+地膜覆盖最高温比裸田+地膜覆盖及对照裸田最高温出现时间约迟2 h。

⑤砂石覆盖和砂膜覆盖地温变化比较平缓，裸膜覆盖地温变化比较激烈，起伏大，所以砂石覆盖和砂膜覆盖有防止作物根部早衰的作用，裸膜覆盖因地温的急剧变化，可能会对西瓜根部造成伤害。

⑥在西瓜整个生育期，砂膜覆盖减蒸效果最好，其次是裸膜，砂田次之。说明砂田+地膜保水能力最强，能够部分满足需水量较少的作物生长发育。

由此说明，砂田+地膜覆盖的保温和减蒸效果都是最好的，在干旱地区，砂膜覆盖可以保证浅根系且需水量少的作物正常生长，而不会导致绝产。因此，在有砂石来源的条件下，砂石+地膜覆盖效果最好，可以推广；其次是砂石覆盖。

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