不同地表覆盖对地表温度、湿度和土壤水分的影响

彭 超，陈月华，吴际友

（1.中南林业科技大学 风景园林学院 湖南 长沙 410004; 2. 湖南省林业科学院 湖南 长沙 410004）

不同地表覆盖对地表温度、湿度和土壤水分的影响

彭 超1，陈月华1，吴际友2

（1.中南林业科技大学 风景园林学院 湖南 长沙 410004; 2. 湖南省林业科学院 湖南 长沙 410004）

以土壤为对象，研究在高温下5种不同覆盖方式（清耕处理、地膜覆盖、秸秆覆盖、枝叶覆盖、灌木覆盖）对土壤性状的影响。结果表明，5种覆盖方式在高温下对土壤性状产生了影响：地膜覆盖提高了地表温度，且地膜覆盖下的地表温度上升最快，上升幅度最大，秸秆覆盖、枝叶覆盖和灌木覆盖则降低了地表温度，灌木覆盖的降温效果最好；地膜覆盖、秸秆覆盖、枝叶覆盖和灌木覆盖都能提高地表湿度，其中地膜覆盖前期保湿效果最好，后期则低于清耕处理；地膜覆盖的土壤水分散失最慢最少，秸秆覆盖和枝叶覆盖次之，灌木覆盖的水分散失最快最多。

土壤管理；地表覆盖；地表温度；地表湿度；土壤含水量

地表覆盖作为一种土壤管理调控技术，越来越为人们所重视，有关学者对这项技术进行了大量研究。研究发现地表覆盖能够提高生物量、抑制杂草、增加土壤养分，从而改善根系环境，促进植物生长，提高果实产量等[1-7]。以往大多研究都集中在地表覆盖改善土壤环境所带来的生态效益和生产效益，少有研究涉及极端情况下地表覆盖对土壤性状的影响，而土壤的性状决定土壤的肥力，直接影响植物的生长[8-9]。研究这种极端情况下地表覆盖对土壤的影响，可以更有效的针对不同情况采用地表覆盖技术来减少损失。近年来，随着城市热岛效应和全球变暖的加剧，我国各地陆续出现连续极端高温天气，如长沙在2013年夏季破纪录的出现连续40多天气温在35 ℃以上的天气。本研究基于长沙夏季极端高温天气下，采取5种不同地表覆盖方式，通过监测土壤相关性状，以期探寻出适宜的方式对土壤环境进行调控，保护植物生长，为今后的园林绿化管理提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 实验区概况

实验区位于湖南省长沙市林业科学院的生态站进行。该区气候属亚热带季风性湿润气候，夏冬季长，春秋季短。夏日酷热，最高气温≥35 ℃日子约有30 d以上。年平均气温16.8 ℃～17.2 ℃，极端最高气温40.6 ℃；年降水量1 500～1 700 mm，降水主要集中在春季和夏季初期。实验区土壤属于适宜从事农林业生产和植物生长的土类[10]。实验区面积1 670 m2，主要以种植香樟为主，株行距为5 m×5 m。实验区的香樟生长健康，树木生长差异不大，生长状态在该地区具有代表性。

1.2 实验设计

实验采取地表覆盖与植物相结合的方式，以香樟为对象，对一棵樟树采取一种覆盖方式，共设5种覆盖方式，每一种覆盖方式重复9次。这5种覆盖方式是清耕处理、地膜覆盖、秸秆覆盖、枝叶覆盖、灌木覆盖，其中设清耕处理为对照组。

清耕处理，即无任何覆盖物；地膜覆盖，采用0.06 mm无色透明聚乙烯塑料薄膜覆盖；秸秆覆盖，将稻草秸秆做成1.5 m×1.0 m的草垛进行覆盖，厚度10 cm；枝叶覆盖，将树木枯枝落叶收集起来进行覆盖，覆盖面积为1.5 m×1.5 m，厚度10 cm；灌木覆盖，将小叶女贞移栽在香樟周围，高度50 cm，覆盖面积为2 m×2 m。

实验从2013年7月20日一场暴雨后开始进行，于2007年8月14日雨后结束，实验共持续26 d，将2013年7月20日第一天记为1，7月21日第二天记为2，以此类推到2013年8月14日记为26。

1.3 测定项目与方法

实验数据的测定于每日上午9:00～11:00之间进行。测量每种覆盖方式下的地表温度、地表湿度和土壤各层含水量，实验结束后，计算平均值，制作图表。

天气温度采用气温表测量；土壤温度和湿度测量，采用仪器台湾群特CENTER313温湿度仪进行测量；土壤含水量，采用美国FieldScout TDR100 Soil Moisture Meter测定土壤20 cm深度范围内的土壤含水量（土壤容积含水量，下同），每往下5 cm测量一次，即0～5 cm，5～10 cm，10～15 cm，15～20 cm。

1.4 数据处理

数据采用Microsoft Off i ce Excel 2007 进行统计分析以及图表制作，并进行相关分析。

2 结果与分析

2.1 不同地表覆盖方式对地表温度的影响

如图1所示，在实验期间，实验区每日气温≥35 ℃，共持续26 d，平均气温高达36.8 ℃，这种高温天气将会对农业动植物的代谢、生长发育和产量造成危害，形成热害[11]。高温天气下，五种覆盖方式下的地表温度均持续上升，地膜覆盖的地表温度上升最快，上升幅度最大，在实验第13 d升至50 ℃以上，并一直到实验结束，其实验期间地表平均温度（47.6 ℃）比对照组高出6.7 ℃，是5种覆盖方式中最高的；秸秆覆盖、枝叶覆盖和灌木覆盖的地表温度上升较慢，幅度较小。这3种覆盖方式的地表温度都比对照组低，其中秸秆覆盖的地表温度与枝叶覆盖的相差不大，灌木覆盖的地表温度是3种方式中最低的。地膜覆盖的地表温度高于外界气温，秸秆覆盖、枝叶覆盖和灌木覆盖的地表温度都比外界气温低。这也说明，高温下，地膜覆盖升高了地表温度，秸秆覆盖、枝叶覆盖和灌木覆盖降低了地表温度。

2.2 不同地表覆盖方式对地表湿度的影响

如图2所示，枝叶覆盖、秸秆覆盖和灌木覆盖实验期间的地表湿度都在60%以上，始终高于对照组，并且3种方式地表湿度的下降速率也小于对照组。整体上看，3种覆盖方式的地表湿度：灌木覆盖＞枝叶覆盖＞秸秆覆盖。实验前15 d，地膜覆盖的地表湿度（100%）远高于其他覆盖方式，15 d后地膜覆盖的地表湿度迅速下降，仅2 d就从100%降至比对照组低，并且一直持续到实验结束。本研究猜测这是因为实验前期土壤水含量多，水分蒸发快、蒸发量大，而地膜覆盖的薄膜不具有通透性，地膜在土壤表层形成一种阻隔，土壤中蒸发的水蒸气无法扩散到外界，薄膜中的湿度能达到100%，之后薄膜中温度随时间升高，土壤中含水量降低，水分蒸发量减少，这时薄膜中水蒸气的散失远大于土壤中水分蒸发的补给，加之地膜覆盖下的空气无法与外界进行气体交换，所以薄膜中的水蒸气大量减少，湿度迅速降低，且低于对照组。关于薄膜覆盖下地表湿度骤然下降的原因还有待进一步研究。

图1 五种地表覆盖方式下地表平均温度随时间的变化Fig.1 Variations of average temperature on surface with time under fi ve surface mulching patterns

图2 五种地表覆盖方式下地表平均湿度随时间的变化Fig.2 Variations of average humidity on surface time under fi ve surface mulching patterns

2.3 不同地表覆盖方式对土壤含水量的影响

如图3～图6， 5种覆盖方式间土壤含水量的差异随着时间逐渐变小，这与Yamanaka T等[12]学者的研究结论一致。实验后期土壤水分不再降低，处于一种动态平衡状态。这是因为土壤水分无时无刻以各种形式在土壤中运动，并且土壤水分一直是从势高的位置流向势低的位置[13]。当土壤含水量处在平衡状态时，说明土壤已经干旱。如图3，5种覆盖方式下土壤0～5 cm处干旱所需的天数：地膜覆盖持续了19 d，枝叶覆盖和秸秆覆盖分别是18 d和 17 d，灌木覆盖11 d。即土壤干旱的时间由多到少是：地膜覆盖＞枯枝落叶覆盖＞秸秆覆盖＞清耕处理＞灌木覆盖。实验后期，5种覆盖方式在0～5 cm处土壤含水剩余量由大到小排序是：地膜覆盖＞枝叶覆盖≈秸秆覆盖＞清耕处理＞灌木覆盖。综合图4～6可知，5种覆盖方式下，土壤5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm处的含水量随时间变化情况与土壤0～5 cm处的变化情况相似。土壤到达干旱状态时间越长说明土壤水分损耗越慢，土壤水分剩余量越多说明水分损耗越少。综合两方面情况，5种覆盖方式保持土壤水分能力：地膜覆盖＞枝叶覆盖≥秸秆覆盖＞清耕处理＞灌木覆盖。

图3 五种地表覆盖方式下土壤0～5 cm处平均含水量随时间的变化Fig.3 Variations of average moisture in soil 0～5 cm with time under fi ve surface mulching patterns

图4 五种地表覆盖方式下土壤5～10 cm处平均含水量随时间的变化Fig.4 Variations of average moisture in soil 5～10 cm with time under fi ve surface mulching patterns

图5 五种地表覆盖方式下土壤10～15 cm处平均含水量随时间的变化Fig.5 Variations of average moisture in soil 10～15 cm with time under fi ve surface mulching patterns

图6 五种地表覆盖方式下土壤15～20 cm处平均含水量随时间的变化Fig.6 Variations of average moisture in soil 15～20 cm with time under fi ve surface mulching patterns

3 结论与讨论

实验表明，在高温下地表覆盖对地表温度、地表湿度和土壤含水量都有显著影响：对土壤温度，地膜覆盖在高温下会使地表温度急剧升高，而枝叶覆盖、秸秆覆盖和灌木覆盖在高温下能够降低地表温度，苗木覆盖的降温效果最佳，枝叶覆盖和秸秆覆盖的效果相差不大；对地表湿度，枝叶覆盖、秸秆覆盖和灌木覆盖在高温下都能增加土壤湿度，灌木覆盖效果比枝叶覆盖好，枝叶覆盖则比秸秆覆盖好，地膜覆盖的情况比较复杂，前期增湿效果是所有覆盖方式中最好的，后期地表湿度却比对照组低；对土壤含水量，地膜覆盖、枝叶覆盖和秸秆覆盖都能延缓和减少土壤含水量的散失，其中灌木覆盖加速和增加了土壤水分的散失，保水能力：地膜覆盖＞枝叶覆盖≥秸秆覆盖＞清耕处理＞灌木覆盖。

综上所述，地膜覆盖在高温下保持土壤水分的效果较好，但因为薄膜的密闭性高且高温下薄膜内部温度过高，超过了根系生长的上线温度，影响了植物的生长，这也印证了地膜覆盖技术更适宜于低温干旱地区的观点[14]；秸秆覆盖和枝叶覆盖能够增加土壤含水量、控温调湿，这也与国外多位学者研究[15-18]得出结论一致，同时这两种覆盖方式还能够提高土壤养分，增加农业产量[15-19]。因此在农业生产上采用秸秆覆盖和枝叶覆盖比较理想；灌木覆盖控温调湿效果最佳，同时灌木还是园林植物造景的重要素材[20]，综合来看灌木覆盖最适合在园林景观绿地中应用。

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Effects of different patterns surface mulching on ground temperature,humidity and soil moisture

PENG Chao1, CHEN Yue-hua1, WU Ji-you2
(1. School of Landscape Architecture, Center South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China;2. Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, Hunan, China)

Taking soil as testing object, the effects of different surface mulching patterns (clean tillage, plastic fi lm mulch, straw mulch,litter mulch and shrub mulch) on soil properties have been studied. The results showed that the fi ve surface mulching patterns all had inf l uences on the soil properties under the condition of high temperature. With the patterns of clean tillage and plastic fi lm mulch, the ground temperature were raised and was the fastest-growing and the largest increase; with the patterns of straw mulch, litter mulch and shrub mulch, the ground temperature lowed down and the cooling effect of shrub cover was the best; the patterns of plastic fi lm mulch,straw mulch, litter mulch and shrub mulch all can improve the surface humidity, of them, the plastic fi lm mulch in the earlier stage had the best moisturizing effect, later was lower than clean cultivation; the soil moisture loss covered with plastic fi lm mulch had the least decrease in later stage and that of straw mulch and litter mulch were the next in turn, that of shrub mulch evaporated fastest and greatest.

soil management; surface mulching; ground temperature; ground humidity; soil moisture

S718.51+6

A

1673-923X(2014)04-0054-06

2013-11-22

“十二五”农村领域国家科技计划课题“资源节约型城镇景观防护林培育技术研究”（2011BAD38B03-2）

彭 超（1987-），男，湖南长沙人，硕士研究生，主要从事园林植物及景观方面的研究

陈月华（1964-），女，湖南桃源人，副教授，主要从事园林植物及景观方面的研究

[本文编校：文凤鸣]