长期不同施肥条件下马铃薯耕层土壤温度变化

安 昊 ，李焕春 ，4，李秀萍 ，王 博 ，贾有余

（1.内蒙古农牧业科学院资源环境与检测技术研究所，内蒙古呼和浩特 010031；2.农业部农牧交错带生态环境重点野外科学观测试验站，内蒙古呼和浩特 010031；3.内蒙古旱作农业重点实验室，内蒙古呼和浩特 010031；4.中国科学研究院内蒙古草业研究中心，内蒙古呼和浩特 010031）

土壤温度是土壤重要的物理性质，它不但影响土壤中碳氮等物质的化学和生物学过程，还决定土壤资源质量高低，从而影响植物的生长发育和产量等[1-3]。在自然因素中，太阳辐射水平和土壤热物理性质是土壤温度变化的主要决定因素，土壤温度也受地面和大气间热量交换的影响[4]。对于农田土壤，它的温度变化除了受自然因素的直接影响，同时受农业措施影响较大。大量研究表明覆盖塑料薄膜、作物秸秆和残茬等可有效提高土壤温度[5-7]，起垄、深松和耙磨等微地形构造通过改变土壤热物理性质影响土壤温度变化[8-9]。施肥对土壤温度变化影响的研究较少，有研究认为，施肥使作物生长旺盛，冠层郁闭度好，减少了太阳辐射，从而降低地表温度[10]。本研究利用肥料长期定位试验，通过土壤温度的连续测定，探索不同施肥措施下的耕层土壤温度的变化，以期为区域的合理施肥及作物增产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验在内蒙古农牧业科学院武川旱作农业试验站的长期肥料定位试验地开展，试验站位于内蒙古呼和浩特市武川县，北纬 41°08′22.8″，东经 111°17′43.6″，海拔1 570m。属高寒风沙半干旱偏旱区，多年平均气温3.0 ℃，无霜期（＞2.0 ℃）90～120 d，≥10℃积温1 950～2 025℃，气候条件只能满足一季作物的生长，年平均降水量350 mm。土壤为栗钙土。

长期定位试验开始于2004年，本研究选择其中4个不同施肥处理，分别为无机有机肥配合施用（NPKM）、施用 NPK 化肥（NPK）、施用有机肥（M）、和不施肥（CK），肥料用量及配比由国际植物营养研究所（IPNI）根据测土结果设计推荐。化肥的养分施用量N-P2O5-K2O＝60-45-30，氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为氯化钾；有机肥为羊粪，用量为7 500 kg/hm2，其中养分含量N-P2O5-K2O＝0.39-0.15-0.74，有机质含量为45%。所有肥料均做基肥一次施用。

小区面积5 m×10 m＝50 m2，3次重复，随机排列。2010年种植作物为马铃薯，秋季收获后地上部分的茎叶全部还田。生育期积温（≥10℃）2 576℃，生育期降雨量235 mm，包括在严重干旱时为保证作物正常收获喷灌3次，分别在6月1日、6月28日和7月26日，灌水量分别为13.1 mm、38.2 mm和42.4 mm。

1.2 测定方法

用温度自动记录仪（日本HIOKI3641－20）测定地温，出苗后（6月17日）将探头埋入每小区随机选择的两株马铃薯中间的垄背上，埋深10 cm，数据自动采集，读数间隔1 h。马铃薯收获时（9月11日）取出并导出数据。分析积温时采用≥10℃活动积温，因为10℃为马铃薯生长的下限温度[11]。

2 结果与分析

2.1 不同施肥条件下的地温日变化

以各生育时期内有代表性的晴朗天气为例（图1），不同施肥处理下的10 cm地温均呈正弦曲线，在15：00—17：00 达到最大值，7：00—9：00 最低，主要是受太阳辐射影响。以马铃薯进入淀粉积累期（9月1日）为例，CK的地温最高，NPKM的地温最低，M和NPK处理差异较小，此时影响地温变化的可能是各种因素的综合影响，一方面是CK处理作物因脱肥而早衰，使土壤暴露的面积较大，增加了到达地面的有效辐射，另一方面可能因为施肥处理土壤中的薯块数量和体积较大，使土壤的热容量增加，所以随气温变化较小。

2.2 不同施肥条件下的地温季节变化

不同处理下的地温均有明显的季节变化（图2），整体呈先上升后下降的变化趋势。马铃薯生育前期地温最高，且维持在相对稳定的水平上；块茎形成期后，地温平均值为20.0～20.7℃；块茎增长期的地温继续降低，但该时期内较平稳，平均为16.7～18.4℃；淀粉积累期时，地温达到生育期内的最低值，平均为14.8～16.5℃。

不同施肥处理间的差异在各生育时期不同。同一生育时期内，与CK相比，除了NPKM处理在出苗期提高了0.2℃的地温，其他时期施肥均降低了地温（表1），而且在出苗至块茎增长期间，降低幅度随着生育期的推进逐渐变大，到块茎增长期时差异最大，NPKM、NPK和M分别比CK降低了1.7℃、1.3℃和1.1℃；淀粉积累期时分别降低了1.7℃、1.2℃和0.9℃。

表1 长期施肥对10 cm土壤温度的影响 ℃

2.3 不同施肥条件下的土壤有效积温

不同施肥条件土壤≥10℃的积温变化规律与平均地温相似，同一生育时期与CK相比，除了NPKM处理在出苗期增加了4.4℃的积温，其他时期施肥处理的积温均较低（表2），尤其是块茎增长期和淀粉积累期，积温降低均大于20℃。整个生育期合计，NPKM、NPK和M分别比CK低86℃、83℃和68℃。

表2 长期施肥对10 cm土壤积温的影响 ℃

3 结论

10 cm地温的日变化规律呈正弦曲线，不同施肥条件下地温在 15：00—17：00 达到最大值，7：00—9：00最低。地温日平均值在整个生育期内整体呈先上升后下降的变化趋势，幼苗期最高，且维持在相对稳定的水平上。与对照相比，施肥处理下的地温较低，处理间的差异在块茎增长期最大，NPKM、NPK和M分别比CK低1.7℃、1.3℃和1.1℃。不同施肥条件土壤≥10℃的积温变化规律与地温日平均值相似，同一生育时期内与CK相比，施肥处理的积温较低，尤其是块茎增长期和淀粉积累期。整个生育期合计，NPKM、NPK和M分别比CK低86.0℃、83.0℃和68.0℃。

目前已知的各种形式的汽封，随着运行时间增长，绝大多数情况下，汽封间隙不可避免的被逐渐磨大，漏汽量亦随之增加。由于侧齿位于梳齿的轴向，只要差涨不超限，侧齿部分不会发生磨损，因此运行中侧齿的阻尼作用不会降低。与其他各种形式的汽封相比，汽封间隙磨大后，理论上漏汽量增量较低。但到目前为止，侧齿汽封所有的供货商都仅提供了密封效果的理论计算值。尚未见到权威试验证实计算数据的正确性。

有研究表明，即使是1℃土壤温度的差异也将显著影响作物的生长[2-3]，因此，量化不同施肥方式对土壤温度的影响有助于揭示不同的施肥影响土壤性质和作物生产力的机理。本研究中施肥条件下10 cm土壤平均温度普遍较低，主要是因为施肥促进了作物冠层的生长，减少了到达地面的有效太阳辐射，从而降低了土壤的平均温度，与前人研究结果一致[12-13]。但施肥对土壤地温的影响主要是通过影响土壤水分和作物生长产生的间接作用，施肥对土壤热特性的影响还不清楚，有待进一步研究。

参考文献：

［1］朱祖祥.土壤学［M］.北京：中国农业出版社，1983：65-68.

［2］Iremiren G O.Effect of soil temperature on the growth and yield of corn［J］.International Agriculture，1988，40（2）：54-56.

［3］German A.Bollero and Donald G.Bullock.Soil temperature and planting date effects on corn yield，leaf area，and plant development ［J］.American Society of Agronomy，1996，88：385-390.

［4］范爱武，刘 伟，王崇琦，等.土壤温度和水分日变化实验［J］.太阳能学报，2002，23（6）：721-723.

［5］苏 伟，鲁剑巍，周广生，等.稻草还田对油菜生长、土壤温度及湿度的影响［J］.植物营养与肥料学报，2011（2）：366-373.

［6］王兆伟，郝卫平，龚道枝，等.秸秆覆盖量对农田土壤水分和温度动态的影响［J］.中国农业气象，2010（2）：244-250.

［7］Gupta S C，Larson W E，Allmaras R R.Predicting Soil Temperature and Soil Heat Flux under Different Tillage-Surface Residue Conditions ［J］.Soil Science Society of America，1984，48：223-232.

［8］秦红灵，高旺盛，李春阳，等.北方农牧交错带免耕对农田耕层土壤温度的影响［J］.农业工程学报，2007，23（1）：40-47.

［9］张玉先，罗 奥，祁倩倩，等.不同耕作措施对黑龙江西部干旱地区土壤温度的影响［J］.干旱地区农业研究，2009（5）：93-96，172.

［10］张慧智，史学正，于东升，等.中国土壤温度的季节性变化及其区域分异研究［J］.土壤学报，2009（2）：227-234.

［11］金黎平.马铃薯优良品种及丰产栽培技术［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2002.

［12］孙 建，刘 苗，李立军，等.不同耕作方式对内蒙古旱作农田土壤性状及作物产量的影响［J］.生态学杂志，2010（2）：295-302.

［13］董 放，王 媛，关维刚，等.旱地不同栽培模式和施氮对土壤水分、温度及氮素矿化的影响［J］.西北农林科技大学学报（自然科学版），2008（12）：108-114.