不同覆蓋物下的農田地溫和蒸發量對比

丁秀玲，許強

（寧夏大學農學院，銀川，750021）

我國是一個水資源較貧乏的國家，人均占有河川地表徑流量較世界平均少得多[1]。且這些水資源分布得極不均勻，加以年內降水的時間分布又很不均勻，年際變化又大，從而加重了干旱的發生，致使其難以滿足農業生產的需要，而控制水分從土壤表面蒸發，減少非生產性水分消耗，是緩解水資源矛盾的突破口[2]。通過采取適當的農業技術措施，可以減少非生產性水分消耗，提高水分利用效率。而減少土壤蒸發的速率主要取決于兩個方面：一是改變土壤表面蒸發的大氣條件，從而降低土表的潛在蒸發速度；二是改變土壤結構，增強土壤自身的持水能力[2]。土壤蒸發是土壤水的無效消耗，因此降低土壤蒸發，提高自然降水的利用率，對于干旱地區農業有著十分重要的意義。研究表明，改變土壤表面的蒸發條件最有效的辦法是進行覆蓋[2]。目前，覆蓋的方式有砂田覆蓋法，有機物覆蓋法、地膜覆蓋法3大類。許多研究表明，砂田能減少土表水分蒸發和徑流，提高水分的入滲和土壤溫度[3～6]。賈登云等[7]研究砂田覆膜栽培籽用西瓜發現，砂田覆膜能更有效地減少水分蒸發，提高土壤含水量，有利于西瓜的早出苗，縮短西瓜的生育期，避免西瓜受晚霜的為害。裴步祥等人研究了黃土高原冬小麥地膜覆蓋的農業氣象效應發現，使用地膜覆蓋后，農田的光、熱、水、肥、氣等生態條件得到明顯改善。因此，對比不同覆蓋方式下農田的保溫效果及水分利用程度，對干旱地區農業生產指導有著十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于寧夏中衛市香山鄉紅圈子，土壤質地為砂土，多年來采用免耕法穴播種植西瓜和甜瓜。本地區是典型的中部干旱帶，介于北緯36°9′～37°43′，東經 104°17′～106°10′，無灌溉農業條件的典型干旱區。該地區海拔為1 700 m，屬大陸性季風氣候，春暖遲、夏熱短、秋涼早、冬寒長，干旱少雨，風大沙多，氣候干燥，蒸發強烈。年平均氣溫6.8℃，年平均相對濕度 50%，≥10℃年積溫2 332.05℃，年平均太陽總輻射量567.06 kJ/cm2。降雨稀少，年平均降雨量247.4 mm且時空分布不均衡，70%以上的降雨集中在7，8，9三個月，有效性差，年蒸發量2 172.3 mm，是降水量的近10倍。平均風速3.4 m/s，地面平均溫度9.6℃，年均日照時數2 963.1 d，無霜期146 d。若遇上特干旱年份，采用傳統的砂田種植法所種植的西瓜幾乎絕收。

1.2 試驗設計

試驗材料為西瓜，供試品種為金城5號，密度為220株/667 m2，株行距為1.5 m×2 m，每小區面積7.5 m×4 m。試驗共設4個處理，分別是砂石覆蓋也即砂田，砂田+地膜覆蓋簡稱砂膜覆蓋，裸田+地膜覆蓋簡稱裸膜覆蓋，裸田無任何覆蓋物（CK）。砂膜覆蓋處理方法為：按劃線定點挖坑，橢圓穴坑長30 cm、寬20 cm。程序為刨坑扒砂松土、插縫、放大芽（提前2～3 d預先催好種，種子芽長2.5～3.0 cm，帶毛根）、放種（浸種消毒后）、蓋土蓋砂厚度 2.5～3.0 cm，機械覆膜；砂石覆蓋處理方法除了最后機械不覆膜以外，和砂膜覆蓋處理方法相同；裸膜覆蓋處理方法為：春季經過松土、耙、耱等機械整地后，將平整好的地人工起壟，壟高3.0～4.0 cm，壟背寬50 cm，然后劃線定點、插縫、放大芽、放種、蓋2.5～3.0 cm厚的濕且松散的土，機械覆膜；對照為不進行任何覆蓋處理的普通農田。在每處理種植的西瓜行內各埋置一套“5支曲管組地溫儀”，地溫儀埋入土壤中的深度按序依次是 5 cm，10 cm，15 cm，20 cm，25 cm。地溫儀的上方則是放置著網袋內裝有大小混合的砂石，作為模擬砂石覆蓋處理的田間小生境；網袋上方罩有寬70 cm，長為2 m的塑料薄膜，薄膜四周用砂石壓住，作為模擬砂膜覆蓋的田間氣候小生境；而模擬裸膜覆蓋小生境則是直接在西瓜行內埋有溫度儀的土田面上罩上一塊塑料薄膜，薄膜四周用土壓住密封；對照裸地則直接將地溫儀按順序依次埋入田面即可。營造田間蒸發量小生境，是將自制蒸發皿（材料為白鐵皮，圓形，皿高15 cm，口徑20 cm）埋于土內，保證蒸發皿口與土壤表面齊平，皿中加水，上部用網袋裝好的大小混合砂石覆在蒸發皿上，最后再將地膜覆蓋在砂石上，其他覆蓋方式與埋放地溫儀的方法類同。

試驗時段為2009年5月至8月中旬，田間管理方式與大田相同，播種前統一機械施肥，肥料為中衛香山豐勝生物有機肥復混肥廠生產的含有機質≥25%；N，P，K含量均≤4%的生物有機肥按傳統施肥量100 kg/667 m2一次性全部施入大田 。

1.3 地溫和蒸發量觀測

觀測時段：2009年5月至8月中旬，地溫觀測時間為每日 7：00、14：00、19：00。蒸發量觀測為從播種至收獲每日利用游標卡尺測定1次水層高度，以2次測定水量之差為蒸發量。通常在19：30測定，每隔7 d補1次水，一般將皿補滿水為止。遇有雨天，則雨前雨后加測。

2 結果與分析

2.1 不同覆蓋不同深度地溫變化比較

圖1 不同覆蓋對地下5 cm，10 cm，15 cm，20 cm處土壤溫度的影響

圖2 不同覆蓋對地下25 cm處土壤溫度的影響

圖3 不同覆蓋土壤溫度的季節變化對比

由圖1，2可知，不同覆蓋方式下的土壤溫度垂直變化如下：①不同覆蓋在西瓜生育前期和后期的增溫作用以及生育中期的降溫作用均隨土層深度的增加而減弱。比如增溫作用表現為5 cm深處砂田、砂膜和裸膜一般比對照裸田分別高1.93～5.13℃，3.73～6.69℃和 1.16～3.18℃；10 cm 深處 砂田、砂膜和裸膜比對照分別高1.94～5.00℃，1.57～6.36℃和1.11～3.25℃；15 cm深處砂田、砂膜和裸膜比對照裸田分別偏高 2.0～4.12℃，3.04～5.78℃和0.94～2.46℃；20 cm深處砂田、砂膜和裸膜比對照裸田分別高 1.11～4.09℃，1.09～4.79℃和 0.79～1.17℃；25 cm深處砂田、砂膜一般比對照裸田分別高1.33～2.82℃，0.88～3.59℃。 生育中期降溫作用表現為5 cm深處砂田、砂膜和裸膜一般比對照裸田分別低 3.31～5.28℃，0.67～2.24℃和 2.4～3.56℃；10 cm深處砂田、砂膜和裸膜比對照分別低2.8～4.48℃，2.25～3.13℃和1.23～1.87℃；15 cm深處砂田、 砂膜和裸膜比對照裸田分別偏低1.58～3.79℃，1.13～3.29℃和0.89～1.77℃；20 cm深處砂田、砂膜和裸膜比對照裸田分別低0.97～3.07℃，0.3～1.87℃和0.87～1.3℃；25 cm深處砂田、砂膜一般比對照裸田分別低 0.36～2.0℃，0.57～0.62℃， 裸膜比對照裸田低0.13～1.91℃。

②從整個觀察期看，砂田地溫變化比較平穩，特別是高溫季節溫度低于裸田、裸膜以及砂膜。這對防止作物根部早衰有重要作用。

③砂田增溫效果是在前期（苗期）和后期（成熟期），對保證作物早出苗和提早成熟有重要意義。

④不同覆蓋方式對地溫的影響隨土層深度的不同而不同，砂膜覆蓋>砂石覆蓋>地膜覆蓋：由圖1，2可以看出，裸膜的影響深度是15 cm土層，原因是地膜透光性好，表層土壤溫度增溫快；砂石覆蓋對地溫影響深度是20 cm，原因是由于砂田地面粗糙，吸光性能好，導熱性好，白天增溫幅度大，且砂層又具有保溫作用，在不斷的累積過程中，影響的深度隨之加深；砂膜覆蓋對地溫的影響深度是25 cm，主要是由于砂石+地膜的雙層保溫作用，所以影響深度最深。

2.2 不同覆蓋地溫季節變化規律對比

由圖3可知，在不同覆蓋措施下，砂田、砂膜和裸膜的土壤溫度季節變化規律都是先增加后降低。生育前期西瓜田土壤溫度季節變化較大，生育中期較小，生育后期較大。根據測定，日平均土壤溫度，6月以前裸膜、砂膜和砂田覆蓋一般比對照裸田分別偏高1.15℃，4.2℃和 1.68℃，最多可達 1.94℃，4.24℃和 2.3℃；7月裸膜、砂膜和砂石覆蓋比對照低 0.95℃，2.59℃和3.2℃；8月裸膜、砂膜和砂田覆蓋比對照裸田分別高1.06℃，5.52℃和3.58℃。由此可知：①砂田覆蓋和砂膜覆蓋使農田夏季土壤溫度降低，減少了土壤的無效蒸發，并且降低了作物根部的溫度，能起到防止作物早衰的作用。

②裸膜覆蓋因地膜的增溫效應，使得生育前期增溫效應最顯著，生育中期由于西瓜生長開始繁茂，隨著葉面積指數的增大郁蔽度逐漸加大，裸膜覆蓋對土壤溫度影響越來越小。

③砂田覆蓋和砂膜覆蓋（圖1）在西瓜生育前期（6月以前）和后期（8月以后）有增溫效果，生育中期（7月中旬至下旬）有降溫作用。

④砂田覆蓋的土壤溫度季節變化都比較平緩，尤其是砂膜覆蓋保溫效果最好，對土壤溫度的調節能力也最強，更能為作物生長創造適宜的環境。

圖4 不同覆蓋5 cm，10 cm深處地溫日變化對比（陰天、晴天）

⑤西瓜是喜溫作物，其出苗需要一定的溫度條件，砂膜覆蓋在西瓜生育前期使土壤溫度提高多達4.24℃，對保證西瓜早出苗有重要意義。

2.3 不同覆蓋地溫日變化對比

不同覆蓋下土壤溫度有明顯的日變化，且土壤溫度的日變化在不同的天氣條件下不同。晴天，凈輻射強時，則土壤熱通量變化大，因而土壤溫度的日變幅大；陰天，凈輻射小時則相反（圖 4，5，6）。 從圖4，5，6還可以看出，上層土壤的溫度日變化大，下層土壤溫度的日變化小，到25 cm土層深處的土壤溫度幾乎沒有日變化；與不同覆蓋的對照裸田相比，裸膜、砂膜和砂田覆蓋下土壤溫度日變化的特點是：不同覆蓋物在不同天氣情況下，土壤表層溫度在各時刻其變化特征不盡相同。分析圖4，5，6可以得出：①陰天時，不同覆蓋各個時刻及土層深度的土壤溫度都高于對照，且保溫效果依次為砂膜>砂地>裸膜；晴天后半夜不同覆蓋土壤溫度都高于對照裸田，說明覆蓋物夜間有保溫的作用，保溫作用也是砂膜>砂地>裸膜。

②晴天時，不同覆蓋都從早晨8：00地溫開始回升，下午地溫下降的時刻各不相同，其中裸膜和砂膜地溫下降的時間是18：00，而砂田是16：00左右。

③晴天時，5 cm深處土層不同覆蓋相對于對照裸田有降溫作用，降溫幅度由大至小依次為砂田>砂膜>裸膜。

④不論晴天、陰天，6：00地溫可代表1 d內最低溫度；生長中期砂田、砂膜和裸膜16：00左右地溫可代表日最高溫度。

⑤晴天時，5 cm土層砂田和砂田+地膜覆蓋最高溫比裸田+地膜覆蓋及對照裸田最高溫出現時間遲約2 h，一般裸田和裸田+地膜日最高溫出現在14：00，而砂田和砂田+地膜日最高溫則在 16：00。

⑥裸地與裸膜處理地溫的變化比較激烈，起伏比較大。

⑦砂田地溫變化比較平穩。

⑧陰天砂田有保溫作用，晴天砂田有降溫作用。

2.4 不同覆蓋蒸發量變化對比

圖7是5月5日至8月25日每天19：30觀測的西瓜全生育期蒸發量分布圖。由圖7可知，在西瓜整個生育期砂石覆蓋顯著減少了蒸發量。全生育期間裸田、裸田+地膜覆蓋、砂田和砂田+地膜覆蓋的總蒸發量依次為1 007.85 mm，177.05 mm，481.9 mm和114.78 mm，裸田的蒸發量是裸田+地膜的5.69倍，是砂田和砂田+地膜的2.09倍和8.78倍；砂田的蒸發量是砂田+地膜覆蓋的4.20倍。由此可以得知：①地膜覆蓋的減蒸效果突出，比如裸田覆蓋地膜后西瓜全生育期間的地面蒸發量僅為177.05 mm，比裸田減少蒸發量82.43%，砂田上覆蓋地膜后也比砂田減少蒸發量76.17%。因此，地膜覆蓋栽培在對旱區農業生產的保墑、抗旱作用有重要意義。

圖5 不同覆蓋15 cm，20 cm深處地溫日變化對比（陰天、晴天）

圖6 不同覆蓋25 cm深處地溫日變化對比

②砂田覆蓋也可顯著降低地面蒸發，如砂田全生育期的蒸發量為481.9 mm，比裸地的1 007.85 mm減少了52.19%。

③砂田上加地膜覆蓋后更能減少土壤蒸發量，比如砂田+地膜覆蓋全生育期蒸發量僅為114.78 mm，相對裸田蒸發量減少88.61%。

因此，砂田覆蓋和地膜覆蓋能顯著減少土壤蒸發，而砂田+地膜雙層覆蓋的減蒸量更加明顯。從另一個角度說明，砂田+地膜保水能力最強，能夠部分滿足需水量較少的作物生長發育。

3 結論與討論

①在西瓜全生育期，不同覆蓋對土壤溫度的影響以表層最為明顯，隨著土層深度的增加，對地溫高低影響也不相同。砂膜的保溫深度最深達25 cm，砂田為20 cm，裸膜覆蓋保溫深度僅為10 cm。在低溫年限，為保證西瓜正常生長，采用砂膜覆蓋方式更利于獲取熱量，保證西瓜穩產。

圖7 不同覆蓋蒸發量對比

②不同覆蓋措施下地溫有明顯的季節變化，生育前期西瓜地土壤溫度季節變化較大，生育中期較小，生育后期較大。在西瓜生育前期和后期的保溫作用以及生育中期的降溫作用隨土層深度的增加而減弱。尤其是砂膜覆蓋的保溫效果更好，并且對土壤溫度的調節能力最強，更能為作物生長創造適宜的環境。

③土壤溫度有明顯的日變化，且土壤溫度的日變化在不同的天氣條件下不同，晴天土壤溫度的日變化幅度大，陰天則相反。另外隨著土層深度的增加日變化幅度也在逐漸的減小。

④不同覆蓋物在不同天氣情況下土壤表層溫度，在各時刻其變化特征不盡相同。陰天時，保溫作用依次是砂膜>砂地>裸膜；晴天時，裸膜和砂膜地溫下降的時間比砂田遲2 h左右；日最低溫出現在6：00，生長中期日最高溫在 16：00；晴天時，0～5 cm土層砂田和砂田+地膜覆蓋最高溫比裸田+地膜覆蓋及對照裸田最高溫出現時間約遲2 h。

⑤砂石覆蓋和砂膜覆蓋地溫變化比較平緩，裸膜覆蓋地溫變化比較激烈，起伏大，所以砂石覆蓋和砂膜覆蓋有防止作物根部早衰的作用，裸膜覆蓋因地溫的急劇變化，可能會對西瓜根部造成傷害。

⑥在西瓜整個生育期，砂膜覆蓋減蒸效果最好，其次是裸膜，砂田次之。說明砂田+地膜保水能力最強，能夠部分滿足需水量較少的作物生長發育。

由此說明，砂田+地膜覆蓋的保溫和減蒸效果都是最好的，在干旱地區，砂膜覆蓋可以保證淺根系且需水量少的作物正常生長，而不會導致絕產。因此，在有砂石來源的條件下，砂石+地膜覆蓋效果最好，可以推廣；其次是砂石覆蓋。

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