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摘要 为了研究南疆棉田冬季冻融期土壤温度时空变化特征，设置了裸地、棉杆留田和玉米秸秆覆盖3个处理。结果表明：地表覆盖可以平抑土壤温度的变幅，在降温阶段具有保温效应，在升温阶段具有降温效应。气温对土壤温度的影响随土壤深度的增加而减弱。
关键词 季节性；冻融期；棉田；土壤温度；南疆
中图分类号 S152.72 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）11-0232-01
Abstract To explore temporal and spatial variation characteristics of soil temperature under freezing-thawing in south Xinjiang cotton fields，bare fields high stubble fields，corn straw mulching fields were set up.The results showed that the mulching of soil surface could prevent soil temperature decrease，during soil temperature fall period，it had the warming effects，but showed cooling effects during soil temperature rise period.The effect of air temperature on soil temperature decreased with the increase of soil depth.
Key words seasonal；freezing and thawing；cotton field；soil temperature；southern Xinjiang
南疆是我国重要的优质棉生产基地，也是冬季土壤冻融过程频繁发生的地区。地表覆盖可推迟土壤冻结时间、减小冻结深度、增加土壤含水率、改变土壤盐分在土壤中时空迁移，目前对冻融期不同地表类型冻融过程特征、土壤温度与气温变化关系、冻融期土壤水分、盐分变化等有了部分研究成果[1-3]，但对南疆棉田冻融期土壤温度时空变化研究较少。现对季节性冻融期南彊绵田土壤温度变化进行研究。
1 材料与方法
试验于2014年11月至2015年4月在新疆阿拉尔市（东经79°23′33″～81°53′45″，北纬40°20′00″～41°47′18″，海拔高度1 020 m）进行。该区属典型极端荒漠性干旱气候，常年干旱少雨，光热资源丰富，年平均气温10.8℃，降水量61 mm，蒸发量2 500 mm。历史最大冻土深度78 cm（1962年）。
试验地生育期棉花种植模式为1膜2带4行，行距为30 cm 60 cm 30 cm，株距10 cm。冬季冻融期试验处理设置为裸地（冬季棉杆拔除）、留杆（冬季棉杆留在地里）和玉米秸秆覆盖（在留杆棉田棉花宽行、窄行和宽行铺设长度5～10 cm、厚度5 cm的玉米秸秆）3个处理，小区面积54 m2（10 m×5.4 m）。土壤温度采用多通道地温记录仪分别测定地表下5、10、15、20、30、40、60、80、100 cm处的土壤温度，记录时间间隔为1 h。
2 结果与分析
2.1 冻融过程土壤温度变异性分析
为分析不同地表覆盖方式下土壤各层温度变异性，选择用于描述观测数据变异程度的方差进行描述，若日平均气温的方差越大，则说明土壤温度日变化越剧烈，即差异性越大[4]。冻融过程土壤温度变化情况见表1。从表1可看出，各处理土壤剖面温度变异性为裸地最高，玉米秸秆覆盖最低，且随土壤深度增加温度变异性减弱，表层土壤温度变化剧烈程度大于底层，裸地土壤温度变化剧烈程度大于玉米秸秆覆盖。引起这一原因主要是由于玉米秸秆热导率较小、孔隙率相对较高，秸秆覆盖在地表形成一层土壤与大气热交换的障碍层，它既阻止太阳直接辐射，也减少了土壤热量向大气中散发，从而减小了土壤能量的损失，地表覆盖影响了土壤对太阳辐射的吸收转化和热量的传导，土壤温度变化滞后气温变化，且随土壤深度增加，气温对土壤温度的影响减弱[2-3]。秸秆覆盖后相对于裸地具有较高的反射率和较低的热传导率，降温阶段由于秸秆较低的导热率，秸秆覆盖的隔温作用减少了土壤热量向大气的损失，从而相对于裸地具有一定的保温作用，表现为增温效应。而在升温阶段秸秆覆盖表现为降温效应。在升温阶段，由于大气温度的升高，热量运动主要是外界热量进入土壤为主，地表覆盖玉米秸秆阻挡了大气热量进入土壤，导致秸秆覆盖处理表象为降温效应，玉米秸秆覆盖后土壤含水量高，土壤热容量随土壤含水率的增加而增加，热容量大，土壤升温慢，且土壤含水率增加提高了土壤导热率，导致玉米秸秆覆盖棉田土壤温度升温较慢[5]。可见秸秆覆盖和灌水对冬季土壤温度的变化具有双重阻碍作用。
2.2 冻融过程土壤温度与气温的相关关系
土壤温度与气温有关，土壤温度的日变化随气温变化而变化，不考虑土壤温度的滞后效应，日均土壤温度和日均气温一般为线性关系[6-7]。函数关系表示为：y=ax b。式中，y为日均土壤温度（℃）；x为日均气温（℃）；a和b为待拟合参数，用SPSS16.0进行拟合，各处理拟合参数见表2。各处理土壤温度与气温呈正相关关系，相关系数随土壤深度的增加而逐渐减小，这主要是土壤温度滞后气温所引起。
3 结论
地表覆盖改变了棉田冬季休閑期土壤热状况，降温阶段可以减缓土壤温度的降低，阻碍土壤热量向大气的散失，具有增温效应，而在升温阶段可以减缓土壤温度的升高，阻碍大气热量进入土壤，具有降温效应。
玉米秸秆覆盖可以平抑土壤温度的波动幅度，影响程度随土壤深度的增加减弱，降温阶段土壤温度变异性大于升温阶段，（免）冬灌温度差异性为裸地>留秆>玉米秸秆覆盖[6-7]。
冬季冻融过程各处理土壤温度与气温呈正相关关系，相关系数随土壤深度的增加而逐渐减小。
4 参考文献
[1] 郭占荣，荆恩春，聂振龙，等.冻结期和冻融期土壤水分运移特征分析[J].水科学进展，2002，13（3）：298-303.
[2] 郑秀清，陈军锋，邢述彦，等.季节性冻融期耕作层土壤温度及土壤冻融特性的试验研究[J].灌溉排水学报，2009，28（3）：65-69.
[3] 邢述彦，郑秀清，陈军锋.秸秆覆盖对冻融期土壤墒情影响试验[J].农业工程学报，2012，28（2）：90-94.
[4] 付强，马梓奡，李天霄，等.北方高寒区不同覆盖条件下土壤温度差异性分析[J].农业机械学报，2014，45（12）：152-160.
[5] 芦俊俊，刘炜，杨君林，等.覆盖栽培方式对旱地冬小麦越冬期间土壤温度的影响[J].麦类作物学报，2013，33（6）：1181-1189.
[6] 秦红灵，高旺盛，李春阳.北方农牧交错带免耕对农田耕作土壤温度的影响[J].农业工程学报，2007，23（1）：40-47.
[7] 曹兴，陈荣毅，杨举芳，等.沙漠腹地秋季地温变化特征及其与气温的关系[J].干旱气象，2011，29（4）：433-439.
关键词 季节性；冻融期；棉田；土壤温度；南疆
中图分类号 S152.72 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）11-0232-01
Abstract To explore temporal and spatial variation characteristics of soil temperature under freezing-thawing in south Xinjiang cotton fields，bare fields high stubble fields，corn straw mulching fields were set up.The results showed that the mulching of soil surface could prevent soil temperature decrease，during soil temperature fall period，it had the warming effects，but showed cooling effects during soil temperature rise period.The effect of air temperature on soil temperature decreased with the increase of soil depth.
Key words seasonal；freezing and thawing；cotton field；soil temperature；southern Xinjiang
南疆是我国重要的优质棉生产基地，也是冬季土壤冻融过程频繁发生的地区。地表覆盖可推迟土壤冻结时间、减小冻结深度、增加土壤含水率、改变土壤盐分在土壤中时空迁移，目前对冻融期不同地表类型冻融过程特征、土壤温度与气温变化关系、冻融期土壤水分、盐分变化等有了部分研究成果[1-3]，但对南疆棉田冻融期土壤温度时空变化研究较少。现对季节性冻融期南彊绵田土壤温度变化进行研究。
1 材料与方法
试验于2014年11月至2015年4月在新疆阿拉尔市（东经79°23′33″～81°53′45″，北纬40°20′00″～41°47′18″，海拔高度1 020 m）进行。该区属典型极端荒漠性干旱气候，常年干旱少雨，光热资源丰富，年平均气温10.8℃，降水量61 mm，蒸发量2 500 mm。历史最大冻土深度78 cm（1962年）。
试验地生育期棉花种植模式为1膜2带4行，行距为30 cm 60 cm 30 cm，株距10 cm。冬季冻融期试验处理设置为裸地（冬季棉杆拔除）、留杆（冬季棉杆留在地里）和玉米秸秆覆盖（在留杆棉田棉花宽行、窄行和宽行铺设长度5～10 cm、厚度5 cm的玉米秸秆）3个处理，小区面积54 m2（10 m×5.4 m）。土壤温度采用多通道地温记录仪分别测定地表下5、10、15、20、30、40、60、80、100 cm处的土壤温度，记录时间间隔为1 h。
2 结果与分析
2.1 冻融过程土壤温度变异性分析
为分析不同地表覆盖方式下土壤各层温度变异性，选择用于描述观测数据变异程度的方差进行描述，若日平均气温的方差越大，则说明土壤温度日变化越剧烈，即差异性越大[4]。冻融过程土壤温度变化情况见表1。从表1可看出，各处理土壤剖面温度变异性为裸地最高，玉米秸秆覆盖最低，且随土壤深度增加温度变异性减弱，表层土壤温度变化剧烈程度大于底层，裸地土壤温度变化剧烈程度大于玉米秸秆覆盖。引起这一原因主要是由于玉米秸秆热导率较小、孔隙率相对较高，秸秆覆盖在地表形成一层土壤与大气热交换的障碍层，它既阻止太阳直接辐射，也减少了土壤热量向大气中散发，从而减小了土壤能量的损失，地表覆盖影响了土壤对太阳辐射的吸收转化和热量的传导，土壤温度变化滞后气温变化，且随土壤深度增加，气温对土壤温度的影响减弱[2-3]。秸秆覆盖后相对于裸地具有较高的反射率和较低的热传导率，降温阶段由于秸秆较低的导热率，秸秆覆盖的隔温作用减少了土壤热量向大气的损失，从而相对于裸地具有一定的保温作用，表现为增温效应。而在升温阶段秸秆覆盖表现为降温效应。在升温阶段，由于大气温度的升高，热量运动主要是外界热量进入土壤为主，地表覆盖玉米秸秆阻挡了大气热量进入土壤，导致秸秆覆盖处理表象为降温效应，玉米秸秆覆盖后土壤含水量高，土壤热容量随土壤含水率的增加而增加，热容量大，土壤升温慢，且土壤含水率增加提高了土壤导热率，导致玉米秸秆覆盖棉田土壤温度升温较慢[5]。可见秸秆覆盖和灌水对冬季土壤温度的变化具有双重阻碍作用。
2.2 冻融过程土壤温度与气温的相关关系
土壤温度与气温有关，土壤温度的日变化随气温变化而变化，不考虑土壤温度的滞后效应，日均土壤温度和日均气温一般为线性关系[6-7]。函数关系表示为：y=ax b。式中，y为日均土壤温度（℃）；x为日均气温（℃）；a和b为待拟合参数，用SPSS16.0进行拟合，各处理拟合参数见表2。各处理土壤温度与气温呈正相关关系，相关系数随土壤深度的增加而逐渐减小，这主要是土壤温度滞后气温所引起。
3 结论
地表覆盖改变了棉田冬季休閑期土壤热状况，降温阶段可以减缓土壤温度的降低，阻碍土壤热量向大气的散失，具有增温效应，而在升温阶段可以减缓土壤温度的升高，阻碍大气热量进入土壤，具有降温效应。
玉米秸秆覆盖可以平抑土壤温度的波动幅度，影响程度随土壤深度的增加减弱，降温阶段土壤温度变异性大于升温阶段，（免）冬灌温度差异性为裸地>留秆>玉米秸秆覆盖[6-7]。
冬季冻融过程各处理土壤温度与气温呈正相关关系，相关系数随土壤深度的增加而逐渐减小。
4 参考文献
[1] 郭占荣，荆恩春，聂振龙，等.冻结期和冻融期土壤水分运移特征分析[J].水科学进展，2002，13（3）：298-303.
[2] 郑秀清，陈军锋，邢述彦，等.季节性冻融期耕作层土壤温度及土壤冻融特性的试验研究[J].灌溉排水学报，2009，28（3）：65-69.
[3] 邢述彦，郑秀清，陈军锋.秸秆覆盖对冻融期土壤墒情影响试验[J].农业工程学报，2012，28（2）：90-94.
[4] 付强，马梓奡，李天霄，等.北方高寒区不同覆盖条件下土壤温度差异性分析[J].农业机械学报，2014，45（12）：152-160.
[5] 芦俊俊，刘炜，杨君林，等.覆盖栽培方式对旱地冬小麦越冬期间土壤温度的影响[J].麦类作物学报，2013，33（6）：1181-1189.
[6] 秦红灵，高旺盛，李春阳.北方农牧交错带免耕对农田耕作土壤温度的影响[J].农业工程学报，2007，23（1）：40-47.
[7] 曹兴，陈荣毅，杨举芳，等.沙漠腹地秋季地温变化特征及其与气温的关系[J].干旱气象，2011，29（4）：433-439.