玉米田地温的时空变化特征及其预报

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1、玉米田地温的时空变化特征及其预报李毅1，2，邵明安1，王文焰2，王全九1，2(1.中科院地理科学与资源研究所；2.西安理工大学水资源所)摘要：根据新疆某灌区玉米田地温和气温的连续动态监测资料，分析了覆膜与不覆膜条件下不同观测时刻地温的时空变化特征，根据不同观测时刻覆膜与不覆膜地表0cm温度与气温之间的联系，将全生育期的地温及气温分阶段处理，并对不同时刻地温的分阶段特征作了进一步探讨。地温的时空变化特征为其预报提供了依据，采用前1日20:00气温预测第2日8:00的25cm地温，用已得的线性关系可求得0cm地温，从而

2、预报了8:00的剖面地温，以变化相对平缓的8:00地温作为基础值，将14:00及20:00地温转化为无量纲形式，其变化规律与深度之间有很好的相关性，从而使科学地预报该地区剖面地温成为可能。关键词：地温；地膜覆盖；时空变化；预报中图分类号：S152.8             文献标识码：A　　土壤温度是控制微生物活性和植物生长过程的重要因素之一，它表征着土壤的热状况[1]。在农业生产中，我们需要关注耕作层地温的动态变化，它不仅直接影响植物根系和幼苗的生长，还影响到近地面大气的温热状况，同时它在微观上对土壤水分、土壤

3、养分的迁移和转化都有着直接或间接的影响。　　地膜覆盖具有增温、保墒、抑盐、提高作物产量等优点，自1979年引进我国以来，已经在包括新疆在内的各地不同作物上得到了大范围的应用。在干旱-半干旱的新疆地区，年蒸发量远大于降雨量的特点使得气温的变化极少受降雨的影响；新疆地区在作物生育期内灌溉次数很少，在两次灌溉期间地温的影响因素也较单一，对气温的影响也较小，因而全生育期的气温与地温具有明显的规律性，气温的变化与土壤耕作层温度的变化密切相关，在作物-近地面大气-耕作层土壤这一空间范围内，影响因素的相对简单性使得对新疆地区地温

4、的规律性研究和探讨变得容易，同时也赋予地温的预测预报更大的实际意义。　　根据新疆某灌区玉米田地温和气温的连续动态监测资料，本文分析了覆膜与不覆膜条件下不同观测时刻地温的时空变化特征，不同条件下地温及气温的定量关系，使科学地预测预报该地区剖面地温成为可能。1实验方案　　试验场地位于新疆沙湾县乌兰乌苏乡，土质为夹砂粘土，种植作物为玉米。田间地膜覆盖率90%，膜宽1.9m，厚0.08mm。观测地块分10个小区，每小区面积为32m×40m。采用曲管式地温计进行土壤层25cm以上地温观测，观测深度为自土表0cm至耕作层25c

5、m，观测的深度间隔为5cm。在实验中共进行了1998年(4月13日～9月2日)和1999年(4月12日～9月4日)2年度全生育期不覆膜和覆宽膜后的地温观测。观测时刻定为8∶00、14∶00及20∶00。并对3个不同时刻气温进行同步观测。2地温的时空变化特征　　田间观测资料表明，地温的日变化有明显的规律性，且表层0cm地温可用时间的正弦函数来描述[2]，其它深度地温的日变化亦符合正弦关系。在农业生产中，人们不仅关心地表温度的日变化特征，而且更关心地温在耕作层剖面上的变化特征，因此有必要进一步分析日内特征时刻地温沿深度

6、方向的变化规律。现就实测的1999年8:00、14:00和20:00土壤层0～25cm地温的时空变化特征作具体分析。2.1玉米田8:00地温的时空变化8:00处于新疆地区夏季日照的起点时段，此时刻地温在耕作层剖面上总体变化不大，但随季节变化稍有差别，其具体特征如下：图1玉米田全生育期8:00的剖面地温　　(1)无论是否覆膜，8:00的耕作层0～25cm地温大多随深度增大而逐渐增加，但变化幅度不大，呈正梯形分布且较稳定(见图1，图例表示月-日，下同)；全生育期地温在4月底至5月初期间逐渐升高，5～7月地温值为较高时期

7、，最高地温出现在7月中旬。剖面上下温差梯度在6～7月较小，4～5月和8月下旬以后较大，呈大-小-大的变化趋势。覆膜后地温在各深度上均比不覆膜地温有所增加，尤其在地表，覆膜后全生育期0cm地温比不覆膜的高出1.0℃～1.7℃。　　(2)无论是否覆膜，该时刻地温沿深度变化可用线性关系表示为：T=Az+B(1)式中：T为地温，℃(下同)；z为相应深度，cm(下同)；A、B分别为拟合的系数和常数。各日拟合的A自2.0573～30.319不等，B大于零。拟合的相关系数均大于0.8558。在观测季节内，当地表温度逐渐增大时，地

8、温在深度上的变化幅度逐渐减小。表现为剖面温差梯度越小，拟合的直线越陡，斜率越大，截距越小。2.2玉米田14:00地温的时空变化由于日照强度在14:00左右最高，因而无论是否覆膜，14:00的耕作层0～25cm内地温大多在0cm处达到最高，地温基本随深度增大而逐渐降低(见图2)。剖面地温的变化幅度较大，全生育期覆膜与不覆膜的耕作层最大温差分别为27.4℃和25