不同耕作方式對廣西地區(qū)甘蔗地土壤熱性質(zhì)的影響

朱彥光 李帥 甘磊 李健 Saeed Rad 陳曉冰

摘?要：【目的】探討不同耕作方式下甘蔗地土壤熱性質(zhì)的動態(tài)變化，為合理有效利用水熱資源提供依據(jù)。【方法】在廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院里建甘蔗種植地進(jìn)行研究，定位監(jiān)測粉壟耕作（T）處理和免耕（NT）處理方式下，5、20和40 cm深度土層的土壤含水量和土壤溫度，并結(jié)合土壤基本參數(shù)，分析2個處理下土壤溫度、土壤熱導(dǎo)率和土壤熱通量的變化規(guī)律?！窘Y(jié)果】NT處理受其質(zhì)地影響，土壤溫度的分布為5 cm>40 cm>20 cm，差異均顯著（P<0.05，下同）;T處理在一定程度上影響了土壤質(zhì)地，其土壤溫度分布為5 cm>20 cm>40 cm，差異均顯著。研究期內(nèi)，T處理土壤熱導(dǎo)率在20 cm以上土層高于NT處理。T處理有利于降水入滲、儲水性能良好、下層水分可供給上層等效果，相比于NT處理改善了土壤熱導(dǎo)率沿土壤剖面的分布。同時，不同降水條件下，處理間的土壤熱通量變化相同：NT處理在5～20 cm層大于T處理，而在20～40 cm層小于T處理，差異均達(dá)到顯著水平。說明T處理土壤熱通量由上至下減小，變化規(guī)律明顯;而NT處理上下層間波動較大?！窘Y(jié)論】粉壟耕作處理相比于免耕處理，在一定程度上改善了本地區(qū)的土壤質(zhì)地和土壤溫度分布，土壤熱導(dǎo)率和土壤熱通量的變化更具穩(wěn)定性和規(guī)律性，可作為廣西地區(qū)農(nóng)業(yè)種植和管理方式的參考。

關(guān)鍵詞：免耕;粉壟耕作;土壤溫度;土壤熱導(dǎo)率;土壤熱通量

中圖分類號：S 566.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0384（2019）07-858-09

Abstract： 【Objective】 The hydrothermal dynamics of soil at sugarcane fields in Guangxi province was studied under different tillage methods to provide information for effective utilization of the natural resource. 【Method】 The moisture content and temperature of soil in the depths of 5， 20 and 40 cm under two tillage methods were monitored. Smash-ridging tillage （T） and no-tillage （NT） were applied in the sugarcane field at Lijian Research Station of Guangxi Academy of Agricultural Sciences in Nanning. In addition to the basic properties， the temperature， thermal conductivity， and heat flux of the soil under the treatments were collected for analysis. 【Result】 The texture of the NT-treated soil invariably affected the temperature distribution at different depths to show it from high to low in the order of 5 cm>40 cm>20 cm with significant differences at P<0.05 （same level for the following）. Whereas， when T was applied the texture was altered to cause the temperature ranking changed to 5 cm>20 cm>40 cm. During the time of this study， the thermal conductivity of the 5 cm and 20 cm soil under the T treatment was higher than that under NT. Compared to NT， T provided advantages on the infiltration， storage， and improved water distribution in the soil， leveling the thermal conductivities in various layers. Furthermore， varied precipitation significantly affected the heat flux in the 5-20 cm layer under NT more than T but less in the 20-40 cm layer. It indicated that the heat flux in the T-treated soil decreased gradually from the top to the deeper layers. ?On the other hand， in the NT-treated soil， it fluctuated greatly between the upper and lower layers with varied rain falls. 【Conclusion】 The smash-ridging tillage improved the texture and temperature distribution of the soil in the tested range with a more constant and predictable thermal conductivity and heat flux over no-tillage method.

Key words： no-tillage; smash-ridging tillage; soil temperature; soil thermal conductivity; soil heat flux

0?引言

【研究意義】土壤作為人類進(jìn)行生產(chǎn)活動所必需的物質(zhì)載體，其熱性質(zhì)的變化一直是研究熱點[1]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，不同的耕作方式會對土壤熱導(dǎo)率和熱通量產(chǎn)生不同的影響，二者均與土壤溫度密切相關(guān)，進(jìn)而改變土壤中水、氣、熱循環(huán)，從而影響作物的生長與收成[2-3]。而將土壤的溫度、熱導(dǎo)率與熱通量結(jié)合，能更好地反映土壤的熱量狀況[4-5]。因此，研究不同耕作方式下，農(nóng)田土壤溫度、土壤熱導(dǎo)率和土壤熱通量的動態(tài)變化，能為廣西地區(qū)農(nóng)業(yè)高效發(fā)展提供理論依據(jù)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】當(dāng)土壤固體部分維持穩(wěn)定時，土壤水分狀況將直接決定土壤熱導(dǎo)率的大小，而土壤的含水量、質(zhì)地、容重、孔隙度和土壤團(tuán)聚體等因素均可對土壤熱導(dǎo)率和熱通量產(chǎn)生影響[6]。有研究表明，翻耕對土壤的擾動使土壤孔隙增大，顆粒間接觸減少，從而降低土壤熱導(dǎo)率[7]。而免耕狀態(tài)下的土壤孔隙連通性則較好，蓄水保水能力高于常規(guī)耕作，有利于土壤熱導(dǎo)率的增加[3]。盧奕麗等[8]開展田間試驗和模擬翻耕后也發(fā)現(xiàn)，免耕在0～20 cm土層的土壤熱導(dǎo)率顯著大于翻耕和旋耕，且熱導(dǎo)率的動態(tài)變化受到降水和干濕循環(huán)的影響。但由于地區(qū)間的差異，也有研究認(rèn)為，免耕在20 cm深度以上的土壤溫度和土壤熱通量，相比于旋耕[9]和常規(guī)耕作[10]均降低，熱量傳導(dǎo)減弱?？梢?，不同耕作方式對土壤溫度、土壤熱導(dǎo)率和土壤熱通量將產(chǎn)生明顯影響。近年來，粉壟耕作在廣西部分地區(qū)已推廣應(yīng)用[11]，在粉壟機上裝配專用的機械鉆頭后，鉆頭垂直入土高速旋轉(zhuǎn)橫向切割旋磨土壤，使之自然懸浮成壟且不亂土層，具有一定的增產(chǎn)效果。甘磊等[12]在廣西地區(qū)甘蔗地的研究結(jié)果表明，耕作處理相比于免耕，能夠提高5～40 cm土層的土壤蓄水量和土壤熱容量?！颈狙芯壳腥朦c】前人關(guān)于不同耕作方式對土壤熱性質(zhì)的影響研究已有報道，但主要集中在免耕、深松和旋耕等方面。廣西是我國主要的甘蔗種植區(qū)，甘蔗的生長收成受耕作方式和土壤熱性質(zhì)的影響。因此，在已有的研究基礎(chǔ)上[12]，設(shè)置粉壟耕作和免耕的耕作方式，從土壤熱力學(xué)角度出發(fā)，將土壤溫度、土壤熱導(dǎo)率與土壤熱通量結(jié)合研究，能夠進(jìn)一步說明不同耕作方式對甘蔗地土壤熱性質(zhì)的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在廣西典型甘蔗地設(shè)置粉壟耕作處理和免耕處理，定位監(jiān)測試驗小區(qū)不同土層深度下土壤含水量和土壤溫度，獲取降水?dāng)?shù)據(jù)，結(jié)合土壤基本參數(shù)計算土壤熱導(dǎo)率與熱通量。對比不同耕作方式下土壤溫度、土壤熱導(dǎo)率和土壤熱通量的變化規(guī)律，分析粉壟耕作和免耕對土壤熱性質(zhì)的影響及其原因，以期為廣西喀斯特地區(qū)土壤水熱資源有效利用和作物種植提供科學(xué)依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?試驗區(qū)概述

試驗區(qū)位于廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院里建科學(xué)研究基地（23°14′N，108°02′E），土壤母質(zhì)為第四紀(jì)紅土，土壤類型為紅壤，基部巖層為石灰?guī)r。試驗區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為21.6℃，年均降水量1 304.2 mm，年平均相對濕度達(dá)79.0%，雨季為5月至9月，降水量占全年降水量的60 %以上，甘蔗為試驗區(qū)內(nèi)的主要旱地經(jīng)濟(jì)作物。

1.2?試驗設(shè)置

在試驗區(qū)內(nèi)設(shè)置粉壟耕作（T）處理和免耕（NT）處理兩種耕作方式。其中，免耕處理自2014年起連續(xù)免耕，播種后不進(jìn)行翻耕。粉壟耕作處理在2017年2月進(jìn)行，使用專用旋磨機器將土壤旋磨成小顆粒并自然懸浮成壟，耕作深度40 cm。每個處理小區(qū)長7 m，寬1.3 m，行間距離0.9 m。所有試驗處理小區(qū)均在2017年3月種植甘蔗桂柳05-136品種，種植5行。每個小區(qū)之間種植2行行距為1.3 m的桂糖29作為隔離保護(hù)行，各小區(qū)施肥量為基肥復(fù)合肥750 kg·hm-2，追肥復(fù)合肥750 kg·hm-2。每個處理挖掘3個重復(fù)土壤剖面進(jìn)行土壤水熱動態(tài)監(jiān)測。

1.3?指標(biāo)測定

粉壟耕作后，使用體積為100 cm3的環(huán)刀采集T處理和NT處理0～5、5～20、20～40 cm原狀土與擾動土樣，取樣設(shè)置3次重復(fù)。以吸管法測定土壤質(zhì)地，以環(huán)刀烘干法測定土壤容重，并計算得到土壤總孔隙度，以重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質(zhì)[13]。免耕土壤基本理化性質(zhì)及粉耕對土壤理化性質(zhì)的影響見文獻(xiàn)[12]。

試驗期內(nèi)，在T處理和NT處理的所有剖面內(nèi)5、20、40 cm處均分別水平安裝3個Theta-probe探頭（Type ML2x、 Delta-T Devices、 Cambridge）和3個Pt-100型溫度探針（Delta-T Devices、Cambridge、誤差±0.30℃），探頭和探針分別用于土壤含水量和土壤溫度的定位監(jiān)測，經(jīng)校準(zhǔn)后由數(shù)據(jù)線連接到CR1000數(shù)據(jù)采集器中。在試驗區(qū)內(nèi)安裝ECRN-100型雨量計（DECAGON DEVICES，Washington）記錄降水?dāng)?shù)據(jù)，監(jiān)測時段為2017年5月至9月（雨季）。

1.4?數(shù)據(jù)處理

對于土壤熱導(dǎo)率和土壤熱通量，根據(jù)降水量的不同劃分出3種土壤水分條件進(jìn)行輔助分析：6月1日至16日為濕潤條件，總降水量為233.6 mm，超過10 mm的降水事件有4次，最大降水量為6月13日的85.2 mm。7月28日至8月7日為中等水分條件，總降水量為85.8 mm，最大降水量為8月4日的33.0 mm。9月9日至24日為干旱條件，降水量僅有9月23日的0.4 mm。土壤熱導(dǎo)率采用Campbell[14]經(jīng)驗?zāi)Ｐ陀嬎?，公式如下?/p>

土壤熱通量的計算深度分為5～20 cm和20～40 cm兩層，計算公式如下[15]：

2?結(jié)果與分析

2.1?降水量與土壤溫度的變化

基于監(jiān)測數(shù)據(jù)得出不同耕作方式下區(qū)域降水量和5～40 cm土層的土壤溫度（圖1）?？梢钥闯觯瑑蓚€處理的土壤溫度在各時期變化趨勢均一致，變幅隨土壤深度的增加而減小。5月14日降水87.4 mm，T處理和NT處理的表層土溫分別下降了3.6℃和3.4℃;而7月24～29日連續(xù)無降水，表層土溫則分別上升1.2℃和0.9℃，說明降水是影響該地區(qū)土壤溫度變化的重要因素之一。

研究期內(nèi)配對t檢驗的結(jié)果表明：T處理的土壤溫度沿土壤剖面向下遞減，表現(xiàn)為5 cm>20 cm>40 cm，差異均顯著;而NT處理則為5 cm>40 cm>20 cm，沿土壤剖面先減小后增加，差異均顯著。NT處理在20 cm層土壤溫度最低可能是由于該層質(zhì)地砂粒較多[12]導(dǎo)致的。同一土層深度下，5和40 cm表現(xiàn)為NT處理的土壤溫度顯著高于T處理，20 cm土層則相反。上述變化說明，粉壟耕作對質(zhì)地的改變可能會影響土壤溫度沿剖面的再分配情況，具體原因還需要從土壤熱導(dǎo)率和熱通量的結(jié)果中進(jìn)行分析。

2.2?土壤熱導(dǎo)率的時空變化

兩個處理不同深度下的土壤熱導(dǎo)率隨時間的動態(tài)變化趨勢基本相同（圖2）。可以看到，降水發(fā)生時T處理和NT處理的土壤熱導(dǎo)率均迅速上升，降水結(jié)束后則下降，且處理間差異逐漸擴大。說明降水是導(dǎo)致本地區(qū)土壤熱導(dǎo)率上升的主要因素;而在無雨期，耕作方式對土壤熱導(dǎo)率的改變起到主導(dǎo)作用。因此，研究不同耕作方式對土壤熱導(dǎo)率的影響十分有必要。

在5 cm土層中，整個研究期內(nèi)2個處理間的土壤熱導(dǎo)率無顯著差異;而比對6月1日至9月30日的熱導(dǎo)率，則為T處理均值高于NT處理1.1%，差異顯著。這可能是因為進(jìn)行本試驗前T處理樣地的土壤熱導(dǎo)率就已較低，而耕作對土壤性質(zhì)的改變需要一定時間，6月以后粉壟耕作相比于免耕對土壤熱導(dǎo)率的改善作用逐漸明顯，上述土壤溫度的改變也可能是T處理土壤熱導(dǎo)率增加引起的。同樣地，研究期內(nèi)，20 cm土層T處理的土壤熱導(dǎo)率顯著高于NT處理，而40 cm土層二者無顯著差異。在降水發(fā)生時，T處理土壤熱導(dǎo)率的上升要比NT處理明顯（圖2）。上述分析說明，隨著土壤深度的增加，耕作效應(yīng)對土壤熱導(dǎo)率的影響逐漸減弱，但T處理對水分的響應(yīng)更迅速，利于雨水入滲，熱導(dǎo)率增加更迅速。

表1統(tǒng)計了不同處理在3種土壤水分條件下土壤含水量、土壤熱導(dǎo)率和土壤熱通量的均值。在NT處理中，不同土壤水分條件下的土壤熱導(dǎo)率均呈現(xiàn)出40 cm>5 cm>20 cm的規(guī)律，其變化與土壤含水量的變化一致。而T處理的土壤熱導(dǎo)率變化則相對復(fù)雜：濕潤條件下其土壤熱導(dǎo)率表現(xiàn)為40 cm>20 cm>5 cm，差異均顯著;中等水分條件下5 cm和40 cm土層的熱導(dǎo)率無顯著差異，但均顯著大于20 cm土層;而在干旱條件下，卻變?yōu)? cm層最高，20 cm層最小。這說明粉壟耕作對土壤熱導(dǎo)率在土壤剖面的再分布的主導(dǎo)作用比免耕更明顯。

在5 cm土層中，隨著土壤水分條件出現(xiàn)由濕潤、中等到干旱的變化，2個處理間的土壤熱導(dǎo)率分別表現(xiàn)為T低于NT、T顯著高于NT和T顯著高于NT;而在40 cm土層則分別表現(xiàn)為T高于NT、T低于NT和T顯著低于NT（表1）。不同土層間2個處理土壤熱導(dǎo)率的大小關(guān)系相反，這可能是在降水減少的條件下，T處理下層（40 cm）土壤水分能夠向上層（5 cm）進(jìn)行補給所導(dǎo)致的，即粉壟耕作具有調(diào)節(jié)土壤水分和熱導(dǎo)率的作用。在20 cm土層中，T處理的土壤熱導(dǎo)率在不同土壤水分條件下均顯著大于NT處理，這同樣應(yīng)該是由于耕作方式與土壤質(zhì)地的差異[12]而導(dǎo)致土壤孔隙狀況不同所引起的。因此，耕作方式的不同會導(dǎo)致不同降水條件下土壤水分的差異，從而引起土壤熱導(dǎo)率的改變。

2.3?土壤熱通量的時空變化

圖3展示了不同耕作方式下土壤熱通量的變化，取正值代表熱通量向上傳導(dǎo)。就整個試驗期而言，2個處理的凈土壤熱通量均表現(xiàn)為向下傳導(dǎo)，T處理以-231.3 W·m-2高于NT處理的-218.0 W·m-2，即T處理的熱量有更大的向深層傳遞的趨勢。在圖3中，兩個處理的土壤熱通量在5～20 cm層的傳導(dǎo)均要強于20～40 cm層。NT處理的土壤熱通量在監(jiān)測期內(nèi)5～20 cm層基本向下傳導(dǎo);20～40 cm層則在0附近波動，變幅較小。T處理的土壤熱通量則在5～20 cm和20～40 cm兩層均以向下傳導(dǎo)為主。

5月14～18日的干濕循環(huán)（15、18日分別降水87.0、0.6 mm，其余無雨）中，T處理5～20 cm層的土壤熱通量因強降水由14日的-298 W·m-2直接變?yōu)?5日的200 W·m-2，NT處理由-499 W·m-2直接變?yōu)?4 W·m-2。土壤熱通量在NT處理僅出現(xiàn)數(shù)量上的減小但未改變傳導(dǎo)方向，T處理熱通量則由向下傳導(dǎo)直接變?yōu)橄蛏蟼鲗?dǎo)，且在數(shù)量上顯著高于NT處理。說明降雨能在很大程度上抑制原有的熱通量的傳導(dǎo)甚至改變傳導(dǎo)方向，且土壤熱通量間的差異應(yīng)是由耕作方式的不同引起的。隨后，T處理和NT處理的土壤熱通量又分別由16日的-119 W·m-2和-184 W·m-2分別逐漸減小至18日的-1 W·m-2和-108 W·m-2。這是因為降水結(jié)束后，上層土壤溫度重新高于下層;而下層水分得到補充，其土壤熱容量和熱導(dǎo)率均提高，升溫速率加快，進(jìn)而縮小了與上層土壤的溫差，在無雨期向下的土壤熱通量也減小。再之后，太陽輻射的增加使向下的土壤熱通量再次增大。因此，土壤熱通量在干濕循環(huán)中的變化具有延續(xù)性和滯后性，且少量降水（18日）不一定能改變土壤熱通量的傳播方向。7月1～7日及8月8～13日等時間段也有上述規(guī)律。而不同土壤水分條件中，濕潤條件下，NT處理5～20 cm層熱通量高于T處理達(dá)90.3 %，差異顯著（表1）;而在20～40 cm層則低于T處理91.9 %，差異顯著。中等與干旱水分條件下的變化規(guī)律與之相同，僅在數(shù)值上有所差異。這說明NT處理的土壤熱通量在5～20 cm和20～40 cm土層間的差別較大，T處理土壤熱通量變化比NT處理更具規(guī)律性和穩(wěn)定性。

3?討?論

不同的耕作方式會對土壤物理性質(zhì)，尤其對土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的改變，從而影響到土壤中熱性質(zhì)的變化，關(guān)系到農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展[8]。研究期內(nèi)，T和NT處理的土壤溫度分別表現(xiàn)為5 cm>20 cm>40 cm和5 cm>40 cm>20 cm，差異均達(dá)到顯著，后者土壤溫度的變化與前人所研究得出的土壤溫度隨土壤層加深而降低的結(jié)果不一致[16-17]。這可能是由于其試驗區(qū)本身土壤質(zhì)地[12]所造成的：NT處理5～20 cm土層砂粒含量較高，水分不易儲存，導(dǎo)致土壤熱導(dǎo)率降低，熱能傳遞受阻，因而溫度最低。陳善雄等[18]也指出，砂粒含量高的土壤持水能力差，土壤水分容易流失，不易于儲存，因而傳熱能力相比于含水量高的土壤要弱。本研究設(shè)置處于同一區(qū)域的兩種耕作方式，T處理土壤顆粒組成相比于NT處理更為均勻，土壤溫度形成由上層至下層遞減分布，即可能是因為粉壟耕作在一定程度上改善了土壤質(zhì)地，利于水分儲存和土壤熱能傳導(dǎo)，但其機理和程度仍需量化研究。劉斌等[19]也認(rèn)為粉壟可以疏松土層，有助于細(xì)化土壤顆粒。上述分析表明，粉壟耕作相比于免耕更好地改變了土壤溫度的分布。

本研究中，只要降水發(fā)生則T處理的土壤熱導(dǎo)率就高于NT處理，這說明粉壟耕作相比于免耕有利于水分入滲從而提高土壤熱導(dǎo)率。NT處理在3種土壤水分條件下的土壤熱導(dǎo)率大小關(guān)系均為40 cm>5 cm>20 cm，變化穩(wěn)定，說明免耕處理具有保持其土壤含水量和熱導(dǎo)率穩(wěn)定的能力。這與學(xué)者們在東北黑土區(qū)[17]、黃土高原區(qū)[20]和北京地區(qū)[21]的研究結(jié)果一致，由于沒有人為施加影響和擾動，免耕處理在一定程度上維持了土壤本身及其水分分布的穩(wěn)定性。而T處理中，其濕潤條件下的降水量比中等水分條件時多148.4 mm，但其5 cm層的土壤熱導(dǎo)率均值僅比中等水分條件高0.008 W·m-1·K-1。這一現(xiàn)象是因為進(jìn)行試驗處理前T處理的土壤含水量和熱導(dǎo)率已較低，降水多用于補充土壤含水量;而中等水分條件的含水量得到提高，雖然降水量減少但土壤熱導(dǎo)率沒有明顯下降。這說明經(jīng)過降水補充后，粉壟耕作的保持水分的能力更好，從而引起了土壤熱導(dǎo)率的改變。李軼冰等[22]比較不同耕作方式也發(fā)現(xiàn)，有水分補給發(fā)生時粉壟耕作的水分入滲速率相比于旋耕和深松更快，且土壤貯水量增加。王世佳等[23]觀察不同放大倍數(shù)下土壤微結(jié)構(gòu)的結(jié)果表明，粉壟耕作后土壤的表面顆粒細(xì)小，穩(wěn)定性增加，且排列緊密有序，對土壤水分可能具有更好的吸附性。這些結(jié)論與本研究中粉壟耕作處理的土壤熱導(dǎo)率得到提高的原因相印證。

通過對比不同處理間5 cm和40 cm土壤熱導(dǎo)率的變化發(fā)現(xiàn)，降水減少后T處理下層（40 cm）土壤水分對上層（5 cm）進(jìn)行了補給。這是因為T處理和NT處理的總孔隙度差異雖然不顯著，但前人基于CT掃描技術(shù)在同一試驗區(qū)的研究證實，耕作區(qū)的中小孔隙數(shù)量相比于免耕區(qū)有所增加，且改善了土壤的連通性[24]。連通性好的小孔隙可作為土壤水上升的毛細(xì)管道，促進(jìn)水分的向上運動[25]。因此，在相對少雨的條件下T處理的下層水分可以向上補充，具有調(diào)節(jié)土壤水分的作用，引起土壤熱導(dǎo)率的變化。李軼冰等[26]通過大田試驗也發(fā)現(xiàn)：粉壟耕作深度越深，則水分進(jìn)行補充時所能到達(dá)的土層深度也越深，說明粉壟耕作處理調(diào)用了更多深層水分供給上層，與本研究結(jié)論相似。上述分析表明，免耕在不同降水條件下均具有保持其土壤熱性質(zhì)相對穩(wěn)定的能力。而粉壟耕作更有利于降水入滲和水分保存，在不同的時期均能有助于提高土壤熱導(dǎo)率，改善土壤熱導(dǎo)率沿土壤剖面的再分布。

降水發(fā)生可以暫時改變土壤中的水熱條件，能在很大程度上抑制土壤熱通量的傳導(dǎo)或改變其傳導(dǎo)方向，這與Gan等[27]的研究結(jié)果一致。干濕循環(huán)中，T處理在強降水時期與無降水時期，其土壤熱通量的數(shù)值變化（分別為由-298 W·m-2變?yōu)?00 W·m-2、由-119 W·m-2變?yōu)?1 W·m-2）都要比NT處理的變化（分別為由-499 W·m-2變?yōu)?4 W·m-2、由-184 W·m-2變?yōu)?108 W·m-2）要大。這進(jìn)一步說明了T處理對降水的響應(yīng)更為敏感，且在雨后更好地儲存土壤水分，同時期內(nèi)土壤熱能傳遞更迅速，溫度變化也加快，因而引起了土壤熱通量的更大變化。同時，邵明安等[6]指出，土壤熱通量與土壤垂直溫度梯度和土壤熱導(dǎo)率成正比。本研究中，NT處理在3種土壤水分條件下，其土壤熱通量在5～20 cm和20～40 cm的波動均比T處理更大，這是因為NT處理20 cm土層土壤熱導(dǎo)率和溫度均較低，5～20 cm層溫差大，20～40 cm層溫度相近（熱通量接近于0）導(dǎo)致的。分析表明粉壟耕作相比于免耕更有利于土壤熱能的傳遞和維持，在一定程度上改善了土壤熱通量的傳導(dǎo)和分布。

4?結(jié)?論

本研究通過在典型甘蔗種植區(qū)設(shè)置粉壟耕作和免耕處理，研究甘蔗地土壤熱性質(zhì)在不同處理下的變化規(guī)律，結(jié)論如下：

（1）研究期內(nèi)，降水的發(fā)生會導(dǎo)致土壤溫度暫時降低。免耕處理的土壤溫度表現(xiàn)為5 cm>40 cm>20 cm，差異均顯著;粉壟耕作處理的土壤溫度表現(xiàn)為5 cm>20 cm>40 cm，差異均顯著，粉壟耕作在一定程度上改變了土壤質(zhì)地從而改善了土壤熱能的傳導(dǎo)和溫度的分布;

（2）降水發(fā)生時粉壟耕作處理的土壤熱導(dǎo)率高于免耕處理，且能將水分儲存于下層;降水減少后下層水分對表層具有補給作用，引起土壤熱導(dǎo)率的改變。研究期內(nèi)，粉壟耕作處理在20 cm以上土層的土壤熱導(dǎo)率均值大于免耕處理，水分和熱能保持效果相比于免耕處理更好;

（3）研究期內(nèi)，粉壟耕作處理的土壤凈熱通量大于免耕處理，增溫過程更明顯。降水可通過干濕循環(huán)過程影響土壤熱通量的變化，粉壟耕作改善了土壤熱通量的傳導(dǎo)和分布，且其在不同土層和不同時期的變化要比免耕處理更具規(guī)律性，土壤熱能傳遞更有效。

參考文獻(xiàn)：

[1]LU S， REN T S， GONG Y， et al. An improved model for predicting soil thermal conductivity from water content at room temperature[J]. Soil Science Society of America Journal， 2007， 71（1）：8-14.[2]邸佳穎，劉曉娜，任圖生.原狀土與裝填土熱特性的比較[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012，28（21）：74-79.

DI J Y， LIU X N， REN T S. Comparative study on thermal properties of intact and repacked soil samples[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2012， 28（21）：74-79.（in Chinese）

[3]李玉潔，王慧，趙建寧，等.耕作方式對農(nóng)田土壤理化因子和生物學(xué)特性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2015，26（3）：939-948.

LI Y J， WANG H， ZHAO J N， et al. Effects of tillage methods on soil physicochemical properties and biological characteristics in farmland：A review[J].Chinese Journal of Applied Ecology， 2015， 26（3）：939-948.（in Chinese）

[4]付強，顏培儒，李天霄，等.凍融期不同覆蓋和氣象因子對土壤導(dǎo)熱率和熱通量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33（20）：98-105.

FU Q， YAN P R， LI T X， et al. Influence of different coverage and meteorological factors on soil thermal conductivity and heat flux during freezing and thawing period[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2017， 33（20）：98-105.（in Chinese）

[5]BATENI S， ENTEKHABI D， CASTELLI F. Mapping evaporation and estimation of surface control of evaporation using remotely sensed land surface temperature from a constellation of satellites[J]. Water Resources Research， 2013， 49（2）：950-968.

[6]邵明安，王全九，黃明斌.土壤物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2006.

SHAO M A， WANG Q J， HUANG M B. Soil Physics[M].Beijing：Higher Education Press， 2006.（in Chinese）

[7]ZHANG M， LU Y L， HEITMAN J L， et al. Temporal changes of soil water retention behavior as affected by wetting and drying following tillage[J]. Soil Science Society of America Journal， 2017， 81（6）：1288-1295.

[8]盧奕麗，張猛，劉曉娜，等.含水量和容重對旱地耕層土壤熱導(dǎo)率的影響及預(yù)測[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2018，34（18）：146-151.

LU Y L， ZHANG M， LIU X N， et al. Effects of soil water content and bulk density on thermal conductivity of plough layer soil in arid land and its prediction[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2018， 34（18）：146-151.（in Chinese）

[9]張少良，張興義，于同艷，等.黑土區(qū)耕作措施對春季耕層溫度的影響[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2009，30（1）：113-117.

ZHANG S L， ZHANG X Y， YU T Y， et al.Effects of tillage on soil temperature of plough layer in spring of black soil regions of China[J]. Research of Agricultural Modernization， 2009，30（1）：113-117.（in Chinese）

[10]景明，姜丙洲，施坰林.西北內(nèi)陸河流域免耕覆蓋條件下土壤溫度效應(yīng)[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2008，22（4）：139-142.

JING M， JIANG B Z， SHI T L.Soil thermal effects of no-tillage with straw mulch in inland river basin， northwest China[J].Journal of Arid Land Resources and Environment，2008， 22（4）：139-142.（in Chinese）

[11]韋本輝.粉壟耕作技術(shù)對糧食生產(chǎn)和環(huán)境安全的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（35）：60-61.

WEI B H. Effects of smash-ridging tillage techniques on food production and environmental safety[J]. Journal of Anhui Agriculture Science， 2015，43（35）：60-61.（in Chinese）

[12]甘磊，朱彥光，嚴(yán)磊，等.不同耕作方式下甘蔗地土壤熱容量的變化[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2018，31（8）：1676-1681.

GAN L， ZHU Y G， YAN L， et al. Study on changes of heat capacity in sugarcane soil under different tillage patterns[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences. 2018， 31 （8）：1676-1681.（in Chinese）

[13]程東娟，張亞麗，趙新宇，等.土壤物理實驗指導(dǎo)[M].北京：中國水利水電出版社，2012.

CHENG D J， ZHANG Y L， ZHAO X Y， et al. Soil Physics Experimental Instruction[M]. Beijing：China Water & Power Press，2012.（in Chinese）

[14]CAMPBELL G S. Soil physics with Basic-Transport models for soil-plant systems[J]. Journal of Hydrology， 1985， 90（3/4 ）：359-360.

[15]JURY W， HORTON R. Soil Physics[M]. Hoboken：John Wiley & Sons， 2004.

[16]李娜娜，池寶亮，梁改梅.旱地玉米秸稈地膜二元覆蓋的土壤水熱效應(yīng)研究[J].水土保持學(xué)報，2017，31（4）：248-253.

LI N N， CHI B L， LIANG G M. Study on soil water and heat effect of plastic film combined with straw mulchin dryland maize field[J]. Journal of Soil and Water Conservation， 2017， 31（4）：248-253.（in Chinese）

[17]陳帥，陳強，孫濤，等.黑土坡耕地秸稈覆蓋對表層土壤結(jié)構(gòu)和導(dǎo)氣性的影響[J].水土保持通報，2016，36（1）：17-21.

CHEN S， CHEN Q， SUN T， et al.Effects of straw mulching on topsoil structureand air permeability in black soil sloping farmland[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation， 2016， 36（1）：17-21.（in Chinese）

[18]陳善雄，陳守義.砂土熱導(dǎo)率的實驗研究[J].巖土工程學(xué)報，1994，16（5）：47-53.

CHEN S X， CHEN S Y. Experimental study on thermal conductivity of sands[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 1994， 16（5）：47-53.（in Chinese）

[19]劉斌，甘秀芹，韋本輝，等.粉壟耕作對南方旱坡木薯種植地水土流失及產(chǎn)量的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2016，29（12）：2806-2811.

LIU B， GAN X Q， WEI B H， et al. Effects of Fenlong cultivation on water and soil erosion and cassava yield in south dry slope cropland[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences， 2016， 29（12）：2806-2811.（in Chinese）

[20]孔維萍，成自勇，張芮，等.保護(hù)性耕作在黃土高原的應(yīng)用和發(fā)展[J].干旱區(qū)研究，2015，32（2）：240-250.

KONG W P， CHENG Z Y， ZHANG R， et al. Application and development of conservation tillage techniques in the loess plateau[J]. Arid Zone Research， 2015， 32（2）：240-250.（in Chinese）

[21]余海英，彭文英，馬秀，等.免耕對北方旱作玉米土壤水分及物理性質(zhì)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2011，22（1）：99-104.

YU H Y， PENG W Y， MA X， et al. Effects of no-tillage on soil water content and physical properties of spring corn fields in semiarid region of northern China[J].Chinese Journal of Applied Ecology， 2011，22（1）：99-104.（in Chinese）

[22]李軼冰，逄煥成，楊雪，等.粉壟耕作對黃淮海北部土壤水分及其利用效率的影響[J].生態(tài)學(xué)報，2013，33（23）：7478-7486.

LI Y B， PANG H C， YANG X， et al. Effects of deep vertically rotary tillage on grain filling and yield of spring maize in north Huang-Huai-Hai region[J]. Scientia Agricultura Sinica，2013，33（23）：7478-7486.（in Chinese）

[23]王世佳，蔣代華，朱文國，等.粉壟耕作對農(nóng)田赤紅壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的影響[J/OL].土壤學(xué)報：1-10.http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1119.P.20190510.1156.006.html.

WANG S J， JIANG D H， ZHU W G， et al. Effect of deep vertical rotary tillage on aggregate structure in farmland of lateritic red soil[J]. Acta Pedologica Sinica，1-10.?http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1119.P.20190510.1156.006.html. ?（in Chinese）

[24]甘磊，張靜舉，黃太慶，等.基于CT技術(shù)的甘蔗地不同耕作措施下土壤孔隙結(jié)構(gòu)研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2017，30（8）：1843-1848.

GAN L， ZHANG J J， HUANG T Q，et al. Pore structure in sugarcane soil under different tillage managements based on ct scanning[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences， 2017， 30（8）：1843-1848.（in Chinese）

[25]楊陽.黃土高原雨養(yǎng)冬小麥水氮利用及土壤氨揮發(fā)對保護(hù)性耕作的響應(yīng)[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2015.

YANG Y. Effects of conservation tillage on water and nitrogen use in rainfed winter wheat and soil ammonia volatilization in loess plateau[D].Yangling：Northwest A & F University， 2015.（in Chinese）

[26]李軼冰，逄煥成，李華，等.粉壟耕作對黃淮海北部春玉米籽粒灌漿及產(chǎn)量的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，46（14）：3055-3064.

LI Y B， PANG H C，LI H， et al. Effects of deep vertically rotary tillage on grain filling and yield of spring maize in north Huang-Huai-Hai region[J]. Scientia Agricultura Sinica， 2013，46（14）：3055-3064.（in Chinese）

[27]GAN L， PENG X H， PETH S， et al. Effects of grazing intensity on soil thermal properties and heat flux under Leymuschinensis and Stipa grandis vegetation in Inner Mongolia， China[J].Soil and Tillage Research， 2012， 118（5）：147-158.

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