實訓土壤溫度觀測

實訓土壤溫度觀測山西藥科職業(yè)學院蔡翠芳教學任務(wù)◎※★1.知道溫度對藥用植物生長發(fā)育的影響◎2.知道土壤溫度觀測項目及觀測的意義▲※★3.學習土壤溫度的觀測方法，以及相關(guān)平均溫度的統(tǒng)計方法▲※★3.進行土壤溫度觀測，統(tǒng)計觀測日當天的土壤溫度※重點：★：難點◎:知識目標▲:實訓任務(wù)土壤溫度概念土壤溫度(soiltemperature)簡稱地溫(groundtemperature)是土壤的冷熱程度，是地表（面）溫度和地中溫度（不同深度）的總稱。土壤溫度和氣溫的關(guān)系土壤溫度會隨著地表附近氣溫的變化而呈現(xiàn)季節(jié)性起伏和晝夜變化。由于太陽輻射周期性日變化和年變化的影響，土壤溫度也有相應(yīng)的變化?；局R土壤溫度測定意義土壤溫度高低影響作物生長發(fā)育、肥料分解和有機物積聚等有著密切的關(guān)系，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的環(huán)境因子。土壤溫度也是小氣候形成中一個極為重要的因子，故土壤溫度的測量和研究是小氣候觀測和農(nóng)業(yè)氣象觀測中的一項重要內(nèi)容。土壤溫度的升降，主要決定于土壤熱通量的大小和方向，也與土壤的容積熱容量、導熱率、密度、比熱和孔隙度等土壤熱力特性和土壤含水量有關(guān)。對于非水平地表來說，還與坡地方位和坡度大小有關(guān)。一、土壤溫度變化原因土壤溫度變化隨著氣候、地形、植被、土壤類型及其物理性質(zhì)，如土壤含水量、孔隙度、結(jié)構(gòu)、堅實度、質(zhì)地等因子而變化，同時土壤溫度的變化還對土壤養(yǎng)分吸收和水分運動產(chǎn)生影響。（一）地面熱量平衡地面通過吸收太陽輻射獲得熱量，同時通過地面輻射的方式散失熱量。地表面這種以其本身的熱量日夜不停地向外放射輻射的方式，稱為地面輻射。地表面向大氣空間支出熱量和從空間獲取熱量的變化，就是地面熱量平衡。1.太陽輻射（solarradiation）太陽輻射是指太陽向宇宙空間發(fā)射的電磁波和粒子流（1）太陽直接輻射太陽以平行光線的形式直接投射到地面上的，稱為太陽直接輻射，經(jīng)過大氣散射后投射到地面的，稱為散射輻射，兩者之和稱為總輻射。影響太陽直接輻射的主要因素是太陽高度角h和大氣透明度P。h地面太陽直接輻射強度S大氣mI0hS地面太陽高度角變化，會引起直接輻射的顯著。直接輻射有年變化、日變化和隨緯度的變化。①全年赤道獲得的太陽輻射最多，從赤道向極地隨緯度增高而減小，極小值出現(xiàn)在極點，年變幅最小。②夏半年在20°～25°的緯度帶，獲得太陽輻射最多，由此向赤道和極地遞減，最小值在極點，出現(xiàn)極晝，高低緯度之間的差值較小。③冬半年赤道獲得太陽輻射最多，隨緯度增高迅速遞減，，高低緯度之間的差值大。④同一緯度，冬、夏太陽輻射的差值，隨緯度增高而增大，即太陽輻射的年振幅隨緯度增高而增大。（2）太陽散射輻射散射輻射的強弱也與太陽高度角及大氣透明度有關(guān)。太陽高度角增大時，到達近地面層的直接輻射增強，散射輻射也就相應(yīng)地增強；相反，太陽高度角減小時，散射輻射也弱；大氣透明度差時，參與散射作用的質(zhì)點增多，散射輻射增強；反之，減弱。云也能強烈地增大散射輻射。太陽散射輻射也具有日和年變化，一日內(nèi)正午前后最強，一年內(nèi)夏季最強。（3）太陽總輻射變化日變化：日出前，總輻射中只有散射輻射；日出后，直接輻射和散射輻射逐漸增加，但前者增加得較快；當太陽高度升到約等于8°時，直接輻射與散射輻射相等；當太陽高度為50°時，散射輻射值僅相當總輻射的10％—20％；到中午時太陽直接輻射與散射輻射強度均達到最大值；以后二者又按相反的次序變化。年變化：總輻射強度（月平均值）夏季最大、冬季最小。地理分布：緯度愈低，總輻射愈大。反之就愈小。（4）地面反射投射到地面的太陽輻射，并非完全被地面所吸收，其中一部分被地面所反射。地面反射量決定于地表面的性質(zhì)和狀態(tài)，約為10％~30％。太陽總輻射減去地面反射部分后稱為凈太陽（短波）輻射。

（5）地面輻射地面吸收了凈太陽短波輻射后，按其本身溫度不斷地向外放射的輻射能。特點：①地面輻射絕大部分被大氣（水汽和二氧化碳等溫室氣體）所吸收，只有小部分（8~13μm）透過大氣層進入太空；②白天，地面吸收的太陽總輻射大于地面輻射，故地面升溫；③夜晚，沒有太陽輻射，地面輻射使地面降溫。第二章大氣的熱能和溫度（6）大氣逆輻射大氣按其本身溫度不斷地向外放射的輻射能，其向下部分稱為大氣逆輻射。特點：

①大氣逆輻射極大部分被地面所吸收，使地面輻射降溫程度大大減小，形成所謂的“溫室效應(yīng)；

②大氣輻射向上的部分是地球大氣系統(tǒng)向外支出熱量，以保持地球熱量平衡的主要途徑。第二章大氣的熱能和溫度（7）地面有效輻射地面輻射與其吸收的大氣逆輻射之差，稱為地面有效輻射。地面有效輻射的影響因子：地面溫度、氣溫、濕度和云況。有效輻射通常為正，即下墊面通過有效輻射向大氣供熱。大氣δL↓L↑地面第二章大氣的熱能和溫度(8)地面輻射差額地表面吸收的太陽總輻射與地面有效輻射之差，稱為地面輻射差額（R）。

特點：①日變化——白天R>0，地面升溫；夜晚R<0，地面降溫；②年變化——低緯度R>0，地面熱盈余；高緯度R<0，地面熱虧損；③隨天氣狀況而變——晴天，白天R正值越大、夜晚負值越大；陰天，白天R正值越小、夜晚負值越小大氣Q’總地面F白天當?shù)孛嫖盏妮椛涑^放出的熱量時，地面被加熱增溫，并通過輻射或其他方式把熱量傳送到大氣層和土壤下層使之增溫；夜間地面放出的長波輻射超過吸收的大氣逆輻射，結(jié)果使得地面損失熱量，導致地面溫度下降，此時土壤深層和大氣就反過來以各種方式向地面輸送熱量，以維持地表溫度不致下降太多，結(jié)果使得土壤深層和大氣層的溫度也發(fā)生下降。（二）土壤熱特性土壤熱特性是土壤物理性質(zhì)之一。指影響熱量在土壤剖面中的保持、傳導和分布狀況的土壤性質(zhì)。土壤熱特性包括3個物理參數(shù)：土壤熱容量、導熱率和導溫率。土壤熱特性是決定土壤熱狀況的內(nèi)在因素，也是農(nóng)業(yè)上控制土壤熱狀況，使其有利于作物生長發(fā)育的重要物理因素，可通過合理耕作、表面覆蓋、灌溉、排水以及施用人工聚合物等措施加以調(diào)節(jié)。1.土壤熱容量(soilheatcapacity)

土壤熱容量是反映土壤容熱能力的物理量。它有兩種表達方式：一是土壤質(zhì)量熱容量，即為1克土壤溫度升高1℃所需的熱量，用cw表示，單位是焦/克·℃，又稱土壤比熱；二是體積熱容量，即為1立方厘米原狀土壤溫度升高1℃所需的熱量，用cv表示，單位是焦/厘米3·℃，簡稱熱容量。兩者的換算關(guān)系式是cv=cw·d,其中d是土壤密度，單位是克/厘米3.據(jù)估算在土壤孔隙度為50%、含水量為30%時，土壤的體積熱容量一般為168焦/厘米3·℃。重量熱容量和容積熱容量的關(guān)系Cv＝Cw·ρ干燥土壤的容積熱容量（Cv）等于土壤重量熱容量（Cw）與土壤容重（ρ）的乘積。土壤各組分的熱容量不同。其中以水的熱容量為最大，空氣的容積熱容量最小(土壤中固體成分的熱容量約為水的熱容量的1/2，水的熱容量是空氣的3000倍，水的導熱率是空氣的30倍)，因而土壤水是影響熱容量的主導因素。

土壤空氣存在于土壤孔隙中，故常以空氣孔隙度來判斷土壤中空氣的多少。土壤熱容量大小取決于土壤孔隙度的大小和土壤含水量的多少，一般來說，土壤熱容量隨著土壤水分的增加而增大，隨著土壤空氣的增加而減小。潮濕緊密的土壤熱容量大，故晝夜升溫、降溫緩慢；反之，干燥疏松土壤，空氣多，水分少，土壤熱容量小，故晝夜升溫、降溫明顯。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上常通過水分管理來調(diào)節(jié)土壤溫度，如低洼易積水地區(qū)在早春采取排水措施促使土壤增溫，以利種子發(fā)芽等。2.土壤熱導率土壤熱導率是表征土壤導溫性的物理參數(shù)（或?qū)嵯禂?shù)）。即在穩(wěn)態(tài)條件下單位厚度（1cm）土層，溫差為1℃時，每秒鐘通過斷面（1cm2)所需的熱量(焦/cm·秒·℃)。當土壤上下層間存在溫差時，熱導率大的土壤能迅速將溫度較高土層內(nèi)的熱量傳到溫度較低的土層中。特點：熱導率小的土壤，土層間的熱量傳遞速度慢。熱導率大的土壤，白天隨著地表溫度升高，將熱量迅速向深層土壤傳導，故地表升溫慢；夜間，隨著地表溫度下降，則將熱量迅速向表層土壤傳導，不致使地表溫度下降太快。熱導率大的土壤，表層不易升溫，也不易降溫，溫度變化平緩。土壤熱導率與土壤的三相物質(zhì)組成有關(guān)，土壤空氣的熱導率最小，土壤固體（是土壤空氣40-140倍）的熱導率最大。土壤孔隙度小，土壤濕度大，土壤熱導率大；反之，土壤孔隙度大，土壤濕度小，土壤熱導率小。土壤熱導率的調(diào)節(jié)主要依靠土壤水分，如在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中通過灌水增加土壤含水量，調(diào)節(jié)土壤熱導率以防霜凍，保證作物安全越冬、正常返青等。3.土壤的吸熱性土壤吸收太陽輻射熱的性能稱為土壤的吸熱性。土壤熱主要來源于太陽的輻射熱，它在土壤中轉(zhuǎn)化為熱能。其次是有機質(zhì)被微生物分解產(chǎn)生的熱、土壤中化學反應(yīng)釋放的熱以及地心向地表傳導的熱。土壤吸熱性的強弱取決于土壤顏色、土壤濕度、地面狀況等。土壤顏色深，濕度大，表面粗糙，其吸熱性強。4.土壤散熱性土壤向大氣散失熱量的性能稱為土壤的散熱性。當土壤溫度高于近地面大氣和下層土壤時，土壤熱一部分以地面輻射的形式返回大氣，一部分傳給下層土壤直至母質(zhì)，還有一部分熱用于水分蒸發(fā)，隨水汽進入空氣中。土壤的散熱性主要與土壤水分蒸發(fā)和土壤熱輻射有關(guān)。土壤水分蒸發(fā)愈強烈，土壤散失的熱也較多。當天空晴朗無遮蔽物時，土壤輻射強，散熱多，降溫快；如果天空有云層或煙霧，則輻射弱，散熱少。當土壤吸收的熱多于散失的熱時，土壤就增溫，相反則降溫?？偨Y(jié)：影響土壤熱狀況的其它因素1、土壤顏色深色土壤比淺色土壤吸熱性強，故土溫較高。增加土壤有機質(zhì)可加深土壤顏色，有利于土壤增溫。2、土壤干濕度潮濕土壤吸熱性比干燥土壤為大、熱導率大、熱容量大，溫度變化小；地面粗糙的土壤較平整、光滑的土壤吸熱性比大、，耕作過比未耕過的大。3、坡度和方位在北半球，南坡大于平地大于北坡，但南坡的增溫和冷卻過程也較為劇烈。4、植被白天，植被對太陽輻射有阻擋作用，溫度比裸地低；夜晚植被能阻攔地面輻射，溫度比裸地高。第二章大氣的熱能和溫度1.氣溫日變化（三）地面溫度和大氣溫度的變化---空氣溫度變化特點：晝高夜低，最高和最低溫度，最高氣溫出現(xiàn)在14點左右，最低氣溫出現(xiàn)在日出前（清晨4點左右）。日較差：一日中最高氣溫與最低氣溫之差。低緯＞高緯；陸上＞海上；夏季＞冬季；晴天＞陰天；低海撥＞高海撥。凹地＞平地＞凸地第二章大氣的熱能和溫度2.年變化特點：夏高冬低，月平均氣溫有一個最高值和一個最低值。陸地：北半球七月最高、一月最低，南半球相反；海洋：比陸地遲后一個月左右。年較差：一年中月平均最高氣溫與月平均最低氣溫之差。高緯＞低緯；陸＞海；低海拔＞高海拔；凹地＞平地＞凸地土壤溫度會隨著地表附近氣溫的變化而呈現(xiàn)季節(jié)性起伏和晝夜變化。由于太陽輻射周期性日變化和年變化的影響，土壤溫度也發(fā)生相應(yīng)的變化。1.土壤溫度的日變化(1)表層溫度變幅大，越往底層變化小，直至趨于穩(wěn)定。(2)當天日出后，太陽輻射增加，土壤熱量增加；在13點左右熱量積累達最大值，此時地面溫度達最高值。日出前降至一天中的最低值。土壤增熱隨深度的增加而減小。（三）地面溫度和大氣溫度的變化---土壤溫度變化土壤溫度日較差：一日中最高氣溫與最低氣溫之差。深色＞淺色，晴天＞陰天；低緯度＞高緯；陸上＞海上；夏季＞冬季；低海撥＞高海撥；凹地＞平地＞凸地；裸地＞植被地2.土壤溫度年變化北半球，土溫的年變化是7-8月最高，1-2月份達到最低；夏季上層高下層低，冬季上層低而下層高；大約每增加1米，最高和最低溫度出現(xiàn)時間向后推遲20-30天。

地溫包括表層土壤（下墊面）溫度和不同深度的土壤溫度的統(tǒng)稱。表層土壤溫度包括裸露土壤表面的地面溫度、草面（或雪面）溫度及最高、最低溫度。淺層地溫包括離地面5，10，15，20厘米深度的地中溫度;較深層地溫包括離地面40，80，160，320厘米深度的地中溫度。我們一般觀測淺層地溫。測量地溫的儀器主要有玻璃液體地溫表和鉑電阻地溫傳感器。土壤溫度測定

每天北京時間2時、8時、14時、20時進行四次或8時、14時、20時進行三次觀測。根據(jù)需要可增加觀測次數(shù)。最高、最低溫度表只在20時觀測一次。觀測時間？土壤溫度的日變化和年變化需要定點進行觀測。土壤表層溫度可用曲管地溫計測量；土壤深層溫度可用直管地溫計測量；如進行臨時性土壤溫度調(diào)查，可用輕便插入式地溫計測量。觀測時間可在全年進行，也可在植物生長季節(jié)進行。測定土壤溫度是為了解土壤環(huán)境條件，從而可以有效地調(diào)節(jié)控制土壤溫度，使其有利于植物用于地溫觀測的溫度表1.地面溫度表

地面溫度表（又稱０厘米溫度表），地面最高和最低溫度表的構(gòu)造和原理，與測定氣溫用的溫度表基本相同。用于地溫觀測的溫度表

2.曲管地溫表5,10,15,20厘米曲管地溫表的構(gòu)造和原理基本同上，只是表身下部伸長、長度不一，并且在感應(yīng)部分上端彎