日光溫室甜瓜根區(qū)土壤溫度的時空變化

日光溫室甜瓜根區(qū)土壤溫度的時空變化

膜下灌溉是采用滴灌技術(shù)和覆膜栽培技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。地膜覆蓋具有增溫、節(jié)水、早熟、增產(chǎn)等作用,對于北方冬季溫室生產(chǎn)是非常有利的。溫度對作物的生長發(fā)育影響顯著,是作物生命活動的最基本要素,也是控制微生物活性和植物生長過程的重要因素之一［１］。土壤溫度對作物生長的影響比氣溫更加直觀［２］。但土壤溫度過低或過高都會極大地影響農(nóng)作物的生長狀況。Chopra等［３］采用不同覆蓋方式提高土壤溫度,表明透明聚乙烯覆蓋時土壤溫度提高最大,土壤溫度越高,小麥出苗率越高。王鐵良等［４］研究了溫室內(nèi)不同灌溉方式對土壤溫度變化規(guī)律的影響效應(yīng)以及土壤溫度的變化梯度。李振東等［５］研究了不同地面覆蓋對日光溫室黃瓜地溫、耗水量和產(chǎn)量的影響。Bryla等［６］研究表明土壤溫度和含水量的變化對柑橘根系呼吸有一定影響。Song等［７］采用不同高度和密度的蘆葦秸稈進行模擬試驗研究,表明植被高度和密度對土壤溫度和空氣溫度有一定影響。但在日光溫室冬季膜下滴灌條件下對土壤溫度變化的影響因素及土壤溫度與影響因素相關(guān)關(guān)系需要進一步深入研究。現(xiàn)以日光溫室膜下滴灌秋冬茬甜椒為試材,在不同灌水定額條件下通過溫室內(nèi)小區(qū)試驗,研究了北方冬季日光溫室土壤溫度的影響因素及變化規(guī)律,以期為北方冬季溫室生產(chǎn)的日常管理提供科學依據(jù)。1材料和方法1.1試驗基地和海淡地區(qū)試驗于2012年9月至2013年2月在沈陽農(nóng)業(yè)大學水利學院綜合試驗基地的日光溫室中進行,溫室覆蓋無滴聚乙烯薄膜。試驗基地位于沈陽市東郊的天柱山南麓,地處北緯41°44′、東經(jīng)123°27′,海拔44.7m。該地區(qū)屬于溫帶半濕潤大陸性氣候,日照充足,雨熱同期,年平均氣溫6.2~9.7℃,全年降水量600~800mm,全年無霜期155~180d,受季風影響,降水集中在夏季,溫差較大,四季分明,春、秋兩季氣溫變化迅速,持續(xù)時間短,氣溫由西南向東北遞減。1.2地下水埋深對土壤水分的影響供試作物為日光溫室秋冬茬甜椒。溫室內(nèi)土壤為棕壤土,土層深厚,土壤肥力較高,質(zhì)地比較均一,土壤容重γ=1.52g/cm３,土壤田間持水量θｆ=40.5%(體積含水率)。地下水埋深大于5m,不考慮地下水補給對土壤水分狀況的影響。供試土壤的養(yǎng)分狀況見表1。1.3水分處理和試驗小區(qū)1.3.1試驗布置甜椒采用大壟雙行種植,壟寬1.2m。每個處理壟長2.5m,每大壟上種植甜椒10株,2行分布。試驗灌溉方式為重力膜下滴灌。滴灌采用內(nèi)鑲式滴灌帶,滴灌管鋪設(shè)在地表,出水孔間距30cm,以細流局部濕潤作物根部附近土壤。設(shè)4個水分處理,即T1、T2、T3、T4,每個處理3次重復(fù),隨機排列。各處理之間用埋深60cm的塑料薄膜隔開,以防水分互滲。試驗小區(qū)布置見圖1(相同圖案填充代表相同水分處理)。1.3.2試驗設(shè)計將甜椒全生育期劃分為苗期、開花著果期、結(jié)果盛期和結(jié)果后期4個階段。根據(jù)甜椒各個生育期需水量不同,以不同生育階段的灌水定額為灌水控制指標進行秋冬茬甜椒膜下滴灌試驗設(shè)計。試驗灌水定額不包括定植水,甜椒定植后,每個處理適當灌溉定植水1次,以保證甜椒成活。甜椒灌溉制度試驗設(shè)計見表2。1.4土壤含水率的測定土壤含水率采用德國進口的時域反射儀(TDR)測定。2次灌水之間(每個生育期至少測1次)按時段連續(xù)監(jiān)測土壤水分,灌水前后加測,每條壟中間埋設(shè)1根Trime管,分別監(jiān)測深度為0~10、10~20、20~30、30~40cm的土壤含水率。土壤溫度采用金屬曲管地溫計測量,測量深度為5、10、15、20、25cm,每天早9:30、12:00、15:30觀測3次數(shù)據(jù),并對每個生育期測2次地溫日變化,從8:30~15:30每1h測1次,同時采用環(huán)境監(jiān)測儀對日光溫室內(nèi)溫度進行實時監(jiān)測。2結(jié)果與分析2.1灌溉對土壤溫度的影響灌溉是溫室蔬菜栽培水分需求的最主要甚至是唯一的補給方式［８］,由于不同水分處理所導致的土壤水分剖面狀態(tài)和土壤含水率的不同,引起土壤的導熱率和熱容量也不同,造成不同水分處理土壤溫度變化規(guī)律也不同。因此,灌溉是改變土壤熱狀況的最主要原因。從圖2可以看出,甜椒全生育期內(nèi),各水分處理根區(qū)土壤溫度變化趨勢相同。根區(qū)25cm深度范圍內(nèi)土層平均溫度均隨灌水定額的增大而減小。2.2土壤溫度日變化從圖3~6可以看出,沿土層垂直方向表層土壤溫度變幅最大,而隨著土層深度的增加,土壤溫度變幅逐漸減小,最深層土壤溫度基本不變。各層土壤最高溫度值出現(xiàn)時間不同,在8:30~14:30之間,各處理各層土壤溫度均處于升溫過程。但整個溫度的日變化中,各處理在深度5cm處,最高值分別出現(xiàn)在11:30、14:30、14:30、13:30,最高溫度分別為19、20、23、22℃,而10、15、20、25cm處在8:30~15:30之間,土壤溫度基本均處于上升過程。在8:30~15:30之間,4個水分處理的土壤溫度高低均隨深度的增加而降低?？梢?各層最高溫度出現(xiàn)時間隨土層深度的增加依次推遲,驗證了土壤熱傳導對太陽輻射的變化具有滯后性。2.3土壤溫度日變幅及與土層深度的關(guān)系土壤剖面地溫的日變幅值指在5~25cm土壤剖面深度內(nèi)地溫的最大值與最小值之差。從表3可以看出,各處理土壤溫度最大日變幅均發(fā)生在12:30時,為6.0~8.5℃,其次是15:30時,變幅為4.2~5.6℃,最小變幅發(fā)生在8:30時,變幅為1.5~2.0℃;不同灌溉處理土壤溫度日變幅變化規(guī)律一致,隨深度變化越來越小,呈遞減趨勢。5、10、15cm的日變化幅度比較大,20cm和25cm處變化趨勢平緩,5、10、15、20、25cm處日變化幅度分別為6.7~8.5、5.0~7.0、2.8~4.6、2.0~3.0、0.5~1.5℃;土壤溫度最大日變幅發(fā)生在T2處理,其次是T1處理、T3處理,T4處理的最小;從各時刻不同深度土壤溫度日變幅擬合回歸及相關(guān)系數(shù)可以看出,在不同灌水定額條件下,各處理15:30時的土壤溫度與土層深度最大相關(guān)系數(shù)最大,8:30時最小。而對于相同時間不同處理而言,T1的相關(guān)系數(shù)最大,其次是T2、T4、T3。所以T1處理15:30時土壤溫度日變幅與土壤深度相關(guān)系數(shù)最大0.9771,相關(guān)性最密切,而T3處理8:30時土壤溫度變幅與土壤深度相關(guān)系數(shù)最小,為0.0013。綜上可知,灌水定額對土壤溫度日變幅與土壤深度的相關(guān)性有一定影響,但影響不大。2.4土壤溫度與環(huán)境因子的關(guān)系土壤溫度的變化受環(huán)境因子的影響,各個環(huán)境因子之間相互影響較大。該試驗通過通徑分析的方法,分析土壤溫度與各環(huán)境因子的關(guān)系及其綜合效應(yīng)。土壤溫度取表層土壤的溫度進行分析,即5cm處的土壤溫度。從表4可以看出,土壤含水率對土壤溫度的相關(guān)系數(shù)為-0.7574,直接通徑系數(shù)為-0.7021,且溫室溫度和光照強度所起的間接效應(yīng)為負值,而通過溫室濕度所起的間接效應(yīng)為正值。說明降低土壤含水率可提高土壤溫度。溫室溫度對土壤溫度的相關(guān)系數(shù)為0.6512,直接通徑系數(shù)為0.6172,且土壤含水率和光照強度所起的間接效應(yīng)為正值,而通過溫室濕度所起的間接效應(yīng)為負值,提高溫室溫度有利于提高土壤溫度。溫室濕度對土壤溫度的相關(guān)系數(shù)為-0.1872,直接通徑系數(shù)為0.7218,且土壤含水率、溫室溫度和光照強度所起的間接效應(yīng)為負值,降低溫室濕度有利于提高土壤溫度。光照強度對土壤溫度的相關(guān)系數(shù)為-0.0549,直接通徑系數(shù)為0.1229,且土壤含水率和溫室溫度所起的間接效應(yīng)為正值,而溫室濕度所起的間接效應(yīng)為負值。光照強度對土壤溫度的直接通徑系數(shù)為正值,相關(guān)性為負相關(guān),這是光照強度通過溫室濕度具有較大的負間接效應(yīng)所致。綜上所述,環(huán)境因子與土壤溫度相關(guān)性為土壤含水率>溫室溫度>溫室濕度>光照強度,直接作用的關(guān)聯(lián)程度為溫室濕度>土壤含水率>溫室溫度>光照強度,其中溫室濕度和光照強度對土壤溫度的直接作用為正效應(yīng),與對應(yīng)的土壤溫度相關(guān)性為負相關(guān)。通過土壤溫度與環(huán)境因子進行通徑分析,得出土壤含水率、溫室溫度、溫室濕度和光照強度對土壤溫度的決定系數(shù)總和為∑D=0.8899,∑D越接近1,說明以上4個環(huán)境因子為影響土壤溫度的主要因素,分析結(jié)果能夠表達土壤溫度與環(huán)境因子的真實關(guān)系。土壤含水率與溫室溫度對土壤溫度的相關(guān)性和直接效應(yīng)均較大,說明為改善秋冬茬甜椒生長環(huán)境,應(yīng)提供甜椒適宜的土壤溫度,重點把握土壤含水率和溫室溫度2個因素。3灌溉定額對土壤溫度的影響