褚兆輝

（滕州市土肥工作站 山東，棗莊277599）

1 背景

我國是糧食進口大國，其氣候特征決定了西部地區(qū)干旱、土地荒漠化導致土壤沙漠化和鹽漬化，加之老少邊地區(qū)過度開發(fā)，土地肥力大幅下降，耕地面積逐年減少[1-2]。對于年降水量少、土地資源豐富的地區(qū)，研究含水量與溫度變化關系，能加強當?shù)貙邓Y源的有效利用，對實現(xiàn)當?shù)厣鷳B(tài)平衡復原、農(nóng)業(yè)發(fā)展有著重要意義。一般而言，土壤水分和溫度是植物進行營養(yǎng)物質(zhì)汲取的必要條件，這兩者通過不同層面影響植物發(fā)育生長[3]。通過單要素分析，對不同含水量、不同地溫條件下變化規(guī)律研究，可研究出當?shù)刂脖簧L發(fā)育的事宜條件。

土壤含水量測定方法的分類，受各學者因研究目的、手段、途徑與對象尺度不同而提出的分類原因不盡相同，沒有統(tǒng)一的標準。目前發(fā)展成為三大類：取樣-定位、遙感監(jiān)測、模型模擬測量法[3]。根據(jù)本次研究內(nèi)容，采用取樣可以實現(xiàn)特定區(qū)域內(nèi)含水量測定。

2 土壤含水量與溫度變化影響

2.1 不同含水量對溫度的影響

2.1.1 實驗步驟 采用同一區(qū)域內(nèi)的土壤作為實驗樣本，首先進行三天自然晾干，降低土壤的初始含水量，使得后期加入水后土壤不過飽和；晾干完成后，將土壤重新混合均勻，并取100克為一份，分為30份；按編號1至5對裝入燒杯的土壤進行編號；總共獲得6組；將6實驗組分別裝入溫度為15攝氏度的保溫箱，并在一段時間后測量土壤溫度，保證其初始溫度為15攝氏度；將組1作為原始對照組，不加入水，組2、組3、組4、組5、組6分別加入5、10、15、20、25毫升水；待水分充分吸收后，將每組置于同樣光照條件下；每間隔1分鐘記錄每組測得溫度，待溫度變化達到穩(wěn)定后3分鐘停止實驗。

2.1.2 實驗結果與分析 首先進行土壤的含水量計算，按照土壤含水量公式得到組1數(shù)據(jù)。參考公式如下：

式（1）中X代表含水量，用百分比表示；代表原始土重；代表烘干后稱得土重。因此，組1含水量計算結果為15.8%，同理計算得到組2至組6含水量分別為21.7%、27.5%、33.3%、39%、44.8%。表1為實驗組數(shù)據(jù)詳情，其中每組數(shù)據(jù)為5個樣本求得平均值。同時按照6組測得溫度變化，得到表2數(shù)據(jù)。同樣，溫度為每組數(shù)據(jù)5個樣本測得的平均值。

根據(jù)表2可知，當實驗組1土壤未加入水時，土壤受溫度影響每分鐘均會發(fā)生變化，當?shù)竭_11分鐘后溫度趨于穩(wěn)定；實驗組2加入5g水時，土壤受溫度影響與實驗組1呈現(xiàn)同樣的變化趨勢，且提前在8分鐘后趨于穩(wěn)定；實驗組3同樣變化明顯，且在11分鐘后溫度趨于穩(wěn)定；實驗組4、5、6在前期變化不快，水分保持溫度作用明顯，均在11分鐘左右才達到24攝氏度，由于組6含水量最高，所以在14分鐘才達到實驗測量溫度。根據(jù)測得數(shù)據(jù)可以得到6個實驗組溫度變化情況曲線，如圖1所示。

根據(jù)圖1可知，組6含水量影響溫度測量，可能時造成10分鐘時測量溫度下降趨勢的原因，但整體趨勢變化明顯，含水量較多的實驗組在溫度變化趨勢上比較平穩(wěn)，而含水量低的實驗組溫度變化快，且趨勢一致，到達最高溫度時間最短。

表1 實驗組含水量數(shù)據(jù)詳情

圖1 實驗組溫度變化情況曲線

表2 實驗組溫度數(shù)據(jù)詳情

2.2 不同溫度對含水量的影響

2.1.1 實驗步驟 按照不同含水量溫度變化實驗配置同樣組數(shù)的土壤，組1為加5g水實驗組、組2為加15g水實驗組、組3為加25g水實驗組。由此獲得3組不同含水量的實驗對照組。將3組土壤分別置放在恒溫15℃保溫箱內(nèi)，待測得溫度一致時，分別以20℃、25℃、30℃、35℃、40℃對實驗組進行烘干，待重量達到86.3g且不再發(fā)生變化時進行計時。

2.1.2 實驗結果與分析 實驗組1、2、3分別進行加熱后，測得不同時間到達土壤干重，且三組變化趨勢有明顯差別，在含水量較多時，由于蒸發(fā)帶走熱量，且蒸發(fā)速率受溫度影響變化較快，更容易達到干重。因此在進行實驗室要注意記錄不同實驗組之間的時間差異，具體測量結果如表3所示。

表3 不同溫度下土壤水分蒸發(fā)速率

根據(jù)表3可知，土壤蒸發(fā)速率受含水量影響，呈正相關特性，當土壤含水量較少時，溫度越高，蒸發(fā)越快，土壤對水的保持力最?。划斖寥篮枯^多時，溫度影響含水量變化趨勢需時較長，因此土壤溫度變化更加線性，適合農(nóng)作物生長發(fā)育。

3 相關誤差分析

3.1 測量誤差

測量誤差屬于隨機誤差的一種，在進行實驗時采用多組平均的方法可以有效減少因實驗過程人為因素、儀表測量等造成的結果偏差。在進行不同含水量對溫度的影響實驗時，水量加入每次不能保證完全一致，可以通過5個樣本求平均來減少這類誤差對結果產(chǎn)生的影響；在溫度計測量分鐘溫度時，人為因素導致時間上的差異和溫度計誤差均可能引起結果偏差，因此要多人協(xié)作完成實驗，保證時間上的一致性和溫度計讀數(shù)客觀性；在對組6進行實驗時出現(xiàn)了溫度下降的情況，可能原因是人為誤讀造成，因此可以由下降前后兩次測量得到溫度進行平滑處理，實驗結果仍保持了溫度變化的一致性。

3.2 系統(tǒng)性誤差

系統(tǒng)誤差屬于不可避免誤差，在進行第二次溫度影響含水量實驗時，可明顯得知在對土壤加熱時，由于土壤結構特性，溫度無法從低至頂保持一致，因此土壤受熱不均會引起測量的誤差，所以在實驗結果計算時同樣采用5個樣本結果進行平均處理，并保持土壤在盡可能大的容器內(nèi)均勻平鋪。同時，由于測量儀器受溫度影響，可能會導致蒸發(fā)至干重并測量時間的過程出現(xiàn)較大誤差，因此對測量儀器的選擇上要考慮耐熱性，不能因熱噪引起傳感器誤測量。為此，可以將不同溫度下，盛器測得重量作為參考標準，以此判斷測量儀器是否受溫度影響發(fā)生誤差。

4 總結

根據(jù)實驗可知，當土壤吸收或散失熱量時，溫度變化趨勢取決于土壤熱容量，而根據(jù)土壤組成、結構不同，對水分的保持作用也不盡相同，由于水的熱容量高于土壤，且熱傳導效率低于土壤，適當?shù)暮靠梢允雇寥谰哂辛己玫谋刈饔?。因此，在較為干旱的地區(qū)可以適當增加灌溉頻率和容量，而較為濕潤的地區(qū)相應減少；在土壤面積較廣闊時，農(nóng)作物生長需要土壤保持一定水分，日照強烈時合理增加灌溉水量，使溫度保持緩慢變化，夜間保持較少水量，可讓土壤具有一定保溫作用即可。

根據(jù)現(xiàn)有資料顯示，農(nóng)作物生長除了要保證土壤含水量以外，還需在土壤表面鋪設保溫隔熱材料，通過熱輻射效應來保證地表溫度的穩(wěn)定。因此，土壤含水量保持可以通過秸稈等作物鋪設、地表覆膜等技術手段實現(xiàn)；同時，合理利用引水溝渠，實現(xiàn)系統(tǒng)性灌溉，保持土壤含水量在合理范圍內(nèi)，對農(nóng)作物生長具有重要意義。