任 濤,賈志峰,3,王 智,3,4,5,盧玉東,3,劉秀花,3,鐘 哲

(1. 長安大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054；2. 長安大學(xué)旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054；3. 長安大學(xué)水與發(fā)展研究院，陜西 西安 710054；4. 西北農(nóng)林科技大學(xué)水利工程與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100;5. 美國加利福尼亞州州立大學(xué)弗雷斯諾分校地球與環(huán)境科學(xué)系，美國 加州弗雷斯諾 93740)

毛烏素沙漠是中國典型的土地荒漠化地區(qū)，隨著諸多生態(tài)措施的實(shí)施，毛烏素沙漠得到有效治理，植被生長得到極大改善[1-2]。然而，該地區(qū)年均降雨量少，時(shí)空分布不均，蒸發(fā)強(qiáng)烈，生態(tài)環(huán)境脆弱，且已經(jīng)受氣候變化和人類工程活動(dòng)影響。毛烏素沙漠仍然存在許多隱患，如地下水位下降、固沙植被減少甚至死亡等，這使植物固沙等有效措施效果減弱[3-5]。研究不同覆蓋方式對(duì)毛烏素沙漠地區(qū)土壤溫度變化的影響，有助于研究如何減少該地區(qū)土壤水分蒸發(fā)、有效利用雨水資源，為該地區(qū)植被恢復(fù)提供參考[6-10]。黑色地膜覆蓋能夠起到增溫保墑、抑制雜草生長和減少土壤蒸發(fā)等作用，在農(nóng)業(yè)和植被恢復(fù)中被廣泛使用[11]。隨著壟溝集雨技術(shù)的發(fā)展，壟上覆蓋地膜作為主要集雨區(qū)，壟溝處不覆蓋作為種植區(qū)，增溫保墑及雨露疊加效果顯著，使干旱半干旱區(qū)土壤溫度和雨水利用效率顯著提高[12-15]。已有研究表明，土壤溫度是土壤水分蒸發(fā)的一個(gè)重要指標(biāo)[16]。同時(shí)，采用地膜+防草地布覆蓋能夠有效延長地膜的使用壽命，減少地膜破碎化對(duì)土壤的污染[17],進(jìn)一步起到增溫保墑的作用；而采用防草地布覆蓋也具有增溫保墑的作用。因此，本文設(shè)置地膜+防草地布覆蓋(MB)、防草地布覆蓋(DB)以及裸地CK 3組處理方式，在毛烏素沙漠東緣風(fēng)沙灘區(qū)選取典型試驗(yàn)點(diǎn)，開展地膜+地布覆蓋條件下土壤溫度原位監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，研究地膜+地布覆蓋條件下的土壤溫度變化規(guī)律、保溫效果以及氣象因子對(duì)土壤溫度的影響，為該地區(qū)植被恢復(fù)技術(shù)的發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在國家林業(yè)局榆林荒漠生態(tài)站開展。榆林站(109.701°E，38.363°N)位于黃土高原和鄂爾多斯高原過渡區(qū)，陜西省榆林市西北部(圖1)。該地海拔1 114 m左右，多年平均氣溫約8.4℃，多年平均降雨量397.1 mm，多年平均蒸發(fā)量為1 611 mm，地下水水位埋深約為9 m，氣候?qū)儆谂瘻貛Ц珊祬^(qū)，是典型的毛烏素沙漠風(fēng)沙灘區(qū)[1-2,18]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在試驗(yàn)站選取地勢(shì)平坦裸地試驗(yàn)區(qū)，占地面積約400(20 m×20 m)m2，平地起壟并對(duì)其做不同覆蓋處理，如圖2所示：a.雙壟表面覆蓋黑色地膜，再在其上覆蓋黑色防草地布，即地膜+地布處理(MB)；b.雙壟表面僅覆蓋防草地布(DB)；c.裸地對(duì)照(CK)。主要監(jiān)測(cè)的氣象因子包括降雨、露水、大氣溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向等。試驗(yàn)基于地膜易破碎、經(jīng)濟(jì)成本高、土壤污染嚴(yán)重的問題，引入防草地布材料，以保護(hù)地膜，可進(jìn)行長期布設(shè)[17-18]。選擇地膜+地布覆蓋及地布覆蓋兩種覆蓋方式，其優(yōu)點(diǎn)還在于能夠節(jié)約每年因更換地膜而造成的人力和物力損失，也能夠減少土壤污染。

圖1 試驗(yàn)點(diǎn)地理位置Fig.1 Geographical location of the experimental site

試驗(yàn)中壟寬和溝寬取決于作物生育期降雨量和頻率、蒸散發(fā)量和需水量等，依據(jù)水量平衡原理確定如下：

P×(M+F)=F×Et

(1)

式中，P為降雨量(mm);M為膜布覆蓋面積(m2);F為溝面積(m2);Et為土壤蒸發(fā)和植物蒸騰的總耗水量(mm)。

注 Note:a 雨量計(jì) Rain gauge; b 露水儀(LWS) Dew sensor; c 大氣溫濕度儀 Atmospheric temperature and humidity sensor; d 風(fēng)速風(fēng)向儀 Wind sensor; e 數(shù)據(jù)采集器 Data logger (Em50).圖2 田間地表試驗(yàn)布設(shè)及監(jiān)測(cè)設(shè)備Fig.2 Field surface test layout and monitoring equipment

由公式(1)得壟-溝寬度比為：

(2)

式中，Et和P均按全年計(jì)算。為了最大限度滿足植物用水需求，Et應(yīng)按最大值Et0處理(短草的潛在蒸騰量)，Et0為生長旺盛、高度整齊、不缺水而且地面完全被覆蓋的低矮青草地(草高8～15 cm)的騰發(fā)量，單位為mm。

氣象資料表明[19]，榆林地區(qū)Et0為1 003 mm，該地區(qū)的年均降雨量為397.1 mm。各作物中，冬小麥耗水最多，在此定為Et0。則所有作物都按此計(jì)算，可保證溝內(nèi)土壤蓄水量超出預(yù)期，防止某一時(shí)段降雨量不足引起的干旱。因此，計(jì)算出壟、溝寬度比為1.53，本試驗(yàn)中即選擇壟寬100 cm，溝寬60 cm。

據(jù)以上壟溝尺寸，人工挖取沙土，使之中間形成一道分水嶺且兩邊呈低壟狀。壟寬100 cm，溝寬60 cm，壟高10 cm，壟長360 cm(3組處理長度各為120 cm，各個(gè)處理間用地膜材料沿著壟的縱剖面進(jìn)行隔離，隔離深度為30 cm，減少不同處理間的相互影響)。壟面保證平整且無雜草。起壟后，地膜+地布處理段先覆蓋黑色地膜，以減少蒸發(fā)、收集雨水、保墑增溫，覆膜時(shí)保證地膜與壟面緊貼，選用厚0.008 mm、寬1 m、長1.2 m的黑色地膜；地膜覆蓋完成后，其上再覆蓋防草地布，以保護(hù)地膜，選用厚1 mm、寬1 m、長1.2 m的黑色地布。地布處理僅在土表覆蓋黑色地布(長1.2 m)，以防雜草生長，減少蒸發(fā)并收集雨水。

針對(duì)地膜+地布、地布、裸地處理分別在壟溝中心處的垂直剖面上布設(shè)相應(yīng)傳感器，地下設(shè)備安裝位置如圖3，距離地表5、15 cm處布設(shè)土壤水分溫度傳感器；距地表5、15、30 cm處布設(shè)土壤水勢(shì)溫度傳感器。另外，在裸地區(qū)距離地表2 cm處布設(shè)土壤水分溫度傳感器。以上地表、地下設(shè)備所記錄數(shù)據(jù)均由EM50數(shù)據(jù)采集器自動(dòng)采集記錄，采集間隔為30 min。數(shù)據(jù)采集時(shí)間為2017年11月1日—2018年10月31日。監(jiān)測(cè)儀器參數(shù)及安裝位置高度見表1。

圖3 田間地下試驗(yàn)布設(shè)及監(jiān)測(cè)設(shè)備Fig.3 Field underground test layout and monitoring equipment.

1.3 數(shù)據(jù)處理

法國的德列奧米爾于1735年研究發(fā)現(xiàn)，地積溫對(duì)植物生長起著非常重要的作用，通常將日平均溫度在5℃以上的時(shí)期稱為植物生長期，春季≥5℃的初日即是早春植物的種植開始日[20-22]。選取5℃作為生物學(xué)下限溫度。地積溫(≥5℃)計(jì)算公式如下[23]：

(3)

式中，Aε為地積溫(≥5℃)，Ti為當(dāng)日平均地溫，n指計(jì)算時(shí)間(d)。

利用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析處理，采用Origin 8.0軟件繪圖，采用Suffer 11軟件繪制等值線圖，采用SPSS 25軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣象要素分析

監(jiān)測(cè)期內(nèi)降雨量及近地表大氣溫度變化如圖4。監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)降雨量為634.2 mm，日最大降雨量為56.8 mm(2018年8月10日)，7—8月降雨量占總降雨量的62.9%，2017年11月—2018年2月降雨量僅為0.4 mm，占總降雨量的0.06%，降雨量季節(jié)分布不均；本水文年共發(fā)生71次降雨，5 mm以下的降雨達(dá)到36次，占總降雨次數(shù)的50.7%，50 mm以上暴雨發(fā)生1次。該周期內(nèi)近地表大氣日平均最高溫度為27.8℃(2018年8月6日)，最低溫度為-17.4℃(2017年12月16日)，平均氣溫為7.9℃。

試驗(yàn)站風(fēng)速及風(fēng)向分布見圖5，4月平均風(fēng)速最大，為1.9 m·s-1,12月風(fēng)速最小，為0.9 m·s-1。風(fēng)速季節(jié)變化呈現(xiàn)春夏大、秋冬小的分布特點(diǎn)。試驗(yàn)站全周期內(nèi)資料統(tǒng)計(jì)中，靜風(fēng)頻率占21.2%，偏北風(fēng)占18.9%，偏東風(fēng)占24.0%，偏南風(fēng)占14.0%，偏西風(fēng)占21.9%。

表1 設(shè)備型號(hào)及安裝

圖4 試驗(yàn)期內(nèi)降雨量及大氣溫度變化Fig.4 Rainfall and atmospheric temperature changes in the test period

圖5 試驗(yàn)期內(nèi)風(fēng)速及風(fēng)向頻率Fig.5 Wind speed and wind direction frequency in the test period

2.2 土壤溫度變化特征

2.2.1 土壤溫度日變化特征 為了消除隨機(jī)天氣過程的影響，對(duì)試驗(yàn)中同一深度同一時(shí)刻不同日期的值進(jìn)行累加，求平均值，得到3個(gè)處理下各個(gè)深度土壤溫度的日平均變化過程(圖6)?？梢钥闯觯?個(gè)處理下各個(gè)深度處的土壤溫度日變化均呈現(xiàn)正弦曲線變化；同一深度處，MB的峰值、谷值出現(xiàn)時(shí)間與DB的峰值、谷值出現(xiàn)時(shí)間基本一致；在不同土壤深度處的變化呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：距地表5 cm處，MB(DB)的峰值、谷值出現(xiàn)時(shí)間分別在16∶00和8∶00左右，與CK相比，峰值提前1 h，谷值滯后1 h；MB和DB的土壤溫度日較差分別比CK高2.9℃和2.3℃。距地表15 cm處，MB(DB)峰值、谷值分別出現(xiàn)在18∶00和9∶00左右，與CK相比，峰值提前2 h，谷值滯后2 h； MB和DB的土壤溫度日較差分別比CK高1.7℃和1.9℃。距地表30 cm處，MB(DB)峰值、谷值分別出現(xiàn)在21∶00、12∶00左右，與CK相比，峰值提前3 h，谷值滯后2 h；MB與DB的土壤溫度日較差一致，均比CK高0.9℃。

對(duì)不同深度處土壤溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析(SSR法)，年平均土壤溫度及顯著性見表2。結(jié)果表明，在5、15、30 cm處，MB區(qū)年平均土壤溫度分別比DB區(qū)高0.55℃、0.55℃、0.41℃，比CK區(qū)高1.05℃、0.80℃、1.01℃，均表現(xiàn)為極顯著差異；在5 cm和30 cm處，DB區(qū)年平均土壤溫度分別比CK區(qū)高出0.50℃和0.60℃，而在15 cm處DB區(qū)年平均土壤溫度高于CK區(qū)0.24℃。說明同一深度處不同處理的年平均土壤溫度之間存在顯著性差異，即MB比DB保溫效果顯著，DB比CK保溫效果顯著。

圖6 不同處理?xiàng)l件下土壤溫度日變化Fig.6 Diurnal variation of soil temperature under different treatment conditions

表2 年平均土壤溫度方差分析

注：不同小寫字母表示同一深度處不同處理差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示同一深度處不同處理差異極顯著(P<0.01)。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference among different treatments at the same depth (P<0.05), and different capital letters indicate extremely significant difference among different treatments at the same depth (P<0.01).

3個(gè)處理5、15 cm和30 cm土壤深度的溫度時(shí)空變化見圖7?？梢钥闯?，3個(gè)處理各層土壤溫度的峰值和谷值都存在隨深度滯后的現(xiàn)象，即出現(xiàn)“右傾”。同一處理下，各層土壤溫度日變化的位相呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：CK處理下與5 cm相比，15 cm處位相滯后約3 h，30 cm處位相滯后約7 h；MB與DB處理下，與5 cm相比，15 cm處位相滯后約2 h，30 cm處位相滯后約6 h。因此，同一處理下，各層土壤溫度日變化的位相隨著深度逐層滯后，且深度越深，滯后時(shí)間越長。

選取4個(gè)典型日代表春、夏、秋、冬四季的土壤溫度變化趨勢(shì)，本文選擇四季的典型日為：春季(2018年4月17日)、夏季(2018年7月30日)、秋季(2018年10月23日)、冬季(2018年1月15日)。四季典型日的土壤溫度隨深度變化見圖8。由圖可知，春季為土壤凍融轉(zhuǎn)換期，MB區(qū)5、15 cm和30 cm的日均土壤溫度比DB區(qū)分別高出0.6、0.5℃和0.3℃，比CK分別高出2.0、1.9℃和2.0℃；夏季與春季變化趨勢(shì)基本一致，其MB區(qū)5、15 cm和30 cm的土壤溫度比DB區(qū)分別高出0.9、0.8℃和0.5℃，比CK分別高出1.5、1.5℃和1.8℃；秋季是土壤由消融階段開始進(jìn)入凍結(jié)階段，5 cm土壤深度處MB區(qū)的土壤溫度比DB和CK分別高0.7℃和1.2℃，15和30 cm土壤深度處DB區(qū)土壤溫度較CK區(qū)略高，但隨著深度的增加，二者基本一致；冬季土壤全部凍結(jié)，各層溫度均在0℃以下，其中5 cm土壤深度處MB區(qū)的土壤溫度比DB和CK分別高0.3℃和0.9℃，15 cm和30 cm土壤深度處DB區(qū)土壤溫度與CK區(qū)相同。

圖7 土壤溫度時(shí)空變化Fig.7 Spatial and temporal variation of soil temperature

圖8 典型日土壤溫度與土壤深度的關(guān)系Fig.8 Relationship between soil temperature and soil depth on a typical day

由此可知，春夏季土壤溫度隨著深度的增加而減小；秋冬季土壤溫度隨著深度的增加而增大；由淺層(5 cm)至深層(30 cm)夏季溫度最高(28℃～32℃)、春季次之(11℃～17℃)、秋季較低(7℃～11℃)、冬季最低(-6℃～3℃)。

2.2.2 土壤溫度年內(nèi)變化特征 3個(gè)處理5、15 cm和30 cm處的土壤溫度年內(nèi)變化見圖9。年內(nèi)變化整體趨勢(shì)均呈現(xiàn)正弦曲線變化，且與近地表大氣溫度變化趨勢(shì)一致，峰值均在8月份，谷值均在2月份，但由于大氣溫濕度、降雨等影響，土壤溫度年內(nèi)變化具有波動(dòng)性，3個(gè)處理不同深度處的日變幅較大，隨著深度的增加，日變幅減小。同一處理下，隨著土壤深度的增加，振幅依次減小。而同一處理下，隨著深度的增加，變化幅度依次減小。MB區(qū)5、15 cm和30 cm土層的年均溫度比DB區(qū)分別高出0.5℃、0.6℃和0.4℃，比CK分別高出1.0℃、0.8℃和1.0℃。由此可知，MB區(qū)土壤增溫效果最明顯。

土壤凍融是土壤水分對(duì)溫度的響應(yīng)，本文采用凍結(jié)開始日為土壤溫度日均值開始持續(xù)小于 0℃日，同理，解凍開始日為土壤溫度日均值持續(xù)大于0℃日[24-25]。3個(gè)處理不同深度處，最早開始凍結(jié)的是淺層5 cm 處，最晚開始凍結(jié)的是深層30 cm處，二者之間相差18 d。凍融期持續(xù)時(shí)間最長的是CK5,為101 d，最短的是MB30,為82 d。3個(gè)處理5、15 cm和30 cm處土壤層的凍結(jié)時(shí)間、解凍時(shí)間、凍融期長度見表3。由此可知，同一處理下，隨著深度的增加，凍結(jié)開始時(shí)間推遲，凍融期長度縮短；5、30 cm土層處，凍融期長度表現(xiàn)為CK最長、DB次之、MB最短。

2.2.3 地積溫(≥5℃)變化特征 圖10為3個(gè)處理不同深度處地積溫(≥5℃)的對(duì)比。MB區(qū)在5、15 cm和30 cm土壤深度處地積溫(≥5℃)比DB區(qū)分別高4.0%、4.0%和3.0%，比CK分別高8.0%、7.0%和9.0%；同一處理下，隨著深度的增加，地積溫(≥5℃)逐漸減小。由此可知，MB條件下的地積溫對(duì)當(dāng)?shù)刂参锏纳L期更加有利，對(duì)植被恢復(fù)有很大幫助。

圖9 土壤溫度年內(nèi)變化Fig.9 Intra-year variation of soil temperature

2.3 氣象因子對(duì)土壤溫度的影響

2.3.1 降雨對(duì)土壤溫度的影響 為研究降雨對(duì)3個(gè)處理5、15 cm和30 cm深度處土壤溫度的影響，選取2018年4月14日—4月30日時(shí)間段為例，4月22日18∶00—23日3∶30累積降雨量達(dá)35.4 mm，其余時(shí)間均無降雨發(fā)生。降雨對(duì)3個(gè)處理5、15 cm和30 cm深度處土壤溫度的影響見圖11。由圖可知，降雨開始前(即4月20—21日)土壤溫度出現(xiàn)降低現(xiàn)象，這取決于降雨前的天氣狀況等；降雨期間土壤溫度由于峰值、谷值均降低，變幅變小；降雨結(jié)束后，土壤溫度逐漸升高，且變幅開始變大，說明降雨對(duì)土壤溫度有一定的影響。由圖還可以得出，降雨前、降雨期間和降雨后，同一深度處土壤溫度日較差均以MB最大，DB次之，CK最小；同一處理下，隨著土壤深度的增加，降雨的影響明顯減弱。

表3 不同處理不同深度土層的凍結(jié)、解凍、凍融期

2.3.2 近地表大氣溫度對(duì)土壤溫度的影響 近地表大氣溫度與3個(gè)處理5、15 cm和30 cm深度處土壤溫度見圖12，由圖可得，近地表大氣溫度與3個(gè)處理不同深度處的土壤溫度均呈正相關(guān)(R2=0.901～0.971)，同一深度處，覆蓋條件下大氣溫度與土壤溫度的相關(guān)性最大，CK最小，說明近地表大氣溫度顯著影響土壤溫度，對(duì)覆蓋條件下土壤溫度的影響較大，CK較小。同一處理下，隨著深度的增加，近地表大氣溫度與土壤溫度相關(guān)性減小，即表明近地表大氣溫度對(duì)土壤溫度的影響隨著深度的增加逐漸減弱。

圖10 不同處理地積溫(≥5℃)對(duì)比Fig.10 Different processing accumulated greater than 5℃temperature contrast analysis diagram

圖11 降雨對(duì)土壤溫度的影響Fig.11 Influence of rainfall on soil temperature

圖12 近地表大氣溫度與土壤溫度的相關(guān)性Fig.12 Correlation between near-surface atmospheric temperature and soil temperature

3 討 論

地膜覆蓋有增溫保墑的作用，對(duì)旱區(qū)植物生長有益[26-27]。本研究表明，同一深度處，無論覆蓋還是裸地，土壤溫度日較差以MB最大，DB次之，CK最??；同一處理，比較5、15 cm和30 cm土壤深度處土壤溫度的日變化，隨著深度的增加，峰值、谷值均有所滯后，這與國內(nèi)許多學(xué)者的研究結(jié)果基本一致。韓璐等[28]、權(quán)晨等[29]、趙逸舟等[30]、趙維俊等[31]分別對(duì)柴達(dá)木盆地、祁連山林草復(fù)合流域、藏北高原、青藏高原高寒濕地的土壤溫度變化特征進(jìn)行研究得出，隨著土層深度的增加，振幅減小，位相逐層滯后，具有明顯的時(shí)滯效應(yīng)。各層土壤溫度日變化的位相隨著深度逐層滯后，且深度越深，滯后時(shí)間越長；涂鋼等[32]研究發(fā)現(xiàn)東北半干旱區(qū)退化草地的淺層土壤，20 cm土壤層比10 cm土壤層溫度變化滯后2.0～3.0 h,10 cm土壤層比5 cm土壤層滯后0.5～1.5 h,5 cm土壤層比2 cm土壤層滯后0.5～1.0 h，比較可見，雖然不同下墊面上土壤溫度變化趨勢(shì)一致，但變化的振幅、位相及其滯后時(shí)間均有所不同。對(duì)不同深度處3個(gè)處理的土壤溫度進(jìn)行方差分析(SSR法，P<0.05)，結(jié)果表明3個(gè)處理5、15、30 cm處，均表現(xiàn)為MB比DB處理保溫效果顯著，DB比CK處理保溫效果顯著;吳賢忠等[33]研究發(fā)現(xiàn)地膜覆蓋可以起到很好的保溫效果。典型日變化表明，春夏季土壤溫度隨著深度的增加而減小，秋冬季土壤溫度隨著深度的增加而增大。杜宏娟等[34]在紅寺堡地區(qū)研究發(fā)現(xiàn)冬季釀酒葡萄根系層土壤溫度隨著深度的增加而升高，與本研究的冬季變化趨勢(shì)一致。

土壤溫度年內(nèi)變化在不同處理不同深度處均表現(xiàn)為正弦曲線的形式，MB處理5、15 cm和30 cm的年均土壤溫度比DB區(qū)分別高出0.5℃、0.6℃和0.4℃，比CK分別高出1.0℃、0.8℃和1.0℃；Gu等[35]發(fā)現(xiàn)在生物膜未分解前，生物膜覆蓋在5、15 cm和25 cm土壤深度處的平均土壤溫度比裸地對(duì)照高1.3℃、1.0℃和0.9℃，比PE材料地膜覆蓋低0.2℃、0.3℃和0.2℃。由此可得，以裸地為對(duì)照，無論是PE材料地膜、未分解的生物膜、地膜+防草地布還是僅防草地布覆蓋，土壤溫度均顯著升高。Cuello等[36]研究發(fā)現(xiàn)，覆蓋地膜可以顯著提高土壤溫度約2℃。本研究3個(gè)處理均在壟溝中心處垂直剖面上布設(shè)傳感器，因此，由于壟溝處無覆蓋，土壤保溫效果與Cuello等研究結(jié)果相比，增溫較小。涂鋼等[32]研究發(fā)現(xiàn)土壤凍融期與下墊面、氣候等因素有關(guān)，本研究發(fā)現(xiàn)同一深度處，3個(gè)處理凍融期以CK最長、DB 次之、MB最短，而同一處理下，隨著深度的增加凍融期長度減小。吳賢忠等[33]在陜西省米脂縣研究發(fā)現(xiàn)年覆蓋地膜可以縮短土壤凍融期長度，促進(jìn)作物提前發(fā)芽，延長其生長期。因此，土壤凍融不僅與下墊面有關(guān)，也與土壤深度有關(guān)。

MB處理在5、15、30 cm土壤深度處地積溫(≥5℃)比DB處理分別高4.0%、4.0%和3.0%，比CK分別高8.0%、7.0%和9.0%，這表明MB處理下土壤的地積溫效果最明顯，對(duì)該地區(qū)的植被生長有一定的促進(jìn)作用；而同一處理下，隨著深度的增加，地積溫(≥5℃)逐漸減小。侯慧芝等[37]研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯在全膜覆蓋壟溝種植下，地積溫隨著深度的增加逐漸減小，但全膜覆蓋條件下有效積溫比露地平作顯著增加，與本文對(duì)地積溫的研究表現(xiàn)出一致的結(jié)果。

土壤溫度的影響因素很多，比如地表覆蓋、土壤濕度、大氣相對(duì)濕度、大氣溫度、降雨等[38-39]。本研究發(fā)現(xiàn)降雨前、降雨期間和降雨后，同一深度處土壤溫度日較差以MB處理最大，DB次之，CK最小；同一處理下，隨著深度的增加，降雨的影響明顯減弱。降雨期間各個(gè)處理的土壤溫度與降雨前相比均有下降趨勢(shì)，說明降雨對(duì)土壤溫度有一定的影響，但對(duì)不同處理下土壤溫度的影響差異性未達(dá)顯著水平。

近地表大氣溫度與土壤溫度的相關(guān)性較為顯著(R2=0.901～0.971)，同一深度處，覆蓋條件下近地表大氣溫度與土壤溫度相關(guān)性最大，裸地最小，即覆蓋條件下近地表大氣溫度對(duì)土壤溫度的影響較大；同一處理下，隨著深度的增加，其相關(guān)性減弱。這與安可棟等[40]研究結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

1)無論覆蓋還是裸地，土壤溫度日變化、年內(nèi)變化均呈正弦曲線狀，以地膜+地布覆蓋區(qū)振幅最大，地布覆蓋區(qū)次之，裸地最小；同一深度處3個(gè)處理的日均土壤溫度之間存在顯著性差異(P<0.05)，以地膜+地布覆蓋條件下土壤保溫效果最好。

2)地膜+地布覆蓋區(qū)5、15 cm和30 cm土層的年內(nèi)平均溫度比地布覆蓋區(qū)分別高出0.5℃、0.6℃和0.4℃，比裸地分別高出1.0℃、0.8℃和1.0℃。地膜+地布覆蓋可以有效縮短土壤凍融期；同一處理下，隨著深度的增加，土壤凍結(jié)時(shí)間推遲，凍融期縮短；同一深度處(分別在5、15、30 cm深度)，凍融期裸地最長、地布覆蓋次之(較裸地縮短1、-6、4 d)、地膜+地布覆蓋最短(較裸地縮短3、2、6 d)。

3)地膜+地布覆蓋區(qū)在5、15 cm和30 cm土壤深度處地積溫(≥5℃)比地布覆蓋區(qū)分別高4.0%、4.0%和3.0%，比裸地分別高8.0%、7.0%和9.0%，這表明地膜+地布覆蓋下土壤的地積溫效果最明顯。同一處理下，隨著深度的增加，地積溫(≥5℃)逐漸減小。

4)降雨前、中、后，同一深度處土壤溫度日較差以地膜+地布覆蓋區(qū)最大，地布覆蓋區(qū)次之，裸地最??；同一處理下，隨著深度的增加，降雨的影響明顯減弱。近地表大氣溫度與土壤溫度的相關(guān)性較為顯著(R2=0.901～0.971)，同一深度處，覆蓋條件下其相關(guān)性最大，裸地最小。

致謝:感謝長安大學(xué)研究生院、長安大學(xué)水與發(fā)展研究院、國家林業(yè)局榆林荒漠生態(tài)站對(duì)本試驗(yàn)項(xiàng)目的支持；感謝王浩、蘇鳳梅對(duì)試驗(yàn)的關(guān)注與現(xiàn)場(chǎng)幫助。