左 忠， 李 龍， 李 婧， 王東清

(1.寧夏農(nóng)林科學(xué)院 荒漠化治理研究所， 寧夏 銀川 750002； 2.銅仁學(xué)院， 貴州 銅仁 554300； 3.寧夏出入境檢驗檢疫局 檢驗檢疫綜合技術(shù)中心， 寧夏 銀川 750002)

葡萄(Vitisvinifera)是干旱半干旱地區(qū)種植的主要經(jīng)濟作物，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上占有重要地位[1]。寧夏作為干旱半干旱地區(qū)釀酒葡萄的主產(chǎn)區(qū)，近年來種植面積逐年增加[2]。賀蘭山釀酒葡萄基地位于寧夏賀蘭山東麓(105°45′～106°27′E，37°43′～39°05′N)，屬于寧夏黃河沖積平原和賀蘭山?jīng)_積扇之間的綠洲-荒漠交錯帶，是典型的中溫帶干旱氣候區(qū)，具備獨特的土壤、光照、溫度、降水、地形和水熱系數(shù)等風(fēng)土條件[3-5]，植被為山前荒漠草原[6]，使得當(dāng)?shù)蒯勚频钠咸丫圃谄焚|(zhì)上具有卓越表現(xiàn)[7]。隨著生態(tài)移民與產(chǎn)業(yè)開發(fā)，人類活動對退化土地的擾動日益突出。賀蘭山東麓由于特殊的冷涼氣候與沙質(zhì)土壤，特別適合釀酒葡萄的種植，是《寧夏葡萄產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》確定的2個重點產(chǎn)業(yè)帶之一，近年來發(fā)展速度明顯加快。2011年至今，寧夏賀蘭山東麓葡萄種植面積已發(fā)展至3.8萬hm2。大規(guī)模開發(fā)種植葡萄是否會對產(chǎn)區(qū)周邊原始地貌及林草覆蓋區(qū)土壤溫濕度產(chǎn)生影響，對其進行研究具有重要意義。

土壤溫濕度變化的研究目前已有大量文獻報道。趙維俊等[8]對祁連山林草復(fù)合流域不同下墊面土壤溫度變化規(guī)律進行研究發(fā)現(xiàn)，淺層(10～20 cm)土壤溫度日變化呈正弦曲線趨勢，深層(40～80 cm)土壤溫度日變化呈直線趨勢，林地土壤濕度年動態(tài)變化呈正弦曲線趨勢，草地在土壤結(jié)凍后和未消融期間土壤濕度較低且變化不明顯。韓璐等[9]對柴達木盆地土壤溫濕度變化特征進行分析發(fā)現(xiàn)，淺層土壤溫濕度變化劇烈，深層土壤變化相對平穩(wěn)。袁余等[10]研究發(fā)現(xiàn)，葡萄園近地表土壤溫度日變化幅度相對較大，深層土壤溫度日變化趨勢平緩。研究較少涉及土壤溫濕度在一定土壤刨面深度的年變化特征和地表植被類型如何影響土壤溫濕度變化。

賀蘭山東麓地理區(qū)位較為特殊，當(dāng)?shù)氐钠咸蚜峙c荒漠草原植被組合特征較為典型，再加上當(dāng)?shù)氐乃质芗竟?jié)變化影響較大，因此對當(dāng)?shù)赝寥栏蓾駹顩r進行細致研究，有利于深入了解大規(guī)模種植葡萄對土壤的影響[11-15]。為此，以原始地貌荒漠草原為對照，利用寧夏農(nóng)林科學(xué)院采集的賀蘭山東麓葡萄種植基地和荒漠草原氣象觀測場1年的土壤溫濕度數(shù)據(jù)資料，采用方差分析及線性趨勢分析法系統(tǒng)全面地開展葡萄開荒種植對不同深度土壤溫度和濕度變化的影響研究，以期為賀蘭山及類似荒漠草原區(qū)域的葡萄開荒種植制定科學(xué)合理的田間管理措施提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 土壤 寧夏農(nóng)林科學(xué)院賀蘭山東麓葡萄種植基地及周邊的原始地貌荒漠草原的土壤。

1.1.2 儀器與設(shè)備 土壤溫濕度監(jiān)測探頭，土壤墑情監(jiān)測探頭，采用武漢新普惠科技儀器有限公司生產(chǎn)的PH-1監(jiān)測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)監(jiān)測。土壤溫度傳感器量程-50～80℃，分辨率0.1℃，準確度±0.5℃。土壤濕度為體積含水量的傳感器，RH量程0～100%，分辨率0.1%RH，準確度±5%RH。

1.2 土壤溫濕度觀測

2017年3月1日至2018年2月28日在寧夏農(nóng)林科學(xué)院賀蘭山東麓葡萄種植基地及荒漠草原進行試驗。在3年生葡萄農(nóng)田和荒漠草原2個地點的20 cm、40 cm和60 cm深度的主要耕作層設(shè)置土壤表層與耕作層土壤溫濕度監(jiān)測探頭和土壤墑情監(jiān)測探頭，每隔30 min自動采集1次數(shù)據(jù)，每觀測層設(shè)置3個探頭，剔除異常數(shù)據(jù)后取其平均數(shù)。通過搭載的GPRS遠距離數(shù)據(jù)傳輸模塊，將監(jiān)測區(qū)不同深度內(nèi)的土壤濕度、土壤溫度、降水以及日照、灌溉前后土壤墑情動態(tài)變化規(guī)律進行實時傳輸。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和方差分析及線性趨勢分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同深度土壤溫度的變化規(guī)律

2.1.1 葡萄基地 從圖1看出，3月開始，葡萄基地20 cm、40 cm和60 cm深度土壤溫度的變化趨勢基本一致，均處在上升階段，至7月平均溫度達最大值，8月開始各深度的土壤溫度均呈下降趨勢，至1月和2月時，均降至0℃以下，最小值均出現(xiàn)在第2年的2月。其中，3—7月，20 cm深度土壤溫度均顯著高于其他深度，隨著土層深度增加，溫度呈下降趨勢。8—9月3個深度間土壤溫度差異不顯著；10月至次年2月，各深度土壤溫度均呈60 cm>40 cm>20 cm，3個土層的土壤溫度存在顯著差異。

2.1.2 荒漠草原 從圖2看出，3月開始，荒漠草原20 cm、40 cm和60 cm深度的土壤溫度均呈上升趨勢，5月之前，各深度土壤溫度均處在0℃以下，至9月平均溫度均達最高值；10月開始各深度土壤溫度開始下降，直至翌年2月各深度土壤溫度降至0℃以下，最小值出現(xiàn)在3月。其中，5—11月，各深度溫度均為20 cm>40 cm>60 cm，20 cm深度土壤溫度均顯著高于40 cm和60 cm；3—4月、12月至翌年2月各深度溫度均為60 cm>40 cm>20 cm，各土層深度的土壤溫度存在顯著差異。

2.1.3 葡萄基地與荒漠草原土壤溫度的差異性 從圖3和表1看出，葡萄基地和荒漠草原20 cm、40 cm和60 cm深度土壤溫度趨于正弦分布。3—8月，葡萄基地各深度土壤溫度均高于荒漠草原；8月之后，荒漠草原各深度土壤溫度高于葡萄基地，說明，荒漠草原土壤溫度變化滯后。其中，在20 cm、40 cm和60 cm深度，葡萄基地3—7月土壤溫度均極顯著高于荒漠草原(葡萄基地20 cm深度7月土壤溫度除外)；8月荒漠草原土壤溫度只有20 cm深度數(shù)值顯著高于葡萄基地，其他土層差異不顯著；9月至翌年1月荒漠草原20 cm、40 cm和60 cm深度土壤溫度均極顯著高于葡萄基地；2月葡萄基地不同深度的土壤溫度顯著低于荒漠草原，20 cm深度土壤溫度差異達極顯著水平。

表1 葡萄基地和荒漠草原不同深度土壤溫度的配對t檢驗

2.2 不同深度土壤濕度的變化規(guī)律

2.2.1 葡萄基地 從圖4看出，隨時間變化葡萄基地20 cm、40 cm和60 cm深度土壤濕度變化明顯。4—8月各深度土壤濕度均呈逐漸增加趨勢；9—11月呈下降趨勢；12月至翌年1月土壤濕度略微上升，至2月土壤濕度開始下降。其中，3—11月及翌年1—2月，60 cm深度土壤濕度均顯著高于20 cm和40 cm深度；而12月，20 cm深度土壤濕度數(shù)值顯著高于40 cm和60 cm。

2.2.2 荒漠草原 從圖5看出，7隨時間變化不同深度土壤濕度變化明顯。3—8月各深度土壤濕度呈逐漸升高趨勢，9—11月呈下降趨勢；12月至翌年2月，60 cm深度土壤濕度呈增加趨勢，40 cm深度土壤濕度呈先升后降趨勢，而20 cm深度土壤濕度呈降低趨勢。其中，3—9月、11月至翌年1月，40 cm深度土壤濕度均顯著高于20 cm和60 cm深度；10月和1月40 cm和60 cm深度土壤濕度顯著高于20 cm深度，但二者間差異不顯著。

2.2.3 葡萄基地與荒漠草原土壤濕度的差異性 從圖6和表2看出，不同深度土壤濕度隨時間變化呈波浪形分布。總體上，葡萄基地各深度土壤濕度均高于荒漠草原。其中，5月至翌年2月，葡萄基地20 cm深度土壤濕度與荒漠草原同一深度土壤濕度差異極顯著，3月的差異顯著。3月、5—7月、9月和翌年1—2月，葡萄基地40 cm深度土壤濕度與荒漠草原同一深度土壤濕度差異均極顯著，8月、10—12月的差異顯著。3月至翌年2月葡萄基地60 cm深度土壤濕度均極顯著高于荒漠草原同一深度土壤濕度。

表2 葡萄基地與荒漠草原不同深度土壤濕度的配對t檢驗

3 結(jié)論與討論

土壤溫度除與區(qū)域性因素(海拔、經(jīng)度及緯度)有關(guān)外，還受地表覆蓋物、土壤濕度等因素影響，特別是亞高山地帶，土壤溫度明顯受局地因素影響[16]。土壤溫度直接影響土壤呼吸、碳排放等植物根系生長代謝[17-18]。研究結(jié)果表明，葡萄基地和荒漠草原年變化呈正弦型曲線。葡萄基地與荒漠草原土壤溫度從2017年3月至2018年2月均呈先升后降趨勢。與袁余等[10]的研究結(jié)果相似。葡萄基地和荒漠草原月平均土壤溫度最高值分別出現(xiàn)在7月和9月，葡萄基地從8月開始表現(xiàn)出降溫趨勢，降溫時間早于荒漠草原，原因在于葡萄基地7月中旬葡萄葉片大部分覆蓋地面，葡萄基地的植被覆蓋面積較大，土壤墑情較好，有效地避免了太陽光的直接照射，減小了晝夜和季節(jié)溫差變化幅度，使得該地區(qū)地表溫度和地層深度的溫度相差不大；而荒漠草原的植被覆蓋面積較小，土壤墑情較差，地表溫度和地層溫度的晝夜與季節(jié)溫度差異較為明顯，與陳娜娜等[19]的研究結(jié)果一致。荒漠草原月平均土壤溫度最低值出現(xiàn)在翌年3月，葡萄基地月最低溫度出現(xiàn)在翌年2月，葡萄基地封凍時長較荒漠草原少30 d。與趙維俊等[8]長期監(jiān)測結(jié)果相反，原因在于葡萄基地冬天地上部分凋落，而荒漠草原地上部分阻隔了熱量與水汽的交換[20]。

地表植被蓋度[21-24]、土壤粒度[25-26]、土地利用類型[20，27-28]和農(nóng)田防護林網(wǎng)特征[29-32]等均可影響地表風(fēng)蝕，近而影響土壤濕度。賀蘭山東麓葡萄基地和荒漠草原對照區(qū)不同深度土壤濕度隨時間變化呈波浪形分布?？傮w上，葡萄基地土壤濕度高于荒漠草原，與趙維俊等[8]的研究結(jié)果相似。主要原因是荒漠草原對照區(qū)屬于自然干旱區(qū)，降雨量較少、地表植被蓋度較低，使得該地區(qū)的土壤水分蒸發(fā)較快，光照強度較高，植被的蒸騰作用加快，導(dǎo)致該地區(qū)土壤不能有效地儲存水分，以至于水分大量流失，即便在雨季土壤濕度也不足10%。葡萄基地在葡萄休眠期地表裸露水分散失較為嚴重。因此，在3—4月的土壤濕度不足10%，但隨著葡萄的生長，能避免太陽光的直射，降低地表水分的蒸發(fā)。在葡萄生長期間，還不定期地對葡萄林地進行補水灌溉，補充植株消耗的水分，因此，葡萄基地土壤濕度相對較大，與荒漠草原區(qū)存在顯著差異。研究結(jié)果對葡萄覆土越冬保護、葡萄節(jié)水灌溉和拓荒建設(shè)對環(huán)境影響均具有一定的指導(dǎo)意義。