新疆中天山北坡断裂带不同海拔高度土壤温度分布特征

研究中天山断裂带从高山带到准噶尔盆地边缘整个过渡带的土壤温度分布特征有助于理解干旱区土壤环境特征,从而为土地利用、农业生产提供依据。本文选取新疆中天山断裂带海拔高度呈梯度分布的6个气象站2005年至2020年各层土壤温度的日观测数据,利用统计方法分析了不同地形、不同深度土壤温度随海拔高度的变化特征以及不同海拔高度土壤温度随深度的变化特征。分析表明:中天山北坡土壤温度变幅随海拔高度的降低而升高。不同地形的土壤最高温和最低温的年温差浅层大于深层,由浅至深年最高温度和年最低温度出现的时间逐渐推迟;年内中天山北坡不同海拔高度0~20 cm的土壤日平均温度曲线大致呈余弦函数曲线,320 cm深度的土壤温度基本呈正弦函数分布,较0~20 cm地温的最高和最低晚3个月左右。研究区土壤温度随海拔高度降低呈现先升高后降低的趋势。在海拔为3539~600 m高度范围,土壤温度随着海拔的升高而降低。在600~441 m高度范围,土壤温度随着海拔的下降而下降;0~20 cm为土壤温度变化的活跃层,40 cm深度的土壤温度可称之为过渡层,320 cm深度称为土壤温度的稳定层,80~160 cm称为土壤温度的次稳定层。

坡地面栽培对日光温室土壤温度环境的影响

以平地面温室为对照,对坡地面温室土壤白天蓄热期间的温度变化和蓄热量变化进行研究,以期为老旧日光温室的改造提供参考。结果表明:坡地面温室明显改善了日光温室土壤温度环境,与平地面温室相比,坡地面温室日提高土壤温度0.1~1.7℃,日最高土壤温度提高1.0~1.9℃,日降低冠层上部空气温度1.9~4.0℃,日增大土壤蓄热量8.44%~44.57%。晴天土壤温度和蓄热量的增加幅度大于阴天。

基于土壤分层的双U型地埋管出口温度及土壤温度场研究

目的 探究在土壤分层和地下水渗流条件下地埋管的出口温度以及传热规律。方法 基于多孔介质理论建立分层岩土体瞬态三维模型,分析土壤的初始温度、地下水渗流、回填材料种类对地埋管出口温度及土壤温度场的影响。结果 土壤初始温度为290.15 K时,热泵运行30 d后地埋管的出口温度最高,达到280.43 K;三种常用的回填材料中沙土的换热效果最好,黏土作为回填材料时,地埋管附近出现明显的冷量堆积;地下水渗流速度达到200 m/a时,地埋管出口温度为280.85 K,相较于不存在地下水渗流时的出口温度增加了0.51 K。结论 土壤初始温度、地下水渗流速度均与地埋管出口温度呈正相关;土壤温度场的变化在一定程度上取决于回填材料的种类及热物性;地下水渗流的存在能够消除土壤冷量的堆积,在地埋管敷设时应适当增加沿着渗流方向管间距离。

江西省土壤温度变化特征及其与气象要素的关系

掌握江西省土壤温度的影响因素、深度变化、季节变化及区域差异,可以为土壤理化性质、土壤生物的分布及生长发育提供研究基础,并对农业种植和生态建设提供科学参考。本研究根据2005—2020年地面气象资料中月均各层土壤温度、气温、降水、日照、相对湿度等数据,分析江西省各层土壤温度的季节变化、土壤温度随深度的变化关系及其区域差异特征,并总结各气象要素对各层土壤温度的影响。结果表明,江西各层土壤温度的季节变化非常明显,且土壤温度变化的滞后性随土壤深度增加而更加明显。春、夏两季的土壤温度随土壤深度的增加而降低,温度变化减小;秋冬两季土壤温度随土壤深度加深呈增加的趋势,温度变化较大。土壤温度的季节变化在不同地区之间存在差异,土壤温度与土壤深度呈二次线性关系。不同地区中土壤温度与各气象要素的相关性存在差异,单个气象要素对土壤温度影响较小,多个气象要素相互作用对土壤温度影响更明显。

不同覆盖材料对红梅杏园土壤温度日变化的影响

为了探明不同材料覆盖对红梅杏园土壤温度时空变化的特征,设置覆盖锯末、麦草、白膜和黑膜四个覆盖处理,以常规栽培为对照,探析红梅杏园土壤温度的时空变化。结果表明,土壤温度日变化、空气温度日变化、太阳辐射日变化均呈单峰曲线形式变化,都随太阳高度角增大而增大,随太阳高度角减小而减小,只是到达高峰时间不同,到达高峰时间由早到晚依次为太阳辐射、土壤温度、空气温度;土壤不同深度土层温度曲线变化规律相同,也呈单峰型变化,但变化幅度随土壤深度增加而减小,土壤最高温度和最低温度出现时间随土壤深度增加而延后;覆盖地膜对提升土壤温度作用明显,提升效果达到13%~74%,尤其是覆盖白膜,各层土壤温度较对照高5.4~13.5℃。覆盖麦草和锯末土壤平均温度较对照低0.2~12℃,土壤温度达到一日内最低温时,浅层土壤温度较对照高0.3~3.1℃。说明覆盖地膜有利于土壤热量的积累,高温时覆盖锯末和麦草能缓冲地温剧烈变化,低温时能起到保温作用。

土壤温度和含水量变化对南亚热带常绿阔叶林土壤性质的影响

研究森林土壤铵态氮(NH_(4)^(+)-N)和硝态氮(NO_(3)^(-)-N)质量分数的年际动态及其对环境变化的影响,对预测森林生态系统的结构和功能具有重要作用。应用南亚热带常绿阔叶林连续10 a的土壤理化性质监测,揭示土壤有效氮质量分数对土壤温度和水分的影响。结果表明:(1)土壤NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N质量分数年际间变化对干湿季节性敏感,湿季NH_(4)^(+)-N质量分数为9.41~15.59 mg·kg^(-1)、NO_(3)^(-)-N质量分数为24.50~36.18 mg·kg^(-1),干季NH_(4)^(+)-N质量分数为6.48~10.19 mg·kg^(-1)、NO_(3)^(-)-N质量分数为22.75~30.09 mg·kg^(-1),干湿季差异显著。(2)土壤温度和含水量对NH_(4)^(+)-N质量分数变异解释率为57%,对NO_(3)^(-)-N质量分数变异解释率为28%,NH_(4)^(+)-N质量分数与气温显著正相关,湿季降水量与NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N质量分数呈负相关关系;干季降水量与NH_(4)^(+)-N质量分数正相关,但与NO_(3)^(-)-N质量分数负相关;干季低温条件下,土壤含水量与NH_(4)^(+)-N质量分数负相关。(3)土壤温湿度、土壤养分质量分数的变化显著影响土壤NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N累积;湿季全氮和易氧化碳分别是NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N累积的主导因子;干季土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮为主导因子。

覆盖对旱地玉米土壤温度及产量的影响

【目的】探究覆盖对旱地春玉米土壤温度和产量的影响。【方法】在陇中半干旱地区设置秸秆带状覆盖(SM)、白膜双垄沟覆盖(BM)及露地无覆盖(CK)3个栽培处理,分析不同覆盖措施对春玉米土壤温度、干物质积累及产量的影响。【结果】覆盖对春玉米全生育期土壤温度有明显的调控作用,与CK相比,SM处理降低了苗期~成熟期0~25 cm土壤温度0~1.1℃,而BM处理则增温0.2~3℃,并且SM和BM处理各生育时期的降幅和增幅均在苗期最大。各土层间,SM处理0~25 cm土层平均较CK降低0.6℃,以10 cm土层降幅最大;而BM平均增温0.6℃,以25 cm土层增幅最大。覆盖处理能显著增加春玉米单株干物质积累量和籽粒产量,与CK相比,SM和BM处理玉米单株干物质积累量分别增加32.4%和34.6%,籽粒产量分别提高13.4%和48.9%。相关分析发现,玉米籽粒产量与穗粒数显著正相关(r=0.771*),即覆盖主要通过影响穗粒数来提高玉米产量。【结论】地膜和秸秆带状覆盖均能调控春玉米全生育期土壤温度,并能显著增加干物质积累量和产量,而秸秆带状覆盖能提高废旧秸秆资源利用率,可作为旱地玉米绿色可持续生产的栽培技术。

春季土壤温度在中国东北盛夏降水年际分量预测中的关键作用

全球变暖背景下,中国东北夏季洪涝干旱灾害发生频繁,对人类和自然系统造成严重影响。但是,目前东北夏季降水预测水平较低,远不能满足防灾、减灾的需求。中国东北汛期降水主要集中在盛夏(7~8月),其年际变率与年代际变率相当。本文聚焦在分析春季土壤温度在中国东北盛夏降水年际分量预测中的作用。研究发现中国东北盛夏降水年际分量与欧洲中东部春季土壤温度年际分量存在显著负相关关系、与青藏高原东部和西亚东北部春季土壤温度年际分量存在显著正相关关系。春季关键区土壤温度异常对应下游地区盛夏土壤温度异常,从而引起东亚盛夏大气环流异常,高空西风急流偏强偏北、西太平洋副热带高压偏强偏北,进而造成中国东北水汽辐合与上升增强,引起中国东北盛夏降水增强。进一步采用欧洲中东部、青藏高原东部和西亚东北部春季土壤温度年际分量建立了中国东北盛夏降水年际分量的季节预测模型,1979~2021年留一法交叉检验时间相关系数在GLDAS-Noah、ERA5和CRA/Land三套数据中最高可达0.64,2012~2021年的后报试验时间相关系数在三套数据中最高可达0.78,表明春季土壤温度在中国东北盛夏降水年际分量预测中起到关键作用。研究成果能够为提高中国东北夏季降水预测提供科学基础,并易于应用到实际预测。

双膜日光温室土壤-空气换热器土壤温度试验研究

为了解双膜日光温室土壤-空气换热器对周围土壤及根系的影响,对兰州市一个新建双膜日光温室和单膜普通温室进行测试对比。结果表明:阴天时,土壤温度受换热器影响较大;晴天时,土壤温度受太阳辐射影响较大。双膜日光温室的浅层土壤温度高于单膜普通温室,单膜普通温室土壤表面温度的波动幅度明显强于双膜日光温室。双膜日光温室能有效提高土壤温度,并且双膜温室的室内热环境稳定性强于单膜温室。

不同输送相态下埋地二氧化碳管道周围土壤温度场特性研究

为研究埋地二氧化碳管道周围土壤温度场的分布规律,基于齐鲁石化-胜利油田百万吨级CCUS示范项目二氧化碳输送管道,建立管道周围土壤温度场数值模型,采用Fluent软件对二氧化碳三种输送相态(低压液相、高压液相、超临界)下的典型工况土壤温度场进行计算。在低压液相输送的基础上分析管道周围土壤冻结范围的季节变化规律及不同埋深、不同运行温度对管道周围土壤冻结范围的影响,研究结果表明:随着埋深增大,管道周围多年冻土范围增大,季节性冻土范围受影响较小;而随着起点温度的升高,管道周围多年冻土和季节性冻土范围都减小,当温度升高至0℃时将不再形成冻土。在高压液相输送和超临界输送的基础上,以小麦为例分析管道运行温度变化对地表植被的影响,研究结果表明:为使土壤温度能满足沿线农作物生长需求,二氧化碳高压液相输送时,其管输介质温度不宜低于5℃,超临界输送时不宜高于50℃。

不同播期下毛叶苕子对猕猴桃园土壤温度和湿度变化特征及杂草的影响

研究猕猴桃园间作不同播期毛叶苕子(Vicia villosa Roth.)盛花期株高和鲜草产量,以及对猕猴桃园土壤温度、湿度和杂草种类、数量等群落特征的影响,为陕西省汉中地区猕猴桃园合理利用绿肥及制定果园绿色发展模式提供科学依据。试验设4个处理,分别为毛叶苕子播期9月29日(VR1)、播期10月10日(VR2)、播期10月20日(VR3)和清耕作为对照(CK),定期对不同处理土壤温度、湿度及杂草进行调查测定,毛叶苕子盛花期测定株高和鲜草产量,比较分析不同播期下毛叶苕子对猕猴桃园土壤生态环境的影响。猕猴桃园间作毛叶苕子,盛花期各处理毛叶苕子植株高度和鲜草产量均表现为VR1>VR2>VR3,其中,VR1处理的植株高度和鲜草产量最高,分别为195.4 cm和39 166.86 kg/hm^(2)。间作毛叶苕子对猕猴桃园土壤温度调节作用明显,不同播期毛叶苕子处理下土壤温度变化幅度均低于CK,其中VR1处理的变化幅度最小,各处理土壤温度变化幅度表现为VR1<VR3<VR2<CK。从3月中旬至5月上旬,VR1、VR2、VR3处理的土壤平均湿度比CK分别提高了115.84%、94.00%和115.20%;5月5日,VR1、VR3处理的土壤湿度分别为29.8%和30.1%,均显著高于其他处理。与CK相比,猕猴桃园间作不同播期毛叶苕子的杂草数量和种类均不同程度地减少,其中,对早熟禾、看麦娘、鹅肠草、菵草、野老鹤草和车轴草的抑制效果最为明显,杂草密度分别平均减少了100.00%、55.69%、82.60%、68.16%、58.21%和95.91%。不同播期毛叶苕子处理下,VR1处理的杂草总密度最低(18.58株/m^(2)),VR1、VR2、VR3处理的杂草总密度较CK分别降低了82.32%、67.31%和74.28%,各处理杂草密度表现为VR1<VR3<VR2<CK。猕猴桃园间作不同播期毛叶苕子,与CK相比,9月29日播种可以使毛叶苕子得到充分的生长,养分物质积累更多,鲜草产量达到最大,同时对稳定土壤温度、提高土壤含水量、降低农田杂草的密度和种类、改变杂草群落组成结构等方面综合效果最佳,是汉中地区猕猴桃园优先发展的绿肥管理模式之一。

不同类型地膜覆盖和环境条件对蔬菜土壤温度的影响

本文以不覆盖地膜为对照,选用普通聚乙烯PE黑色地膜和黑色生物降解膜进行覆盖,研究其在露地、单体大棚、连栋大棚等不同环境条件下对蔬菜土壤温度的影响。结果表明:黑色生物降解膜和普通聚乙烯PE黑色地膜的增温效果接近,露地和单体大棚内二者的平均土壤温度比不使用地膜高1℃左右,连栋大棚内增温效果稍差。在露地条件下,普通聚乙烯PE黑色地膜覆盖下的土壤温度变化较大,白天增温快,夜晚则下降到与黑色生物降解膜相近的温度;而黑色生物降解膜覆盖下土壤温度变化幅度比较小,在昼夜温差大的天气,夜间最低温比普通聚乙烯PE黑色地膜覆盖高2℃左右。由此可见,在露地条件下,黑色生物降解膜夜间保温效果要好于普通聚乙烯PE黑色地膜,更适合在露地早春作物上应用,可有效抑制杂草生长。

不同生育期调亏灌溉对景电灌区马铃薯农田土壤温度的影响

土壤温度是保证作物稳产增产的基础,探寻合理的灌溉管理模式并确保土壤温度适宜是提高产量的手段之一。本试验于2021年4—10月在甘肃省景电灌区开展马铃薯不同生育期调亏灌溉试验,共设置4个调亏灌溉处理,分别是幼苗期、块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期调亏灌溉,同时以全生育期充分灌溉为对照。结果表明,调亏灌溉处理土壤温度高于同时期充分灌溉处理,且土壤温度变化幅度在5、10、15 cm土层范围内较大,此范围土壤的温度受外界影响较大,而深层土壤温度变化幅度较小。因此,适宜的调亏灌溉不仅能够确保给马铃薯正常供水,还能提高土壤温度。

猕猴桃园套种绿肥对土壤温度、湿度及杂草的影响

以清耕为对照(CK),套种紫云英、毛叶苕子、箭筈豌豆、黑麦草4种绿肥,于绿肥返青期至盛花期定期检测土壤温度和湿度,盛花期调查杂草种类密度,研究绿肥对猕猴桃园土壤温度、土壤湿度及杂草种类、数量等群落特征的影响。结果表明:与CK相比,套种绿肥对猕猴桃园土壤温度调节作用明显,土壤温度变化幅度均低于CK,其中毛叶苕子变化幅度最小。从3月中旬至5月上旬,与对照相比,种植紫云英、毛叶苕子、箭筈豌豆、黑麦草的土壤平均含水量分别提高了104.8%、97.8%、147.3%和82.3%。5月5日,种植毛叶苕子和箭筈豌豆的土壤平均含水量分别为29.8%和30.1%,显著高于对照和其他处理。与对CK相比,猕猴桃园套种绿肥后杂草数量和种类均不同程度的减少。绿肥种植对早熟禾、看麦娘、鹅肠草、罔草、野老鹤草和车轴草抑制效果最为明显,密度分别平均减少了100%、86.35%、85.08%、75.73%、69.69%和89.6%。以套种毛叶苕子的果园杂草总密度最低(12.97株/m^(2))。综上,相对于清耕(CK)处理,毛叶苕子对猕猴桃园的环境适应性优于其他绿肥品种,在稳定土壤温度、提高土壤含水量、降低农田杂草的密度和种类、改变杂草群落组成结构,以及调节果园小气候等方面的综合效果最佳。

基于STM32的智能土壤温度测量仪设计

针对目前地面气象观测系统中的地温分采集器技术体制落后、通信手段单一、维护不便等问题,设计了一款基于STM32高性能处理芯片的智能土壤温度测量仪。通过构建要素数据采集、数据质量控制及组包传输等功能模块,测量仪能实现不同梯度土温、草温等要素数据的实时获取,同时利用Wi-Fi、RS232、RS485等多种通信方式将报文传输至上位机软件进行数据监测及产品加工。利用地温分采集器与测量仪的运行数据进行对比分析,初步验证了测量仪采集数据的准确度。实际应用效果表明,该测量仪具备运行稳定可靠、测量精度高、传输时效高等优点,能较好地满足地面气象观测需求。

双屋面温室土壤温度特点及其变化规律的研究

为明确双屋面温室土壤温度特点及其变化规律,测量双屋面温室内外5cm、10cm、15cm深度土层的土壤温度,并对不同天气状况下的土壤温度情况进行了对比分析。结果表明:温室内土壤温度的变化与外部气温变化成正相关,不同深度土壤的温度变化幅度各不相同,各层土壤的温度在有雨的天气状况下均低于无雨(晴天、多云、阴天或雾霾天)的天气状况,在不同天气情况下各层土壤的温度变化状况基本一致,温室内土壤温度存在明显的季节变化,温室内不同方位的土壤温度变化情况基本相同。

不同地膜覆盖对土壤温度、杂草控制和甜玉米生长的影响

为探索地膜覆盖对上海浦东地区水果甜玉米的栽培效果,以‘申雪甜1号’为材料,对不同地膜覆盖下土壤温度、膜下杂草、玉米产量进行了研究。结果表明:与不覆膜(CK)相比,地膜覆盖显著提升了土壤温度,增加了玉米株高、穗位高、茎粗、玉米植株干重和果穗产量。在3种不同地膜处理中,黑膜处理(T2)对提升土壤温度效果最差,但杂草的抑制效果最好,平均防效接近100%;其次为黑白膜处理(T3),平均防效为45.5%;而白膜处理(T1)在玉米生长前期对杂草的生长起促进作用,但在提升土壤温度、玉米株高、穗位高、干物重、果穗性状和产量方面比其他处理好。在不同处理中,玉米果穗产量以白膜处理最高,比对照增产20.6%,其次为黑白膜处理和黑膜处理,分别比对照增产11.3%和6.6%。

果园生草模式对黄土高原苹果园土壤温度的缓冲效应

土壤温度是果树生长发育最基本的条件之一。本研究选择鼠茅草(Vulpia myuros)、白三叶(Trifolium repens)和百脉根(Lotus corniculatus)为黄土高原区苹果园草地建植品种,以清耕为对照,分析三种种草处理对黄土高原区苹果园土壤温度的影响。结果表明,种草处理在高温时抑制了地表对太阳辐射热量的吸收,起到降温作用;在低温时抑制了土壤热量向大气散失,起到保温作用。三种种草处理对苹果园土壤温度的影响趋同,使8月和9月土壤温度分别显著降低8.20%和5.90%(P<0.05)且随土层加深土壤温度呈逐渐降低趋势;10月~1月土壤温度分别显著增加14.20%、23.90%、146.15%和66.00%(P<0.05)且随土层加深土壤温度呈先降低后上升再趋于稳定趋势。其中,种植鼠茅草土壤温度降幅和增幅最大,说明其对苹果园土壤的降温和保温作用最佳。因此,在黄土高原区推广果园生草技术应用时,草种选择以鼠茅草最优,白三叶和百脉根次之。

蓄取热工况下同轴套管式地埋管换热器周围土壤温度变化规律

为研究不同因素对同轴套管式地埋管周围土壤温度的影响,建立三维同轴套管式地埋管换热器非稳态传热数理模型,利用自建实验台开展试验对数理模型进行试验验证。在此基础上,对蓄取热工况下同轴套管式地埋管的非稳态传热过程进行数值模拟研究,分析了管径、回填材料、土壤初始温度等因素对同轴套管式地埋管周围土壤温度的影响,获得了不同因素对套管式地埋管换热器周围温度场的影响规律。研究结果表明:外管径相同时,内管径的变化对周围土壤温度场影响较小;径向距离0.4 m处,土壤初始温度为14℃时地埋管周围土壤温度最高为17.803℃;循环介质选用氯化钙比选用水换热量提高约23%。试验验证表明,所建模型最大相对误差为12.5%,具有合理性。研究结果显示蓄热时土壤初始温度越高的地区越有利于地埋管周围土壤储存热量,取热时循环介质选择氯化钙溶液可使系统高效运行。

东北黑土区海伦生态站2010-2020年剖面土壤温度小时数据集

土壤温度对土壤腐殖化和矿质化过程等均有很大影响,在不同空间尺度收集土壤温度观测值具有重要意义。位于我国黑土核心区域的海伦农业生态实验站,是中国生态系统研究网络中的国家级长期定位研究站。海伦生态站的土壤温度数据对研究黑土区土壤水热过程具有重要意义。本数据集是在海伦生态站使用芬兰VAISALA公司开发的MILOS520和MAWS301自动监测系统收集的土壤温度数据。由“生态气象工作站”软件对观测数据进行处理,经过分析、检验、合理优化,保证土壤温度数据监测准确。数据集由11部分数据表组成,分别是2010-2020年共11年的土壤温度数据,每个数据表包括0 cm,5 cm,10 cm,15 cm,20 cm,40 cm,60 cm,100 cm的土壤温度小时数据。此数据集的发布旨在为黑土保护和长期利用提供科学依据。