實時監(jiān)測不同土層的溫度
1.土壤溫度的定義
土壤溫度(soil temperature)是地面以下土壤中的溫度。主要指與花木生長發(fā)育直接有關的地面下淺層內(nèi)的溫度。土壤溫度(地溫)影響著植物的生長、發(fā)育和土壤的形成。土壤中各種生物化學過程，如微生物活動所引起的生物化學過程和非生命的化學過程，都受土壤溫度的影響。
2.土壤溫度與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關系
?、?直接影響
A. 影響種子發(fā)芽和出苗
與氣溫相比，對種子發(fā)芽和出苗的影響，土壤溫度要直接得多。作物的種子必須在適宜的土壤溫度范圍內(nèi)才萌發(fā)。但是，土壤溫度隨地形、土壤水分、耕作條件、天氣及作物覆蓋等影響而變化。
B.影響作物的生長發(fā)育速度
在一定的溫度范圍內(nèi)，土壤溫度越高，作物的生長發(fā)育越快。一年內(nèi)某時段出現(xiàn)低溫或高溫，常常給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來危害。過高的土壤溫度使植物根系組織常加速成熟，根系木質(zhì)化的部位幾乎達到根尖，降低了根表面的吸收效率。土壤溫度低，作物根系吸水緩慢，當氣候條件適于蒸騰時，植株地上部分常呈現(xiàn)脫水或缺水。土壤溫度過低，常使冬作物的分孽節(jié)或根系產(chǎn)生凍害，強低溫延續(xù)的時間長短和降溫及凍融的速度都影響到凍害的程度。
C. 作物塊莖冰凍
在秋冬季節(jié)，必須在作物塊莖能經(jīng)受的最低溫度之前進行收獲，比如：當土壤溫度在-1-2℃時，馬鈴薯塊莖就會被凍死。
例子：一般耐寒的谷類作物，種子萌發(fā)的平均土溫為1-5℃;喜溫作物為8-10℃。一般作物的根系在土壤溫度2-4℃時開始生長，在10℃以上根系生長比較活躍，超過35℃時根系生長受到阻礙。冬麥在12-16℃時生長良好，玉米、棉花等為25℃左右，豆科作物的根系在22-26℃生長良好;馬鈴薯塊莖成熟期30天內(nèi)，15-27℃是塊莖形成的合適土壤溫度。
?、?影響作物的生理過程
在O-40℃之間，細胞質(zhì)的流動隨升溫而加速。在20-30℃的范圍內(nèi)，溫度升高能促進有機質(zhì)的輸送。溫度過低，影響營養(yǎng)物質(zhì)的輸送率，阻礙作物生長。在O-35℃范圍內(nèi)，溫度升高能促進呼吸，但對光合作用的影響較小，所以低溫有利于作物體內(nèi)碳水化合物的積累。適宜的土壤溫度還能促進作物的營養(yǎng)生長和生殖生長。
例子：春小麥苗期，地上部分生長最適宜的土壤溫度為20-24℃，后期為12-16℃，8℃以下或32℃以上很少抽穗;冬小麥生長適宜的土壤溫度要低一些，24℃以上能抽穗，但不能成熟。間接影響土壤溫度影響環(huán)境條件中的其他因子，從而間接影響作物的生長發(fā)育。
?、?影響土壤中有機質(zhì)和N素的積累
大多數(shù)土壤微生物的活動要求有15-45℃的溫度條件。超出這個范圍(過低或過高)，微生物的活動就會受到抑制。土溫對土壤的腐殖化過程、礦質(zhì)化過程以及植物的養(yǎng)分供應等都有很大意義。土壤有機質(zhì)的轉化也受土溫的影響，南方高溫地區(qū)，有機質(zhì)分解快;北方溫寒地區(qū)，則分解慢，土壤中的養(yǎng)料和碳化周轉期遠比南方要長。所以在高溫的南方應加強有機質(zhì)的累積，而在較寒冷的北方則應側重于加速有機質(zhì)的分解，以釋放養(yǎng)分。
土壤有機質(zhì)的轉化與溫度的關系很大，熱帶地區(qū)溫度高，有機質(zhì)分解快;寒溫帶溫度低，有機質(zhì)分解慢，其所含養(yǎng)料周轉期遠比南方長。所以，在南方，調(diào)節(jié)土壤的有機質(zhì)偏重于加強有機質(zhì)的積累，而在寒冷地區(qū)則更多的側重于加速有機質(zhì)的分解以釋放養(yǎng)分。在南方水田中，早春使用大量的綠肥后，由于春后氣溫和土溫的升高，土壤有機質(zhì)的分解相當迅速，加之地表水膜已隔絕了大氣與土壤之間的氣體交換，如果土壤中地下水位又高，土體內(nèi)所蔽蓄的空氣本來就不多，這就已造成缺氧條件，特別是在大量使用新鮮綠肥或未腐熟肥的情況下，由于肥量的迅速分解耗盡了氧氣，就更造成土壤氧化還原電位的急劇下降，產(chǎn)生H2S和過多的Fe2+、Mn2+離子，引起有機酸的積累造成對水稻根系的毒害，抑制其吸收養(yǎng)分的機能。旱地土壤中最有利于硝化過程的土壤溫度是27 ℃~ 32 ℃。在冰凍土壤中，硝化作用幾乎出停頓對狀態(tài);在-1 ℃~ 4 ℃時，土壤中開始有硝化作用，但反應非常緩慢，其硝化速率僅相當于25 ℃時的1% ~ 10%，隨著溫度的升高，硝化細菌漸趨活躍，10 ℃、15 ℃、20 ℃時的硝代速度相應為25 ℃的20%、50%、80%。由土溫引起的土壤N素供應商的季節(jié)性差異，是制定施肥制度的一個重要依據(jù)。
?、?土壤溫度對土壤P素供應的影響
土壤P素的季節(jié)性變化較為復雜。水稻土中暖季里土壤P素有效性增加，主要由于土壤漬水后，硫酸鐵在還原條件逐漸變?yōu)榭衫脩B(tài)的緣故。彭干濤等(1980)在江蘇宜興的定位觀察表明，6種不同肥力水平的土壤上，不同季節(jié)土壤速效P量的差異，并未達到統(tǒng)計上的顯著，并發(fā)現(xiàn)土壤速效P量并不受季節(jié)溫度變化的影響。他們認為，溫度對植物P素營養(yǎng)的影響，可能是根系吸收P素受溫度影響較大緣故。根據(jù)侯光炯等研究，鐵鋁膠體結合的P要在30 ℃左右才能活化，一般夏季氣溫高時，土壤中的P活性大;冬季氣溫低時，土壤中的P活性小。萬兆良(1981)的實驗表明，土溫對P 的固定似有一定影響，紫色土和山地黃壤等6種不同土壤中，土溫由10 ℃~ 15 ℃上升到30 ℃，P32固定量減少20% ~ 70%。
⑤ 土壤溫度對土壤K素容量和強度關系的影響
溫度是影響土壤中K素動態(tài)變化的一個重要因素。土壤溫度的變化影響到土壤中K 的固定和釋放，影響到K+在土壤中的擴散過程和粘土礦物對K+的選擇吸收。溫度對土壤中K+的影響是多方面的。Ching和Barber曾經(jīng)研究過溫度對土壤中K+擴散過程的影響，發(fā)現(xiàn)K+的擴散系數(shù)隨溫度的升高而增加。Feigenbaun和Shainberg發(fā)現(xiàn)提高溫度可以增加土壤中緩效K的釋放速率。Sparks和Liebhardt研究了溫度對土壤中K+平衡過程的影響，發(fā)現(xiàn)升高溫度增加土壤對K+的選擇吸附。金繼運等(1992)的實驗結果表明，隨著溫度的升高，土壤供K能力增加，緩沖性能下降。本項研究結果表明，溫度可以改變土壤K素的Q/I關系，升高溫度增加了土壤溶液中K+的活度，提高了土壤的K能力?？梢娡寥罍囟仁怯绊懲寥乐蠯素動態(tài)變化和土壤供K能力的一個不可忽視的重要因素。尤其是在中國北方經(jīng)常發(fā)生早春低溫冷害的地區(qū)，溫度的影響可能更為明顯。
?、?土壤溫度對土壤電導性的影響
土壤溫度對于土壤介質(zhì)的性質(zhì)影響較大，對于土壤電導尤為明顯。李成保和毛就庚(1989)以磚紅壤、赤紅壤、紅壤、黃棕壤、濱海鹽土、內(nèi)陸鹽土和蘇打鹽土為試材，用熱敏電阻性溫度傳感器，測出不同土壤處理及其電導率與溫度的回歸統(tǒng)計數(shù)據(jù)。結果表明：實驗條件下，土壤電導率與溫度的相關系數(shù)α為0.960 ~ 0.999，有很好的線性關系。土壤電導率隨溫度升高而增大。溫度每升高1℃所引起的電導率的變化量(“電導溫度變率”)是因土壤介質(zhì)而異，順序為：鹽土>;黃棕壤>;可變電荷土壤。不同土壤之間電導溫度變率的順序為：濱海鹽土>;內(nèi)陸鹽土>;蘇打鹽土>;黃棕壤>;磚紅壤>;紅壤>赤紅壤。
?、?土壤溫度對土壤水分狀況的影響
土溫對土壤水分狀況的影響是多方面的。土溫升高時，土壤水的粘滯度和表面張力下降，土壤水的滲透系數(shù)隨之增加，土溫25℃時水的滲透系數(shù)為0℃的2倍。土壤水分的自由能與土壤溫度密切相關。張一平等(1990)以陜西省紅油土、壚土、黑壚土為供試土樣，試驗結果表明，溫度對土壤水勢具有明顯的影響，3種土壤皆呈現(xiàn)隨溫度升高土壤水吸力降低的特點。在測定的含水量范圍內(nèi)，溫度與吸水力之間呈現(xiàn)極顯著的負相關，相關系數(shù)(r)在- 0.990 6 ~ 0.999 0(n=5)。這是由于溫度升高時，水的粘滯度和表面張力降低所致。在等吸力時，溫度高者，含水量則較低。
?、?土壤溫度對土壤中生物學過程的影響
土壤溫度對微生物活性的影響極其明顯。大多數(shù)土壤微生物的活動，要求溫度為15 ℃~ 45 ℃。在此溫度范圍內(nèi)，溫度愈高，微生物活動能力越強。土溫過低或過高，超出這一溫度范圍，則微生物活動受到抑制，從而影響到土壤的腐殖或礦質(zhì)化過程，影響到各種養(yǎng)分的形態(tài)轉化，也就影響到植物的養(yǎng)分供應。例如，氨化細菌和硝化細菌在土溫28 ℃~ 30 ℃時最為活躍，如土溫過低，往往由于硝化作用極其微弱，而使作物的N素養(yǎng)分供應不足。土壤溫度達到52 ℃時，硝化作用停止。
?、?對土壤水(溶液)的移動，土壤水存在的形態(tài)以及土壤氣體的交換等的影響
土壤溫度越高，土壤水的移動越頻繁，土壤中的氣態(tài)水就較多;土壤溫度低時，土壤水的移動近于停止。土壤水常轉化為固態(tài)水。作物在一定的生育階段，適應不了過高的土壤溫度，需要降低土壤溫度以保證作物的正常生長發(fā)育。
3)提高土壤溫度的農(nóng)藝措施
北方地區(qū)，氣候寒冷，土壤溫度低是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的主要矛盾，采取壟作，可增加對太陽輻射的吸收量和減少反射。壟作的晝夜平均土壤溫度可高于平作;深耕松土，增加土壤中的孔隙，改善土壤底層的通氣透水狀況，也可提高土壤的吸熱和增溫、保溫能力;適時、適量進行冬灌，使土壤含水量大，散熱緩慢，土壤溫度變化比干燥土壤緩慢，可保護冬作物安全越冬。
實時監(jiān)測空氣溫度
1.空氣積溫的定義
空氣積溫是作物生長發(fā)育階段內(nèi)逐日平均氣溫的總和。是衡量作物生長發(fā)育過程熱量條件的一種標尺，也是表征地區(qū)熱量條件的一種標尺。以〔度·日〕為單位。積溫常作為氣候區(qū)劃和農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的熱量指標，以衡量該地區(qū)的熱量條件能滿足何種作物生長發(fā)育的需要。
2.空氣積溫的分類
通常使用的有活動積溫和有效積溫兩種。
?、?活動積溫(一般簡稱積溫 )
為大于某一臨界溫度值的日平均氣溫的總和，如日平均氣溫≥0℃的活動積溫和日平均氣溫≥10℃的活動積溫等。某種作物完成某一生長發(fā)育階段或完成全部生長發(fā)育過程，所需的積溫為一相對固定值。
?、?有效積溫
扣除生物學下限溫度(有時同時扣除生物學上限溫度)，對作物生長發(fā)育有效的那部分溫度的總和。即扣除對作物有熱害和冷害的部分，使熱量條件與作物生長發(fā)育更趨一致。
?、?其他積溫
冬季零下的日平均溫度的累加稱為負積溫，表示嚴寒程度，用于分析越冬作物凍害。日平均土壤溫度累加稱為地積溫，用以研究作物苗期問題及水稻冷害等。逐日白天平均溫度的累加稱日積溫，用以研究某些對白天溫度反應敏感的作物的熱量條件。
3.積溫的作用
可為農(nóng)業(yè)氣候熱量資源的分析和區(qū)劃以及為農(nóng)業(yè)氣象預報、情報服務。
反映生物體對熱量的要求，為地區(qū)間作物引種和新品種推廣提供依據(jù);
在農(nóng)業(yè)氣候研究中作為分析地區(qū)熱量資源、編制農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的熱量指標;
在農(nóng)業(yè)氣象預報、情報服務中根據(jù)作物各發(fā)育時期的積溫指標，預報作物的發(fā)育時期;
負積溫的多少，有時做為低溫災害的指標之一;
日積溫的可用來分析一天內(nèi)作物生長發(fā)育與溫度的動態(tài)關系。
4.計算作物所需要的積溫的注意事項
計算時段不宜按旬、月、季、年來劃分，一般按作物生長、發(fā)育時期劃分;
作物發(fā)育的起始溫度(又稱生物學零度)不一定和0℃相一致，因作物種類、品種而異，而且同一作物，不同發(fā)育期也不相同。多數(shù)都在0℃以上。計算各種作物不同發(fā)育期的積溫時，應當從日平均溫度高于生物學零度時累積，只有當日平均溫度高于生物學零度時，溫度因子才對作物的發(fā)育期起作用。
例子：冬小麥春季恢復生長的溫度是0～5℃，玉米發(fā)芽的溫度是5℃，水稻、棉花在10℃左右開始出苗，番茄、黃瓜的出苗溫度是15℃。
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