土壤含水量与温度变化规律研究

褚兆辉

（滕州市土肥工作站 山东，枣庄277599）

1 背景

我国是粮食进口大国，其气候特征决定了西部地区干旱、土地荒漠化导致土壤沙漠化和盐渍化，加之老少边地区过度开发，土地肥力大幅下降，耕地面积逐年减少[1-2]。对于年降水量少、土地资源丰富的地区，研究含水量与温度变化关系，能加强当地对降水资源的有效利用，对实现当地生态平衡复原、农业发展有着重要意义。一般而言，土壤水分和温度是植物进行营养物质汲取的必要条件，这两者通过不同层面影响植物发育生长[3]。通过单要素分析，对不同含水量、不同地温条件下变化规律研究，可研究出当地植被生长发育的事宜条件。

土壤含水量测定方法的分类，受各学者因研究目的、手段、途径与对象尺度不同而提出的分类原因不尽相同，没有统一的标准。目前发展成为三大类：取样-定位、遥感监测、模型模拟测量法[3]。根据本次研究内容，采用取样可以实现特定区域内含水量测定。

2 土壤含水量与温度变化影响

2.1 不同含水量对温度的影响

2.1.1 实验步骤 采用同一区域内的土壤作为实验样本，首先进行三天自然晾干，降低土壤的初始含水量，使得后期加入水后土壤不过饱和；晾干完成后，将土壤重新混合均匀，并取100克为一份，分为30份；按编号1至5对装入烧杯的土壤进行编号；总共获得6组；将6实验组分别装入温度为15摄氏度的保温箱，并在一段时间后测量土壤温度，保证其初始温度为15摄氏度；将组1作为原始对照组，不加入水，组2、组3、组4、组5、组6分别加入5、10、15、20、25毫升水；待水分充分吸收后，将每组置于同样光照条件下；每间隔1分钟记录每组测得温度，待温度变化达到稳定后3分钟停止实验。

2.1.2 实验结果与分析 首先进行土壤的含水量计算，按照土壤含水量公式得到组1数据。参考公式如下：

式（1）中X代表含水量，用百分比表示；代表原始土重；代表烘干后称得土重。因此，组1含水量计算结果为15.8%，同理计算得到组2至组6含水量分别为21.7%、27.5%、33.3%、39%、44.8%。表1为实验组数据详情，其中每组数据为5个样本求得平均值。同时按照6组测得温度变化，得到表2数据。同样，温度为每组数据5个样本测得的平均值。

根据表2可知，当实验组1土壤未加入水时，土壤受温度影响每分钟均会发生变化，当到达11分钟后温度趋于稳定；实验组2加入5g水时，土壤受温度影响与实验组1呈现同样的变化趋势，且提前在8分钟后趋于稳定；实验组3同样变化明显，且在11分钟后温度趋于稳定；实验组4、5、6在前期变化不快，水分保持温度作用明显，均在11分钟左右才达到24摄氏度，由于组6含水量最高，所以在14分钟才达到实验测量温度。根据测得数据可以得到6个实验组温度变化情况曲线，如图1所示。

根据图1可知，组6含水量影响温度测量，可能时造成10分钟时测量温度下降趋势的原因，但整体趋势变化明显，含水量较多的实验组在温度变化趋势上比较平稳，而含水量低的实验组温度变化快，且趋势一致，到达最高温度时间最短。

表1 实验组含水量数据详情

图1 实验组温度变化情况曲线

表2 实验组温度数据详情

2.2 不同温度对含水量的影响

2.1.1 实验步骤 按照不同含水量温度变化实验配置同样组数的土壤，组1为加5g水实验组、组2为加15g水实验组、组3为加25g水实验组。由此获得3组不同含水量的实验对照组。将3组土壤分别置放在恒温15℃保温箱内，待测得温度一致时，分别以20℃、25℃、30℃、35℃、40℃对实验组进行烘干，待重量达到86.3g且不再发生变化时进行计时。

2.1.2 实验结果与分析 实验组1、2、3分别进行加热后，测得不同时间到达土壤干重，且三组变化趋势有明显差别，在含水量较多时，由于蒸发带走热量，且蒸发速率受温度影响变化较快，更容易达到干重。因此在进行实验室要注意记录不同实验组之间的时间差异，具体测量结果如表3所示。

表3 不同温度下土壤水分蒸发速率

根据表3可知，土壤蒸发速率受含水量影响，呈正相关特性，当土壤含水量较少时，温度越高，蒸发越快，土壤对水的保持力最小；当土壤含水量较多时，温度影响含水量变化趋势需时较长，因此土壤温度变化更加线性，适合农作物生长发育。

3 相关误差分析

3.1 测量误差

测量误差属于随机误差的一种，在进行实验时采用多组平均的方法可以有效减少因实验过程人为因素、仪表测量等造成的结果偏差。在进行不同含水量对温度的影响实验时，水量加入每次不能保证完全一致，可以通过5个样本求平均来减少这类误差对结果产生的影响；在温度计测量分钟温度时，人为因素导致时间上的差异和温度计误差均可能引起结果偏差，因此要多人协作完成实验，保证时间上的一致性和温度计读数客观性；在对组6进行实验时出现了温度下降的情况，可能原因是人为误读造成，因此可以由下降前后两次测量得到温度进行平滑处理，实验结果仍保持了温度变化的一致性。

3.2 系统性误差

系统误差属于不可避免误差，在进行第二次温度影响含水量实验时，可明显得知在对土壤加热时，由于土壤结构特性，温度无法从低至顶保持一致，因此土壤受热不均会引起测量的误差，所以在实验结果计算时同样采用5个样本结果进行平均处理，并保持土壤在尽可能大的容器内均匀平铺。同时，由于测量仪器受温度影响，可能会导致蒸发至干重并测量时间的过程出现较大误差，因此对测量仪器的选择上要考虑耐热性，不能因热噪引起传感器误测量。为此，可以将不同温度下，盛器测得重量作为参考标准，以此判断测量仪器是否受温度影响发生误差。

4 总结

根据实验可知，当土壤吸收或散失热量时，温度变化趋势取决于土壤热容量，而根据土壤组成、结构不同，对水分的保持作用也不尽相同，由于水的热容量高于土壤，且热传导效率低于土壤，适当的含水量可以使土壤具有良好的保温作用。因此，在较为干旱的地区可以适当增加灌溉频率和容量，而较为湿润的地区相应减少；在土壤面积较广阔时，农作物生长需要土壤保持一定水分，日照强烈时合理增加灌溉水量，使温度保持缓慢变化，夜间保持较少水量，可让土壤具有一定保温作用即可。

根据现有资料显示，农作物生长除了要保证土壤含水量以外，还需在土壤表面铺设保温隔热材料，通过热辐射效应来保证地表温度的稳定。因此，土壤含水量保持可以通过秸秆等作物铺设、地表覆膜等技术手段实现；同时，合理利用引水沟渠，实现系统性灌溉，保持土壤含水量在合理范围内，对农作物生长具有重要意义。