王釋葦,盛勇創(chuàng),王健豪,張 碩,常 成,張紅霞,陳廷速,朱彥光,甘 磊

(1.桂林理工大學(xué)/廣西巖溶地區(qū)水污染控制與用水安全保障協(xié)同創(chuàng)新中心,廣西 桂林 541004;2.桂林理工大學(xué)/廣西環(huán)境污染控制理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 桂林 541004;3.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物研究所,南寧 530007;4.廣西師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,廣西 桂林 541006)

【研究意義】土壤熱導(dǎo)率作為表征土壤傳熱能力的重要物理參數(shù),不僅是下墊面土壤熱量輸送和存貯的控制因子,還是研究土壤水熱鹽耦合運(yùn)動(dòng)及水分蒸發(fā)模擬的基礎(chǔ)[1-2],主要受土壤質(zhì)地、容重、含水率和大氣環(huán)境影響[3-4],不同因素相互耦合、相互作用,從而使土壤熱導(dǎo)率產(chǎn)生差異性。不同種植方式會(huì)對(duì)土壤熱導(dǎo)率產(chǎn)生不同影響,進(jìn)而改變土壤中的水熱循環(huán),影響作物的生長(zhǎng)與收成。廣西是我國(guó)香蕉的主要種植區(qū),其種植方式多為旱地開(kāi)溝和水田起畦。與傳統(tǒng)旱地種植相比,水田起畦在改種香蕉前經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期翻耕和泥漿化過(guò)程,結(jié)構(gòu)已發(fā)生改變[5-6],其熱量運(yùn)動(dòng)情況及水分運(yùn)移通道也存在明顯差異,但目前對(duì)香蕉不同種植方式和環(huán)境因子對(duì)土壤熱導(dǎo)率影響的了解甚少,影響香蕉農(nóng)田管理措施的科學(xué)制定。因此,探究香蕉不同種植方式和環(huán)境因子對(duì)土壤熱導(dǎo)率的影響,對(duì)廣西地區(qū)香蕉高效發(fā)展具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】Peters-Lidard等[7]、Mccumber和Pielke[8]通過(guò)比較砂黏土、石英砂和粉砂壤土等不同類(lèi)型土壤,發(fā)現(xiàn)土壤熱導(dǎo)率和含水量的關(guān)系與土壤類(lèi)型有關(guān)。Usowicz等[9]研究指出,氣象條件和農(nóng)作措施會(huì)影響土壤含水率的空間分布,從而導(dǎo)致土壤熱導(dǎo)率呈現(xiàn)空間變異。王鑠等[10]利用熱脈沖原理測(cè)定不同質(zhì)地和含水率下的土壤熱導(dǎo)率,認(rèn)為在相同含水率條件下砂粒含量越高,土壤的熱導(dǎo)率越大。張婷和楊平[11]研究表明,南京淺層地表土中粉砂的土壤熱導(dǎo)率大于淤泥質(zhì)黏土。Gan等[12]開(kāi)展內(nèi)蒙古地區(qū)不同放牧強(qiáng)度和植被覆蓋條件下土壤熱特性研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)放牧活動(dòng)會(huì)增大土壤熱導(dǎo)率。米美霞等[13]研究認(rèn)為,在土壤容重不變的情況下,頻繁干濕交替過(guò)程中土壤水分是近表層土壤熱參數(shù)變化的最主要影響因素。朱彥光等[14]利用Campbell經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算土壤熱導(dǎo)率,指出在不同降水條件下不同耕作措施的土壤熱導(dǎo)率變化存在差異。土壤水分和容重是影響土壤熱導(dǎo)率變異的主要因子,降雨入滲過(guò)程是這種變異的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力[15-17]。降水量、降雨強(qiáng)度和降雨歷時(shí)等降水特征決定土壤水分的分布、變化、運(yùn)移及貯存,而水分形態(tài)、含量及土壤顆粒間間距的變化對(duì)土壤熱導(dǎo)率產(chǎn)生影響[18]。付強(qiáng)等[19]在東北地區(qū)利用相關(guān)性定量分析不同氣象因子對(duì)土壤熱導(dǎo)率的影響程度,結(jié)果發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度和水汽壓是對(duì)土壤熱導(dǎo)率影響較大的因子。國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)發(fā)了多種計(jì)算熱導(dǎo)率的模型,常用的有Campbell模型、Johansen模型和Cté-Konrad模型等。Lu等[20]基于土壤質(zhì)地因子,測(cè)得8種土壤的熱導(dǎo)率并使用其校準(zhǔn)新模型,提出新的Ke-Sr關(guān)系式,進(jìn)一步優(yōu)化Johansen模型,建立了LU-Ren模型,改進(jìn)后的模型較適合于預(yù)測(cè)常溫下壤土和黏土的熱導(dǎo)率,并證實(shí)土壤黏粒含量對(duì)估算導(dǎo)熱系數(shù)具有重要性,計(jì)算結(jié)果精度較高,已在我國(guó)大力推廣應(yīng)用?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】穩(wěn)定的熱性質(zhì)是制約香蕉生長(zhǎng)的重要影響因素[21],國(guó)內(nèi)大部分關(guān)于香蕉種植的研究主要集中在栽培管理技術(shù)及其對(duì)產(chǎn)量提升[22-23]、香蕉生理結(jié)構(gòu)和病蟲(chóng)害防治[24-25]等方面,針對(duì)不同種植方式下香蕉地土壤熱導(dǎo)率變化及其對(duì)環(huán)境因子響應(yīng)的研究鮮見(jiàn)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以廣西地區(qū)種植的香蕉為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)環(huán)境因子及土壤含水量進(jìn)行定位監(jiān)測(cè),分析旱地開(kāi)溝與水田起畦種植方式對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響及不同種植方式下土壤熱導(dǎo)率的變化規(guī)律,以期為廣西調(diào)整香蕉合理種植模式及有效利用喀斯特地區(qū)土壤水熱資源提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于廣西南寧市武鳴區(qū)廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院里建科學(xué)研究基地(108°02′ E,23°14′ N),屬于我國(guó)低緯地區(qū),地勢(shì)較平坦,亞熱帶季風(fēng)氣候。2020年平均氣溫21.2 ℃,6月后氣溫升高,年均降水量1630.1 mm,降水分配不均勻,多集中在4—9月,占全年總降水量的80%。

1.2 試驗(yàn)材料

供試香蕉品種為桂蕉6號(hào),采用無(wú)病毒組培苗種植。該品種抗風(fēng)力中等,不耐霜凍,易感香蕉花葉心腐病、香蕉束頂病及由4號(hào)小種引起的香蕉菌枯萎病,果穗梳型整齊美觀,穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn),品質(zhì)優(yōu)良。

主要儀器設(shè)備:馬爾文激光粒度儀(Mastersizer 3000,UK)、水分探頭Theta-probe(Type ML2x,Delta-T Devices,Cambridge,UK)、便攜式自動(dòng)氣象站(Vantage PRO2,USA)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 2018年1月,在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)設(shè)旱地開(kāi)溝(ST處理)和水田起畦(DT處理),每處理小區(qū)長(zhǎng)20 m、寬16 m,面積320 m2。ST處理區(qū)地塊用開(kāi)溝犁開(kāi)溝,溝深約30 cm;DT處理區(qū)地塊采用雙畦植法,即每2行香蕉開(kāi)挖一條排水溝,溝寬30～40 cm并安排好排水系統(tǒng)。香蕉收獲后折算單位面積產(chǎn)量。每小區(qū)的灌溉水量、施肥量及頻次均保持一致。在每處理小區(qū)開(kāi)挖3個(gè)長(zhǎng)、寬和深分別為50、50和60 cm的重復(fù)剖面,采用隨機(jī)區(qū)組排列方法,將5、20、40 cm深度作為0～10、10～30和30～50 cm土層的測(cè)量代表點(diǎn),分別以水平方式埋設(shè)水分探頭Theta-probe進(jìn)行土壤水熱動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),測(cè)定時(shí)間間隔為1 h,并在監(jiān)測(cè)開(kāi)始前對(duì)探頭進(jìn)行校準(zhǔn),所有探頭連接至數(shù)據(jù)采集器,在整個(gè)安裝過(guò)程中盡量避免擾動(dòng)土壤剖面。同時(shí),采用試驗(yàn)區(qū)內(nèi)安裝的便攜式自動(dòng)氣象站自動(dòng)記錄試驗(yàn)期間的氣象數(shù)據(jù)。本研究試驗(yàn)時(shí)間為2020年1—12月,試驗(yàn)開(kāi)始前分別在香蕉田壟上的0～10、10～30和30～50 cm土層進(jìn)行原狀土壤樣品和擾動(dòng)土壤樣品采集,每層3個(gè)重復(fù),用于測(cè)定土壤基本理化性質(zhì)。

1.3.2 測(cè)定指標(biāo)及方法 采用馬爾文激光粒度儀測(cè)定土壤質(zhì)地,以環(huán)刀烘干法測(cè)定土壤容重,以重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量,得出的土壤基本理化性質(zhì)數(shù)據(jù)用于土壤熱導(dǎo)率計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)處理

土壤熱導(dǎo)率采用Lu等[20,26]的模型進(jìn)行計(jì)算。

λ=λdry+exp(φ-θ-τ),λdry=-a·n+b

式中,τ是φ與砂粒含量、黏土含量和體積密度有關(guān)λ(θ)的曲線形狀因子,λdry為干土熱導(dǎo)率[W/(m·k)],a和b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),n為孔隙度(%);當(dāng)0.2

τ與黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cclay滿(mǎn)足T=0.67Cclay+0.24, 參數(shù)具有以下多元回歸方程,其值由砂土質(zhì)量分?jǐn)?shù)Csand和體積密度確定ρb:

φ=1.97Csand+1.87ρb-1.36Csandρb-0.95

將前后2個(gè)間隔不超過(guò)6 h的降雨時(shí)段視為同一場(chǎng)降雨[27]。按表1的降水量和降雨強(qiáng)度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)[28],對(duì)研究區(qū)域的降雨特征進(jìn)行分類(lèi),劃分降雨類(lèi)型,并選取6種降雨類(lèi)型進(jìn)行分析,其中,雨型Ⅰ為大暴雨中雨強(qiáng),雨型Ⅱ?yàn)楸┯曛杏陱?qiáng),雨型Ⅲ為大雨大雨強(qiáng),雨型Ⅳ為大雨小雨強(qiáng),雨型Ⅴ為中雨大雨強(qiáng),雨型Ⅵ為中雨小雨強(qiáng)。

表1 降雨特征類(lèi)型劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification standards of rainfall characteristic types

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2019進(jìn)行整理,以SPSS 26.0進(jìn)行差異顯著性分析和相關(guān)分析,以O(shè)rigin Pro 2020制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 香蕉種植方式對(duì)土壤基本理化性質(zhì)、土壤含水量和土壤熱導(dǎo)率的影響

由表2可知,DT處理各土層的砂粒和黏粒含量均高于ST處理,其中,在20和40 cm土層差異顯著(P<0.05,下同);DT處理各土層的容重均顯著高于ST處理,其中,在40 cm土層的容重最大,比同一土層ST處理提高13.7%;DT處理在5、20和40 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量分別較相應(yīng)土層的ST處理增加56.0%、35.8%和48.0%,其中,在5和40 cm土層處差異顯著。

表2 不同土層深度的土壤物理參數(shù)比較Table 2 Comparison of soil physical parameters at different soil depths

從圖1可看出,2020年1—12月的降水量為1235.0 mm,平均為3.4 mm/d,其中,日降水量最大值為154.0 mm,發(fā)生在6月25日(雨型Ⅰ);在整個(gè)研究期,DT處理各土層的土壤含水量均顯著高于ST處理;降雨發(fā)生時(shí),各土層的土壤含水量呈階段性上升和下降;在雨型Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ中,DT處理的土壤含水量在不同土層均高于ST處理,但在雨型Ⅰ發(fā)生時(shí),在5和20 cm土層ST處理的土壤含水量平均值分別為0.34和0.38 cm3/cm3,分別較DT處理提高12.7%和5.4%。在1—6月,DT處理5 cm土層的平均土壤含水量比ST處理高52.5%,而在6—12月,2個(gè)處理間的土壤含水量平均值差異減少,DT處理的僅高于ST處理22.3%。

圖1 2020年不同香蕉種植方式下不同土層深度的土壤含水量變化情況Fig.1 Changes of soil water content in different soil depths under different banana planting methods in 2020

由表3可知,在整個(gè)研究期,DT處理各土層的土壤熱導(dǎo)率平均值均顯著高于ST處理,其中,在20cm土層,DT處理的土壤熱導(dǎo)率均值達(dá)1.35 W/(m·k),較ST處理的土壤熱導(dǎo)率均值高26.2%,說(shuō)明DT處理具有增大土壤熱導(dǎo)率的效應(yīng);隨著土層深度的增加,DT處理的土壤熱導(dǎo)率呈先增大后減小的變化趨勢(shì),其中在20 cm土層最大,但ST處理的土壤熱導(dǎo)率隨著土層深度的增加而減小。說(shuō)明不同香蕉種植方式可能會(huì)影響土壤熱導(dǎo)率沿剖面再分布。2個(gè)處理的土壤熱導(dǎo)率變幅均隨著土層深度的增加呈先減小再增大的變化趨勢(shì),但DT處理各土層土壤熱導(dǎo)率的變幅和變異系數(shù)均小于ST處理,進(jìn)一步說(shuō)明不同香蕉種植方式是影響廣西地區(qū)香蕉地土壤熱導(dǎo)率變化的主要因素。在1—6月,DT處理5 cm土層的平均土壤熱導(dǎo)率比ST處理高17.9%,而在6—12月,2個(gè)處理間的土壤熱導(dǎo)率平均值差異減少,DT處理的土壤熱導(dǎo)率均值僅比ST處理高4.6%,說(shuō)明研究區(qū)域的環(huán)境因子可能發(fā)生了改變。

表3 不同香蕉種植方式、不同時(shí)間段的土壤熱導(dǎo)率統(tǒng)計(jì)學(xué)特征Table 3 Statistical characteristics of soil thermal conductivity under different banana planting methods

2.2 環(huán)境因子對(duì)不同香蕉種植方式土壤熱導(dǎo)率的影響

由表4可知,2個(gè)處理的表層土壤熱導(dǎo)率與光照時(shí)長(zhǎng)呈顯著負(fù)相關(guān),與環(huán)境溫度呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01,下同),說(shuō)明環(huán)境溫度是影響表層土壤熱導(dǎo)率的主要因素之一;2個(gè)處理的表層土壤熱導(dǎo)率與環(huán)境濕度和降水量呈顯著或極顯著正相關(guān),其中,ST處理表層土壤熱導(dǎo)率與降水量的相關(guān)性高于DT處理,但與環(huán)境濕度的相關(guān)性低于后者。在20 cm土層,2個(gè)處理的土壤熱導(dǎo)率均與降水量呈顯著或極顯著正相關(guān),與環(huán)境溫度呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān),與環(huán)境濕度均呈正相關(guān),其中,DT處理的土壤熱導(dǎo)率與降水量的相關(guān)性及與環(huán)境濕度的相關(guān)性均高于ST處理,但與環(huán)境溫度的相關(guān)性低于后者;在40 cm土層,僅降水量與DT處理的土壤熱導(dǎo)率呈極顯著正相關(guān)。整體而言,除ST處理的40 cm土層外,降水量與2個(gè)處理的土壤熱導(dǎo)率呈顯著或極顯著正相關(guān)?？梢?jiàn),降水量是影響廣西香蕉種植土壤熱導(dǎo)率的主要因素之一,且水田起畦種植對(duì)降雨的響應(yīng)高于旱地開(kāi)溝種植;環(huán)境因子中風(fēng)速與不同土層的土壤熱導(dǎo)率均無(wú)顯著相關(guān)性(P>0.05)。

表4 環(huán)境因子與土壤熱導(dǎo)率的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficient between meteorological factors and soil thermal conductivity

2.3 降雨類(lèi)型對(duì)不同香蕉種植方式土壤熱導(dǎo)率的影響

從圖2可看出,不同降雨類(lèi)型發(fā)生期間,2種香蕉種植方式下土壤熱導(dǎo)率對(duì)降雨的響應(yīng)存在明顯差異。其中,雨型Ⅰ發(fā)生時(shí),在5和20 cm土層處ST處理的土壤熱導(dǎo)率平均值分別較DT處理高5.2%和2.1%,但在雨型Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ發(fā)生時(shí),DT處理的土壤熱導(dǎo)率在不同土層均大于ST處理,而DT處理的土壤熱導(dǎo)率在各土層對(duì)降雨的響應(yīng)程度均小于ST處理,前者平均變幅比后者小46.2%,可能是引起ST處理在雨型Ⅰ下土壤熱導(dǎo)率高于DT處理的原因之一;雨型Ⅱ發(fā)生時(shí),2個(gè)處理的土壤熱導(dǎo)率變幅與雨型Ⅰ發(fā)生時(shí)表現(xiàn)一致,也以DT處理小于ST處理(減少62.3%),但在雨型Ⅱ發(fā)生前,2個(gè)處理的前期土壤熱導(dǎo)率差值較雨型Ⅰ發(fā)生前的差值大23.5%,可能是在雨型Ⅱ中2個(gè)處理的熱導(dǎo)率變幅相差更大的原因之一;在雨型Ⅲ發(fā)生前,DT處理的表層土壤熱導(dǎo)率為1.02 W/(m·k),ST處理的表層土壤熱導(dǎo)率為0.98 W/(m·k),二者差異較小,而降雨開(kāi)始后,DT處理增長(zhǎng)1.67倍,ST處理增長(zhǎng)1.37倍;雨型Ⅳ中2個(gè)處理的土壤熱導(dǎo)率變化規(guī)律與雨型Ⅲ相同;雨型Ⅴ發(fā)生時(shí),DT處理在5、20和40 cm土層的土壤熱導(dǎo)率變幅分別比在雨型Ⅵ中增長(zhǎng)2.5、3.5和3.2倍,ST處理的土壤熱導(dǎo)率變幅也呈現(xiàn)與DT處理相似的變化規(guī)律;在6種降雨類(lèi)型中,DT處理和ST處理土壤熱導(dǎo)率在雨型Ⅰ中的增幅平均值分別為0.382 和0.743 W/(m·k),2個(gè)處理在雨型Ⅰ中對(duì)降雨的響應(yīng)程度大于其他雨型。

圖2 不同降雨類(lèi)型下種植香蕉的土壤熱導(dǎo)率變化情況比較Fig.2 Comparison of soil thermal conductivity changes under different rainfall types

從圖2還可看出,對(duì)不同降雨強(qiáng)度而言,在小雨強(qiáng)降雨類(lèi)型的雨型Ⅳ和雨型Ⅵ中,DT處理的土壤熱導(dǎo)率在各土層對(duì)降雨的響應(yīng)程度均大于ST處理,平均增幅比ST處理高9.6%;在大雨強(qiáng)降雨類(lèi)型的雨型Ⅲ和雨型Ⅴ的5 cm土層中也以DT處理的土壤熱導(dǎo)率對(duì)降雨的響應(yīng)程度大于ST處理,平均增幅比ST處理高29.1%,在20和40 cm土層,DT處理土壤熱導(dǎo)率的平均增幅比ST處理分別降低22.0%和16.4%,但DT處理的土壤熱導(dǎo)率仍大于ST處理,說(shuō)明降雨強(qiáng)度可能是影響不同處理深層土壤熱導(dǎo)率變幅的因素之一。

3 討 論

土壤的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)大于空氣,土壤的干密度越高,土壤中的孔隙越少,土壤導(dǎo)熱系數(shù)就越大[29]。水田起畦種植香蕉的土壤經(jīng)過(guò)干濕交替作用,其容重有明顯的增高[30],在干濕交替作用下,翻耕后的土壤容重逐步增加,土壤大孔隙減少,顆粒間的接觸面積增加,孔隙直徑變小,熱傳導(dǎo)點(diǎn)增加,土壤熱導(dǎo)率呈上升趨勢(shì)[15,31]。本研究結(jié)果與上述研究結(jié)果相似,DT處理各土層的土壤容重均顯著高于ST處理,是導(dǎo)致整個(gè)研究期內(nèi)DT處理各層土壤熱導(dǎo)率平均值均大于ST處理的主要原因之一[32-33]。已有研究指出,熱導(dǎo)率一般表現(xiàn)為固態(tài)>液態(tài)>氣態(tài),熱傳遞能以固態(tài)到固態(tài)、固態(tài)到液態(tài)的接觸途徑傳遞時(shí),土壤熱導(dǎo)率較大[17]。對(duì)于一次降雨過(guò)程,有機(jī)質(zhì)含量較高的土壤能維持較長(zhǎng)時(shí)間的高含水量[34],因此土壤有機(jī)質(zhì)含量較高的DT處理土壤能更好地接收水分補(bǔ)給[35],其土壤中空氣較少,導(dǎo)致本研究DT處理土壤中的熱傳遞能較長(zhǎng)時(shí)間以固/液、固/固的接觸途徑傳遞,最終在一定程度上增大土壤熱導(dǎo)率。陳明智等[36]研究表明,水田改種香蕉后其土壤有機(jī)質(zhì)含量較豐富,在本研究中再次得到印證,即水田起畦種植香蕉可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量從而使土壤熱導(dǎo)率升高。本研究中,DT處理的土壤熱導(dǎo)率平均值在20 cm土層達(dá)最大值,因此土壤溫度的變化在該層較緩和,可為根系淺生的香蕉提供較穩(wěn)定的溫度環(huán)境,與賀康寧等[37]的研究結(jié)果一致。相較于傳統(tǒng)的旱地壟溝種植香蕉方式,本研究中水田起畦方式可通過(guò)提高土壤容重和有機(jī)質(zhì)含量增大固體顆粒間的接觸面積進(jìn)而改善土壤熱力性質(zhì),為香蕉生長(zhǎng)提供更穩(wěn)定的土壤溫度,有利于廣西地區(qū)以“大水大肥”種植管理為主的香蕉生長(zhǎng)。

土壤能量變化與環(huán)境因子改變具有密切相關(guān)性[38]。本研究中,在5 cm土層,6—12月2種種植方式的土壤熱導(dǎo)率差異減小,但DT處理的土壤熱導(dǎo)率仍顯著大于ST處理;雨型Ⅰ發(fā)生時(shí),環(huán)境因子劇烈改變,溫度出現(xiàn)迅速下降現(xiàn)象(降雨發(fā)生前后環(huán)境溫度由36.9 ℃下降至25.9 ℃),而環(huán)境溫度與土壤熱導(dǎo)率呈負(fù)相關(guān),導(dǎo)致土壤熱導(dǎo)率迅速上升且不同處理間差異增大,與付強(qiáng)等[19]的研究結(jié)果一致;ST處理具有更高的環(huán)境溫度敏感性,其在雨型Ⅰ中5和20 cm土層的熱量傳遞較DT處理更快,說(shuō)明環(huán)境溫度是影響該地區(qū)土壤熱導(dǎo)率改變的因素之一,但其對(duì)深層土壤的影響有限;土壤熱導(dǎo)率與區(qū)域降水量和環(huán)境濕度呈正相關(guān),與李建波和王衛(wèi)華[39]、邸佳穎等[40]的研究結(jié)果一致,也符合米美霞等[13]研究認(rèn)為土壤水分變化是決定土壤熱性質(zhì)發(fā)生變化關(guān)鍵因素的觀點(diǎn)。因此,降雨對(duì)廣西地區(qū)土壤熱導(dǎo)率的動(dòng)態(tài)變化具有重要作用,也可從雨型Ⅲ和雨型Ⅳ中土壤熱導(dǎo)率的變化情況得到佐證。本研究還發(fā)現(xiàn),除雨型Ⅰ外,DT處理其他雨型的土壤熱導(dǎo)率均大于ST處理,說(shuō)明水田起畦方式的土壤能發(fā)揮較好的調(diào)蓄熱量作用,土壤熱性質(zhì)更穩(wěn)定,有利于提高作物產(chǎn)量[41]。

本研究中,2種種植方式6種雨型的土壤熱導(dǎo)率增幅均表現(xiàn)為雨型Ⅰ最大,說(shuō)明降雨量級(jí)越大對(duì)土壤水分的貢獻(xiàn)度越高,從而導(dǎo)致土壤熱導(dǎo)率越大,與郭小嬌等[42]的研究結(jié)果一致;DT處理在20和40 cm土層的砂粒含量顯著高于ST處理,但熱導(dǎo)率未出現(xiàn)與李毅等[29]研究發(fā)現(xiàn)土壤中含砂量越多,熱導(dǎo)率隨著含水率變化而變化速度越快的現(xiàn)象;在深層土壤處,小雨強(qiáng)降雨類(lèi)型(雨型Ⅳ和雨型Ⅵ)中DT處理的熱導(dǎo)率變化速率較大,而在大雨強(qiáng)降雨類(lèi)型(雨型Ⅲ和雨型Ⅴ)中DT處理的土壤熱導(dǎo)率隨著含水率變化而變化的速率小于ST處理,但DT處理的土壤熱導(dǎo)率平均值仍大于ST處理,可能與降雨和土壤自身性質(zhì)綜合作用有關(guān)[43]。也有研究指出,土壤熱導(dǎo)率隨著含水量的增大總體上呈增大趨勢(shì),但并非單調(diào)遞增,綜合平衡各影響因素后,影響力大者決定土壤熱導(dǎo)率的變化方向[18],本研究結(jié)果與其一致。降雨強(qiáng)度是影響較深層土壤水分變化的主要因素之一[35],較大的降雨強(qiáng)度會(huì)增加土壤深層次入滲[44],土壤內(nèi)部水分分布也隨著含水量的變化而改變,從而導(dǎo)致土壤熱導(dǎo)率隨著降雨類(lèi)型變化而改變的趨勢(shì)不同,因而與雨型Ⅵ相比,降雨強(qiáng)度較大的雨型Ⅴ對(duì)不同處理深層土壤熱導(dǎo)率的影響作用更大。本研究中,土壤熱導(dǎo)率對(duì)降雨的響應(yīng)受降水量和降雨強(qiáng)度共同影響,土壤自身性質(zhì)也對(duì)因降雨發(fā)生而導(dǎo)致的熱導(dǎo)率變化具有一定影響。

4 結(jié) 論

降雨和環(huán)境溫度因子改變對(duì)廣西地區(qū)種植香蕉的土壤熱導(dǎo)率動(dòng)態(tài)變化具有重要影響,降雨對(duì)水田起畦種植方式土壤熱導(dǎo)率的提高效果更佳;相較于長(zhǎng)時(shí)間采用旱地開(kāi)溝方式種植香蕉,水田改旱地起畦種植香蕉方式能發(fā)揮較好的調(diào)蓄熱量作用,其土壤水熱性質(zhì)更穩(wěn)定,更有利于廣西地區(qū)調(diào)整香蕉合理種植模式和高效利用喀斯特地區(qū)水熱資源。