土壤含水量对温度变化规律的实验研究_土壤含水量随深度变化规律

　　摘　要：水、热因子是水文学、气象学以及农业科学等研究的重要参评因子，作为影响作物生长的两大重要因素，其对作物不同的影响机制一直是农艺学家和节水专家们研究的重点。该实验主要用100瓦电灯泡模拟太阳的形式对不同含水量的土壤样品进行辐射加热。通过实验发现，在一定时间内，不同含水量土壤在同一强度的热辐射下温度会发生不同的变化，从而探索出不同含水量对土壤温度变化的规律，进而对此规律在农业发展方面的应用进行思考。
　　关键词：土壤含水量　土壤温度　农业发展
　　中图分类号：S15　　　　文献标识码：A　　　　　文章编号：1007-3973（2012）007-132-02
　　1 引言
　　无论是在农业科学领域，还是在水文地理方面，土壤含水量的测量都是十分重要的。而温度，又一个农作物生长的重要因子，植物根部所进行的水分交换和营养物质的交换都必须在一定的温度条件下进行。土壤温度是否适宜，直接影响到种子发芽和成长的好与坏，并最终影像农作物的生长和产量，因此保持适宜的温度在农业生产中至关重要。在农业利用方面，土壤水分是一个重要的环境因子，随着时空的分布和变化，对地气的热量平衡、土壤温度和农业等都会产生影响，因此，土壤水分对气候、农业、旱情监测都具有重要意义。随着气候温度的变化，土壤含水量随之发生着变化，而不同的土壤原始含水量，在同一强度热源的辐射下，其温度变化也会表现出一定的规律。测量土壤含水量有很多种方法，本次试验采用直接测量法通过求取土壤的容重等属性，对土壤含水量进行测量。
　　2 土壤含水量对温度变化规律的实验
　　2.1 实验设备
　　电子天平、烧杯16个、50ml量筒一个、电子温度计、计时器、胶头滴管、铁锹、取土袋、烘箱、2mm的筛子、钥匙、100瓦灯泡一只（其表面温度大约为170℃）。
　　2.2 实验步骤
　　(1)取土。实验小组在中国矿业大学南湖校区南面的树林中用铁锹取的表层土壤，并在实验室进行了一周的自然阴干，这样土壤的含水量稍低一些，能改变含水量的范围更广。
　　(2)取15个烧杯分为3组，分别编号①、②、③、④、⑤，用电子天平称量每个烧杯的重量并记录。把阴干后的土壤碾磨过筛，用电子天平给每个烧杯准确称取100g。给剩下的第16只烧杯编号“0”，并称重，然后加入适量土壤并称重，记录，放入烘箱中烘干24小时。
　　(3)用同一型号的温度计测量所有烧杯中土壤的温度，为12℃。给编号为①、②、③、④、⑤的烧杯中分别均匀加入0ml、5ml、10ml、15ml、20ml水，待其温度都降到室温15℃后放在灯泡下开始加热，计时器开始计时。
　　(4)开始计时后，每隔1min用温度计测量所有烧杯中土壤的温度并记录，到温度变化减慢后延长测量间隔到2min。到所有烧杯中土壤温度稳定后停止观测。
　　(5)经过24小时以后，从烘箱中取出0号烧杯并称重、记录。
　　2.3 实验数据处理与分析
　　采用EXCEL统计分析软件进行数据分析。
　　(1)土壤初始含水量计算：0号烧杯重量m0=79.85g，加入湿土后重量m1=114.32g，烘干24小时后烧杯与干土的重量m2=109.29g。计算其初始含水量：
　　
　　并分别计算①、②、③、④、⑤的含水量为：w1=17%，w2=23%，w3=29%，w4=35%，w5=41%。
　　从表2中能观察到，①组烧杯中土壤的含水量最低，温度变化最快，大约在第9分钟左右温度达到稳定；⑤组烧杯中土壤含水量最高，大约在23分钟后温度稳定。
　　2.4 误差分析
　　(1)在给编号为①、②、③、④、⑤的烧杯中加水过程中不能保证水能在土壤中混合均匀，土壤含水量处处相等，造成测量的温度存在一定误差。
　　(2)土壤加热不均匀，烧杯中的土壤各处的温度不同，单测量某处的温度也不能很好地体现土壤的温度，所以在每次的测量过程中尽量取相同方位的确定深度的土壤。
　　(3)在用温度计测量所有烧杯中土壤的温度过程中，由于电子温度计本身分辨和敏感程度的误差。
　　(4)在测量土壤温度时候，由于人为操作，电子温度计测量的深度和位置不可能在达到完全相同，导致偏差。
　　2.5 实验结论
　　通过本次实验可以得出结论，土壤含水量对温度变化有着很大影响，含水量越高，土壤温度变化越慢，达到某一特定温度所需的时间越长。从理论上分析认为，水的热容量比空气的热容量大的多(103倍以上)，所以潮湿土壤热容量大，温度不易升高，是冷性土壤；而干燥土壤空气多，热容量低，温度容易升高。
　　3 土壤含水量对土壤温度变化规律在农业方面应用的思考
　　本实验采用100瓦灯泡模拟自然界中的太阳。他们的共同点是能不断地散发着光与热。太阳照射大地，从而使土壤温度发生变化；同样的，灯泡照射烧杯中的土壤样品，也使土壤温度发生变化。
　　土壤作为农业生产的基本资料和作物生长的重要环境条件，是一种疏松多孔的物体，由大小不等的微细土粒堆集而成，在固体颗粒之间是各种大小、形状各异的孔隙。土壤的固相包括矿物质和有机质，液相即土壤水分,气相即土壤空气。由于不同组分的热性质相差较大，导致土壤的热容量变化也比较明显。
　　农业种植时候，通常土地面积较大，而农作物需要在一定积温下才能发芽与生长。水和温度互相影响、互相作用，不同的含水量的土壤在同一强度光源照射下温度变化的幅度和持续时间也不一致。土地水分的状况，对土地的生产力关系密切。水分过多会出现涝渍，导致土壤的通气不良；水分不足，又会出现干旱，影响作物正常生长和作物的产量。
　　在控制地表温度方面，农业中对土壤温度的控制最常使用的方法是在地面铺设薄膜或者燃烧秸秆增加空气中二氧化碳和悬浮颗粒含量以增加大气逆辐射来保持地表温度。在控制田间水方面，可以修建排水系统将农田土地内多余的水分排入承泄区，并降低地下水位，使农田保持适宜的水分、养料、通气和热状况，以适应农作物的生长。