3.2.3　不同秸秆覆盖量的土壤温度

秸秆覆盖不仅减少土壤蒸发［3－4］、抑制土壤盐分表聚［5］、提高作物水分利用效率和增加作物产量［6－9］，增加土壤墒情［10－14］，还可培肥改土、协调养分供应［15－16］、调节地温［17－21］、影响土壤入渗能力［22］和改变土壤自然冻融过程［23－24］等。可见，秸秆覆盖具有多方面的生态效应。在季节性冻融期，秸秆覆盖层不仅有正效应，也有一定的负效应，秸秆覆盖层的存在减弱了地气间的热量和水汽传输，如果春季地温回升缓慢则不利于春播作物出苗。因此，覆盖量的多少不仅关系到资源的浪费和节约，而且对于冻融土壤水热效应也是不容忽视的。

1.土壤剖面温度时空变化

季节性冻融期，LD土壤剖面温度变化剧烈（图3.7），特别是0～20cm受外界气温影响较大，等值线较密且弯曲程度大，耕作层土壤温度在－10.2～6.1之间变化；而秸秆覆盖后显著地抑制了土壤温度的变化幅度，冻融期JD05、JD10、JD15、JD20和JD30耕作层土壤温度最低分别为－1.2℃、－0.3℃、1.1℃、1.2℃和1.3℃。可见，当秸秆覆盖厚度大于15cm时，冻融期土壤剖面温度均达到1.1℃以上，土壤水分不会出现冻结；从土壤剖面温度对比发现，JD20和JD30对于提升土壤温度的效果已不明显，可见覆盖厚度不宜超过15cm。

图3.7　各试验田块土壤剖面温度时空变化等值线图

2.土壤剖面温度变化的统计学特征

根据数理统计学知识，冻融期土壤剖面水热的变化程度可采用极值比Ka和变差系数Cv值来表示。Ka反映了系列数据的变化幅度，Ka值越大，冻融期土壤剖面水热的变化幅度越大；Ka值越小，冻融期土壤剖面水热变化幅度小。

数理统计中用均方差与均值之比作为衡量系列数据相对离散程度的参数，称为变差系数Cv，又称离差系数或离势系数，可反映土壤剖面水热的变异性，比采用简单的增减值更加科学。

Cv值越大，表示冻融期土壤剖面水热离散（变异）程度越大，反之就越小。

冻融期土壤温度是影响土壤水分相变及迁移转化、土壤养分及越冬期农作物生长的主要因素，土壤剖面温度变化的统计学分析可深入了解冻融期土壤剖面温度的时空变化特征，较温度的增减变化分析更科学可靠。一般而言，随着土壤深度的增加，Ka和Cv均减小，表明土壤温度变化幅度和变异程度均减弱。但是，温度出现负值的情况下极值比Ka和变差系数Cv值不能够真实反映其变化幅度和程度。由表3.4可见，LD和JD05土壤剖面均出现负温，LD耕作层土壤温度最大值和最小值相差较大，温度变化剧烈。

结合冻融期土壤剖面温度时空变化等值线分析结果，根据Cv值将土壤剖面划分为温度变化活跃层（Cv≥0.95）和温度渐变层（Cv＜0.95）。可见，LD地块0～60cm属于温度变化活跃层，而100cm处土壤温度变化相对平缓，属于温度渐变层。JD05耕作层Cv＞0.95，属于温度变化活跃层；40～100cm的Cv＜0.95，属于温度渐变层。JD10地块0～10cm属于温度变化活跃层，Ka高达184.96，15～100cm为温度渐变层。JD15、JD20和JD30土壤剖面温度变化相对平缓，Ka最大为0.715，Cv均小于0.95，属温度渐变层。

表3.4　土壤剖面温度变化的统计学分析结果

注　“－”表示为负值；xmax、xmin分别为冻融期该深度土壤温度的最高值和最低值。