8. 土壤温度

3.土壤温度振幅
由(3.4)式可知, 任意深度的土壤的温度 振幅为 Az A(0)e z / D , 即呈指数规律递减 当z D时, Az A(0)e 1 0.37 A(0) 当z 2 D时, Az A(0)e 2 0.14A(0) 当Z 3D时, Az A(0)e 3 0.05A(0) 当Z 4 D时, Az A(0)e 4 0.02A(0) 因此可认为粘土的日温 恒定层的深度约为 D日 0.21m 3 (一般在0.3 ~ 1m), 其年温恒定层的深度约 3D年 4.02m 为 (一般在5 ~ 25m)
二、土温与农业的关系
1.土温影响种子发芽与出苗 当描述温度对种子发芽、出苗的影响时，用土温 做指标比用气温做指标更为确切。小麦、大麦、 燕麦当土温平均为1～2℃即能萌发；棉花、水 稻、高粱则需12～14℃。土温的高低对出苗时 间也有很大影响，例如冬小麦，当温度在5～ 20℃时，温度每升高1℃，达到盛苗期的时间 可减少1.3 d。 土温对发芽生长的影响，不仅取决于日平均温度 的高低，还和土壤温度的日变化有关。
1)
2. 热导率（Thermal conductivity）
t 热量Q St z t t 土壤热量通量密度 G (或G ) z z 单位为: J / m.s. deg
土壤孔隙度对土壤热导率的影响
3. 热扩散率（Thermal diffusivity） （土壤导温系数）
n
时期预报等的重要依据 : A D D1 n D1 tB
4）积温的稳定性（阅读）
积温作为热量指标，计算方便，在农业生产上得到广泛应用， 但在应用中发现，积温学说尚有不完善之处。如同一种作物， 完成同一生育阶段所需积温，在不同地区、不同年份、甚至不 同播种期，其积温值不同，说明积温的稳定性不够理想。造成 积温不稳定的原因是多方面的，其主要原因是： (a)影响作物发育的外界环境条件，不仅有气象因子还有其它因子。 气象因子中除温度外，光照时间、辐照度等对发育速度也有一 定影响，它们与发育速度的关系，有各自遵循的特定规律。 (b)积温学说是建立在假定其它因子基本满足的条件下，温度起主导 作用的这一理论基础上，在自然条件下，这一假定是难以满足 的，因而影响积温的稳定性。 (c)农业生物发育速度与温度的关系并非简单的线性关系，而是呈曲 线关系，在下限温度以上，发育速度随温度的增高加快，在最 适温度时，发育速度达最大值，当温度超过最适点，过高的温 度对生长发育有抑制作用，是一种非线性关系。
2. 积温及其对作物生长发育的 影响
1）积温（Accumulated temperature）的概 念： a. 在其它条件满足的前提下，温度对作物发 育起主导作用； b. 作物开始发育要求一定的下限温度； c. 作物完成发育要求一定的温度累积──积 温。
2）活动积温与有效积温
a.活动积温 : Y ti , 其中活动温度ti B (生物学下限温度 )
界限温度资料一般可有下列用途
1.
2.
3.
可以分析与对比年代间与地区间， 稳定通过某界限温度日期的早晚，以比较其冷暖的早晚及对 作物的影响； 稳定通过相邻（或选定的）两界限温度之间的间隔日数（如 春季稳定通过0℃日期到稳定通过5℃日期之间的间隔日数）， 以比较升温与降温的快慢缓急，分析对作物的“利”（如春 季0～10℃的间隔日数较长对小麦穗分化有利）与“弊”（如 秋季5～ 0℃，0～ -5℃的间隔日数太短对小麦越冬锻炼不利） 等； 春季到秋季稳定通过某界限温度日期之间的持续日数（如从 春季稳定通过5℃到秋季稳定通过5℃的持续日数）可作为鉴 定生长季长短的标准之一，可与无霜期指标结合使用，相互 补充。
积温
3）积温在农业中的应用
a.
b.
积温是作物与品种特性的重要指标之一，是引种 与品种推广的重要依据； 积温是一个地区的热量资源的主要标志之一；
c.积温可以表示作物的生 长发育速度 1 tB 因A (ti B) n(t B), 所以 n A i 1 d .积温可作为物候期预报 收获期预报、 病虫害发生发展 、
一、气温与农业生产的关系
1.
基本温度指标
1) 2)
三基点温度 农业界限温度 积温 积温的稳定性
2.
Leabharlann Baidu
积温及其对作物生长发育的影响
1) 2)
1）三基点温度
A.
生物学温度的概念：包括三基点温度和 植物受害致死温度五个基本温度指标。
生命温度范围 生长温度范围
B.一般作物的光合作用与呼吸 作用的三基点温度
4）积温的稳定性（阅读）
(d)当气温超过三基点温度的上限时，温度对作物发育 不利，但计算时并没有剔除，也造成积温的不稳定。 (e)积温的计算是以日平均温度作为基础，它没有考虑 每天的最高温度、最低温度对发育的影响，而它们 的影响是很重要的、也是多方面的。 (f)有的作物本身对光照有特殊反应，如感光性强的作 物，发育速度主要与日照时间长短关系较大，而对 温度的反应就不敏感。 根据具体情况，积温在应用时，有时要进行一 些订正，如水稻对光周期敏感，计算水稻积温时， 需以光温系数加以订正。

指在一定热量收支的情况下，量度土壤 温度变化快慢的一个物理量，其表达式 为：
K

CVs
, 单位为m / s
2
湿沙 度土 的的 关热 系特 性 与 土 壤
二、土壤温度的日、年变化
1.
日变化
2. 土壤温度的年变化
三、土壤温波方程
1.土壤温波方程的一般表 达式 : 假定土壤结构是均一的 且无限深 1 T ( z , t ) T A(0)e z / D sin(t z / D) T T (0)e z / D sin(t z / D)(3.4) 2 1 2 其中A(0)为地表温波振幅 A(0) T , , 为角速度, 单位为 / s, 1 2 2K 为周期, D 为土温衰减深度 K为热扩散率, ,
四、土壤的垂直分布
1. 2.
日射型 辐射型
3. 过渡型
§3.3 温度与农业
（1）它直接影响作物的生长、分布和产量 （2）温度影响作物的发育速度，从而影响作物全生 育期的长短及各发育期出现的早晚，而发育期出现 的季节不同，又会遇到不同的综合条件，发生不同 的影响与后果； （3）温度影响光、水资源的利用和作物生产的安排； （4）温度还影响作物病虫害的发生和发展。 一、气温与农业生产的关系 二、土温与农业的关系 三、调节温度的农业措施
界限温度的农业意义





0℃——土壤冻结和解冻；农事活动开始或终止。冬小麦秋 季停止生长和春季开始生长（有人采用3℃），冷季牧草开 始生长。0℃以上持续日数为农耕期。 5℃——早春作物播种；喜凉作物开始或停止生长，多数树 木开始萌动。冷季牧草积极生长。5℃以上持续日数称生长 期或生长季。 10℃——春季喜温作物开始播种与生长，喜凉作物开始迅速 生长。常称10℃以上的持续日数为喜温作物的生长期。 15℃——喜温作物积极生长，春季棉花、花生等进入播种期， 可开始采摘茶叶。稳定通过15℃的终日为冬小麦适宜播种的 日期；水稻此时已停止灌浆；热带作物将停止生长。 20℃——水稻安全抽穗、开花的指标，热带作物正常生长
2.土温与根系的生长

土温与作物根系的生长关系很密切，一般情况下， 根系在2～4℃时开始微弱生长，10℃以上根系生 长比较活跃，土温超过30～35℃时根系生长受阻。 另外，土温的高低还影响根的分布方向，Khtmar 等发现大豆根系的分布和地温的关系，在低温土 壤中，大豆根系横向生长，几乎与地表面平行； 而在高温土壤中，大豆根系却是纵向生长，能够 伸向深层土壤当中，这对根系吸收土壤中的水分 和养分都是十分有利的。
3.土温对块茎和块根形成的影响
（1）土温的高低不仅影响马铃薯的产量，还影响块茎 的大小、比重、含糖量与形状等。马铃薯块茎形成最 适宜的土温是15.6～23.9℃，但也有人认为17.8℃是 块茎形成的最适宜温度，21.1℃对地上部营养体生长 最好。土温低（8.9℃）则块茎个数多，但小而轻； 土温适当（15.6～22.2℃）块茎个数少而薯块大；土 温过高（28.9℃）则个数少而薯块小，块茎变成尖长 型，大大减产。 （2）甘薯块根着生土层（5～25cm）的土壤温度日较差 与上下层土温的垂直梯度的大小，对块根的形成有明 显影响，土温日较差与土温垂直梯度大，可使块根长 得较圆，反之成尖长型。昼夜温差大的砂性土壤对甘 薯的块根形成较为有利。
i 1 n n
b.有效积温 : A (ti B ) Y nB
i 1
在实际工作中 如作农业气候分析 农业气候区划时 多用 , 、 ， 活动积温。 研究作物对热量的要求 预报作物生长发育期 ， 的到来日期， 以及作病虫害预测预报 ， 多采用有效积温 时 。
0C的活动 几种作物所需大于10
热容量：表示某物体温度变化1度时所 需吸收或放出的热量，单位J/deg。 2) 土壤质量热容Cm（Heat capacity of soil at constant mass）：J/kg.deg。 3) 土壤定容热容CVs（ Heat capacity of soil at constant volume）：J/m3.deg。 显然二者关系为 Cm CVs :
5.土温对昆虫的影响

很多昆虫终生生活在土壤中，如蝼蛄、蟋蟀、白蚁等，另外 有很多昆虫生命过程的某些阶段是在土壤中度过的，如金龟 子、金针虫、地老虎、枣尺蠖、季尺蠖等，还有很多昆虫则 以某一个虫期潜入土中越冬或滞育。据统计，约有95%～ 98% 的昆虫种类，在它的某一生育时期与土壤有密切关系。因此， 土温对昆虫，特别是对地下害虫的发生发展有很大作用。土 温除影响昆虫发育速度和繁殖力外，还影响土栖昆虫的垂直 移动。一般当秋季土温下降时，昆虫向下移动；而春季土温 上升后昆虫向地表移动；夏季地表温度过高时，昆虫又下潜。 昆虫在土中的潜入深度，不仅在一年中随适温区的变化而不 同，即使在一天中，也有一定的移动规律。如蛴螬，夏季时 大多在夜间及早晨上升到土表危害作物，日中下降到土壤稍 深处。掌握土壤温度的变化和土壤中昆虫垂直迁移活动的规 律，就能更好地测报和防治这类害虫。
4.土壤温度极值出现的时间
由(3.4)式可知, 任意深度的位相为 sin(t z / D) sin (t z / D), 即位相比土壤表面滞后 时间为z / D 当z D时,日最高与日最低温度滞 : 后 z / D 1 / / 2 24 / 2 3.14 3.82h 年最高与最低温度滞后 : z / D 365/ 2 3.14 58.12d

2 0.18106 m 2 / s 如粘土(40%孔隙度)的日衰减深度D日 0.07m 7cm 2 / 24 60 60 2 0.18 106 其年衰减深度D年 1.34m 134cm 2 / 365 24 60 60
2.地表的温波方程
令z 0, 则可得地表的温波方程 T (0, t ) T A(0) sin t
4.土温影响对水分和养分的吸收


低温减少作物根系对水分的吸收。其主要原因是，低温使 根系代谢活动减弱，增加了水与原生质的粘滞性，减少了 细胞质膜的透性。但是，土温过高，酶易钝化，根系代谢 失调，对水分的吸收也不利。土温的高低还影响作物根系 对矿物质营养的吸收。 低温可减少根系对多种矿物质营养的吸收，但对不同元素 的影响程度不同。这与所遇低温的强度与时间有关系，例 如水稻，以30℃与16℃短期（48h）处理做比较，低温影响 对矿物质的吸收顺序是：磷、氮、硫、钾、镁、钙；如果 长期（从移栽到成熟）进行冷水灌溉，降低土温3～5℃， 则影响大小的顺序为：镁、锰、钙、氮和磷。
生物学最 低温度 生物学最 适温度 生物学最 高温度
光合作用
0-5℃
20-25℃
40-50℃
呼吸作用
-10℃
36-40℃
50℃
几种作物的三基点温度
豌豆与温度的关系
2）农业界限温度

对农业生产有指示或临界意义的温度， 称为农业指标温度或界限温度。农业上 常用的界限温度有00C、50C、100C、 150C、200C。
§3.2 土壤温度
一、土壤热特性 二、土壤温度的日、年变化 三、土壤温波方程 四、土壤的垂直分布
一、土壤热特性
1. 2. 3.
热容量（Heat Capacity） 导热率（Thermal conductivity） 热扩散率（Thermal diffusivity）
1. 热容量（Heat Capacity）