田间小气候自动观测仪_小气候观测方案设计

2024-08-11 06:28:16

1.重要环境地质指标释义

2.关于《气象物候》的三个问题.

3.赵树英的发展历程

4.田间试验概况

田间小气候自动观测仪_小气候观测方案设计

你好，用相关的植保仪器进行防治; 以下清单仅供参考,可根据实际需要配置。 1TPCB-II自动虫情观测，NL-5小气候自动观测仪，养虫设备，托普云农测报工具箱，移动数据集设备。。。

重要环境地质指标释义

农业自动化的发展趋势

随着现代科学技术的进步和现代高效农业的不断发展，自动化控制技术在农业现代过程中不可替代的地位和作用越来越被人们所认识。农业自动化能够大大提高劳动生产率和增加劳动舒适性，而且随着经济的全球化，面临农产品开放进口和市场竞争的压力，现代业只有通过进一步提高生产率、降低生产成本和提高产品品质才能生存。从这些新的需求出发，农业生产着高效率和高精度的机械化、自动化方向发展是必然的选择。

日前农业机械自动化大致有以下3类。一是已有农业机械及装置的部分自动化控制。这种自动化方式以提高已有农业机械及装置的作业与操作性能，提高作业效率和作业精度，减轻驾驶员的负担，节约等为目的。二是已有农业机械及装置的无人自动操作。这种自动化方式用在操作简单且容易实现无人运转，危险性大或是长时间重复单调过程的作业上。如用计算机程序或无线电遥控来操纵拖拉机及联合收割机、自动控制行驶、自动检测耕深、耕宽或作物行列数、自动完成作业，以及能使下煤机、自动化温室等固定装置自动完成作业的机械及装置。三是农业机器人。农业机器人是一种可由不同程序软件控制，以适应各种作业，能感觉并适应作物种类或环境变化，有检测（如视觉等）和演算等人工智能的新一代无人自动操作机械。

自动化技术特别是微电子自动控制技术在农机上的成功应用，是农业现代化的重要标志之一。根据我国实际国情，必须考虑该技术的成熟程度，即自动化技术本身的可靠性，必须考虑整机售价应适台我国农民当前的购买力，以及用自动化技术的实用性和农民在操作使用维修保养时的方便性。

现在农业生产自动化控制系统基本上是各种系统的集成，硬件上有传感器、传感器变换器接口、控制器、计算机网络、被控设备、总线等组成的。随着自动化信息技术和生物技术以及工程制造业的发展，智能控制技术的广泛应用，农业生产的精确控制必然是现代农业生产的发展方向。

即所谓的精准农业，是在传统农业与农业机装备技术上，运用高新技术进行农业生产管理，是一种自动化和信息技术与农业生产相结合的产业，也是未来农业发展的重要途径。目前我国在这方面已经取得一些进展。如日前，河南省首个农业气象观测自动化仪器在郑州农业气象试验站安装调试完毕，并投入业务运行。该仪器除了能对土壤墒情和农田小气候实时监测外，还可以获取冬小麦和夏玉米不同发育阶段的图像并通过网络传输至远程服务器，为制定农业气象自动化仪器安装技术标准与农作物自动化观测规范积累资料。

关于《气象物候》的三个问题.

一、岩石裸露率

简介：岩石裸露率，即岩石面无植被或土被覆盖的裸岩面积占总面积的比值。石漠化的形成是地表呈岩石逐渐裸露类似荒漠景观的演变过程，因此岩石裸露率是表明石漠化进程的最直观的指标。碳酸盐岩母岩差异性风化促使基岩面强烈起伏，形成各种规模不等的溶洼、溶洞、地下河道，为残积土壤的积聚提供空间，地表土壤物质分布不均匀，这是岩溶区基岩大面积裸露的重要原因。

意义：基岩大面积裸露，一方面暴露于日光下，形成干热小气候，限制了植被的生长；另一方面，对水的调蓄功能降低，不能保证植物生长的水源，再者由于植被覆盖率低，土壤的侵蚀强度增加，加速石山区的水土流失过程。岩溶石山区的植被多为喜钙的岩生性种群，群落结构单一，食物链易受干扰而中断，随着环境的恶化，植被的种类在退化，高大的乔木逐渐被典型的小灌木取代，进而是岩石逐渐裸露，群落的生物量随着岩石逐渐裸露而降低。因此，岩石裸露率从生态系统角度阐明岩溶生境的致损程度。

岩石裸露程度作为地表退化的标志既易于测量，又易于被遥感技术所记录。因此，实地监测和遥感技术相结合对岩石裸露程度进行监测，已成为重要的石漠化监测手段之一。

人为或自然原因：自然原因是碳酸盐岩母岩大面积裸露形成了土少、水少、石多、干旱的严酷生态环境，限制了植物的生长。人为原因是乱砍滥伐、铲草皮、挖树根、烧秸秆等活动以及都市化。

适用环境：碳酸盐岩分布区。

空间尺度：从块段到中尺度/区域尺度到全球尺度。

测量方法：实地测量或遥感技术解译获取信息。

测定频率：按季、年或多年一次，根据具体情况而定。

资料和监测的局限性：石漠化过程既有渐变也有突变。植被退化、土壤退化、地表状况恶化三者退化与恢复的速度并不一样，裸岩率高低并不总是代表石漠化程度的强弱。因此，仅注重地表形态的变化，而忽视石漠化引起的土地系统生态学过程的变化，是难以刻画不同荒漠化类型的共同本质的。

过去与未来的应用：中国国土航空物探遥感中心参照已有的荒漠化分级标准，以裸露基岩占总面积的比例、裸露基岩的结构和分布特征、植被结构等为分级的基本依据，将区域出露的碳酸盐岩生态景观分为四个等级，无石漠化（岩石裸露程度＜30%）、轻度石漠化（岩石裸露程度30%～50%）、中度石漠化（岩石裸露程度50%～70%）和重度石漠化（岩石裸露程度＞70%）。

根据以上分级标准，遥感中心利用“3S”技术对整个西南岩溶区的石漠化进行全面地系统的研究，完成了“西南岩溶石山地区石漠化空间数据库（1∶500000）”。已经掌握了西南岩溶区10.5万km2 不同程度石漠化的分布面积、空间区域及其生态环境特点，并建立数据库和电子版图件，可提供区域石漠化的现状信息。

二、土壤侵蚀强度

简介：土壤侵蚀是评价岩溶地区生态系统健全状态和功能必不可少的指标。土壤侵蚀除减少了土壤，降低土壤养分和有机质的多样性及丰富程度，影响植被、农作物的生长以外，还造成非常严重的地质灾害和环境问题，如堵塞地表、地下河道、水库，当暴雨来临，地下管道堵塞来不及排泄，又造成洪涝灾害，以至于许多农田往往是旱涝交加。根据贵州省岩溶区主要河流的输沙量估算，贵州每年流失的成土物质总量约等于其60年的生成量。因此，土壤侵蚀是岩溶石山区土壤浅薄，土被不连续，最终演变为石山荒漠的主要原因。

岩溶山区特殊的土体剖面结构加剧了斜坡上的水土流失和石漠化。岩溶山区土壤剖面中通常缺乏C层（过渡层），在基质碳酸盐母岩和上层土壤之间，存在着软硬明显不同的界面，使岩土之间的粘着力与亲和力大为降低，一遇降雨激发便极易产生水土流失和石漠化。西南岩溶区有数量众多的地下河、洞穴，因此除了坡面侵蚀外，水土还通过落水洞向地下河流失。

地形坡度是土壤侵蚀的影响因素，以石漠化最严重的贵州省为例，新构造强烈抬升，岩溶垂向发育，地形起伏大，全省地形坡度为21.5°，大于25°的坡地占35%，大面积的陡坡地存在，无疑给土壤侵蚀提供了有利的条件，从而导致石漠化。全省低产田占总耕地面积的75.8%，而80%是在坡耕地上。

在水土流失造成的岩溶石漠化评价中，尤其在大比例尺研究时，地形坡度是最重要的指标之一。由水利部颁发的《土壤侵蚀强度分级标准》，地形坡度和植被覆盖度是基本的分级指标。近年来实施的退耕还林政策亦把坡度＞25°作为退耕还林的界限，因为在坡度＞25°的陡坡上，土层浅薄，一旦植被覆盖层遭受破坏，是很难恢复的。在农业上大力倡导的坡改梯工程也是把地形坡度作为主要依据的。

除地形坡度外，降雨也是土壤侵蚀的重要因素，大多土壤侵蚀发生在大雨或暴雨期间。滑坡、泥石流是强度的土壤侵蚀现象，我国南方西部的横断山区、云贵高原的中西部，沿断裂、河谷地带滑坡、泥石流普遍发育。影响土壤侵蚀的另一因素是植被覆盖率，植被的根系有固土作用，落下的植物枝叶如同一个保护层，有助于减少雨滴对土壤的冲击。

一般认为，土壤抗蚀性能与有机质含量有关，有机质含量越低，土壤抗蚀性越弱。由于石灰土表层集中了土体绝大部分的有机质，表层以下土壤有机质含量迅速降低，一旦发生植被破坏和土壤侵蚀，富含有机质和植物养分的表土层被侵蚀，良好的土壤结构受到破坏，土壤水稳性指数和结构系数降低，土壤抗蚀抗冲能力明显下降，土壤侵蚀加剧。

意义：土壤侵蚀问题已成为世界性环境问题中最为突出的问题。这是因为土壤侵蚀威胁着我们星球的生产力，包括粮食、纤维和可再生。据估计，在过去50年间，土壤侵蚀已导致4.0亿hm2的土地丧失其生产力。另一方面，侵蚀泥沙及其伴随的养分和农药流失也对人类的生存环境，如空气和水质，造成严重污染，并引起其他一系列环境问题。

人为或自然原因：土壤侵蚀是十分复杂的天然作用，大多为水、风侵蚀引起的，自然原因为新生代地壳大幅度抬升，河流下切，加之多次构造运动使西南岩溶区断层褶皱发育，形成陡峭的坡度和多样化的地貌形态。人类活动诱发，加速或延缓。如陡坡种植（＞25°）和过度的放牧、乱砍滥伐、修路、矿山开和都市化可加速土壤侵蚀。

适用环境：碳酸盐岩分布区，尤其是斜坡地带。

空间尺度：块段到中尺度/区域尺度。

测量方法：土壤侵蚀量可用多种方法测量，如埋桩测量土体高度；利用沟槽建堰集沉积物进行测量估算；土壤侵蚀速度可用侵蚀预测方程如通用土壤流失方程等进行计算。

测定频率：每季、每年一次，视当地条件和所测参数而定。

资料和监测的局限性：土壤侵蚀是石漠化最直接的影响因素，石漠化地区现阶段土壤侵蚀量可能较小，但其土壤侵蚀程度是严重的，不能笼统认为土壤侵蚀量与石漠化的相关性较小，石漠化是土壤侵蚀的顶级表现形式，已到了无土可流的发展阶段。对偶发的极端如滑坡、泥石流等缺乏有效的监测手段。

过去与未来的应用：土壤侵蚀环境效应评价是近几年来备受关注的研究领域。目前迫切需要进行长历时和大尺度的土壤侵蚀动态监测，一方面监测土地管理政策和措施对侵蚀、搬运过程的影响，另一方面监测土壤侵蚀对土地退化、空气和水质污染的影响。土壤侵蚀量化是未来土壤侵蚀研究面临的问题和挑战。

熊康宁等结合贵州的实际情况，提出了岩溶石漠化六级分级标准（表2-13）。以此为标准，进行了贵州省岩溶石漠化等级划分。

三、表层岩溶水

简介：表层岩溶带是由于强烈的岩溶化过程，在表层碳酸盐岩形成各种犬牙交错的岩溶个体形态和微形态并组合构成不规则带状的强岩溶化层，其下界为岩溶不发育的岩石。表层岩溶带的裂隙发育随着深度的增加而迅速减缓直至停止，使得表层岩溶带能够形成含水层，具有赋存和调蓄地下水的功能。构成岩溶地区特殊的上部以表层岩溶水系统为主体与下部以地下河管道为主体的二元水文地质结构。

表2-13 碳酸盐岩岩溶石漠化强度分级标准表

长期强烈的岩溶化作用造成的地表地下双重空间结构，导致地表水漏失，地下水深埋，地表干旱缺水，这使表层岩溶水显得尤为重要，其不但可以延缓降雨入渗水在表层带停留的时间，使其更多为植被所利用，并可形成表层间歇泉，支撑起其上覆的生态系统，并与生态系统一起对岩溶水文系统进行调蓄。而且表层如具有良好植被和土壤层覆盖时，还能有效增加降雨入渗补给量。在许多岩溶区虽然土被不完整或者是岩石大面积裸露，大量的风化残余物存在于表层岩溶带中，留存于石沟、石缝、石槽中的土壤肥力水平高，如果表层岩溶带能提供足够的水分营养，植物根系可以在这些裂隙中生长，甚至形成茂盛的喀斯特森林。从而形成良好的生态系统。

意义：表层岩溶水的普遍分布是我国西南岩溶山区居民聚集和繁衍的重要条件。表层岩溶水不仅提供人畜生活用水，而且为植被和农作物生长最重要的水源。但19世纪中叶以来，随着森林的破坏，环境调蓄表层水的功能减弱，水土流失速度加快，泉水衰减、水质恶化，大多数表层岩溶水只有在大暴雨期间才形成超渗产流，然后以表层岩溶泉水的形式流出地表。旱季，表层岩溶泉水普遍断流，生境条件向干旱、空气湿度小的严酷生境演变，加剧了石漠化的进程。表层岩溶水的水质水量的监测数据不仅预警生态环境的变化，而且是制订防治石漠化对策的基本依据。

人为或自然原因：表层岩溶水主要受气候、岩性、构造、地貌、植被的控制。人类活动如砍伐树木、重度垦殖，降低了植被涵养水源的能力；过度开表层岩溶水，有毒有害废弃物的排放以及农作物施肥等都会改变表层岩溶水的水质、水量。

适用环境：碳酸盐岩分布区，尤其是人群聚集区。

空间尺度：从块段到中尺度/区域尺度到全球尺度。

测量方法：对表层岩溶泉水流量可用流速仪测量、对水点（水井、溶潭等）水位可直接测量。或利用自动水位仪连续测量。

测定频率：每月或每季一次，或连续观测，视当地条件和所测参数而定。

资料和监测的局限性：表层岩溶水的时空分布极不规律，因此很难确定某一特定地点代表性如何。

过去与未来的应用：在西南岩溶区许多地方都开展了表层岩溶泉水水量水质长期监测工作，了解表层岩溶带对水的调蓄功能。

四、土壤状况

简介：石漠化的过程实质上就是土地退化的过程。土壤的分布、厚度、养分含量和组成以及土壤的结构、pH值都直接影响了植被的种类和演化，典型样地调查和土壤的物理性质和化学性质分析结果表明，随着石漠化进程，植被逆向演替，容重增加，孔隙度降低，土壤天然含水量、有机C含量亦有降低趋势。

土壤指标包括以下主要次级指标：土层厚度、土壤结构、土壤质地、土壤持水能力、土壤有机质、营养元素和pH值。

1.土层厚度

岩溶地区成土过程慢、土层薄，土被不连续，严重制约了植被的生长及植被种类组成，是岩溶生态系统脆弱的重要原因。

2.土壤结构

土壤固相颗粒很少呈单粒存在，经常是相互作用而聚积成大小不同，形状各异的团聚体，各团聚体的组合排列，称为土壤结构。土壤结构影响土壤孔隙的数量、大小及其分配情况，从而影响着土壤与外界水分、养分、空气和热量的交换，影响着土壤中的物质与能量的迁移转化。团聚体的稳定性取决于连接介质（如有机质或石灰）以及破坏它们的力量（例如降雨冲蚀和耕种）。好的土壤结构和聚合体，常常因为侵蚀导致有机质损失而变差。有机质的流失导致聚合体稳定性降低和在许多土壤尤其是那些含粉沙量高的和有机质含量低的土壤表面或接近表面形成土壤硬壳。硬壳又进一步地减小入渗率和透气性以及增大地表径流。容重常常随着侵蚀而增加。对土壤结构的评价考虑两个参数：容重和入渗率。

（1）容重（BD）。将容重定义为土壤的质量除以土粒、水和空气占据的总的体积。它由每单位体积中土壤的重量来计量。容重的变化与固体有机物和无机物颗粒的比重和相对比例以及土壤的孔隙度有关。

（2）入渗率（I）。水能进入土壤表面的比率叫做入渗率。首先，因为它影响了土壤接受水补给的速度；其次，它在大雨或灌溉期间影响了地表径流的产生和由此引发侵蚀的可能性。作为水力传导系数发生变化的结果，入渗率受许多土壤特征（如质地、结构和孔隙特性）的影响。值得强调的是，聚合体的稳定性和膨胀粘土的存在对入渗率的影响很大。表面的土壤受到雨滴和其他因素的冲击（如交通和牲畜破坏），减少土壤的入渗率；雨滴可能对表面的土壤聚合体产生可观的冲击，如果它们是脆弱和不稳定的话就很容易分解。重度垦殖和有机质含量低的土壤特别容易产生聚合体分解和形成表面硬壳层。落下的植物枝叶如同一个保护层，有助于减少雨滴冲击而维持高的入渗率。

3.土壤质地

各粒级土粒在土壤中所占的相对比例或重量百分数即土壤的机械组成，就叫做土壤质地。土壤颗粒组成是构成土壤结构体的基本单元，并与成土母质及其理化性状和侵蚀强度密切相关。首先，颗粒大小和形状影响了土壤遭受风或水侵蚀的可能性；其次，土壤质地也影响水的入渗率，而入渗率又影响了地表径流量和土壤颗粒的移动潜力。土壤质地分类为：

（1）砂质的：砂粒为主，贫瘠，容易退化，中细砂易受风蚀。这些土壤因为持水能力差，而且所含水分更容易为植物生长所消耗，所以它比粘土更容易遭受干旱。

（2）壤土质的：砂、粉沙和粘土的比例均衡，通常含丰富的有机物、肥沃、无严格的使用限制、不易退化。通常有最大的持水能力。

（3）粘土质的：粘粒为主（沉积粘土或高风化残积粘土），有几种容易导致其退化的机理如水涝、高肥力、对退化的敏感不同。

4.土壤持水能力

持水能力（WHC）定义为植物可利用的土壤水的数量。持水量大的土壤能支持更多的植物生长。土壤所持有的水并非都能为植物生长所用。土壤有效含水量一般指田间持水量至永久萎蔫百分数间的含水量，即田间持水量减永久萎蔫百分数之差。土壤的持水能力主要受土壤质地和土壤有机质含量的控制。大体上，土壤中粉粒和粘粒含量越高，持水能力越大。细小的颗粒（粉沙和粘土）与较大的砂子颗粒相比表面积大得多。大的表面积使土壤持有更多的水量。持水能力有限的土壤（如砂壤土）比持水能力大的土壤（如粘壤土）更快达到饱和点。在土壤达到饱和之后剩余的水和土壤溶解的一些营养物和杀虫剂向土壤的下部淋滤。因此持水量小的土壤容易淋滤流失营养物和杀虫剂。土壤里的有机质含量也影响持水能力。由于有机质和水的亲和性，当土壤中有机质的含量增加时，持水能力也增加。不同植被、不同利用状况下的岩溶山地土壤持水特征是存在差异的，林地、灌草坡对水分的保持能力强，土地利用强度较大的土壤保水能力相对较弱。

5.土壤有机质

土壤有机质（SOM）是土壤质量的一个主要指标。土壤有机质大多在土壤的最上部聚集。土壤有机质不但是植物生产重要的营养元素来源，而且在改良土壤的质地、结构，以及改善土壤的其他物理性质，协调土壤水、肥、气、热状况等方面起着重要作用。土壤有机质在以下过程中对土壤质量产生影响：①物理作用如土壤聚合、侵蚀、排水、透气性、持水能力、容重、蒸发和渗透性；②化学作用包括交换能力、金属整合、缓冲能力和N、P、S及微量营养素的提供和有效性；③生物作用如细菌、真菌、放线菌类、蚯蚓、根和其他微生物的活动。在石漠化过程中，随着植被群落的明显退化，生物量下降，使土壤有机质的来源减少；同时由于生境向旱生方向演变，土壤有机质分解速度加快，土壤有机质含量迅速降低。

6.土壤营养元素

土壤含有十多种作物生产所需要的营养元素，其中氮、磷、钾最为重要。土壤石漠化使土壤速效N、P、K含量明显减少，土壤营养元素供应强度急剧下降。严重退化地土层裸露，土壤全N、全K和全P含量均较低，特别是生长零星草被植物的土壤，有效N、P、K含量常低于一般植物生长的需求水平，速效养分含量更是贫乏，当土壤养分降低的同时，植物可利用的养分也相应减少，造成植株低营养的胁迫生长，植株生长速率和生物量明显下降。而地表植被的变化，又影响植物凋落物和残余量以及土壤微生物的活动，进一步减低了土壤系统的养分。

7.pH值

pH值是对酸度和碱度的标准度量。pH值高表示碱性，常来自盐分；pH值低表示酸性，常因为营养阳离子的流失所致。土壤的pH值最大范围是为2～11，但是大多数土壤的pH值范围是5～9，很少低于4。土壤中的pH值依赖于土壤溶液和吸附在胶质物表面的可交换阳离子合成物中的离子含量和浓度。铝通常是酸性土壤中农作物生长的最大的不利因素。pH值是铝毒性很好的指标，当pH值低时，铝和锰都变得更易溶解并且毒害植物。当pH＜5时，最毒的种族Al3+在溶液中占优势。pH值也指示土壤中大多数化学元素的可溶性以及对植物生长有关方面的可得性、不足或毒性。土壤的pH值对土壤微生物的活动也有很大影响。已有证明，当pH值≤7时，矿化和氮的硝化作用的速度随着pH值增加而加快。

对石漠化影响比较大的是矿山、冶炼厂等的有毒有害废弃物的排放。大量的铅、锌、砷、汞和二氧化硫等有毒有害成分，特别是二氧化硫等酸性气体，造成企业周围较大范围高强度酸雨。严重影响区内业已脆弱的林木、灌丛、藻类、苔藓等植物的生长。在极端的情况下，大范围内的碳酸盐岩表面随着藻类和苔藓的死亡而呈白色。

意义：土壤结构和质地的变化是土地荒漠化过程中最为普遍而有代表性的现象，土地一旦发生荒漠化，首先表现为地表物质颗粒组成中细粒减少，粗大颗粒逐渐占据优势，即产生地表粗化过程，在植被破坏严重的地区，地表甚至被大量石砾覆盖。所以随着荒漠化的发展，土壤机械组成愈来愈粗，由机械组成的变化和差异，可以判断土地荒漠化的强弱和发展趋势。

如果土壤持水能力减弱，相对湿度降低，表明环境条件向干旱、空气湿度小的严酷生境演变，从而影响植物的种群结构，减少生物多样性。通过土壤持水能力的监测，制订合理的土地整改措施，提高土壤有机质含量及熟化度，进而提高土壤水稳性团聚体含量，有助于增强岩溶山地土壤的抗旱性能。

土壤有机质作为一个植物营养的仓库，改良土壤结构和持水能力，减少土壤里有毒物质的毒性。它支持更大、更多种类的微生物种群，促进对植物病虫害的生物控制，它帮助植物中的微量营养元素和来自不能溶解矿物中的植物营养元素的溶解。土壤有机质对植物营养元素有高度吸附或交换的能力，有助于土壤肥沃，决定着土地的农作物产量。土壤有机质在减少土壤的侵蚀性方面的主要作用在于通过稳定表面的聚合体，这样就减少硬壳的形成和表面封闭，增加水的渗透量。因此，土壤有机质既反映了土壤养分水平及植物可利用养分量的变化，又可以表征土壤理化性质的变化，可以作为指示石漠化过程中土壤质量变化指标，来判断存在石漠化的可能性及程度，预警生态环境的变化以及指导生态环境重建。

土壤中氮磷钾数量主要反映土壤养分水平及植物可利用养分量的变化，对土壤生态系统有重要的控制作用。它会影响植物的类型、产量和衰败、养分循环的速度以及土壤微型动物群的活动。

pH值既反映了大气、土壤和水—岩石作用，也反映了像矿、土地清理、农业、酸雨、生活垃圾和工业废物这样的人类活动影响。pH值是环境监测的主要指标，其变化影响了许多在土壤里或地下水中发生的化学和生物作用。酸化作用是对人类和生态系统健康造成危害的一个主要问题。

人为或自然原因：土壤结构改变与降雨冲蚀以及土地开垦利用相关，由于耕种和道路作业使土壤容重加大，土地利用强度越大，对土壤团粒结构的破坏也越大，土壤表层砂化现象越明显。

土壤质地主要受母岩影响，但土地利用方式的改变如超垦、滥伐，加大了环境负荷，造成植被稀疏，土壤细颗粒流失、减少、粗颗粒富集、岩石裸露，进而石漠化。

土壤有机质来源于动、植物（包括微生物）的残体，对于耕种土来说除继承自然原有的有机质外，施用的各种有机肥是土壤有机质的重要来源。石漠化过程中，有机质随着细粒物质的侵蚀而损失，由于地表植被覆盖度降低，有机物来源减少，矿化分解作用强烈，不利于有机质积累。土壤的持水能力主要与土壤质地和土壤有机质含量有关，因此任何与土壤质地和土壤有机质含量相关的因子变化都会引起土壤持水性的改变。

除继承母岩原有的营养元素外，施用的各种肥料是土壤营养元素的重要来源。石漠化过程中，由于地表植被覆盖度降低，零星生长的植物形成生态结构和功能不良的生态系统，使未被植被覆盖的土壤直接受到雨滴的冲刷，营养元素流失，土地质量退化。

土壤或地下水中的pH值是天然和人类活动综合作用的结果。云南省的蒙自、个旧、开远、文山等为重度石漠化分布最广泛的地区，黑色和有色金属矿选冶业的污染对石漠化的影响极为严重，如个旧市，酸雨出现的频率为56%，酸雨pH值范围为2.95～5.58。

适用环境：任何碳酸盐岩分布区，尤其是农业区和林区。

空间尺度：从块段到中尺度/区域尺度。

测量方法：①土壤容重常用环刀法进行测量。②土壤颗粒组成用简易比重计法测定。③土壤含水量野外用土壤水分测试仪测量。用负压法测定岩溶山地土壤在不同吸力下的持水状况，在10kPa土壤水吸力下土壤含水量作为田间持水量；土壤含水量测定用烘干法。永久萎蔫百分数测定用常规的方法。④有机质一般用重铬酸钾法测定。⑤全氮用开氏定氮法、有效氮用扩散皿法、全磷用硫酸—高氯酸消煮—钼蓝比色法、有效磷用Olsen法（NaHCO3溶液浸提）、酸溶性钾用热硝酸浸提—火焰光度计法、有效钾用醋酸铵浸提—火焰光度计法。⑥土壤pH值用酸度计法。

测定频率：按季、年或五年一次，根据具体情况而定。

资料和监测的局限性：在石漠化程度高的地区，有机质含量丰富、肥力水平高的土壤往往留存于石沟、石缝、石槽中，使取样测试有一定难度。目前土壤pH值的测定多数是样到实验室进行，不能进行野外现场测试，从而影响该指标的精度。

过去与未来的应用：刘方等人对贵州中部进行植被调查了和土壤分析，研究调查区分3个区域，即北盘江（花江）峡谷区、清镇峰林区和花溪峰丛区。在研究区域内共选择了4块阔叶林（乔木）地、12块灌木林地、8块灌丛草地和5块稀疏草地进行土壤样品集，共集29块样地坡面表层土壤（0～15cm）混合样品。土壤样品风干后，研磨通过1mm筛孔，供实验与测试分析。土壤测定项目有：pH值（pH）、有机质（O.M）、全氮（TN）、全磷（TP）、酸溶性钾（AK）、有效氮（N）、有效磷（P）、有效钾（K）和粘粒（<0.01mm，<0.001mm）含量。

研究结论：

（1）随着植被群落退化度的明显提高，土壤出现粘质化，有机质含量急剧下降，植物可利用养分的数量减少，土壤质量明显退化。

（2）石漠化区土壤有机质、粘粒、氮磷钾含量与植被覆盖率、土地复垦率之间均存在显著的相关性，随着植被覆盖率下降、土地垦殖率增加，引起土壤质量明显退化，加剧了石漠化发生的强度和速度。石漠化过程中土壤质量的明显下降是加速生态环境恶化的重要前提，在一定程度上可用土壤有机质、物理性粘粒、有效氮磷钾含量作为指示石漠化过程中土壤质量变化对生态环境影响的预警指标，来判断喀斯特存在石漠化的可能性。

（3）以土壤有机质、物理性粘粒、有效氮磷钾含量作为评价指标，初步将石漠化过程中土壤质量变化对生态环境潜在影响的程度分为3个等级：第一类型土壤，有机质>10.0%、物理性粘粒40%～50%、有效氮>350mg/kg、有效磷>10mg/kg、有效钾>120mg/kg；这类土壤对生态环境未产生潜在的影响。第二类型土壤，有机质10.0%～5.0%、物理性粘粒50%～70%、有效氮200～350mg/kg、有效磷5～10mg/kg、有效钾>90mg/kg；这类土壤对生态环境可能产生一定的影响，应为喀斯特石漠化的一般治理区。第三类型土壤，有机质<5.0%、物理性粘粒>70%、有效氮<200mg/kg、有效磷<5mg/kg、有效钾<90mg/kg；这类土壤对生态环境可能产生明显的影响，应为喀斯特石漠化的重点治理区。

五、土壤库

简介：土壤库，是指存在于土壤上层凋落物和土壤中或岩石缝隙中的全部存活。一个植物群落的库是对它过去状况的“进化记忆”，也是反映群落现在和将来特点的一个重要因素。库在植物群落的保护和恢复中起着重要的作用，因此土壤库，尤其是关键种的库动态是岩溶生态环境的重要指标，因为它代表了植被恢复的潜力和趋势。可用土壤库的组成结构与更高演替阶段群落组成结构之间的相似度系数表示土壤库恢复的潜力度，结合现有植被组成现状或物种的比例、库的组成现状或物种的比例来评价退化系统的质量或预测石漠化的发展动态。

土壤库与地上植被的关系分为4种情形：①有，有植株，所有的环境因子适于种的建成；②有，没有植株，环境不适于种的建成；③有植株，但土壤中没有；④没有植株，也没有，可能由于缺乏散布，或是环境因子不适宜造成。通过比较不同样地土壤库与地上植被组成的相似程度以及库中乔木种的种数多少，可判断各样地植被演替阶段和恢复力度。

意义：土壤库是植被响应土地利用、气候变化和环境变迁的重要指标。目前全世界广大的岩溶地貌上，原生的森林植被几乎破坏殆尽。大多认为亚热带喀斯特地区原生性植被为常绿落叶阔叶混交林，在这些受损和受破坏的生态系统面前，人工的森林种植措施显得十分困难。探寻土壤库特性，开发土壤库技术将为这些地方森林植被的恢复带来新的希望。通过对不同退化程度与恢复阶段的土壤库储量与组成的研究，为岩溶退化山地的恢复提供重要参考。

人为或自然原因：土壤库承接和储藏了地表群落植被所产生的以及来自周围植被群落。库的因为萌发、动物食、病菌危害及的自然衰老而损失。人类活动对库的影响如改变土地利用方式、人工种植等，尤其是刀耕火种不仅造成水土流失，而且土壤库在质和量方面也发生严重退化。

适用环境：碳酸盐岩分布区。

空间尺度：从块段到中尺度/区域尺度到全球尺度。

测量方法：常用的种类鉴定方法有两种：物理分离法（或称直接统计法）和萌发法。其中萌发法是最常见的鉴定方法，大约90%的研究工作用此法。物理分离法是应用物理方法（如水漂洗、筛子筛选以及在解剖镜或显微镜下观察并分离等），先把从土壤中挑选出来，通过鉴定和统计的数量来决定土壤中的物种组成和数量的方法。本方法需要鉴定的活力，通常用下列3种方法：四唑染色法、直接检验胚法（具有汁液、油性及新鲜胚的被认为是存活的）和萌发实验法。萌发实验法就是把土壤样品放在合适的条件下进行萌发，通过鉴定幼苗来判断库组成，通过统计幼苗出现的数目来估测总数。

测定频率：按年或两年一次。

资料和监测的局限性：在野外可以看到许多悬崖峭壁，甚至向内倾斜的凹陷处有树苗长出，这是由于风力传播或鸟类搬运所致，这种情况下，往往藏在岩石缝隙中，取样测试难度大。

过去与未来的应用：李阳兵等人研究了重庆市岩溶低山10种包括耕地、弃耕地、果园、灌草坡、人工林和次生林等不同土地利用方式的土壤库特点，结果表明：

（1）研究区不同土地利用系统土壤库的差别较大。随土利用强度增加，类和数量减少，且土地利用强度越大，木本越少，草本植物越多，并以农田杂草为主。土地利用方式的变化（如陡坡开垦）是对次生植被及其库的主要威胁。土壤库出现质和量方面的锐减，从土壤库角度说明研究区生态退化严重。

（2）研究区土壤库组成总的来说以草本植物为主，且与地上植被关系较密切，说明仍处于植被演替的早期阶段，退化较严重。库中无当地适生种和先锋种，导致在人类经常干扰的土地，植被自然恢复需要较长的时间，其恢复潜力是很小的。

（3）集中分布于表层5cm的土壤中，但对耕地而言，以5～10cm、10～15cm的土层为多。

赵树英的发展历程

候

物候现象和环境条件（气候）的年际变化科学，气候，农业气象与生态环境之间的边缘学科之间的关系。物候现象包括：①各种植物的发芽，展叶，开花，，叶片变色，树叶等;②迁徙鸟类，昆虫飞行的明初，明最终休休眠;③水文气象现象，多年冻土，霜冻，冰，融化，雪，最后的雪。 3000年前，中国的物候历“夏小正。每个月的”书诗经“中的”豳风七月的文章，“今年四月郁郁葱葱的”，5月鸣蝉“，”日汉莎航空公司鸡珍玉“，”十月蟋蟀入我的床“物候描述。”吕氏春秋·12世纪“，”淮南子培训“，”礼记·月在“在本书的后面，有物候的内容。·逸周书”的培训解决方案包含72等物候历编制了进展，北魏，被加载到国家的日历。元王稹的时间指尖的活法，太平天国的天历有中国的农业古籍英寸的芽月，古医籍也有丰富的知识的物候竺可桢气候科学的先驱和启动中国的现代物流。在他的倡议下，于1934年，以1940年和1962年，已组织2国家物候观测网络。“物候学”和“初步研究”，其五千年年来的气候变化物候学校杰作。物候学研究在中国已经取得了重要成果：（1）建立一个全国性的物候观测网络。现有的观测网络，成立于1962年，由中国社科院科学地理研究所领导的，大约有60观察点，并规定国家共同意见的动物和植物46种（木本植物，33种中草药，两种动物，11种）的形式发表在年度报告中的信息。近年来，国家气象服务系统也进行的自然世界气候和作物材料气候的观测，农业材料气候观测比有是特点;②在出版物气候科学工程，推广的物候学校的研究和物候知识普及;③该会反对气候科学应用于农业和气候科学的研究。在农业方面：的准备自然历史博物馆;说明和预测季节早晚的指导播种和除草指标;掌握放牧季节防风预测害虫的发生期，生态的作物品种，预期的植物品种分类种植季节和推广范围。面积小，山区小气候影响的调查;气候物候学研究的历史时期的气候变化，时令物候划分，根据其掌握的林业：收集和种植的季节。在地理：物候学和植物自然区划，农业气候区划指标和指标。德意志联邦共和国，美国，苏联，日本和其他国家也高度重视物候观测和研究，如联邦共和国德国2700观察点欧洲国际物候观测园网成立于20世纪60年代初，近年来，发展趋势和特点：①重点发展的农业气象研究重点生态研究;②提高观测精度，观测植物物种的使用同一克隆;③新技术，如计算机制图，遥感技术等的观察和研究

有关物候

物候学是研究自然界中，植物和动物与环境的周期性变化之间的关系，季节性的现象的科学，它主要是通过跌宕起伏的植物生长观察和记录的一年，动物的迁徙繁殖，环境的变化比较的空间和时间分布上的差异，探索的植物群和动物群的发展和活动的过程中，周期性，其依赖于环境条件，进而了解气候变化及其影响的法律植物群和动物群。它是介于生物学和气象学之间的边缘学科。

植物和动物的生长和发展对环境的影响是一个非常复杂的过程。然而，该仪器只能记录某些个人因素，环境条件，物候是一个全面的反映了过去和现在各种环境因素。因此，物候指标现象可以作为环境因素，整体效果，也可用于植物和动物的环境因素的评估。

最早的物候记载，公元前一千年前，“诗经·静风·七月”随后的“夏小”，“吕氏春秋·十二纪”，“培训”，“淮南子注·一月订单每月创纪录的年度体育物候历。 “逸周书·培训解决方案”一年分为等待，和记黄埔72各指定5天，物候变得更加完美的物候历，北魏的年历。

在西汉末年，著名的农学著作“汜获奖书，”物候学的一个指标，以确定?记录的培育期，如“杏启动华融，辄农业轻质土的软弱土层;希望杏下降康复。”南浙江省金华市（梧州）吕祖谦记录的南宋淳熙七年和八年（1180,1181）金华市物候期，盛开，桃，李，杏，紫荆，海棠，兰，竹，豆蓼物候记录，24月底种芙蓉，荷花，菊花，蜀葵和萱草花期初到，秋虫的明初，世界上第一个实用的观察。

明王朝，李的“简编”本草纲目“近2000名药物中有明声了非常丰富的植物物候的书四十第八次，49 2，体积帐户的迁徙鸟类杜鹃和杜鹃的地域分布，音节和时间，完整，准确的记录物候的鸟类。 19世纪中叶，太平天国颁发的“日历天数”，“芽月订购物候指导养殖日历。

在欧洲，古希腊的雅典人的材料已编制农业物候历。英国马祥子新五代，1736年，直到20世纪40年代，长期的观察和记录的植物，候鸟和昆虫，动物和植物27种。这是欧洲的一个时代最长的物候记录。中间的18世纪的瑞典植物学家林奈的著作“植物学哲学”一书，概述的任务候，物候观测和分析方法，并组织了18点的观测网络。他是欧洲的物候的主要倡导者之一。

在德国，植物学家霍夫曼从19世纪90年代建立的物候观测网络。他选择了34种，中欧物候观测的对象，亲自观察了40年。随后，伊拉克在其学生取得成功。在美国，森林昆虫学家霍普金斯大学1918年北美温带地区物候土地空间分布的生物气候学法。

在中国，现代物候学的创始人竺可桢。物候观测网络组织，成立于1934年，是中国现代物候观测的开始。在他的领导下，在1962年，他们组织了全国物候观测网络系统的物候研究。对于统一标准于19年发布的“中国物候观测方法的物候观测，并逐年编制和发布”中国的动物和植物物候观测年报。

20世纪50年代以来，国家物候观测网络的扩展，更丰富的物候。更何况，由于应用遥感技术和计算机候更大的发展的探索和应用的法律。

物候学的基本研究方法是平行观测的方法，就是在同一时间观察生物的物候现象和气象因素的变化，以研究它们的相互关系。主要是定点观察生物材料的气候现象的变化周年，按照统一的观测方法组织问题的候选观测网络的物候同时进行观测;小面积的物候观测，在短期内（3 -5天）使用汽车和其他交通工具通过中巴地球卫星照片分析农作物和植被物候的变化;物候期通过试验来研究气候等因素影响的生理机制。

各种生物物候日期的现象出现，而年际变化与气候条件的变化，但在同一气候区，如果没有当地的气候，它们的顺序每年保持不变。在不同的气候带，由于生物物种和气候条件的变化，变化物候顺序的组合。物候顺序编制的自然历史博物馆，预测农时的基础。

由于气候的地带性和非地带性分布，物候与纬度，经度和海拔高度的变化与通过性的特点。 1918年霍普金斯大学生物气候学法：在同等条件下，其他因素的影响，北美温带地区，各向偏北方向移动，北纬1°的东移，东经5°，同比增长约122米，发展的阶段植物春季和初夏推迟4天;在夏末和秋季各提前四天。

物候学已经成为一个生态系统的分析和管理，物候区划，农作物的合理配置方面，山地垂直分布，合理利用土地，防止对环境的污染和废弃物化利用等，进行了大量的物候研究工作。除了宏观经济研究物候，已经开始在内部植物器官的形态变化。在这项研究中气象条件对生物物理候选人已经开始利用人工气候室实验研究，并建立数学模型研究气象条件和生物物候变化。

气候和住宅之间的关系

气候和交通之间的关系

气候和植物之间的关系

气候之间的关系和民族服饰

北方居民家中在一个单一的斜平顶5.3％10.5％，有81.6％的中心脊，他们的房子是砖混结构。为什么他们的屋脊中心？为什么他们的房子是砖混结构？随着我们的调查就来了：在北方的夏天的雨是非常集中的，非常。内务内置脊为中心，以使得水不会积聚在屋顶上。也可以灌溉农作物，这样不仅可以防止雨天穿着房屋“，也灌溉农作物，这是不是一个两全其美的砖瓦房，冬季天气寒冷，墙体保温砖，夏无酷暑。的窗户当地农民全南，光好，可以起到冬季保温的支撑作用，这一点没有说你想画。

北院是长方形的，我认为它应该是节约粮食！农村浴室也转移到了医院，卫生，还可以堆肥，你也可以节省时间。

雾雪冰雹等强恶劣天气可能会影响交通

农业生产在自然条件下开展的活动，一些组合的光，热，水，气，良好的生产，形成一个有效的农业自然;另一种不同的组合可能是有害的，对农业生产构成农业自然灾害。农业气象学的基本任务是研究农业自然和农业自然灾害，农业区划和规划，合理布局的作物，手动调节微气候和作物的种植和管理服务的空间和时间分布，此外，我们需要开展农业气象预报和情报服务，提供咨询意见和建议，对农业生产，合理利用气候，克服不利气象因素，并取适当的措施，在农业，促进农业高产，降低成本，提高经济效率。

人类过渡到农耕，打猎，集，逐步积累知识的天气条件的影响，对农业生产。中国早在春秋已知的方法，楚古伊测量日影飞去的季节，春分，秋分，夏至，冬至四个节气。在“的书曲静风七月八月剥十月饭”物候记录日期。西汉初期，“淮南子·天文训”这本书的全名，超过24节气。

“解决方案”逸周书·训练“将被分成一个72年的候选人，每个节气三名候选人，等待5天，每一个相应的物候。这是中国最早的组合形式，天文，气象，物候知识来指导农业生产活动日历，它可以被看作是古代农业气象。之后开始的发明温度计和气象学和生物学研究，观察性研究植物的生长发育与气象条件的定量关系。随着设立的气象观测网络，逐渐发展研究气候和农业之间的关系。

一方面，农业气象生态环境的重要组成部分，定量观测，植物或动物和环境气象因子的成长和发展的关系。由于在1735年著名的列的温度计创始人Lieaomier发现测量的植物可累积温度的增长率，这一学说是一个重要的基础，农业气象理论;另一方面，农业气象学的一个重要分支，地理科学和气候变化和发展。：中国俄罗斯沃耶伊科夫，奥地利Supan，德国科班，竺可桢等，植被，动物，土壤和气候，地理分布的气候研究，农业气象和农业材料开辟了道路，以科学的发展。农业气象，形成一个完整独立的学科，系统只需要30到40年后的小气候在20世纪，是小尺度气象过程，因为地形，下垫面特征或其他因素引起的气候特征。的变化，由于耕作方式的影响和作物群体的动态变化，耕地的积极面条件和物理特性，辐射平衡和热平衡的各组成部分的变化，从而形成独特的农田小气候的不同类型的。进而影响作物的生长发育和生产的过程中形成的田间小气候。

小气候，提高了温室大棚，阳畦，塑料大棚，塑料薄膜地面覆盖，防风，防护林，蒸发抑制和土壤表面变暖等。

温室气候是微气象过程和温室小气候特征，它是一个人工小气候调节。温室白天的高温玻璃的透光率大于长波辐射短波辐射的透射率特性。此外，温室结构，取向，坡屋顶，屋顶高度跨越比，和使用的透光性材料的光的强度和在温室中的温度的分布和变化是显着的影响。

除了向手动调节微气候的措施，在最近几年，由于自动化技术的发展，完全由人工控制光，温度等气象条件，人工气候室或植物生长室已在农业研究中使用。种植的蔬菜和珍贵的植物，也可以手动调节温度和湿度，二氧化碳浓度，和无土栽培技术，植物生产工厂自动化。

4气候炎热，当地人的服装自然容易冷却，天气寒冷，自然多穿衣服，比较次南极科考队和非洲服装的理解

田间试验概况

农林作物病虫害的发生发展是有规律可循的。正因为如此，我国历朝历代对病虫害的预测和防治都十分重视。20世纪30年代，我国就曾应用气候图法对三化螟、飞蝗的发生分布区域进行过预测。新中国成立之后，很快就加强完善了各级专业病虫害测报体系。

从事灯光诱虫技术研究以来，赵树英每年都抽出大量的时间和各地从事农林作物病虫害测报的专业人员“泡”在一起，风里来，雨里去，更能深刻体会到测报技术人员的辛苦和测报工具的简陋与落后。他下定决心必须尽快研制出集自动化、标准化、信息化于一体的农林作物病虫害测报系统，提高我国病虫害的测报和防治水平。于是，从1998年开始，赵树英和张跃进、吕印谱等农技人员一起，联合大专院校、科研院所和全国农业技术推广服务中心等单位，经过多年潜心研究，先后研制出了自动虫情测报灯、田间小气候集系统、病虫调查统计器、定量风流孢子捕捉仪、有害生物抑制器、农林生态远程实时监控系统等一系列虫情测报及杀虫工具，从而实现了虫情测报及防治的自动化、标准化、信息化，提高了我国病虫害测报和防治的科学性和准确性。以此为基础，他们规划建设了农林作物病虫测报标准观测场。在已初具规模、位于汤阴县伏道乡的佳多生态植保科技园，田间农作物昆虫的活动情况，土壤、空气的温度、湿度等小气候状况，在一台电脑上可以实时监测并能及时得到监测结果。根据在这里观测到的数据，研究人员可以总结出这个观测场附近某种虫害在什么气候条件下发生发展的规律，对虫害进行预测、预报、预警，以便及时调整种植结构，利用物理的和生态的方法及时杀灭害虫。2007年2月，佳多农业害虫监测系统及灯光诱控技术研究与应用获得国家科技进步二等奖。

随着科学技术的不断进步，对有害生物进行可持续管理控制，减少对化学农药的依赖，保护正常的生物链，保持稳定的生态环境，调节有害生物的种群密度，促进生态和谐——这是佳多未来的发展方向，也是建设生态植保科技园的意义，更是防治农林作物虫害所追求的最高目标。从简单的监测防治农作物虫害到促进生态和谐，赵树英和他的佳多实现了有害生物防治的质的飞跃。

1.试验区气候及土壤条件

为了实施本课题的研究思路，在山西省汾河水利管理局的协同配合下，我们在山西省中心灌溉试验站进行了大量的野外田间试验研究。试验区位于太原盆地的中央地带，地形平坦，在山西省季节性冻土分布区有一定的代表性。

试验期间研究区土壤初冻始于1995年11月15日，最大冻深2.5 cm；11月20～28日土壤开始经历第二次冻结过程，最大冻深8.0 cm。在这两次冻融循环过程中，每日都经历一次夜冻昼融的日冻融循环。12月2日以后季节性冻层稳定向下发展，一周后距地表20.0 cm处的地温降到0℃以下。到2月中旬冻层厚度达到最大为63.5 cm。春季回暖，冻层融化。研究区地表初融开始于1996年2月28日，3月12日冻层进入由上而下和由下而上的双向消融阶段，3月20日冻层全部融通，全年冻结期约为5个月左右（土壤冻融过程见图6-9）。研究区年降雨量为450～490 mm，但年际变化较大，多雨年份达650 mm，少雨年份仅240 mm。降水在一年内分配极不均匀，约60%集中在7、8、9三个月。年均蒸发量高达1600～1800 mm，春夏连旱（春旱频率85%，夏旱频率50%）的情况经常出现，因区内水严重短缺，难以保证适农时灌溉，农作物生长受到严重威胁。因此，每年晚秋及早春的汾河储水保墒灌溉对该区的农业生产具有十分重要的意义。

区内土壤为太原盆地广布的典型土壤——盐化浅色草甸土。土壤养分含量为：有机质1.38%，全氮0.075%，速效磷30×10-6。耕作层物理性粉粒含量65%，粘粒含量23%，孔隙度48%。耕层下存在明显的犁底层，犁底层粘重致密，孔隙度小，容重大，质地重壤，透水、透气性差。土壤剖面分层理化性质见表6-3。

图6-9 土壤冻融过程曲线

表6-3 土壤剖面分层理化性质表

2.试验条件与方法

田间试验在中心灌溉试验站试验小区（水均衡封闭试坑）进行，试坑横截面为正方形，面积4 m2。封闭式试坑地下水位埋深分别为0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m，试坑间为混凝土隔离层。试坑土壤按照当地土壤剖面结构分层填筑，到试验进行时，已耕种5年。耕层土壤秋后人工翻松20 cm，地表土壤干容重为1.0 g/cm3，经秋后较长时间的休闲后，形成自上而下递增的土壤含水率分布，可以近似认为处于相对潜水稳定蒸发状态。试坑上端与地表齐平，下端与自动供水装置相连，中心埋设中子管和地温计。野外试验在1995-11～1996-03季节性冻融期进行。共设置三种灌溉定额（100 mm、60 mm、0），以分析不同水分条件下土壤水热变化及冬、春灌溉对土壤水热状况的影响。

试验观测项目包括土壤水分、温度及田间小气候的动态监测。小气候观测项目主要包括日照、太阳辐射、气温、湿度、露点温度、风速、降雨、蒸发等。

田间土壤水分的测定方法包括直接称重法和利用核技术、遥感技术、电磁技术等间接测定。直接法具有原理简单、测量精度高、设备简单等优点，但也有耗时长、破坏土体等缺点。间接法与直接法正好相反，具有简单、快速、不扰动土壤、可原位重复测量等优点，但其设备较复杂，测量的空间分辨率一般不高。在核技术方法中，中子仪通过测量土壤中H原子对快中子的散射，γ射线仪通过测量土壤对γ射线的衰减来推求土壤含水率。电磁技术方法利用土壤介电常数与含水率的关系来反求土壤含水率，其中包括时间域反射仪（TDR）、频域反射仪（FDR）。遥感技术主要用于大面积表土水分的监测。

在试验中用称重法和中子法相结合的方法测定土壤含水率，中子法测点深度分别为10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、60 cm、80 cm、100 cm、120 cm、150 cm、180 cm、210 cm、250 cm、300 cm。在地表附近25 cm范围内，中子仪分辨率较低，所以用称重法加以校正。地温的主要观测仪器有液体温度表、铂电阻、半导体热敏电阻、铜电阻测温计、热电偶等。试验土壤温度的测量用地温计，地温测量深度为0 cm、5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、30 cm、40 cm、80 cm、120 cm、180 cm、280 cm。土壤盐分只在试验开始和结束后取了两次样，剖面取样深度分别为5 cm、15 cm、25 cm、40 cm、60 cm、80 cm、100 cm。

3.试验过程中气温、地表温度变化规律

土壤的冻融状况主要取决于土壤温度、水分、盐分等因素，其中地温变化是决定性因素。地温的变化与气温密切相关，本节在试验观测资料的基础上，分析了试验期间（1995-11～1996-03）气温、地表温度的变化规律。

（1）气温、地表温度变化过程

图6-10 试验期间气温、地表温度变化过程

图6-10表示试验期间日平均气温与平均地表温度的变化过程及变化趋势。在山西省汾河灌区进入11月中旬以后，尽管日平均温度为正，但最低温度已达到0℃以下，表层土壤出现夜冻昼融现象。到11月底，日平均温度稳定通过0℃达到负值以后，大地封冻。此后，随着气温的不断下降，地表温度亦随之降低。到1月份气温和地表温度达到最低，然后又缓慢回升，到3月初稳定通过0℃转为正值。由图6-10中可以看出，气温和地表温度随时间的变化是同步的，只是同时段地表温度变化略大于气温。季节性冻融期，气温、地表温度随时间的变化趋势可分别用三次多项式进行回归：

水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动

式中，dn为从某个冻融阶段开始时算起的日数，A0、A1、A2、A3为回归系数（表6-4）。

表6-4 气温、地温回归系数表

（2）气温、地表负积温变化过程

积温通常是指某一农业界限温度以上的日平均温度之和，积温这一概念在农业生产方面得到了广泛的应用。在土壤冻融过程的研究中引入负积温的概念，指的是季节性冻融期温度稳定通过0℃转变为负温以后温度绝对值的累积。土壤的冻结过程实际上是负温积累作用的结果，因此负积温概念的引入有利于从本质上对土壤冻融过程进行研究。

图6-11表示试验过程中日平均气温、地表负积温随时间的变化过程。与图6-10中温度变化过程一样，气温负积温与地表负积温的变化趋势是同步的，并且同时段气温负积温强度低于地表负积温。不同冻融阶段，气温负积温和地表负积温变化过程也可以分别用四次多项式进行回归：

水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动

回归系数A0、A1、A2、A3、A4见表6-5。

表6-5 累积负温（气温、地温）回归系数表

图6-11 试验期间气温、地表负积温变化过程

图6-12为气温负积温与地表负积温的关系曲线。由图可见，二者存在明显的相关关系。在土壤冻结（Ts＜0℃）以及上层土壤融化（Ts＞0℃）期间，二者可分别用如下的线性关系式来表示：

水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动

式中，STa、STs分别为气温负积温（℃）、地表负积温（℃），a、b为回归系数（表6-6）。

图6-12 试验期间气温负积温与地表负积温之间的关系

表6-6 气温负积温与地表负积温相关关系

负积温的累积过程，实际上是当温度低于零度后，温度的积分过程，根据积分与微分的关系，负积温对时间的负导数即为温度值：

水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动