耕作措施小气候效应gengzuo cuoshi xiaoqihou xiaoyingmicroclimaticeffects of ploughing

农田耕作后的一定时间内，由于地表性质和结构的改变所引起的农田小气候变化。运用合理的耕作措施，可以调节土壤的水、热状况，为作物提供良好的耕层条件，以利于作物的生育，这对于用地养地和提高作物产量有着重要意义。
耕耙的小气候效应 农田耕耙可使土壤表层粗糙，反射率降低，地面收入的太阳辐射和地面有效辐射增加。因此，就地表的辐射收支差额而言，耕耙地与未耕耙地两者并无显著差别。耕耙使耕层疏松，空气含量增加，从而使土壤热容量和导热率减小。热容量小的耕耙层，得热后升温与失热后降温的程度加剧，导热率小的耕耙层，同土壤下层之间的热量交换能力减弱。这样， 白天或者暖季热量积聚于耕耙层，温度比未耕耙地高，但耕耙层以下土层温度比未耕耙低；夜间或冷季情况正相反，耕耙层以下的土层向耕耙层输送的热量比未耕耙地的少，因此温度比未耕耙地的低，但是耕耙层以下土层的温度比未耕耙地同深度的土层高。在旱季，土壤经过耕耙，切断了耕耙层及其下层的毛细管联系，下层的水分通过毛细管作用只能上升到耕耙层同底土连接的地方，不易上升到地表，因而减少了下层土壤水分的损失；又由于耕耙层土壤孔隙变粗，毛细管作用减弱，水分传导不畅，因而减缓了土层的蒸发强度；另外，耕耙层内水分是以汽态扩散的方式逐渐下降，使表土变干，并形成了干土层，对下层土壤水分的蒸发可起到抑制作用。所以，耕耙表层土壤有散湿作用，而对深层土壤则具有明显的保墒效应(表1)。但是在雨季，土壤处于湿润状态时，耕耙的效应就和上述情况不同。这时耕耙层的土壤，由于透水性能增强，土壤蓄水能力提高，在一定时间内耕耙层的土壤湿度比其下层的高，并且比未耕耙的土壤湿度也高(表2)。为了尽量把降水保蓄下来，采取适当耕耙措施，如在作物的行间中耕以及休闲地的伏耕都将起到保存底墒的作用。以耕耙为中心的抗旱保墒措施， 在中国北方地区效应十分明显。

表1 棉田中耕的土壤湿度效应/%

(1958年3月30日 河南新乡)

深度/cm 措施	0～5	5～10	10～20
中 耕 未 中 耕 差	12.7 14.7 -2.0	17.8 18.6 -0.8	19.3 19.0 +0.3

表2 轻壤土玉米地松土的土壤湿度效应

(北京郊区 1961年8月17日)

深度/cm 措 施	5～10	10～20	20～30
松 土	19.8	19.4	19.5
未 松 土 差	16.5 +3.3	18.2 +1.2	19.6 -0.1

垄作的小气候效应 实行垄作， 可改变地表几何形状， 增厚疏松土层， 改善通气条件，增强排水能力，这对提高表层土温， 保持下层土壤水分有良好作用。垄作对农田小气候的主要影响是： ❶垄作措施使垄面的反射率比平作的反射率小， 这种差别在种子萌发和出苗期最为显著。作物在生长初期， 虽然垄作地的反射率较平作地小， 使垄作地表面收入的短波辐射略多于平作， 但是由于垄面的辐射面积增大， 地面有效辐射要比平作增高， 因此垄作和平作在净辐射方面相差甚微。可是由于蒸发耗热和土壤热特性的差异， 在地表辐射增热和冷却的变化方面， 垄作地要比平作地急剧得多。
❷垄作地白天吸收的热量较多， 地温高于平作地； 夜间散热也多， 地温低于平作地， 使垄作地表的昼夜温差比平作大。在暖季， 由于昼长夜短， 垄作地上白天吸收的热量大于夜间散失的热量， 使得日平均土温高于平作。冷季（尤其是高纬度地区的冷季）昼短夜长， 垄作地白天虽比平作地多吸收了一些短波辐射， 但由于夜间地面有效辐射的增大， 导致垄作地的辐射平衡比平作地低， 其温度效应和暖季相反， 土壤表层已不是增温而是降温。作物封垄以后， 垄作与平作对短波的反射率和农田有效辐射实际上已无差别。在湿润地区或多雨暖季， 由于垄作暴露面大， 垄面蒸发较强烈； 但垄面变干后， 蒸发就会比平作小得多。因垄作地改变了地表热量平衡， 增加了土壤热通量，故土温常比平作地高； 加之垄作地的热容量比平作地的小， 导温率比平作地的大， 致使表层的土温比平作更形增高。在土壤表层， 垄作与平作温差⊿T的最大值出现在正午附近(图1)，且随深度增加而减小， 最大差值出现的时间也相应落后。
❸垄作的表层土壤疏松，渗水性强， 地表隆起， 蒸发面积加大， 对降低上层土壤湿度和排渍抗涝有一定作用。因此在雨季， 垄作地上层的土壤湿度比平作低， 下层则常相反。在暖季和北方的干旱时期， 垄作主要是增温保墒作用。在多雨季节以及多雨地区， 垄作主要是排水降湿效应。
❹垄向不同， 垄面各部分的土温差别也不一样： 一般南北垄向的东侧和西侧的温度差别不大； 而东西垄向的南侧土温远高于北侧。垄向对太阳辐射时间和辐射总量的变化， 随纬度和季节也有相应的变化： 夏半年， 纬度愈高， 东西垄比南北垄日照时间愈长， 辐射日总量愈多，使全垄日平均温度东西垄高于南北垄； 冬半年，纬度愈高， 南北垄比东西垄日照时间愈长， 辐射日总量愈多， 使全垄日平均温度南北垄高于东西垄。这一特征与太阳的周年运动有关。因此， 在不同季节和地方要注意寻求有利的垄向。

图 1 垄作和平作温度差的日变化
1. 5厘米深； 2. 10厘米深； 3. 20厘米深

镇压的小气候效应 镇压地土表紧实， 增大了地面对太阳辐射的反射率， 减小了地面白天的短波辐射收入， 故有明显的降温和提墒效应。夜间， 镇压地因土中热传导能力增强， 不断地将热贮量从深层向土表输送， 造成地表温度较高， 因而地表的有效辐射比未镇压地高； 即镇压地失热较多， 但全天的辐射差额实际上比未镇压地的要少。镇压措施的降温效应并不是由于辐射平衡的降低， 而是由于土壤热特性的改变，引起热交换的差异所致。镇压可使土壤的空隙度减少，毛细管作用加强， 上层土壤的容积热容量和导热率显著增大。因此， 白天地面增温时， 镇压地地表向深层传导的热量比未镇压地要多， 使下层增温较多， 但表层温度却比未镇压地低； 夜间地面降温时， 镇压地从深层向地表输送的热量也多于未镇压地， 使镇压地表层温度较高(图2)。可见， 镇压地的表层白天有降温效应， 在夜间有增温效应， 镇压有减小土温日变幅的作用。各种土壤在不同的天气条件下， 镇压的温度效应也有差别。一般疏松的土壤适于在回暖天气结束前进行镇压， 偏粘的土壤可在寒潮侵袭后一、两天内进行镇压。
镇压对土壤水分的效应依土表的湿润程度而有不同。在土表湿润的情况下， 镇压加强了土壤的毛细管作用， 表层水分增加， 特别是粘重土壤， 甚至会引起土壤板结， 出现渍害。在地表干燥的情况下， 由于镇压减少了表层土壤孔隙， 使毛细管作用加强， 表层水分增加， 可以有提墒的效果(表3)。根据观测资料表明， 镇压后，表层干土层的厚度一般可减少2～3厘米，土壤含水量可提高1.0%～3.0%，以10～40厘米土层中水分的增加最为显著。在华北地区，早春或春播前后，土壤水分经常处在田间持水量以下， 且表土出现干土层， 此时若采取疏松表土（如耙地）的措施， 不但不能抑制水分的散失， 反而会加剧土壤水分的汽态扩散，加速耕层的失水； 如进行镇压与压后耙地， 使土层紧实并有一个疏松的薄土层覆盖其上，土壤水分就可在毛细管作用下从深层输送到表层，这对涵蓄春季土壤水分，保证适时播种、出苗，有良好作用。此外，已干松的耕层，昼夜温差较大，通过镇压可使土壤导热性能提高，而增加土壤温度的稳定性，有利于作物的出苗和生长。

图2 镇压地和未镇压地的土壤热交换^*

日变化(1963年1月8日 南京)
1.镇压地； 2.未镇压地*负值表示0～5厘米土层获得热量，正值则相反。

表3 镇压对土壤湿度的影响

(北京郊区 1961年)

土壤	处 理	干土层 厚 度	各土层水分含量/%
			干土层	干土层 ～10cm	10～20 cm	20～40 cm	40～60 cm
		cm
黄土	镇 压	2	2.9	14.5	16.4	17.4	17.4
	未镇压	5	3.6	14.0	15.4	15.9	15.1
黑土	镇 压	3	7.0	19.7	20.2	23.6	20.4
	未镇压	6	5.4	16.4	19.8	20.4	22.3