2.1.2 土壤温度和土壤含水率监测
1.冻融期不同日期灌水
试验田为秋耕休闲地，土壤类型为壤土，试验田块分为LD、MD和JD。为了充分揭示冻融期不同冻融阶段灌水对土壤温度和冻融特性的影响，2004年11月至2005年3月共进行了24组田间试验。每种地表条件的试验地块分8块，分别以G0～G7表示，G0代表冻融期未灌溉地块，G1～G7分别代表不同灌水日期地块，冻融期仅灌水一次，灌水定额均为225m3/hm2，灌水时间均为上午8：00，灌水水源为试验区地下水，水温6～8℃。灌水日期见表2.1。土壤含水率采用干燥法测定，土壤温度采用热敏电阻测定，冻结与融化深度采用人工土钻取土观测法确定，观测时间均为8：00～9：00。
表2.1 季节性冻融期系列灌水试验地块设计
2.不同秸秆覆盖量
试验田为秋耕休闲地，土壤类型为壤土，试验田块分为裸地（LD）和5种不同覆盖厚度（5cm、10cm、15cm、20cm和30cm）的玉米秸秆覆盖田块，分别记为JD05、JD10、JD15、JD20和JD30。每一种地表处理分别设3个重复，共有试验田块18个，每个田块规格为3m×3m。冻融期同步监测土壤水分动态、土壤温度和冻层深度，监测于2005年11月11日开始，监测时间均为8：00～9：00。
（1）土壤质量含水率动态监测。采用常规人工取土钻取样，室内烘箱烘干、称质量的方法测定，每5d监测1次，监测点设置见表2.2。
表2.2 土壤含水率和土壤温度监测点位置一览表
（2）土壤温度监测。采用预埋式热敏电阻测定，在地表封冻前全部打孔预埋在试验田块，监测时间间隔为5d，监测点设置见表2.2。
（3）冻结与融化深度监测。采用人工土钻取土观测法确定，1～2d监测1次。
2005年11月1日，耕作层（0～20cm）土壤含水率为15.3%，5cm处土壤温度为0.1℃。为了增加土壤底墒，2005年11月2日对各地块实施灌水，灌水定额为750m3/hm2，次日将长3～5cm的干燥玉米秸秆（体积含水率为3.4%）均匀碾压覆盖于不同田块地表，JD05、JD10、JD15、JD20和JD30秸秆覆盖量分别为2100kg/hm2、4300kg/hm2、6500kg/hm2、8600kg/hm2和12900kg/hm2。
3.不同潜水位
不同潜水位下室外土壤水热试验采用试验站地中蒸渗计观测系统进行。地中蒸渗计是一种人工模拟自然状态潜水，用来测定特定岩性、固定地下水位埋深条件下的潜水蒸发量、降雨入渗补给量的实验仪器，它一般为固定潜水位自动排水—补偿系统，由马里奥特瓶、平衡瓶、接渗瓶、连通管、过滤器和实验筒等6部分组成［1］，蒸渗计结构见图2.2。
图2.2 蒸渗计结构示意图
潜水与土壤水的相互转化量采用地中蒸渗计观测。地中蒸渗计的实验筒与周边包气带没有水力联系，实验筒的上界面直接与大气相通，使地中蒸渗计内的水分通过实验筒直接并且仅与大气交换。在潜水蒸发期，蒸渗计实验筒内的潜水，一方面通过筒内的土壤蒸（散）发而消耗，潜水面下降；另一方面又通过蒸渗计的马利奥特瓶——平衡瓶补充水分，特殊的装置使潜水位埋深保持固定不变。马里奥特瓶内减少的水量即为地中蒸渗计监测的潜水蒸（散）发量。在降雨入渗补给期，实验筒内的潜水面，源源不断地接收到降雨入渗补给土壤的多余水分，这些水分通过平衡瓶的溢流管，全部储存到接渗瓶中，接渗瓶存储的水量即为地中蒸渗计监测的降雨入渗量。
蒸渗筒中的土体为太原盆地三种代表性土壤质地，根据国际制土壤分类标准黏粒（＜0.002mm）、粉粒（0.002～0.02mm）和砂粒（0.02～2mm）三种粒级含量比例划定，分别为砂壤土、壤砂土和砂土，其主要参数见表2.3。
表2.3 蒸渗计土壤质地主要参数表
蒸渗计中潜水位控制埋深为0.5～5.0m，共计9种。蒸渗筒面积为0.5m2，安装间隔为0.5m，蒸渗计观测系统设置情况见表2.4。
表2.4 蒸渗计观测系统设置情况
由于季节性冻融期地下水浅埋区土壤剖面含水率变化异常剧烈，因此，土壤剖面含水率和土壤温度的监测阶段为2004年11月至2005年3月、2005年11月至2006年3月和2006年11月至2007年3月3个冻融期（简称2004—2005年冻融期、2005—2006年冻融期和2006—2007年冻融期）。根据冻融期蒸渗计中土壤含水率和土壤温度的变化情况，监测的潜水位埋深最大为2.0m，土壤质地为砂壤土和壤砂土两种。蒸渗计系统中的土壤含水率和土壤温度同步监测，监测时间均为11月至翌年3月的每月1日、6日、11日、16日、21日和26日的北京时间8：00。根据试验区冻土计观察资料，当土层冻结深度增加较快时加密监测，每日8：00和14：00各观测一次，蒸渗计系统中的土壤含水率采用中子仪监测，土壤温度采用预埋热敏电阻监测，监测点深度见表2.5。
表2.5 季节性冻融期土壤水分和土壤温度监测深度一览表
