以重庆市西南大学水土保持试验基地紫色土坡耕地(29°48′42″N，106°24′20″E)为试验区，年降水量约1 100 mm，降水量主要集中在5—9月，并多为暴雨。该区域土壤类型为紫色土，成土母质为中生代侏罗纪沙溪庙组紫色砂泥岩。为研究不同降雨条件下秸秆覆盖对土壤温湿度的影响，在典型坡面建立径流小区，设置不同秸秆覆盖量处理，并开展野外监测。

本研究采用水泥砖砌筑的径流小区(长2 m、宽0.5 m)进行土壤温湿度监测。试验区选择一块坡度为15°的连续坡耕地，设定5个不同秸秆覆盖量(0、0.2、0.4、0.6、0.8 kg/m²)。本研究中使用风干玉米秸秆，切割成20 cm左右的小段并晾干，按照预定的秸秆覆盖量均匀覆盖于各小区。

将微型气象站(YT-TS200)布置于试验区域中，实时采集降雨量、降雨时长、土壤温湿度等参数(图 1)。在每个小区内设置1个土壤温湿度传感器(共10个小区)，每个传感器具有相同的采样设置，分别采集10 cm处土壤温湿度数据并传送至数据云端。其中，土壤温度监测范围为-40~80 ℃，精度为±0.5 ℃，分辨率为0.01 ℃；土壤湿度监测范围为0~100%，精度为3%，分辨率为0.01%。

自2022年4月至2023年11月，共监测到降雨产流事件10场。本研究选择了降雨历时相近、但降雨量分别属于小雨、中雨、大雨和大暴雨的4场降雨事件进行分析。降雨量按国家标准《降水量等级》(GB/T 28592—2012)进行分类。4场降雨事件的具体降雨特性如表 1所示。

数据采集后，使用Microsoft Excel 2016对数据进行整理，采用SPSS 26.0软件进行方差分析与相关性分析。利用回归分析(Origin 2022)建立秸秆覆盖量与土壤温湿度之间的数学模型。方差分析采用单因素方差分析，并结合最小显著差异法(LSD)分析不同降雨类型与秸秆覆盖量对土壤温湿度的影响差异，显著性水平设定为p＜0.05。

不同降雨条件下，土壤温度随时间的变化情况如图 2所示。在不同秸秆覆盖量处理下，同一降雨类型的土壤温度变化趋势存在差异。小雨和中雨条件下，0.6 kg/m²秸秆覆盖量时土壤温度初值最高，分别为26.7 ℃和25.8 ℃；大雨条件下，0 kg/m²秸秆覆盖量时土壤温度初值最高，为28.6 ℃；大暴雨条件下，0.4 kg/m²秸秆覆盖量时土壤温度初值最高，为26.7 ℃。

在不同降雨类型下，同一秸秆覆盖量的土壤温度初始值差异有统计学意义(p＜0.05)：小雨、中雨和大雨条件下，以0.6 kg/m²覆盖量的温度均值最高，而大暴雨条件下则以0 kg/m²最高。大雨条件下的初始土壤温度分别较小雨、中雨和大暴雨高出4.3%~14.6%、8.1%~17.3%和4.0%~8.8%。不同降雨类型下，土壤温度变化趋势亦不同：小雨时逐步上升，中雨时缓慢下降，大雨和大暴雨时迅速降低(图 2)。温度波动幅度以大暴雨最大(24.4~26.7 ℃)，中雨最小(24.1~25.8 ℃)，小雨和大雨相对较大(25.0~27.0 ℃和26.6~28.6 ℃)。

在相同降雨类型下，不同秸秆覆盖量的温度均值存在差异。对于0 kg/m²和0.2 kg/m²秸秆覆盖量，土壤温度在各降雨类型之间差异无统计学意义(p＞0.05)。然而，在0.4、0.6、0.8 kg/m²秸秆覆盖量下，大暴雨条件下的土壤温度显著高于其他降雨类型(差异具有统计学意义，p＜0.05)，且大暴雨条件下的温度均值分别比小雨、中雨和大雨高4.4%、8.7%和6.4%(表 2)。

在不同降雨类型下，秸秆覆盖量对土壤湿度的影响差异具有统计学意义(p＜0.05)(图 3)。大暴雨时土壤湿度初值为28.0%，且土层土壤湿度随降雨量增加而升高，最大增幅达50.1%，其中大暴雨降雨类型的湿度变化幅度最大(28.0%~50.1%)。小雨和中雨降雨类型的湿度变化幅度分别为13.7%~22.8%、18.1%~25.3%。大雨降雨类型的湿度变化幅度为20.6%~26.5%。各种降雨类型下的土壤平均湿度值以大暴雨最大，其次为大雨、中雨和小雨。

相比其他类型降雨，在相同秸秆覆盖量下，大暴雨条件下的初始土壤湿度最高。不同秸秆覆盖量下的土壤湿度比较结果表明：0.8 kg/m²秸秆覆盖量下土壤湿度最大(分别为小雨21.6%、中雨28.1%和大暴雨45.6%)；0.6 kg/m²秸秆覆盖量下土壤湿度最大，达31.9%(大暴雨)；0.4 kg/m²秸秆覆盖量下土壤湿度最大，达29.7%(大雨)。综上可知，在强降雨条件下，秸秆覆盖可显著提高土壤湿度。

在小雨、中雨和大暴雨条件下，相同秸秆覆盖量时，大暴雨的初始土壤湿度分别比小雨、中雨和大雨高78.5%~132.8%、51.1%~97.0%和33.7%~59.1%。在各秸秆覆盖量处理中，0.8 kg/m²处理的土壤湿度始终最高，且土壤湿度随降雨历时延长呈逐步上升趋势，尤其在大暴雨条件下，湿度增加最为显著，而小雨和大雨条件下湿度变化幅度相对较小。

各降雨类型下不同秸秆覆盖量对土壤湿度的影响如表 3所示。可以看出，在0、0.6、0.8 kg/m²秸秆覆盖量下，土壤湿度在大雨时均最高，分别为44.4%、40.5%、47.4%。在0 kg/m²条件下，大雨时土壤湿度分别比小雨、中雨和大暴雨时高出120.4%、69.0%、40.5%；在0.6 kg/m²条件下，分别高出125.0%、68.5%、27.9%；在0.8 kg/m²条件下，分别高出119.7%、70.0%、39.7%。

根据回归分析，秸秆覆盖量与土壤温度和湿度之间存在二次函数关系(图 4)。当秸秆覆盖量为0.6 kg/m²时，土壤温度达到最高值25.9 ℃；当秸秆覆盖量为0.35 kg/m²时，土壤湿度最低，约为25.04%。

秸秆覆盖作为重要的农田管理措施，通过减少蒸发、增强土壤保水能力、降低地表太阳辐射强度和减缓土壤温差变化等方式调节土壤温湿度^[14-15]。研究表明，在干旱季节或强蒸发区，其保水效果尤为明显^[16-18]。0.4~0.6 kg/m²的覆盖量在不同类型的土壤中均能提高土壤湿度、减少温差，从而稳定其微环境，且该覆层仍方便农事活动，这与Wu等^[19]、赵思明等^[20]的研究结果一致，证明在不同气候条件下，适量秸秆覆盖可以增加土壤含水量并具有温度缓冲作用。降雨是影响土壤温湿度的重要因素之一^[21]，降水强度和形式都会对秸秆覆盖的效果产生显著影响^[22]。

从强降雨过程来看，秸秆覆盖有利于水分向土壤深层下渗转移，可以减小水力梯度，防止水分迅速流失，同时能够提高土壤蓄水保墒性能^[23]。秸秆覆盖还可以增加土壤热容量，减小土壤温差，降低土壤日变幅，改善降雨对土壤温度的影响^[24-25]。在小雨及中雨条件下，秸秆覆盖有利于提高土壤保水性能，主要原因在于其减少了土壤水分蒸发并提高了水分渗透率。尤其在0.6 kg/m²覆盖量下，降雨后的土壤含水量较对照分别增加5.91%和38.74%，接近覆土层土壤的理想状态^[26]，但过厚的秸秆覆盖层在强降雨过程中容易造成地表积水，进而影响土壤通透性及植物根系呼吸，对植物生长产生不利影响^[27]。长期观测表明，秸秆覆盖可减少旱地土壤水分散失^[28]，在多雨时期又有助于避免土壤湿度过大带来的问题^[29]，表明其在不同气候区域均具有较强的适应性。

研究表明，0.4~0.6 kg/m²的秸秆覆盖量效果最佳^{[16, 30]}，其能够在保水和透气之间达到较优平衡^[31]。此外，还可以增加土壤含水量、调节土温、防止温度剧烈变化，改善作物生长的微气候环境^{[19, 30]}。若覆盖量不足，则调温能力较弱、水分蒸发较快，不利于发挥秸秆覆盖作用；而覆盖量过高，则会降低土壤透气性，影响根系生长，并增加病原菌发生风险^[32-33]，该现象在湿润地区更为明显^[34]。紫色土热容量更大，秸秆覆盖对其水热状况的调控效果更显著，由此可见，土壤类型是决定秸秆覆盖调控成效的关键影响因子。此外，由于土壤与气候之间存在耦合关系，在干旱、寒冷等地区，秸秆覆盖的长期效应可能减弱^{[12, 35]}。已有研究表明，土壤温度与湿度变化呈二次函数关系，当秸秆覆盖量处于0.4~0.6 kg/m²范围内时，既能调节土壤温湿度，又有利于水分均匀分布；当覆盖量小于0.4 kg/m²时，降温效果较弱且水分蒸发加快；当覆盖量大于0.6 kg/m²时，土壤透气性下降，不利于根系生长发育。因此，本试验中适宜覆盖范围为0.4~0.6 kg/m²，在不同降雨条件下可使土壤温湿度维持在相对稳定水平。

本研究结果表明，秸秆覆盖作为一种有效的农业管理措施，能够增加土壤水分含量、调节土壤温度并防止水土流失，在应对极端天气时具有重要生态效益和应用价值。针对不同类型土壤及气候条件，仍需进一步开展深入研究，同时，应关注秸秆覆盖与其他土壤管理措施之间的协同效应，并在此基础上评估其对区域农业生态系统的精细化调控潜力。

秸秆覆盖可稳定土壤温度，尤其在0.4~0.6 kg/m²覆盖量下，大暴雨时的土壤温度变化幅度减小且差异具有统计学意义(p＜0.05)；秸秆覆盖可提高土壤湿度，0.8 kg/m²覆盖量时湿度较高，并减少强降雨下的蒸发损失。土壤温度和湿度与秸秆覆盖量呈二次函数关系，0.6 kg/m²时温度最高，0.4 kg/m²时湿度最低。降雨强度对覆盖效果具有显著影响，大暴雨可缓冲温度波动，减少水分蒸发，同时增强土壤的保水能力，从而提高水分利用效率。本研究可为农业生态管理提供一定的科学依据。