表土層土壤溫度的日變化規律

郭振 盧垟杰

摘 要：本研究利用砒砂巖和黃土作為改良材料，將其與風沙土按照一定的比例進行混合，利用地溫計測定復配土10cm土層溫度的變化特征。每個階段以8∶00—20∶00的時間段進行測定，間隔2h測1次。結果表明：地溫隨著日時刻數的增加均呈拋物線形變化趨勢。春季、夏季、秋季和冬季地溫均以14∶00的溫度最高，8∶00的溫度最低。春季和夏季以8∶00—10∶00時間段升溫最快，18∶00—20∶00時間段降溫最快;秋季和冬季以10∶00—12∶00時間段升溫最快，16∶00—18∶00時間段降溫最快。在春季和秋季，當砒砂巖與沙復配比為1∶2時其對10 cm土層溫度的緩沖作用較好;在夏季和冬季，分別以全沙處理和砒砂巖與沙1∶1處理對10 cm土層溫度的緩沖作用較好。

關鍵詞：砒砂巖;沙;復配土;黃土;地溫

中圖分類號：S-3 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200330003

引言

土壤地溫也稱土壤溫度，是指地球陸地表層的溫度和地表以下不同土層土壤溫度的總和，具有明顯的季節波動性和日變化特征，地表溫度則主要指地表最高溫度、最低溫度以及平均溫度的總和[1，2]。近年來，隨著全球氣溫的升高，土壤地表溫度也表現出逐漸升高的趨勢，究其原因是大氣環境與地表隨時在進行著能量交換，所以氣溫的升高也會引起地溫的上升，同時地溫也是衡量土壤地表熱能的物理量，其變化比氣溫變化更具保守性和滯后性[3，4]。而地溫作為一個重要的氣象指標參數，與氣溫、空氣濕度等都是引起天氣變化的主要因子，在土壤的物理、化學及生物進程中都起著重要的作用。

有研究表明，不同成土材料、地面附著物、地面濕度、降水量和地形等因素均能影響地溫的變化，地表由于長時間經受太陽的輻射，繼而通過熱傳遞效應將地表熱量逐漸地向下層傳遞，因此土壤表層溫度的變化可以導致下層土壤溫度的變化[5]。李帥等[6]通過氣象站分析了黑龍江春季地表淺層地溫的分布規律，結果表明地表溫度年際變化幅度較大，隨著土層的加深土壤溫度的變化幅度逐漸減小。周刊社等[7]對西藏地區氣溫和地溫的綜合研究表明，春季和冬季的溫度增幅顯著高于夏季和秋季，藏西部的獅泉河地區地表20cm淺層的地氣溫年度差異小于深層土壤。在沙荒地地區，土壤地溫對土壤水分的蒸發、植被構成、養分遷移等會有至關重要的作用[8]。目前，關于沙荒地地溫特征的研究還未見報道，本試驗將砒砂巖、黃土與沙按照一定的比例進行復配，探討外源添加材料對沙地的溫度緩沖性，研究結果可為砒砂巖與沙復配土的可持續發展及區域性利用提供背景依據。

1 材料與方法

砒砂巖和沙均取自榆林榆陽區小紀汗鄉大紀汗村。為模擬毛烏素沙地砒砂巖與沙混合層的土壤溫度變化情況，試驗設置在40cm高（口徑38cm×底徑30cm）的花盆中，共設5個處理，分別為砒砂巖與沙按照體積比1∶1、1∶2、1∶5進行配制;黃土與沙按照1∶1體積比進行配制;全沙單獨配制。每個處理設置4次重復，花盆在室外布置采用隨機區組設計。

地溫采用地溫計進行讀數，時間梯度設置為2018年7月—2019年6月，每月上中下3旬各測1次，每次從8∶00—20∶00間隔2h測1次，每月取平均值用Excel進行數據處理并繪圖。

2 結果與分析

如圖1所示，四季所有處理10cm土層的地溫隨著日時刻數的增加均呈拋物線形變化趨勢，地溫呈現為先增加后減少的一致規律，均表現為在14∶00的溫度最高，8∶00的溫度最低。春季地溫介于8.01～18.92℃之間，不同時刻的地溫變化規律表現為14∶00>16∶00>12∶00>18∶00>10∶00>20∶00>8∶00，其中溫差范圍介于0.84～10.91℃之間，8∶00和10∶00的溫差為4.44℃，10∶00和12∶00之間的溫差為4.37℃，12∶00和14∶00之間的溫差為2.10℃，14∶00和16∶00之間的溫差為0.84℃，16∶00和18∶00之間的溫差為1.96℃，18∶00和20∶00之間的溫差為5.28℃，可見8∶00—10∶00時間段升溫最快，其次為10∶00—12∶00和12∶00—14∶00時間段，18∶00和20∶00時間段降溫最大，其次為16∶00—18∶00和14∶00—16∶00。

夏季地溫平均值介于23.39～32.66℃之間，不同時刻的地溫變化規律表現14∶00>16∶00>12∶00>18∶00>10∶00>20∶00>8∶00，與春季變化趨勢一致，其中溫差范圍介于0.24～9.27℃之間，較春季變幅減小。8∶00和10∶00的溫差為4.28℃，10∶00和12∶00之間的溫差為3.67℃，12∶00和14∶00之間的溫差為1.32℃，14∶00和16∶00之間的溫差為0.24℃，16∶00和18∶00之間的溫差為1.82℃，18∶00和20∶00之間的溫差為5.43℃，可見8∶00—10∶00時間段升溫最快，其次是10∶00—12∶00和12∶00—14∶00，18∶00—20∶00時間段降溫最大，其次為16∶00—18∶00和14∶00—16∶00，與5cm土層變化規律一致。

秋季平均地溫介于18.57～29.75℃之間，不同時刻的地溫變化規律表現14∶00>12∶00>16∶00>18∶00>10∶00>20∶00>8∶00，其中溫差范圍介于1.64～11.18℃之間。8∶00和10∶00的溫差為3.79℃，10∶00和12∶00之間的溫差為5.75℃，12∶00和14∶00之間的溫差為1.64℃，14∶00和16∶00之間的溫差為2.45℃，16∶00和18∶00之間的溫差為3.88℃，18∶00和20∶00之間的溫差為2.78℃，可見10∶00—12∶00時間段升溫最快，其次是8∶00—10∶00和12∶00—14∶00，與5cm土層升溫規律一致，16∶00—18∶00時間段降溫最大，其次為18∶00—20∶00和14∶00—16∶00。

冬季地溫介于2.55～8.78℃之間，不同時刻的地溫變化規律表現為14∶00>12∶00>16∶00>18∶00>20∶00>10∶00>8∶00，其中溫差范圍介于0.29～6.23℃之間，較其它季節變幅最小。8∶00和10∶00的溫差為1.74℃，10∶00和12∶00之間的溫差為4.21℃，12∶00和14∶00之間的溫差為0.29℃，14∶00和16∶00之間的溫差為1.98℃，16∶00和18∶00之間的溫差為2.10℃，18∶00和20∶00之間的溫差為0.56℃，可見10∶00—12∶00時間段升溫最快，其次是8∶00—10∶00和12∶00—14∶00，16∶00—18∶00時間段降溫最大，其次為14∶00—16∶00和18∶00—20∶00。

綜上可知，在10cm土層，春季和夏季的地溫隨時刻的變化規律一致，且升溫和降溫的時間段也一致，具體表現為8∶00—10∶00>10∶00—12∶00>12∶00—14∶00（升溫變幅）和18∶00—20∶00>16∶00—18∶00>14∶00—16∶00（降溫變幅）;秋季和冬季的升溫最大幅度和降溫最大幅度規律則一致，具體表現為10∶00—12∶00（升溫變幅）和16∶00—18∶00（降溫變幅）。

3 結論

所有處理在四季10cm土層的地溫隨著日時刻數的增加均呈拋物線形變化趨勢，地溫呈現為先增加后減少的一致規律，春季和冬季的變幅較夏季和秋季大。春季、夏季、秋季和冬季的地溫均以14∶00的溫度最高。春季8∶00—10∶00時間段升溫最快，其次為10∶00—12∶00，18∶00—20∶00時間段降溫最大，其次為16∶00—18∶00;夏季與春季的變化規律一致;秋季10∶00—12∶00時間段升溫最快，其次是8∶00—10∶00，16∶00—18∶00時間段降溫最大，其次為14∶00—16∶00;冬季與秋季的變化規律一致。10cm土層地溫達到峰值時春季和冬季以黃土與沙1∶1處理變幅較大，夏季和冬季分別以砒砂巖與沙1∶2和1∶5處理的變幅較大。在春季和秋季，當砒砂巖與沙復配比為1∶2時其對10cm土層溫度的緩沖作用較好;在夏季和冬季，分別以全沙處理和砒砂巖與沙1∶1處理對10cm土層溫度的緩沖作用較好。

參考文獻

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[8]郭振， 徐艷， 葛磊， 等. 砒砂巖與沙復配土養分含量及質地的垂直分布特征[J]. 福建農業學報， 2019， 34（5）： 613-620.

（責任編輯 木易）