表土层土壤温度的日变化规律

郭振 卢垟杰

摘 要：本研究利用砒砂岩和黄土作为改良材料，将其与风沙土按照一定的比例进行混合，利用地温计测定复配土10cm土层温度的变化特征。每个阶段以8∶00—20∶00的时间段进行测定，间隔2h测1次。结果表明：地温随着日时刻数的增加均呈抛物线形变化趋势。春季、夏季、秋季和冬季地温均以14∶00的温度最高，8∶00的温度最低。春季和夏季以8∶00—10∶00时间段升温最快，18∶00—20∶00时间段降温最快;秋季和冬季以10∶00—12∶00时间段升温最快，16∶00—18∶00时间段降温最快。在春季和秋季，当砒砂岩与沙复配比为1∶2时其对10 cm土层温度的缓冲作用较好;在夏季和冬季，分别以全沙处理和砒砂岩与沙1∶1处理对10 cm土层温度的缓冲作用较好。

关键词：砒砂岩;沙;复配土;黄土;地温

中图分类号：S-3       文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200330003

引言

土壤地温也称土壤温度，是指地球陆地表层的温度和地表以下不同土层土壤温度的总和，具有明显的季节波动性和日变化特征，地表温度则主要指地表最高温度、最低温度以及平均温度的总和[1，2]。近年来，随着全球气温的升高，土壤地表温度也表现出逐渐升高的趋势，究其原因是大气环境与地表随时在进行着能量交换，所以气温的升高也会引起地温的上升，同时地温也是衡量土壤地表热能的物理量，其变化比气温变化更具保守性和滞后性[3，4]。而地温作为一个重要的气象指标参数，与气温、空气湿度等都是引起天气变化的主要因子，在土壤的物理、化学及生物进程中都起着重要的作用。

有研究表明，不同成土材料、地面附着物、地面湿度、降水量和地形等因素均能影响地温的变化，地表由于长时间经受太阳的辐射，继而通过热传递效应将地表热量逐渐地向下层传递，因此土壤表层温度的变化可以导致下层土壤温度的变化[5]。李帅等[6]通过气象站分析了黑龙江春季地表浅层地温的分布规律，结果表明地表温度年际变化幅度较大，随着土层的加深土壤温度的变化幅度逐渐减小。周刊社等[7]对西藏地区气温和地温的综合研究表明，春季和冬季的温度增幅显著高于夏季和秋季，藏西部的狮泉河地区地表20cm浅层的地气温年度差异小于深层土壤。在沙荒地地区，土壤地温对土壤水分的蒸发、植被构成、养分迁移等会有至关重要的作用[8]。目前，关于沙荒地地温特征的研究还未见报道，本试验将砒砂岩、黄土与沙按照一定的比例进行复配，探讨外源添加材料对沙地的温度缓冲性，研究结果可为砒砂岩与沙复配土的可持续发展及区域性利用提供背景依据。

1 材料与方法

砒砂岩和沙均取自榆林榆阳区小纪汗乡大纪汗村。为模拟毛乌素沙地砒砂岩与沙混合层的土壤温度变化情况，试验设置在40cm高（口径38cm×底径30cm）的花盆中，共设5个处理，分别为砒砂岩与沙按照体积比1∶1、1∶2、1∶5進行配制;黄土与沙按照1∶1体积比进行配制;全沙单独配制。每个处理设置4次重复，花盆在室外布置采用随机区组设计。

地温采用地温计进行读数，时间梯度设置为2018年7月—2019年6月，每月上中下3旬各测1次，每次从8∶00—20∶00间隔2h测1次，每月取平均值用Excel进行数据处理并绘图。

2 结果与分析

如图1所示，四季所有处理10cm土层的地温随着日时刻数的增加均呈抛物线形变化趋势，地温呈现为先增加后减少的一致规律，均表现为在14∶00的温度最高，8∶00的温度最低。春季地温介于8.01～18.92℃之间，不同时刻的地温变化规律表现为14∶00>16∶00>12∶00>18∶00>10∶00>20∶00>8∶00，其中温差范围介于0.84～10.91℃之间，8∶00和10∶00的温差为4.44℃，10∶00和12∶00之间的温差为4.37℃，12∶00和14∶00之间的温差为2.10℃，14∶00和16∶00之间的温差为0.84℃，16∶00和18∶00之间的温差为1.96℃，18∶00和20∶00之间的温差为5.28℃，可见8∶00—10∶00时间段升温最快，其次为10∶00—12∶00和12∶00—14∶00时间段，18∶00和20∶00时间段降温最大，其次为16∶00—18∶00和14∶00—16∶00。

夏季地温平均值介于23.39～32.66℃之间，不同时刻的地温变化规律表现14∶00>16∶00>12∶00>18∶00>10∶00>20∶00>8∶00，与春季变化趋势一致，其中温差范围介于0.24～9.27℃之间，较春季变幅减小。8∶00和10∶00的温差为4.28℃，10∶00和12∶00之间的温差为3.67℃，12∶00和14∶00之间的温差为1.32℃，14∶00和16∶00之间的温差为0.24℃，16∶00和18∶00之间的温差为1.82℃，18∶00和20∶00之间的温差为5.43℃，可见8∶00—10∶00时间段升温最快，其次是10∶00—12∶00和12∶00—14∶00，18∶00—20∶00时间段降温最大，其次为16∶00—18∶00和14∶00—16∶00，与5cm土层变化规律一致。

秋季平均地温介于18.57～29.75℃之间，不同时刻的地温变化规律表现14∶00>12∶00>16∶00>18∶00>10∶00>20∶00>8∶00，其中温差范围介于1.64～11.18℃之间。8∶00和10∶00的温差为3.79℃，10∶00和12∶00之间的温差为5.75℃，12∶00和14∶00之间的温差为1.64℃，14∶00和16∶00之间的温差为2.45℃，16∶00和18∶00之间的温差为3.88℃，18∶00和20∶00之间的温差为2.78℃，可见10∶00—12∶00时间段升温最快，其次是8∶00—10∶00和12∶00—14∶00，与5cm土层升温规律一致，16∶00—18∶00时间段降温最大，其次为18∶00—20∶00和14∶00—16∶00。

冬季地温介于2.55～8.78℃之间，不同时刻的地温变化规律表现为14∶00>12∶00>16∶00>18∶00>20∶00>10∶00>8∶00，其中温差范围介于0.29～6.23℃之间，较其它季节变幅最小。8∶00和10∶00的温差为1.74℃，10∶00和12∶00之间的温差为4.21℃，12∶00和14∶00之间的温差为0.29℃，14∶00和16∶00之间的温差为1.98℃，16∶00和18∶00之間的温差为2.10℃，18∶00和20∶00之间的温差为0.56℃，可见10∶00—12∶00时间段升温最快，其次是8∶00—10∶00和12∶00—14∶00，16∶00—18∶00时间段降温最大，其次为14∶00—16∶00和18∶00—20∶00。

综上可知，在10cm土层，春季和夏季的地温随时刻的变化规律一致，且升温和降温的时间段也一致，具体表现为8∶00—10∶00>10∶00—12∶00>12∶00—14∶00（升温变幅）和18∶00—20∶00>16∶00—18∶00>14∶00—16∶00（降温变幅）;秋季和冬季的升温最大幅度和降温最大幅度规律则一致，具体表现为10∶00—12∶00（升温变幅）和16∶00—18∶00（降温变幅）。

3 结论

所有处理在四季10cm土层的地温随着日时刻数的增加均呈抛物线形变化趋势，地温呈现为先增加后减少的一致规律，春季和冬季的变幅较夏季和秋季大。春季、夏季、秋季和冬季的地温均以14∶00的温度最高。春季8∶00—10∶00时间段升温最快，其次为10∶00—12∶00，18∶00—20∶00时间段降温最大，其次为16∶00—18∶00;夏季与春季的变化规律一致;秋季10∶00—12∶00时间段升温最快，其次是8∶00—10∶00，16∶00—18∶00时间段降温最大，其次为14∶00—16∶00;冬季与秋季的变化规律一致。10cm土层地温达到峰值时春季和冬季以黄土与沙1∶1处理变幅较大，夏季和冬季分别以砒砂岩与沙1∶2和1∶5处理的变幅较大。在春季和秋季，当砒砂岩与沙复配比为1∶2时其对10cm土层温度的缓冲作用较好;在夏季和冬季，分别以全沙处理和砒砂岩与沙1∶1处理对10cm土层温度的缓冲作用较好。

参考文献

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[8]郭振， 徐艳， 葛磊， 等. 砒砂岩与沙复配土养分含量及质地的垂直分布特征[J]. 福建农业学报， 2019， 34（5）： 613-620.

（责任编辑 木易）