砒砂巖與沙復配的土壤溫度變化

郭 振

(1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司， 陜西 西安 710075； 2.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司， 陜西 西安 710075)

全球氣候變暖會改變包括地下生物在內(nèi)的各種生物的群落結(jié)構(gòu)，當土壤生物對微妙的氣候變化做出反應時，會對植物生長和植物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著正反饋或負反饋[1]。地下生物多樣性與土壤溫度之間的聯(lián)系緊密，環(huán)境變化對地上植被組成的影響可以間接影響土壤[2]。地溫作為研究土壤環(huán)境的一個重要指標，在研究土壤發(fā)育、發(fā)展方向、質(zhì)量高低以及微生物多樣性和植物群落的演替過程中占有重要地位。地溫是一個重要的氣象指標參數(shù)，與氣溫、空氣濕度等都是引起天氣變化的主要因子，地表及其以下不同深度處土壤溫度的變化均可引起地溫的變化[3-4]。王選耀[5]研究表明，煙臺某地區(qū)1月和7月的地溫分別最低和最高，地溫的變幅隨土層加深而減小。周斌等[6]對遼寧地區(qū)49個氣象站表層的地溫數(shù)據(jù)進行分析表明，隨著土層深度增加，地溫與氣溫之間的差值逐漸減小，地溫西部地區(qū)大于東部地區(qū)。黃兵兵等[7]研究表明，巴丹吉林沙漠腹地地溫和氣溫的最高值出現(xiàn)在17:00左右，在每年的11月末至2月初地溫會降至0℃以下，當土層深度大于60 cm時土壤全年的地溫均高于0℃，變幅也隨土層深度增加逐漸減小。

在沙荒地地區(qū)，地溫對土壤水分的蒸發(fā)、植被構(gòu)成、養(yǎng)分遷移等有至關重要的作用[8]。我國陜西北部存在砒砂巖與沙廣泛分布的沙荒地，其中，砒砂巖粘粉粒含量較高，微量金屬元素也較高，結(jié)構(gòu)強度低，易風化，滲透性較差；沙則漏水漏肥，結(jié)構(gòu)疏散，以砂粒較多，可見砒砂巖與沙在物理結(jié)構(gòu)上存在互補特性[9-10]。目前，關于地溫變化特征的研究時限較短，并未見沙荒地地溫特征的研究報道。為了解毛烏素沙地砒砂巖與沙混合層的土壤溫度變化，筆者將砒砂巖、黃土與沙按照一定比例進行復配，研究1年時間尺度下外源添加材料對沙地的溫度緩沖性，現(xiàn)將研究結(jié)果報道如下。

1 材料與方法

1.1 材料

砒砂巖、沙，均取自榆林榆陽區(qū)小紀汗鄉(xiāng)大紀汗村。

1.2 方法

設5個處理，分別為砒砂巖與沙體積比1∶1、1∶2、1∶5，黃土與沙體積比1∶1，全沙。配制好后裝入高40 cm×口徑38 cm×底徑30 cm的花盆中，每個處理4次重復，花盆在室外隨機布置。5 cm地溫采用地溫計測定，時間為2018年7月至2019年6月，每月上中下旬各測1次，每次從8:00—20:00間隔2 h測1次，每月取平均值用Excel進行數(shù)據(jù)處理并繪圖。

2 結(jié)果與分析

從圖1看出，春、夏、秋、冬四季所有處理5 cm土層的地溫隨日時刻數(shù)增加均呈拋物線形變化趨勢，地溫表現(xiàn)為先增加后減少的一致規(guī)律。春、夏、秋季地溫均以14:00的最高，冬季則以12:00的最高。添加不同比例砒砂巖和黃土均對土壤溫度產(chǎn)生一定的緩沖作用，整體看，以砒砂巖與沙復配比為1∶2時的溫度緩沖性較好，四季的地溫變化介于7.2～12.4℃。

2.1 春季地溫

春季地溫在8.72～22.60℃，不同時刻的地溫為14:00>12:00>16:00>18:00>10:00>20:00>8:00，溫差范圍在2.70～12.71℃，其中，8:00與10:00的溫差為4.55℃，10:00與12:00的溫差為5.46℃，12:00與14:00的溫差為2.70℃，14:00與16:00的溫差為2.98℃，16:00與18:00的溫差為3.07℃，18:00與20:00的溫差為5.41℃。表明，10:00—12:00時間段的升溫最快，18:00—20:00時間段的降溫最大。綜合看，當砒砂巖與沙復配比例為1∶5時，春季期間的保溫效果較好。

2.2 夏季地溫

夏季地溫在23.36～35.37℃，不同時刻的地溫為14:00>12:00>16:00>10:00>18:00>8:00>20:00，溫差范圍在0.70～11.05℃，其中，8:00與10:00的溫差為6.25℃，10:00與12:00的溫差為3.65℃，12:00與14:00的溫差為0.70℃，14:00與16:00的溫差為1.54℃，16:00與18:00的溫差為2.95℃，18:00與20:00的溫差為6.56℃。表明，8:00—10:00時間段的升溫最快，其次是10:00—12:00和12:00—14:00；18:00—20:00時間段的降溫最大，其次是16:00—18:00和14:00—16:00。與春季相比，各處理在夏季的平均地溫變化幅度較小。綜合看，以砒砂巖與沙復配比例為1∶2時，夏季期間的保溫效果較好。

2.3 秋季地溫

秋季地溫在18.48～33.74℃，不同時刻的地溫為14:00>12:00>16:00>10:00>18:00>8:00>20:00，溫差范圍在1.13～13.30℃，其中，8:00與10:00的溫差為5.16℃，10:00與12:00的溫差為6.67℃，12:00與14:00的溫差為1.13℃，14:00與16:00的溫差為5.34℃，16:00與18:00的溫差為5.18℃，18:00與20:00的溫差為2.78℃。表明，10:00—12:00時間段的升溫最快，其次是8:00—10:00和12:00—14:00；14:00—16:00時間段的降溫最大，其次是16:00—18:00和18:00—20:00。綜合看，以砒砂巖與沙復配比例為1︰2時，秋季期間的保溫效果較好，溫差變幅最小。

2.4 冬季地溫

冬季地溫在0.72～12.38℃，不同時刻的地溫為12:00>14:00>16:00>10:00>18:00>20:00>8:00，溫差范圍在0.60～8.01℃，較其他季節(jié)變幅較小，其中，8:00與10:00的溫差為2.91℃，10:00與12:00的溫差為5.10℃，12:00與14:00的溫差為0.60℃，14:00與16:00的溫差為3.11℃，16:00與18:00的溫差為1.96℃，18:00與20:00的溫差為0.20℃。表明，10:00—12:00時間段的升溫最快，其次是8:00—10:00；14:00—16:00時間段的降溫最大，其次是16:00—18:00、12:00—14:00和18:00—20:00。綜合看，當砒砂巖與沙復配比例為1︰1時對土壤溫度的緩沖作用最好。

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明，春、夏、秋、冬四季5個處理5 cm土層的地溫隨日時刻數(shù)增加均呈拋物線形變化趨勢，地溫呈先增加后減少的一致規(guī)律。春、夏、秋季地溫均以14:00的最高，冬季則以12:00的最高。春季10:00—12:00時間段的升溫最快，18:00—20:00時間段的降溫最快；夏季8:00—10:00時間段的升溫最快，18:00—20:00時間段的降溫最大；秋季10:00—12:00時間段的升溫最快，14:00-16:00時間段的降溫最大；冬季10:00—12:00時間段的升溫最快，14:00—16:00時間段的降溫最大。5 cm土層地溫達到峰值時砒砂巖與沙1∶1復配土體的溫度最高，且變化幅度和早晚溫差較大；當砒砂巖與沙復配比為1∶2時對5 cm土層溫度的緩沖作用最好。