砒砂岩与沙复配的土壤温度变化

郭 振

(1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司， 陕西 西安 710075； 2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司， 陕西 西安 710075)

全球气候变暖会改变包括地下生物在内的各种生物的群落结构，当土壤生物对微妙的气候变化做出反应时，会对植物生长和植物群落结构产生显著正反馈或负反馈[1]。地下生物多样性与土壤温度之间的联系紧密，环境变化对地上植被组成的影响可以间接影响土壤[2]。地温作为研究土壤环境的一个重要指标，在研究土壤发育、发展方向、质量高低以及微生物多样性和植物群落的演替过程中占有重要地位。地温是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，地表及其以下不同深度处土壤温度的变化均可引起地温的变化[3-4]。王选耀[5]研究表明，烟台某地区1月和7月的地温分别最低和最高，地温的变幅随土层加深而减小。周斌等[6]对辽宁地区49个气象站表层的地温数据进行分析表明，随着土层深度增加，地温与气温之间的差值逐渐减小，地温西部地区大于东部地区。黄兵兵等[7]研究表明，巴丹吉林沙漠腹地地温和气温的最高值出现在17:00左右，在每年的11月末至2月初地温会降至0℃以下，当土层深度大于60 cm时土壤全年的地温均高于0℃，变幅也随土层深度增加逐渐减小。

在沙荒地地区，地温对土壤水分的蒸发、植被构成、养分迁移等有至关重要的作用[8]。我国陕西北部存在砒砂岩与沙广泛分布的沙荒地，其中，砒砂岩粘粉粒含量较高，微量金属元素也较高，结构强度低，易风化，渗透性较差；沙则漏水漏肥，结构疏散，以砂粒较多，可见砒砂岩与沙在物理结构上存在互补特性[9-10]。目前，关于地温变化特征的研究时限较短，并未见沙荒地地温特征的研究报道。为了解毛乌素沙地砒砂岩与沙混合层的土壤温度变化，笔者将砒砂岩、黄土与沙按照一定比例进行复配，研究1年时间尺度下外源添加材料对沙地的温度缓冲性，现将研究结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 材料

砒砂岩、沙，均取自榆林榆阳区小纪汗乡大纪汗村。

1.2 方法

设5个处理，分别为砒砂岩与沙体积比1∶1、1∶2、1∶5，黄土与沙体积比1∶1，全沙。配制好后装入高40 cm×口径38 cm×底径30 cm的花盆中，每个处理4次重复，花盆在室外随机布置。5 cm地温采用地温计测定，时间为2018年7月至2019年6月，每月上中下旬各测1次，每次从8:00—20:00间隔2 h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

从图1看出，春、夏、秋、冬四季所有处理5 cm土层的地温随日时刻数增加均呈抛物线形变化趋势，地温表现为先增加后减少的一致规律。春、夏、秋季地温均以14:00的最高，冬季则以12:00的最高。添加不同比例砒砂岩和黄土均对土壤温度产生一定的缓冲作用，整体看，以砒砂岩与沙复配比为1∶2时的温度缓冲性较好，四季的地温变化介于7.2～12.4℃。

2.1 春季地温

春季地温在8.72～22.60℃，不同时刻的地温为14:00>12:00>16:00>18:00>10:00>20:00>8:00，温差范围在2.70～12.71℃，其中，8:00与10:00的温差为4.55℃，10:00与12:00的温差为5.46℃，12:00与14:00的温差为2.70℃，14:00与16:00的温差为2.98℃，16:00与18:00的温差为3.07℃，18:00与20:00的温差为5.41℃。表明，10:00—12:00时间段的升温最快，18:00—20:00时间段的降温最大。综合看，当砒砂岩与沙复配比例为1∶5时，春季期间的保温效果较好。

2.2 夏季地温

夏季地温在23.36～35.37℃，不同时刻的地温为14:00>12:00>16:00>10:00>18:00>8:00>20:00，温差范围在0.70～11.05℃，其中，8:00与10:00的温差为6.25℃，10:00与12:00的温差为3.65℃，12:00与14:00的温差为0.70℃，14:00与16:00的温差为1.54℃，16:00与18:00的温差为2.95℃，18:00与20:00的温差为6.56℃。表明，8:00—10:00时间段的升温最快，其次是10:00—12:00和12:00—14:00；18:00—20:00时间段的降温最大，其次是16:00—18:00和14:00—16:00。与春季相比，各处理在夏季的平均地温变化幅度较小。综合看，以砒砂岩与沙复配比例为1∶2时，夏季期间的保温效果较好。

2.3 秋季地温

秋季地温在18.48～33.74℃，不同时刻的地温为14:00>12:00>16:00>10:00>18:00>8:00>20:00，温差范围在1.13～13.30℃，其中，8:00与10:00的温差为5.16℃，10:00与12:00的温差为6.67℃，12:00与14:00的温差为1.13℃，14:00与16:00的温差为5.34℃，16:00与18:00的温差为5.18℃，18:00与20:00的温差为2.78℃。表明，10:00—12:00时间段的升温最快，其次是8:00—10:00和12:00—14:00；14:00—16:00时间段的降温最大，其次是16:00—18:00和18:00—20:00。综合看，以砒砂岩与沙复配比例为1︰2时，秋季期间的保温效果较好，温差变幅最小。

2.4 冬季地温

冬季地温在0.72～12.38℃，不同时刻的地温为12:00>14:00>16:00>10:00>18:00>20:00>8:00，温差范围在0.60～8.01℃，较其他季节变幅较小，其中，8:00与10:00的温差为2.91℃，10:00与12:00的温差为5.10℃，12:00与14:00的温差为0.60℃，14:00与16:00的温差为3.11℃，16:00与18:00的温差为1.96℃，18:00与20:00的温差为0.20℃。表明，10:00—12:00时间段的升温最快，其次是8:00—10:00；14:00—16:00时间段的降温最大，其次是16:00—18:00、12:00—14:00和18:00—20:00。综合看，当砒砂岩与沙复配比例为1︰1时对土壤温度的缓冲作用最好。

3 结论

研究结果表明，春、夏、秋、冬四季5个处理5 cm土层的地温随日时刻数增加均呈抛物线形变化趋势，地温呈先增加后减少的一致规律。春、夏、秋季地温均以14:00的最高，冬季则以12:00的最高。春季10:00—12:00时间段的升温最快，18:00—20:00时间段的降温最快；夏季8:00—10:00时间段的升温最快，18:00—20:00时间段的降温最大；秋季10:00—12:00时间段的升温最快，14:00-16:00时间段的降温最大；冬季10:00—12:00时间段的升温最快，14:00—16:00时间段的降温最大。5 cm土层地温达到峰值时砒砂岩与沙1∶1复配土体的温度最高，且变化幅度和早晚温差较大；当砒砂岩与沙复配比为1∶2时对5 cm土层温度的缓冲作用最好。