土壤温度是土壤肥力的重要因素, 同时也是表示土壤热量状况特征的量度, 地表土壤的热量主要来自太阳辐射能, 到达地面的太阳辐射能中有30 %～45 %反射至大气中或是通过热辐射而损失掉。土壤温度梯度的高低, 直接影响土壤水分运动, 土壤含水量又是土壤热量的累积和散失的主要因素, 此外, 盐随水来, 盐随水去, 土壤温度与盐分的扩散系数有着强相关关系, 所以, 土壤中水分、盐分和热量的迁移三者是相互影响, 相互关联的。因此, 在滨海滩涂盐渍化土地设立观测点, 长期定位监测土壤中水、盐和温度的动态变化, 为进一步揭示土壤中水分、盐分和热量耦合迁移规律, 探究温度对土壤水盐运移的影响具有重要意义。测定土壤温度、水分、盐分等参数，可使用浙江托普仪器有限公司生产的土壤分析仪，这款仪器能够测定氮、磷、钾等有机物，土壤水分，植物光照料度，及土壤PH值等值，快速简便，十分好用。

为了探究田间土壤水分、盐分和热量迁移规律, 2005 年8 月, 我们与日本福井大学合作, 在江苏省滨海滩涂地区设立了野外观测实验点, 定位监测土壤中水分、盐分和温度动态变化。本文主要就实验监测点2005 年8 月1 日至2006 年10 月31日期间得到的不同层次土壤温度的日最高温度、日最低温度和日温差进行了分析, 并对不同层次土壤的日最高温度和日最低温度进行了数据拟合。

1 　野外观测点概况

所选监测点位于江苏省如东县大豫镇九龙村八组, 东距黄海5 km , 地处江苏沿海滩涂平原地区(南从南通市北至连云港沿黄海呈带状分布, 面积66167 万hm2 ) 北部, 全区地势基本平坦, 略呈西高东低、南高北低之势, 高程一般在海拔315～415m之间。该区气候属北亚热带海洋性季风气候区, 受海洋的调节和季风环流共同影响, 四季分明, 年平均气温14～15 ℃, 无霜期210 d , 全年光照2000 h 以上, 年均降雨量1000 mm 左右, 雨热同季。该区地下水为Cl - Na 型水, 矿化度高达30 gPL 。

2005 年7 月底, 在定位监测点安装了土壤水分、盐分和温度自动采集系统和小型自动气象站,其中对土壤温度的观测采用康铜热电对进行, 埋设深度分别为距表土2、4、7、10、30、50、100 和150 cm , 对气温的观测采用温湿度计, 数据采集从2005 年8 月1 日开始, 每隔1 h 采集一次数据。

2 　研究方法

本文主要就采集的监测点不同层次土壤温度2005 年8 月到2006 年10 月期间的数据, 首先利用EXCEL 软件求出每天的最高温度值、最低温度值和日温差, 并对其进行了分析, 然后通过数据拟合软件Datafit 811 处理得到了实验期间不同层次土壤日最高温度和日最低温度正弦曲线拟合参数及对模型进行统计检验的结果。在2006 年7 月1 日至31日, 由于对监测点采集系统的调整, 土壤温度的数据没能获取, 另外在2005 年8 月29 日至9 月23日, 电源与采集器接触不良, 造成部分气温数据缺失。

3 　结果与分析

3.1 　不同层次土壤日最高温度和日最低温度的变化规律

图1 为距地表2 cm 土壤的日最低温度、日最高温度随时间的动态变化图, 可以看出土壤的日最高温度变化剧烈, 在整个年周期内大致呈正弦曲线变化, 在夏季温度达到最高, 冬季降至最低, 日最低温度的变化亦有相似的规律, 但其变化幅度稍小。距地表2 cm 的土壤在2005 年9 月初至11 月末的秋季期间, 其日最高温度和最低温度都在波动中下降, 到2005 年12 月初至2006 年2 月末, 即气象学上的冬季期间, 其日最高温度和日最低温度达到一年中的最低值, 即正弦曲线的波谷区域, 日最低温度低至零下5.77 ℃, 而此期间土壤的日最高温度均在零度以上; 在2006 年3 月初至5 月末, 即春季期间, 土壤的日最高温度和日最低温度开始在波动中上升, 在此期间日温差在一年的周期中变化最剧烈, 日温差变幅最高可达25117 ℃; 到2006 年6 月初至8 月底的夏季, 土壤的日最高温度和日最低温度均达到一年当中的最高值。从整体上距地表2 cm 土壤的日最高温度波动幅度要比日最低温度的大。

从图2 可以看出, 尽管在实验的初期, 由于接触不良, 数据采集器供电不足, 导致部分数据缺失, 实验监测点的气温的日最高温度和最低值在年内呈正弦曲线变化, 与距地表2 cm 深度的土壤温度的日最高温度和最低值年变化规律相似。比较图1 和图2 , 可以看出, 距地表2 cm 的土壤温度的日最高温度和最低值的波动幅度均要高于气温, 这可能是因为地表处环境条件远比百叶箱中复杂, 地表处土壤温度受光照、风速、土壤热参数、土壤含水量与地表积盐量等多种因素的影响。另外, 距地表2 cm 的土壤温度的日温差的变幅高于气温的日温差的原因可能也在于此。

距地表10、30 和100 cm 深度土壤的日最高温度和日最低温度(图3、图4 和图5) 随时间变化趋势与图1 类似, 具有明显的年周期性, 总的说来, 在夏季温度达到最高, 冬季最低。同时, 可以看出, 不同深度土壤的日最高温度和日最低温度在一年的周期性的变化有所不同, 其中, 距地表2cm和10 cm 的土壤的日最高温度和日最低温度的波动都很剧烈, 同一层土壤日最高温度的波动幅度大于其日最低温度的波动幅度, 而到了距地表30cm深度, 土壤日最高温度和日最低温度的波动就都很小, 这一层土壤日最高温度的波动幅度与其日最低温度的波动幅度就相差无几了。

从图3 至图5 可以看出, 随着土壤深度的增加, 土壤日最高温度和日最低温度的波动越来越弱, 土壤日温差变幅也越来越小, 到距地表30 cm时土壤日温差就接近零了。土壤日最高温度和日最低温度呈现在土壤表层变幅大、深层变幅小的特点, 是热带亚热带土壤温度变化的一般规律, 其原因主要是表层土壤受太阳辐射、风速、地表覆盖度等多种复杂因素的影响, 使得表层土壤日最高温度和日最低温度波动都很强烈, 而深层土壤受这些因素影响小, 从而使得其日最高温度和日最低温度波动变得很微弱。在土壤日最高温度随时间变化的4幅图中, 随土壤深度的增加, 其变幅越来越小, 年变化最高温度和最低温度出现的时间也随之延后。土壤日最低温度也有类似规律。

就日温差而言, 距地表10 cm 土壤的日最高温度(图3) 比距地表2 cm 土壤的日最高温度要小,但日最低温度却与距地表2 cm 土壤的相差不大,这样就使得距地表10 cm 土壤日温差较小; 而距地表30 cm 深处(图4) 土壤日最高温度比10 cm 深处土壤日最高温度要小, 但日最低温度却比10 cm深处土壤的大, 这样就使得日温差进一步减小; 到距地表100 cm 深处(图5) , 已几乎看不到日温差的存在。实验观测点各层土壤日温差随时间的变化在图6 中可以得到更清楚地反映, 距地表2 cm 的土壤日温差变幅很大, 随着深度的增加, 土壤日温差变小, 波动和变幅均随之减小。从图6 可以看出,2005 年8 月至10 月与2006 年8 月至10 月, 表层2cm和10 cm 土壤日温差都有一个大的降低, 其原因可能是重新调整土壤温度监测位置所致。

3.2 　不同层次土壤日最高温度和日最低温度数据拟合

为了进一步探究不同层次土壤日最高温度和日最低温度的变化规律, 根据土壤温度年变化呈正弦曲线变化的特点, 笔者利用公式y = a + bsin(2πxPc + d) (其中, y 为温度, x 为时间, 单位是d ; a 为截距, 单位是℃; b 为振幅, 单位是℃; c为年周期, 单位是d ; d 为位相, 单位是d) , 设定年周期c 为常数365 d , 在datafit 811 软件的帮助下, 对不同层次土壤的日最高温度和日最低温度随时间变化进行了数据拟合, 得到结果见表1。

从表1 的结果可以看出, 距地表2 cm 的土壤温度的日最高温度和最低温度拟合正弦曲线其决定系数达到0.767 , F 值检验呈极显著水平, 而随着土壤深度的增加, 土壤日最高温度和日最低温度拟合正弦曲线的决定系数都越来越接近1 , 统计检验的F 值越来越大, 而其对应的概率p 值均为0 , 这说明用正弦函数模型来模拟土壤温度的日最高温度和最低值的年度变化是适合的, 并且拟合结果随深度的增加越来越精确。这同时亦证明了前述土壤的日最高温度和日最低温度随土壤深度增加波动减弱的规律。从表1 拟合的正弦曲线方程的参数可以看出, 随着土壤深度的增加, 土壤的日最高温度和日最低温度的变化幅度均逐渐减小, 而每一层的土壤日最高温度和日最低温度的变化幅度却相差不大。

4 　结论

4.1 　苏北滨海典型滩涂不同层次土壤的日最高温度和日最低温度均呈正弦曲线变化, 数据拟合正弦函数的决定系数R2 均不低于01767 , F 值统计检验呈极显著水平。

4.2 　随土壤深度的增加, 土壤的日最高温度和最低温度变化幅度都降低, 日温差也随之减小, 当土壤深度增至30 cm 后, 土壤温度的日最高温度和最低值变化幅度均减小, 日温差也接近0。

4.3 　就同一层次土壤而言, 日最高温度的变化幅度在接近地表时要比日最低温度大, 而当土壤深度增加至30 cm 后, 日最高温度和最低温度的变化幅度就相差不大了。