母婭霆,劉子琦,*,李 淵,朱大運(yùn)

1 貴州師范大學(xué)喀斯特研究院, 貴陽(yáng) 550001

2 國(guó)家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心, 貴陽(yáng) 550001

喀斯特地貌在世界上分布廣泛,其演變發(fā)展與全球變化和碳循環(huán)關(guān)系密切[1-3]。中國(guó)南方喀斯特在全球三大喀斯特集中連片區(qū)域中分布面積最大、發(fā)育類型最全[4]。西南喀斯特地區(qū)生境脆弱,對(duì)氣候變化敏感。土壤溫度的動(dòng)態(tài)變化特征對(duì)研究喀斯特山區(qū)生態(tài)交錯(cuò)帶的土壤活性及生態(tài)小氣候的監(jiān)測(cè)具有重要意義,也有助于揭示土壤溫度對(duì)喀斯特山區(qū)生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)力的影響[5]。作為影響土壤呼吸速率的重要因子,土壤溫度對(duì)土壤無(wú)機(jī)碳釋放具有重要影響[6]。有研究發(fā)現(xiàn),西南地區(qū)年降雨量和降雨次數(shù)逐漸下降,而且極端降水事件增多,導(dǎo)致該區(qū)碳酸鹽集聚層變淺、土壤無(wú)機(jī)碳庫(kù)流失巨大[7-8]。因此,在全球氣候變化和極端降水事件增加的背景下,研究喀斯特地區(qū)土壤溫度變化特征及其影響因子能夠?yàn)榭λ固赝寥婪柿υu(píng)價(jià)提供科學(xué)參考,對(duì)于揭示喀斯特地區(qū)土壤碳循環(huán)和固存機(jī)理具有重要意義。

近年來(lái),地溫變化已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。國(guó)內(nèi)外也開展了諸多關(guān)于土壤溫度的研究,主要集中在不同覆蓋方式對(duì)土壤水熱的影響[9-10]、耕作方式及土壤水分對(duì)土壤溫度的影響[11-13]。唐振興等[14]、牛赟等[15-16]研究了祁連山土壤溫度的垂直分層變化特征、空間變化特征及其影響因素。Hu和Feng[17]利用美國(guó)1967—2002年氣象站觀測(cè)的土壤溫度數(shù)據(jù),分析了0—100 cm不同深度年均土壤溫度的空間分異以及10 cm深度土壤溫度的季節(jié)變化。以上研究雖然對(duì)土壤溫度變化過(guò)程有了一定認(rèn)識(shí),但目前有關(guān)喀斯特地區(qū)的土壤溫度的研究成果較少,尤其缺乏土壤溫度與氣溫的同步觀測(cè)資料。吳克華等[18]的研究發(fā)現(xiàn)隨著石漠化綜合治理時(shí)間延長(zhǎng),植被結(jié)構(gòu)得到改善,小氣候效應(yīng)逐漸凸現(xiàn)：不同等級(jí)石漠化樣地林下平均氣溫及土壤溫度在濕熱季節(jié)得到有效降低,而在干冷季節(jié)略顯升高。張邦琨等[19]的研究發(fā)現(xiàn)喀斯特地貌上發(fā)育的常綠閹葉林的土壤溫度與土壤熱通量的變化幅度均為常綠闊葉林<馬尾松林<草地。本研究選擇喀斯特高原峽谷區(qū)—貞豐北盤江示范區(qū)作為研究區(qū),通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)典型土地類型(花椒地、金銀花地、火龍果地、荒地)的土壤溫度、土壤含水量與當(dāng)?shù)貧鉁亍⑻?yáng)輻射等環(huán)境因子進(jìn)行定點(diǎn)連續(xù)觀測(cè),分析土壤溫度的變化特征,揭示土壤溫度在時(shí)間和空間格局上的演變規(guī)律,建立土壤溫度與環(huán)境因子間的相關(guān)關(guān)系,以期在全球變化背景下,為土壤溫度對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)制研究提供參考,進(jìn)而為喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省安順市與黔西南州交界處的花江峽谷兩岸,喀斯特高原峽谷貞豐北盤江石漠化綜合治理示范區(qū)內(nèi)(25°39′01″—25°40′06″N,105°39′36″—105°38′23″E),面積約51.62 km2,屬于典型的喀斯特高原峽谷地貌,碳酸鹽巖廣布,喀斯特地貌極為發(fā)育。地形破碎,地勢(shì)起伏大,海拔450—1450 m,相對(duì)高差為1000 m。水土流失嚴(yán)重,基巖裸露率高,石漠化面積達(dá)726.63 hm2,中強(qiáng)度石漠化面積占石漠化總面積的80.68%[20]。氣候類型屬亞熱帶干熱河谷氣候,光熱資源充沛,冬春溫暖干旱,夏秋較為濕熱,年均氣溫18.4℃,年極端最高氣溫為32.4℃,≥10℃積溫6542℃。年均降雨量1100 mm,降水集中在5—8 月,約占全年降雨量的83%。區(qū)內(nèi)巖石多屬三疊系的白云巖、泥質(zhì)白云巖及頁(yè)巖。土壤多以黑色、棕黃色石灰土為主,土壤質(zhì)地大多為粘壤土、粘土。植被為亞熱帶常綠落葉針闊混交林,原生植被基本上已被破壞,現(xiàn)以次生植被為主。花椒(ZanthoxylumbungeanumMaxim)、金銀花(LonicerajaponicaThunb)、火龍果(Hylocereusundatus′Foo-Lon′)為該區(qū)主要石漠化生態(tài)恢復(fù)植被,種植面積廣,取得了良好的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在研究區(qū)內(nèi)設(shè)立小型氣象站(ATMOS,Meter公司,美國(guó)),間隔10 min實(shí)時(shí)記錄大氣溫度、降雨量、太陽(yáng)輻射等數(shù)據(jù)。選擇該區(qū)海拔、坡度相近,且距離接近氣候一致,具有代表性的4種典型土地類型(花椒地、金銀花地、火龍果地和荒地)的土地作為研究對(duì)象。分別在4種土地類型距離植株30 cm處,自地表向下于10、25、40、55 cm土層安裝土壤水分溫度電導(dǎo)率傳感器(5TE,Meter公司,美國(guó)),數(shù)據(jù)采集器(EM50,Meter公司,美國(guó))每間隔10 min采集土壤溫度、土壤含水量數(shù)據(jù)。完整的監(jiān)測(cè)時(shí)間為2018年5月1日至2019年3月31日。安裝傳感器同時(shí)采集土壤樣品,在監(jiān)測(cè)點(diǎn)距植株30—50 cm處另開挖2個(gè)土壤剖面,共3個(gè)土壤剖面,分別在傳感器埋設(shè)深度上下5 cm范圍內(nèi)采環(huán)刀和擾動(dòng)土。擾動(dòng)土自封袋密封帶回實(shí)驗(yàn)室陰涼風(fēng)干,再去除根系等雜物,并將土樣分成兩份,一份用瑪瑙缽研磨過(guò)100目篩后用于測(cè)定有機(jī)碳,另一份用于測(cè)定土壤顆粒組成。土壤有機(jī)碳的測(cè)定采用重鉻酸鉀加熱法,土壤容重、孔隙度采用環(huán)刀法測(cè)定,土壤顆粒組成采用比重計(jì)法測(cè)定。樣地基本概況見表1。

表1 樣地基本概況

1.3 數(shù)據(jù)處理分析

使用Excel 2013軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行土壤溫度與氣溫、太陽(yáng)輻射、土壤含水量及土壤理化性質(zhì)等環(huán)境因子的Pearson相關(guān)分析,采用Origin 9.0軟件繪圖。

2 結(jié)果分析

2.1 土壤溫度的時(shí)間變化特征

土壤溫度日變化是一天內(nèi)土壤熱狀況的直接反映。由圖1可以看出,一天內(nèi)土壤溫度的波動(dòng)幅度表現(xiàn)為10 cm處最大,土層越深,波動(dòng)越小。各地類10 cm處土壤溫度均呈近似單峰變化。一天內(nèi)土壤溫度最小值的出現(xiàn)時(shí)刻分別為花椒地8:00、金銀花地8:00、火龍果地9:00、荒地9:00,最低溫分別為19.9、18.2、21.6、20.4℃；土壤溫度最大值的出現(xiàn)時(shí)刻分別為花椒地17:30、金銀花地16:30、火龍果地18:30、荒地18:00,最高溫分別為21.4、20.3、24.0、21.9℃,土壤溫度最值的出現(xiàn)隨著土層加深出現(xiàn)滯后效應(yīng)。一天內(nèi)土壤溫度最值均為火龍果地>荒地>花椒地>金銀花地。10 cm處土壤溫度日變幅分別為花椒地1.5℃、金銀花地2.1℃、火龍果地2.4℃、荒地1.5℃,火龍果地、金銀花地土壤溫度日變幅明顯大于花椒地、荒地,表明火龍果地、金銀花地土壤溫度的晝夜變化較大,而花椒地與荒地一天內(nèi)土壤溫度較為穩(wěn)定。

圖1 土壤溫度的日變化特征曲線

由于淺層土壤溫度一天內(nèi)波動(dòng)較大,較深層土壤溫度波動(dòng)較小,因此,用0:00—24:00溫度值擬合處理1月和7月10 cm、25 cm處土壤溫度日變化特征曲線,不同深度土壤溫度日變化均呈三次函數(shù)(y為土壤溫度,x為時(shí)間),回歸決定系數(shù)均在0.8以上,表明土壤溫度與時(shí)間(0:00—24:00)有較強(qiáng)顯著性(P<0.05)?；牡?0 cm與25 cm日最高溫在7月同時(shí)出現(xiàn),1月則表現(xiàn)為25 cm滯后于10 cm。其他地類日最高溫的出現(xiàn)均為25 cm滯后于10 cm,且火龍果地與金銀花地的滯后時(shí)間大于花椒地與荒地?；ń返?、火龍果地、金銀花地土壤溫度最大值在7月表現(xiàn)為10 cm明顯大于25 cm,荒地表現(xiàn)為10 cm和25 cm差異不大；各地類10 cm與25 cm處土壤溫度最大值在1月無(wú)明顯差異(表2)。

表2 不同深度土壤溫度日變幅特征

由于土壤溫度日變化表現(xiàn)為10 cm處日變幅最大,較深層土壤日變幅較小。因此,進(jìn)一步分析不同季節(jié)10 cm處土壤溫度的日變化特征。不同季節(jié)土壤溫度呈相似的變化趨勢(shì),均呈單峰變化(圖2)。夏季一天中土壤溫度最大值分別為花椒地27.4℃、金銀花地27.6℃、火龍果地31.2℃、荒地28.1℃；秋季分別為花椒地21.9℃、金銀花地20.4℃、火龍果地24.3℃、荒地22.6℃；冬季分別為花椒地15.0℃、金銀花地12.8℃、火龍果地16.4℃、荒地15.1℃；夏、秋、冬季10 cm處土壤溫度均為火龍果地>荒地>花椒地>金銀花地。10 cm處土壤溫度日變幅在夏季和秋季均為火龍果地>金銀花地>荒地>花椒地,冬季為火龍果地>花椒地>金銀花地>荒地,不同季節(jié)均為火龍果地的日變幅最大,且4種地類土壤溫度日變幅均在夏季出現(xiàn)最大值(表3)。

表3 不同季節(jié)10 cm土壤溫度日變化特征

圖2 不同季節(jié)10 cm土壤溫度的日變化特征曲線

2.2 土壤溫度剖面的變化特征

土壤溫度不僅受太陽(yáng)輻射、下墊面、土壤性質(zhì)等因素的影響表現(xiàn)出季節(jié)差異。而且在垂直方向上也具有一定的變化規(guī)律。夏季土壤溫度隨土層加深而減小；秋、冬季隨土層加深而增大(圖3)。由表4可以看出,不同季節(jié)土壤垂直溫度變異系數(shù)存在差異,夏季分別為花椒地1.1%、荒地1.0%、火龍果地1.4%、金銀花地2.0%,不同土地類型土壤垂直溫度變異系數(shù)差異很小；秋季分別為花椒地2.6%、荒地0.8%、火龍果地2.3%、金銀花地2.3%,冬季分別為花椒地4.6%、荒地1.8%、火龍果地4.0%、金銀花地5.2%,秋、冬季土壤垂直溫度變異系數(shù)表現(xiàn)為花椒地、火龍果地、金銀花地明顯大于荒地,說(shuō)明荒地土壤導(dǎo)熱性能較好。四種地類土壤垂直溫度變異系數(shù)均為冬季較大,夏季較小。

圖3 不同季節(jié)土壤溫度的垂直變化特征

表4 不同季節(jié)土壤垂直溫度變異系數(shù)

2.3 環(huán)境因子對(duì)土壤溫度的影響

2.3.1土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤溫度變化的影響

由圖4可以看出,各樣地表現(xiàn)為隨著土層加深,土壤容重、粘粒含量整體上呈逐漸增大的趨勢(shì),土壤總孔隙度、有機(jī)碳含量及砂粒含量則呈逐漸減小的趨勢(shì),土壤毛管孔隙度隨著土層加深先減小后增大,而土壤非毛管孔隙度和粉粒含量表現(xiàn)為先增大后減小。不同土層土壤容重、粘粒含量均為火龍果地>金銀花地>荒地>花椒地；土壤總孔隙度、砂粒含量及有機(jī)碳含量均為花椒地>荒地>金銀花地>火龍果地；淺層土壤粉粒含量為火龍果地>花椒地>荒地>金銀花地,較深層土壤粉粒含量為金銀花地>荒地>花椒地>火龍果地。

圖4 各樣地土壤基本理化性質(zhì)

土壤溫度變化與土壤理化性質(zhì)密切相關(guān)。相關(guān)分析表明,土壤溫度日變幅與土壤有機(jī)碳、砂粒含量和非毛管孔隙度均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與粉粒含量、容重呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),與粘粒含量、總孔隙度、毛管孔隙度相關(guān)性不顯著(表5)。由此可見,土壤溫度日變幅受土壤通氣條件和質(zhì)地等因素影響。有機(jī)碳、砂粒含量越高,土壤導(dǎo)熱率越高；非毛管孔隙度越大,越有利于土壤與大氣之間的能量交換,土壤溫度的日變化幅度也就越大。

表5 土壤溫度與土壤理化性質(zhì)之間的Pearson相關(guān)系數(shù)

2.3.2氣溫、太陽(yáng)輻射、土壤含水量對(duì)土壤溫度的影響

土壤溫度變化是土壤隨著太陽(yáng)輻射和大氣溫度的變化而吸收或釋放能量的過(guò)程[21]。由圖5可以看出,土壤溫度與太陽(yáng)輻射和氣溫的變化趨勢(shì)大致相同。2018年5月至2019年3月,最高氣溫出現(xiàn)在7月,為31.0℃,最大太陽(yáng)輻射也出現(xiàn)在7月,為428.12 μmol m-2s-1?；ń返睾徒疸y花地10、25 cm處土壤溫度最大值出現(xiàn)在7月,40 cm、55 cm處土壤溫度最大值出現(xiàn)在8月,較氣溫和太陽(yáng)輻射滯后一個(gè)月；荒地各深度土壤溫度最大值均發(fā)生在7月,與氣溫和太陽(yáng)輻射同步；火龍果地各深度土壤溫度最大值均發(fā)生在8月,較氣溫與太陽(yáng)輻射滯后一個(gè)月。土壤溫度最大值分別為花椒地27.3℃、金銀花地27.3℃、火龍果地30℃、荒地28.2℃。氣溫最小值出現(xiàn)在1月,為12.2℃,太陽(yáng)輻射最小值也發(fā)生在1月,為101.96 μmol m-2s-1,四種地類土壤溫度最小值均發(fā)生在1月,土壤溫度最小值分別為花椒地12.2℃、金銀花地11.2℃、火龍果地13.8℃、荒地13.0℃。氣溫與太陽(yáng)輻射的變化具有同步性,土壤溫度最值的出現(xiàn)較氣溫與太陽(yáng)輻射存在滯后性,隨著土層加深,滯后越明顯。觀測(cè)期內(nèi)不同深度土壤溫度變幅較大,10 cm處土壤溫度變異系數(shù)分別為花椒地26.39%、荒地26.51%、火龍果地26.38%、金銀花地31.70%,土壤溫度變異系數(shù)隨著土層加深而減小。土壤溫度與氣溫和太陽(yáng)輻射均呈顯著性正相關(guān)(P<0.01),且氣溫與土壤溫度的相關(guān)性更顯著,相關(guān)系數(shù)為0.959—0.994(表6),說(shuō)明氣溫在土壤溫度變化中起重要作用。

圖5 土壤溫度、氣溫、太陽(yáng)輻射及土壤含水量的月變化特征曲線

表6 土壤溫度與氣溫、太陽(yáng)輻射、土壤含水量之間的Pearson相關(guān)系數(shù)

觀測(cè)期內(nèi)花椒地各土層土壤含水量的波動(dòng)很小,其他3種地類土壤含水量的波動(dòng)較大(圖5)。不同深度土壤含水量的變化趨勢(shì)大致相同,花椒地、荒地、火龍果地土壤含水量均在6月出現(xiàn)最大值,金銀花地土壤含水量在8月達(dá)到最大值,不同地類土壤含水量均在12月出現(xiàn)最小值。對(duì)土壤溫度和土壤含水量進(jìn)行相關(guān)分析(表6),土壤含水量與土壤溫度呈顯著正相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)為0.642—0.860?；ń返?0 cm處土壤溫度與土壤含水量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),25、40 cm和55 cm 處呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；荒地10、40 cm處土壤溫度與土壤含水量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),25 cm和55 cm土層呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；火龍果地除55 cm處土壤溫度與土壤含水量呈顯著正相關(guān)外(P<0.05),其他土層均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；金銀花地除40 cm處土壤溫度與土壤含水量呈顯著正相關(guān)外(P<0.05),其他土層均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

3 討論

3.1 土壤溫度的變化特征

觀測(cè)期內(nèi)土壤溫度日變幅為10 cm處明顯大于較深層土壤,土層越深,土壤溫度的波動(dòng)越小。四種地類土壤溫度的日變化隨土層加深均出現(xiàn)滯后現(xiàn)象,與孫貫芳等[22]的研究結(jié)果一致。這主要是因?yàn)樘?yáng)輻射是控制地表溫度的能量來(lái)源,土壤具有巨大的熱容性以及傳導(dǎo)阻力,導(dǎo)致地表溫度向下傳導(dǎo)速度緩慢,隨土層加深,土壤溫度到達(dá)一天中的最大值就滯后。10 cm處土壤溫度日變幅最大,這主要是因?yàn)橥寥罍囟戎饕軞鉁氐挠绊?氣溫對(duì)表層土壤的影響最大,且土壤對(duì)太陽(yáng)輻射有顯著削弱作用[23],因此土層越深,土壤接收的太陽(yáng)輻射量就越少,土壤溫度受氣溫的影響也越小,因而,土壤溫度的變幅就越小。在8:00以前,氣溫很低,受氣溫影響10 cm土壤溫度低于深層土壤,8：00以后氣溫開始迅速上升,10 cm土壤溫度受氣溫影響也開始迅速上升,最后高于較深層土壤溫度。不同季節(jié)土壤溫度日變化特征為：土壤溫度日變幅均為夏季最大,冬季最小,日最高溫出現(xiàn)在夏季,日最低溫出現(xiàn)在冬季,與緱倩倩等[24]的研究結(jié)果一致。不同季節(jié)土壤溫度均為火龍果地>荒地>花椒地>金銀花地,這主要是因?yàn)榛瘕埞刂脖桓采w率低,加之人工除草,導(dǎo)致土壤接收的直接太陽(yáng)輻射量較大,土壤溫度較高；荒地人為干擾少,雜草叢生,地表有一定的覆蓋度,土壤透氣性較好,有利于地表接收太陽(yáng)輻射；花椒地的伴生植物多,增加了地表覆蓋度,且土質(zhì)較疏松；而金銀花莖葉茂盛,遮陰效果好,高密度的地表覆蓋及凋落物的存在使土壤受陽(yáng)光直射的影響小。因此,金銀花地土壤溫度明顯低于其他3種土地類型。校亮等[9]發(fā)現(xiàn)隨著覆被量增加,土壤溫度的波動(dòng)幅度明顯減小。在植被覆蓋度高的環(huán)境下,植被對(duì)土壤溫度的調(diào)節(jié)作用,降低了土壤溫度,日變幅也隨之減小,所以植被覆蓋度和太陽(yáng)輻射是土壤溫度變化的重要因素。10 cm土壤溫度日變幅表現(xiàn)為火龍果地、金銀花地大于花椒地、荒地,火龍果土壤溫度日變幅最大。說(shuō)明火龍果地與金銀花地對(duì)土壤溫度的調(diào)節(jié)作用較差,而花椒地與荒地較優(yōu)。這主要是因?yàn)榛ń返睾突牡赝寥廊葜匦?、總孔隙度?有利于土壤呼吸,加之土壤砂粒和有機(jī)碳含量高于火龍果地和金銀花地,砂粒導(dǎo)熱率高,土壤有機(jī)碳有利于改善土壤微團(tuán)聚體結(jié)構(gòu),改善土壤理化性質(zhì),從而增強(qiáng)了土壤導(dǎo)熱性能。

土壤溫度剖面的變化具有明顯的季節(jié)差異。夏季10 cm土壤溫度最高,土層越深,溫度越低；秋、冬季10 cm土壤溫度最低,土層越深,溫度越高,與劉引鴿等[25]的研究結(jié)果具有一致性。夏季氣溫較高,氣溫對(duì)淺層土壤溫度的影響較大,土壤表面吸收太陽(yáng)輻射而增溫,并通過(guò)熱傳導(dǎo)向深處傳遞熱量,土層越深,獲得的熱量愈少,故土壤溫度隨深度增加而降低；而秋、冬季氣溫較低,地表接收的太陽(yáng)輻射小于地表長(zhǎng)波輻射,地表溫度下降,深層土壤受氣溫影響較小,當(dāng)溫度下降到比深層的溫度低時(shí),熱量將由深層向地表傳輸,但由于從下層得到的熱量不足以抵消地表輻射帶來(lái)的降溫,因此,土壤溫度隨土層加深而逐漸升高。土壤溫度垂直變異系數(shù)為冬季最大,夏季最小,說(shuō)明夏季土壤的保溫效果較好,冬季較差。這主要是因?yàn)橄募靖鳂拥刂脖桓采w度較高,植被對(duì)土壤溫度的調(diào)節(jié)作用明顯,而冬季植被覆蓋度低,植被調(diào)節(jié)作用較小,土壤溫度的垂直變異明顯。

3.2 環(huán)境因子對(duì)土壤溫度變化的影響

相關(guān)分析表明,土壤溫度與環(huán)境因子關(guān)系密切。土壤溫度日變幅與土壤有機(jī)碳、砂粒含量、非毛管孔隙度均呈極顯著正相關(guān),與粉粒含量、容重呈顯著負(fù)相關(guān)。這主要是因?yàn)椴煌寥蕾|(zhì)地的通氣、肥力和熱量條件差異較大[26]。砂粒、粉粒和粘粒對(duì)于土壤熱擴(kuò)散性質(zhì)的貢獻(xiàn)不同,砂粒的導(dǎo)熱率高于粉粒和粘粒。有機(jī)碳是土壤呼吸的底物,隨著土壤有機(jī)碳的累積,土壤容重、含水量、孔隙度、電導(dǎo)率等土壤理化性質(zhì)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)改善,從而影響土壤的熱容量和導(dǎo)熱性能。研究區(qū)的峽谷地貌因高原晚期強(qiáng)烈抬升,河流下切,周圍的洼地形成巖石裸露的深洼,植被覆蓋較少,加上洼地沿構(gòu)造走向發(fā)育演化成喀斯特干谷,形成干熱的氣候條件,表現(xiàn)為冬春溫干,夏秋濕熱,熱量資源豐富[27-28]。土壤溫度與氣溫和太陽(yáng)輻射呈顯著正相關(guān),土層越深,相關(guān)性越弱。與宋長(zhǎng)春、王毅勇等[29]的研究結(jié)果一致。這主要是因?yàn)闅鉁睾吞?yáng)輻射主要通過(guò)熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流的方式將熱量由淺層土壤傳遞給深層土壤,隨著土層深度的增加,無(wú)論熱傳導(dǎo),還是熱對(duì)流所攜帶的能量都逐漸減少,所以土層越深,氣溫和太陽(yáng)輻射對(duì)土壤溫度的影響越小?；牡赝寥罍囟葘?duì)氣溫的響應(yīng)最快,火龍果地滯后效應(yīng)最明顯,這主要是因?yàn)榛牡厥苋藶楦蓴_較少,微生物種類豐富,微生物活動(dòng)范圍達(dá)到深層土壤,土壤有機(jī)碳含量較高,改善了土壤容重、孔隙度等理化性質(zhì),土壤砂粒含量高,增強(qiáng)了土壤導(dǎo)熱性；而火龍果地?zé)o凋落物的同時(shí)長(zhǎng)期施用化肥,加之強(qiáng)烈的人為干擾,導(dǎo)致土壤板結(jié),因而具有較大的容重,土壤緊實(shí),不利于植物根系伸展及微生物活動(dòng),導(dǎo)致土壤孔隙度減小,影響土壤與大氣的通透性。加之土壤有機(jī)碳含量低,土壤保水保肥能力差,土壤砂粒含量低,土壤導(dǎo)熱性差,從而影響了火龍果地對(duì)土壤溫度的調(diào)節(jié)及土壤溫度響應(yīng)氣溫變化的速度和幅度。

與水分相比,土壤熱容量小且熱傳導(dǎo)率大,因此干土總是比濕土變冷或變熱的要快[30]。與其他3種土地類型相比,火龍果地土壤表層水分含量大,容重大,土壤溫度的變化比較緩慢。已有研究發(fā)現(xiàn)土壤溫度與土壤含水量呈顯著負(fù)相關(guān)[31-32],而在其他的一些實(shí)驗(yàn)中,表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)不顯著[33]。王紅梅等[34]認(rèn)為土壤溫度和土壤水分的相關(guān)性表現(xiàn)為小采樣粒度(0.5 m×0.5 m,1 m×1 m)的顯著負(fù)相關(guān)性,而在較大采樣粒度(2 m×2 m,5 m×5 m)表現(xiàn)為顯著的正相關(guān)關(guān)系,表明土壤水熱的相關(guān)性研究應(yīng)考慮采樣粒度和尺度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。本研究通過(guò)在不同土層安裝土壤水分溫度電導(dǎo)率傳感器來(lái)獲取土壤溫度和水分?jǐn)?shù)據(jù),結(jié)果表明土壤溫度與土壤含水量呈顯著正相關(guān)。本研究結(jié)果與以往研究存在差異,可能是因?yàn)檠芯繀^(qū)雨熱同期的氣候特征,當(dāng)大氣降水進(jìn)入土壤后,土壤水作為運(yùn)輸載體將土壤溫度由表層土壤輸送到深層土壤,由于水具有較大的比熱容,從而增大了土壤的比熱容,對(duì)土壤具有一定的增溫作用,因此土壤溫度與土壤含水量呈顯著正相關(guān)。

4 結(jié)論

(1)喀斯特地區(qū)土壤溫度日變化特征為：土壤溫度日變幅為夏季較大,秋、冬季較小。10 cm處土壤溫度日變幅明顯大于較深層土壤,土層越深,日變幅越小。土壤溫度的日變化隨著土層加深出現(xiàn)滯后效應(yīng)。土壤溫度日變幅表現(xiàn)為火龍果地與金銀花地明顯大于花椒地與荒地。不同季節(jié)10 cm土壤日平均溫度均為火龍果地>荒地>花椒地>金銀花地。

(2)夏季土層越深,土壤溫度越低；秋、冬季土層越深,土壤溫度越高?；ń返亍⒒牡?、金銀花地及火龍果地土壤垂直溫度變異系數(shù)均為冬季較大,夏季較小。

(3)土壤溫度與容重、孔隙度、土壤質(zhì)地、有機(jī)碳等土壤理化性質(zhì)相關(guān)性顯著。與氣溫、太陽(yáng)輻射、土壤含水量均呈顯著正相關(guān)?；ń返貙?duì)土壤溫度的調(diào)節(jié)效果較好,且土壤含水量較高,土壤持水性較好,土壤容重小、孔隙度高。因此,在喀斯特地區(qū)生態(tài)恢復(fù)的過(guò)程中,種植花椒能在一定程度上改善土壤性質(zhì),提升土壤肥力。

致謝：感謝課題組蔡路路等對(duì)實(shí)驗(yàn)的幫助。