四川盆地紫色土温度状况的确定张建辉，唐时嘉（中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所成 都６１００４１）提要以气象资料为基础，为土壤系统分类的需要，估计了四川盆地紫色土的温度 状况，采用逐步回归方法，从与土温相关的１０项气象因素中，筛选出６项主要影响因素。根据本 区土层浅薄的特点，建立了不同深度土层的土温计算方程。计算结果表明，按土壤系统分类的土温 状况诊断标准，本区拥有热性土壤温度状况。关键词四川盆地，紫色土，土壤温度，土壤系统分类 在土壤系统分类中，土壤温度状况被视为土壤自身属性之一。土壤温度状况的定义为土表下５０ｃ ｍ深处的土壤或≤５０ｃｍ深处的石质或准石质接触面处的土壤温度。因此要获得现存土温资料并 非易事，尤其是厚度＞４０ｃｍ的土层温度，就连气象部门也较少观测。目前在实际应用中多以气 象资料为依据来估算土温，其方法有若干，但多数方法估算误差较大。有的虽然估算精度较高，但 有一定的区域局限性￣１）。紫色土系岩性土，分布于低山丘陵区，土层厚度＜５０ｃｍ的土壤占 有相当大的比例。紫色土温度状况应以石质或准石质接触面处为准。鉴此根据气象资料，拟对土层 厚度不同的土壤，建立各自的土温与气象因素的关系方程，以估计紫色士温度状况。１研究方法１ ．１数据的采集根据四川省地面气候资料（１９５１—１９８０年），采集不同区域、不同类型紫 色土上气象观测站的纬度、经度、海拔、气温、相对湿度、降水量、日照时数、蒸发量、风速、总 云量及土壤温度等指标。采自１４个台站，采得１６８组数据。１．２数据的处理为了了解土温的 年内各月变化和得到回归方程的最优效果（在研究区内各年月均气象数据的变幅比年均气象数据的 变幅要大），在回归分析中气象指标和土温均采用月均数据。在“地面气候资料”中，虽记载了土 表以下多层次的地温状况，但在５０ｃｍ处却未记录有温度，因此需据５０ｃｍ上下的土温计算５ ０ｃｍ处本身的土温；从土表下５—３２０ｃｍ处的多年各月土温变化情况来看，４—８月随土层 下伸而土温递降，１０月一次年２月随土层下伸而土温递增，而３，９两月土温则无递增或递减变 化。３月国家自然科学基金重点资助项目和中国科学院特别支持资助项目之部分研究成果。１）杨 学明，赵兰坡，罗晓红。土壤温度状况确定中年均土壤温度的计算。见：中国科学院南京土壤研究 所。中国土壤系统分类研究·１９９３年论文集。１９９３．１９４—２０１。土温是上下两部高 ，中部低；９月土温是上下两部低，中部高。它们的转折点大致在４０—８０ｃｍ处。不同时期的 ５０ｃｍ月均土温计算式如下：４—８月５０ｃｍ月均土温＝４０ｃｍ月均土温－［（８０ｃｍ月 均土温－４０ｃｍ月均土温）／４］；１０月—次年２月 ５０ｃｍ月均土温＝４０ｃｍ月均土温 ＋［（８０ｃｍ月均土温－４０ｃｍ月均土温）／４］；３，９两月５０ｃｍ月均土温＝［（４０ ｃｍ月均土温＋８０ｃｍ月均土温）／２］。对于土表下３０ｃｍ处的土温，则取２０ｃｍ处与４ ０ｃｍ处土温的平均值。２ 结果与讨论２．１ 影响土温的相关因素从表１可见，各控制层土温 与气象因素间的相关性显著与否及作用方向十分类似。在所考虑的１０项因素中，与土温有显著相 关性的是６项，按相关强弱依序为气温、蒸发量、降水量、日照时数、风速和相对湿度。除纬度、 海拔和总云量等３项因素对土温的影响为负效应外，其余均为正向作用。２．２土温的计算方程以 上是假定各因素间在相互独立的条件下，考查某一因素与土温间的相关程度，但由于各因素间相互 作用，有的因素的作用就可能被另一些因素所掩盖或削弱。因此就需考查在诸多因素的综合作用下 ，影响土温变化的主要因素，从而建立土温与气象因素的关系方程。以纬度Ｘ＿１、经度Ｘ＿２、 海拔Ｘ＿３、多年月均气温Ｘ＿４、月均相对湿度Ｘ＿５、月均降水量Ｘ＿６、月均日照时数Ｘ＿ ７、月均蒸发量Ｘ＿８、月均风速Ｘ＿９、月均总云量Ｘ＿（１０）分别为自变量，月均土温为因 变量Ｙ，采用逐步回归方法筛选出影响土温的主要因素，得到５０ｃｍ内不同上层厚度土壤的土温 与气象因素的回归方程如表２。表２表明，在多因素综合作用下，对土温影响较大的气象因素主要 为纬度、气温、相对湿度、蒸发量、风速和总云量等６项，对土层厚度＜３０ｃｍ的土壤，土温主 要受３项因素的制约，反映自变量在回归中所起作用的各因素Ｆ值大小顺序是气温、风速、纬度； 而对土层厚度≥３０ｃｍ的土壤，土温主要与４项因素密切相关，分别依次是气温、总云量、相对 湿度、蒸发量。综观各回归方程，无论哪一温度控制层，气温对上温变化均起着决定性的作用。从 各因素在回归方程中的作用方向看，各方程均与客观实际相吻合。随纬度增高，温度降低，作用方 向趋于负向，气温增高，反映了太阳辐射量的增大；后者增大，又必然导致土温上升，故气温的作 用方向趋于正向。相对湿度大，土壤散热慢，土温上升，即作用方向趋于正向。总云量大，则日照 时数短，土温随之而低，作用方向趋于负向。至于蒸发量的作用方向，似乎存在一个矛盾问题，即 土温与蒸发量间的关系在单相关分析（见表１）中为正相关，而在复相关分析中为负相关。事实上 ，单考虑土温与蒸发量间的关系时，两者并非互为因果关系。当风速增大时，蒸发量也增大，而土 温则会下降（因为蒸发是一个吸热过程）。因此在综合考虑各气象因素的作用时，蒸发量这一指标 实际上隐含了风速的作用，蒸发量的作用方向趋于负向。其实按土温变化的物理机制来说，纬度和 日照时数（或总云量）两者是影响土温的最重要因素。但由于在逐步回归中选取了气温这一指标［ 气温是地面接受太阳辐射量的反映，而太阳辐射量又与纬度和日照时数（或总云量）有关］，故在 不同深度土层的回归方程中，纬度和日照时数（或总云量）的作用地位均较气温的作用地位低，乃 至不是日照时数（或总云量）、就是纬度未能入选。３ 土温的预测效果３．１ 预测方程的精度 和稳定性从数理统计原理可知，影响多元线性回归方程的精度有两个参量：１．预测值平均数的波 动情况；２．各偏回归系数的波动情况￣［１］。预测值平均数波动范围小，回归方程的预测精度 就高。至于波动的程度多大才对回归方程的精度和稳定性有显著影响，这可通过ｔ检验法来检验。 从表３可见，土温平均值的波动范围为±０．１１—±０．１９℃，这在１％水准上显出显著性。 偏回归系数的波动ｔ检验结果也表明，各方程的ｔ值≥ｔ＿（０．０１）。因此预测方程是稳定的 ，精度达到显著水准。需要指出的是，紫色土土表下５０ｃｍ深处的石质或准石质接触面，严格他 说对土温有一定影响。因此当用相同深度土层温度推估各层土温时，估计精度可能有所变化。３． ２土温计算值与实测值的比较选取四川盆地不同区域紫色土，根据年均气象数据，计算出不同厚度 土壤的年均温度，并与实测值比较，兹列于表４。表４显示，年均土温计算值与实测值均较接近。 各温度控制层的绝对误差最大０．７—０．８℃，最小０℃，平均值０．２６—０．３４℃。平均 相对误差１．３８—１．７８％，以２０ｃｍ处最小，５０ｃｍ处最大。从实际应用的角度考虑， 总是希望预测方程应尽量简化，使用方便，换言之，方程所涉及的因素应尽量减少，计算才会简便 ，在对四川盆地紫色土的温度状况进行估计时，最多只需４项指标，对土层＜３０ｃｍ的土壤只需 ３项，就可得出精度较理想的结果。４紫色土的温度状况由表４还可见，随土层加厚，土壤温度总 体上呈上升趋势，但变化范围较窄，极差大多＜０．５℃。从土温与气象因素的回归方程中可知， 气温是与土温相关性最大的因素。因而气温在地域上的分异也必然要反映到土温之中。在四川盆地 紫色土区（见表４），土温大致上是南部高于北部，东部高于西部，盆地中部则介于南北之间，而 南部与东部土温又十分相近，从５０ｃｍ深度处年均土温状况看：南部的沪州２０．６℃（实测２ ０．２℃）；北部的平武、北川、绵阳分别为１６．２，１７．４，１８．４（℃）［实测１６． ６，１７．０，１８．４（℃）］；东部的重庆北碚、沙坪坝分别为２０．４，２０．２（℃）［ 实测１９．９，２０．２（℃）］；西部的金堂１８．７℃（实测ｉｓ．６℃）；中部的资阳１９ ．４℃（实测１９．２℃）；从其他土温控制层的温度看，土表下５０ｃｍ深度内，无论哪一层次 土温均系北部最低，估计土温１６．１—１８．５℃（实测１６．４—１８．４℃）；以南部最高 ，１９．１—２０．６℃（实测１９．３—２０．２℃）．因此综观四川盆地紫色土的温度，按土 壤系统分类的诊断指标，应属热性土壤温度状况。参考文献｜｜［１］杨永岐．农业气象中的统计 方法．北京：气象出版社，１９８３．１０２—１０４．ＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮＴＯＴＥＭ ＰＥＲＡＴＵＲＥＲＥＧＩＭＥＯＦＰＵＲＰＬＥＳＯＩＬＳＩＮＳＩＣＨＵＡＮＢＡＳＩＮ￥Ｚ ｈａｎｇＪｉａｎｈｕｉ；ＴａｎｇＳｈｉｊｉａ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｏｕｎｔａｉｎＨ ａｚａｒｄｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃ ｅｓ＆ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙＣｈｅｎｇｄｕ６１００４１） ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃｄａｔａｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕ ｒｅｒｅｇｉｍｅｏｆｐｕｒｐｌｅｓｏｉｌｉｎＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎｗａｓｅｓｔｉｍａ ｔｅｄｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｔａｘｏｎｏｍｉｃｃｌａｓｓｉｆｉ ｃａｔｉｏｎ．Ｍｅａｎａｎｎｕａｌｖａｌｕｅｓｂｅｉｎｇｔａｋｅｎａｓｖａｒｉａｂｌｅ ｓ，１６８ｓｅｒｉｅｓｏｆｄａｔａｗｅｒｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｆｒｏｍ１４ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｔａｔｉｏｎｓ．６ｍａｊｏｒｆａｃｔｏｒｓｗｅｒｅｃｈｏｓｅｎｏｕｔｏｆ１０ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃｏｎｅｓｂｙｍｅａｎｓｏｆｔｈｅｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｉｎｔｈｅｌｉｇｈｔｏｆｔｈｅｆａｃｔ
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