1、长白山针阔叶混交林林缘小气候变化特征- 1 -长白山针阔叶混交林林缘小气候变化特征司婷婷 郝成林 赵智 李强 陈菡雪 刘铭君 张莹 王盼（东北师范大学生命科学学院， 长春 130024）摘要：森林小气候的研究是揭示森林生态系统功能、评估森林环境效益的基础，森林小气候资料作为基础资料为森林生态学的各项研究提供了基本数据，因此对森林小气候的研究具有重要的意义。本文以长白山针阔叶混交林为研究对象，利用小气候仪以及照度计对森林进行观测，获得森林林内外光照强度、露点温度、空气温度以及相对湿度的数据，并用该实验所得数据，分析了长白山针阔叶混交林的小气候的变化特点，结果表明，从林缘到林内，露点温度和相对湿度
2、呈增加趋势，而光照强度是逐渐减弱，温度从林缘到林内呈降低趋势且林内温度变幅较小。林缘小气候呈现明显的边缘效应现象。森林在调查小气候方面具有重要作用。关键字：森林；小气候；林缘；边缘效应；长白山1 引言1.1 研究目的森林生态系统具有防风固沙、涵养水源、净化空气、吸尘去噪、保健延寿、冬暖夏凉、减免灾害等诸多生态效益。长白山是目前我国乃至全世界保存较为完整的自然生态系统之一，是我国东北东部中温带湿润气候区最重要的森林植被类型，具有完善的植被垂直地带性分布和山地森林态系统，它对调节气候，稳定生态平衡有着重要作用 1。本文通过阐述林缘不同位置的各个小气候指标的差异，从而说明林缘小气候变化特征。林缘小气
3、候作为被影响的重要方面，研究其规律对于确定合理的经营措施、种植模式和栽培措施具有重要指导意义，有利于加快生态环境恢复建设的步伐，进一步使森林所固有的生态效益、经济效益和社会效益充分发挥出来。1.2 研究现状森林小气候是在森林植被影响下形成的特殊小气候, 是森林中水、气、热等各种气象要素综合作用的结果 2。国外对于森林小气候的研究开始的比较早，学者盖格尔 1927 年就对森林气象，如森林结构对小气候的影响；择伐和皆伐地气候特征；林缘和林间空地的气长白山针阔叶混交林林缘小气候变化特征- 2 -流；地表、树干间和林冠层的气象要素分布等进行了研究 3。20 世纪 60 年代末森林小气候的观测研究进入了
4、较为广泛、系统阶段，如 Tooming et al(1967)、Gayetal(1971)，但他们往往只针对某一具体项目进行比较深入的研究 4。我国森林小气候的研究开始的相对较晚，1949 年以前，有关森林小气候研究工作，都是零星分散在林学家、植物学家和气象学家们的工作中，真正进行森林小气候研究，始于 1952 年中国科学院江爱良等首先在海南岛对橡胶林和防护林的小气候做了广泛研究，出版了第一本有关森林小气候内容的专著。而我国开展较为广泛、系统的研究则是从 20 世纪 80 年代开始的，如李树人等、曾士余等 5。2.研究方法2.1 研究地区概况和试验样地研究地区位于吉林省抚松县露水河镇，调查样地
5、距离镇政府 20 公里处，该样地为长200 米，宽 76 米的林斑，与相邻的林斑之间间隔了长 20-30 米的 3 年人参弃耕地。该地区四季分明，冬季漫长、寒冷、积雪深。夏季短促、较热、雨量集中。春秋两季冷空气活动十分活跃，气候多变，冷暖阶段性变化显著，春有“倒春寒” ，秋有“小阳春”之说。 2.2 测定项目及方法该实验共测定了 6 项气候因子，分别为气流量、风速、温度、露点温度、相对湿度以及照度。其中，前 5 项气候因子的观测采用小气候仪，照度的观测采用照度计。测定时，首先选择在晴好无云天气进行森林小气候观测，在森林群落内，从群落边界开始向森林内部方延伸，在垂直于群落边界的直线上，分别于 1
6、m、15m、30m 三处设置 1、2、3 三个样点进行观测。当天分 6 个时间点观测，每个样点在同一时间内测 3 组数据求平均值。使用照度计观测光照强度时，需要分别观测地面和胸高的光照强度。由于时间和仪器数量有限，光照强度分为五个时间点观测，同样，每一个样点在同一时间测地面和胸高的照度各测三组数据，求平均值。2.3 数据处理将所得数据求完平均值后用 Excle 软件分析统计，做出图表，以便进行多重比较。其中照度使用 SPSS 软件中的单因素方差分析法比较三个观测点各指标的差异显著性，显著水平 p=0.05。3.结果与分析长白山针阔叶混交林林缘小气候变化特征- 3 -3.1 照度3.1.1 地面
7、照度利用多重比较的 Duncan 法进行比较时， 1、2、3 三个样地在 9:39、10:44 和 15:18 三个时间点时的地面照度的平均值之间均有显著差异；在 13:58 时，2、3 样地之间无显著差异，1 样地与 2、3 样地之间都存在显著差异。结合下图可以看出，样点 1 的地面照度总是远远大于样点 2 和样点 3 的地面照度，样点 2 的地面照度在多数情况下大于样点 3 的地面照度。图 1 地面照度的时空变化3.1.2.胸高照度通过单因素方差分析 p0.05 说明样点 1、2、3 的三个平行测试结果之间不存在明显差异。利用单因素多重比较 Duncan 法进行分析比较，在 13:58 时
8、刻样点 2 与样点 3 之间差异不明显，而样地 1 分别与样地 2 和样地 3 之间差异显著。由图 2 可知，样地 1 胸高照度明显大于样点 2 与样点 3 的胸高照度，样点 2 的胸高照度高于样点 3 的胸高照度。长白山针阔叶混交林林缘小气候变化特征- 4 -图 2 胸高照度的时空变化通过分析，可以得出结论：（1）同一地点的胸高照度要高于地面照度。 （2）光照强度从林外向林内逐渐降低。森林中林冠对太阳辐射起着吸收、反射和过滤的作用，从而使林内的太阳辐射状况发生显著改变，光照强度减弱。在针阔混交林中，上层林冠层吸收的光约占 79%，反射光占10%，射入林内下层的光约 11%6。到达林内的光一部
9、分是经过林冠枝叶间空隙射到林内的直接辐射，另一部分是透过林冠枝叶的散射辐射，而林内得到的太阳辐射大多为散射辐射，这样就大大削弱了林内的光照强度。林内在垂直方向上，不同高度的太阳辐射强度不同。混交林因行程复层林冠能层层截留吸收太阳光的辐射，并且随着林冠层次的增加，光辐射到达林内的量逐渐减小。从林冠表面到林冠底部，太阳辐射逐渐减小，在林内中部以下，辐射的垂直梯度变化较小 7。3.2 露点温度图3 露点温度的时空变化 图3表明，各个时间点的曲线除10：33时的曲线外，露点温度均为样点3样点2样点长白山针阔叶混交林林缘小气候变化特征- 5 -1，10:33时样点1的露点温度测量不准确，可以舍掉这组数据
10、，即整体来说曲线均呈上升趋势，林内的露点温度最大、林外的最小。各样点相比，样点1的露点温度的变幅为5.2度，样点3的为度。以样点3为例，在9:18 、10:33 、11:03、13:52、14:12、15:12 的露点温度依次为20.1度、17.7度、17.8度、18.6度、20.7度、20.6度，变幅为3.0度，样点3即林内各时刻的露点温度大致呈“V”变化,呈现早晚高，午间低的规律。在测量过程中13:52时的阴天并不影响露点温度，只有空气的水汽含量和气压才会影响露点温度 2。由于森林的蒸腾作用，植物蒸腾和土壤发出来的水蒸气能较长时间停滞在近地面层空气中，加之林冠层的遮盖作用，使得林内空气水汽
11、压明显高于林外，即林内的空气湿度在任何时刻都远远高于林外，从而使林内保持较高的湿度，形成林内终年阴冷潮湿。所以森林具有涵养水源，调节林区水分平衡的作用，使林内不干燥也不过度潮湿 8。另外，由于林内风速及乱流交换减弱、温度较低，使得森林具有增湿效应，一般来说，林内湿度比林外高百分之几到十几，变幅比林外小百分之几 9。3.3 温度图 4 温度的时空变化同一时间，空间上比较 1、2、3 三样方温度变化趋势如图 4。大体趋势为：从样地 1到样地 2 再到样地 3 群落温度逐渐减低。1 点样地处于森林老参地群落过渡带的边缘点，植被刚刚由低矮草本植物过渡到灌木的起始，植被覆盖较少，物种多样性较低。群落温度
12、受外界环境温度影响较大，群落植物对环境温度的改变不大。2 点样地为过渡带中心，两个群落的交错地带，植被比较密集，物种多样性高。分布了很多植物，植被的各项生理作用对周围环境的影响较大，群落植物对环境温度的改变较大，因此群落温度受外界环境影响较小。3 点样地为过渡带靠近森林的一边，草本、灌木逐渐减少，基本形成以高大乔木为优势种的群落，处于林缘的边缘地带。物种多样性较 2 点样地较少，植被对群落环境的影响较 1 样地多 2 样地少些。总体来看，由于林缘处于两个不同群落的过度地带，存在有一个从一种群落过渡到另一群落的现象。过渡带内植被郁闭度大、物种多样性高，植物群落对生境温度的影响较大，因而可能表现出
13、来的是林缘具有一定的保温作用。3.4 相 对 湿 度长白山针阔叶混交林林缘小气候变化特征- 6 -图 5 相对湿度的时空变化通过观察图 5 中各线的趋势可发现，在同一时间内，相对湿度的变化趋势为由森林外向森林内部依次递增。林缘外部环境植被量少，且多为草本植物和灌木类植物，林缘内部环境的植被盖度大、密度高，多为高大乔木。由于林内风速及乱流交换减弱、温度较低，植物蒸腾和土壤发出来的水蒸气能较长时间停滞在近地面层空气中，加之林冠层的遮盖作用，使得林内的空气湿度在任何时刻都远远高于林外，从而使林内保持较高的湿度,形成林内终年阴冷潮湿 10。在林缘外部，湿度在一天内的变化程度不大，而在内部的变化较大。这
14、是由于森林对蒸散的影响，林缘外部没有树冠层的存在，导致蒸腾作用产生的水分直接散入到空气中，外部较为干燥，一天内的变化较小；而由于林缘内部林冠层的存在，阻挡了部分太阳辐射和减弱了林内风速，使林内温度降低，林内风速比林外低，加上林内湿度较大，使得林内的蒸发量比林外低。这样，蒸腾作用的水分在林内积攒，使湿度增高较多，也就造成了内部湿度变化较为剧烈。林分具有涵养水源，调节林区水分平衡的作用，使林内不干燥，林内也不过度潮湿 11。也就是说，森林小气候具有增湿效应 12。参考文献 ：1吴家兵,关德新,代力民等.长自山阔叶红松林夏季温度特征研究.生态学杂志.2002.2l(5)：14-172陈宏志，胡庭兴，
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