拱秀麗 王毅勇 聶 曉 尹曉梅

(中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，長(zhǎng)春，130012)

濕地是水陸相互作用形成的具有多種功能的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)，介于水陸之間，具有巨大的生態(tài)功能和環(huán)境效益［1］。又由于其特殊的結(jié)構(gòu)和功能，濕地已成為全球變化響應(yīng)的敏感區(qū)域。近年來(lái)，人口增長(zhǎng)對(duì)糧食的需求加大了土地資源的壓力，大面積濕地被開(kāi)墾，濕地面積銳減，原有濕地區(qū)域的下墊面性質(zhì)發(fā)生了改變，濕地開(kāi)墾對(duì)局地小氣候的影響不容忽視［2］。認(rèn)知濕地下墊面對(duì)局地氣候的影響，對(duì)揭示濕地生態(tài)功能，評(píng)價(jià)濕地在全球環(huán)境中的地位具有重要意義［3］。相關(guān)研究表明:濕地冷濕效應(yīng)與濕地植被類型和積水深度有關(guān)［4－5］;沼澤濕地由于下墊面冷輻射夜間有逆溫現(xiàn)象，又由于植物蒸騰作用的影響日間有逆濕現(xiàn)象［6］;紅樹林濕地系統(tǒng)對(duì)區(qū)域小氣候有顯著的調(diào)節(jié)作用［7］。但總體上國(guó)內(nèi)外對(duì)濕地小氣候環(huán)境效應(yīng)的研究還很不充分，相關(guān)研究在不斷的積累中。

文中根據(jù)實(shí)測(cè)資料，分析了生長(zhǎng)季三江平原沼澤濕地及周邊旱田的氣溫和相對(duì)濕度的分布規(guī)律，探討了濕地冷濕效應(yīng)的空間影響范圍，為深入探討濕地系統(tǒng)的生態(tài)效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)提供數(shù)據(jù)積累。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

本研究是在中國(guó)科學(xué)院三江平原沼澤濕地生態(tài)試驗(yàn)站綜合試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)觀測(cè)的，該試驗(yàn)站位于三江平原典型沼澤濕地分布區(qū)的別拉洪河流域［8］。三江平原沼澤濕地生態(tài)試驗(yàn)站綜合試驗(yàn)場(chǎng)面積為100 hm2，覆蓋有9 m左右的黏土和亞黏土層，透水性很差，因此發(fā)育了各種類型的沼澤濕地和沼澤化草甸濕地。試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)的植被類型主要有毛果苔草(Carex lasiocarpa)、漂筏苔草(Carex pseudocuraica)、狹葉甜茅(Glyceria spiculosa)、小葉章(Calamagrostis angustifolia)等，土壤類型主要有沼澤土、沼澤化草甸土和白漿土等。試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)的植被類型和土壤類型在三江平原均具有典型性和代表性，是三江平原典型沼澤濕地的一個(gè)縮影［9］。

2 材料與方法

試驗(yàn)沿觀測(cè)要素梯度分布方向布設(shè)3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。圖1為試驗(yàn)觀測(cè)點(diǎn)位置分布示意圖，觀測(cè)點(diǎn)1位于沼澤濕地內(nèi)，地理位置為 47°35'10.91″N，133°30'3.43″E，觀測(cè)期間濕地平均積水深度為30 cm。觀測(cè)點(diǎn)2和3均設(shè)在沼澤濕地周邊的大豆地中，分別用旱田1和旱田2表示，旱田1位于沼澤濕地北側(cè)230 m 處，地理位置為 47°35'18.30″N，133°30'3.02″E;旱田 2位于沼澤濕地北側(cè) 540 m 處，地理位置為 47°35'35.50″N，133°30'7.45″E。試驗(yàn)在每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)各設(shè)立1個(gè)觀測(cè)桿，分別在每個(gè)觀測(cè)桿的0.5、2.0、5.0 m 高度懸掛大氣溫、濕度自動(dòng)記錄儀來(lái)測(cè)定氣溫和相對(duì)濕度，每個(gè)高度懸掛2個(gè)記錄儀作為平行觀測(cè)。本試驗(yàn)采用的記錄儀型號(hào)為JL－06，測(cè)量氣溫精度為±0.3℃，相對(duì)濕度精度為±3%。試驗(yàn)于2010年6月中旬、7月中旬、8月中旬、9月下旬進(jìn)行4次觀測(cè)，選取晴朗天氣，每次連續(xù)觀測(cè)3～4 d，測(cè)量時(shí)間間隔為每半小時(shí)1次。

對(duì)每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的平行觀測(cè)值進(jìn)行平均，以作為該點(diǎn)最終觀測(cè)值，對(duì)每月晴天的氣溫和相對(duì)濕度進(jìn)行平均，以代表當(dāng)月晴天的氣溫和相對(duì)濕度。對(duì)每月觀測(cè)期間每天同一時(shí)刻溫度和相對(duì)濕度進(jìn)行平均，以代表當(dāng)月溫度和相對(duì)濕度的日變化值。文中所處理數(shù)據(jù)所使用的軟件為Excel2003和Matlab7.0。

3 結(jié)果與分析

3.1 沼澤濕地與旱田氣溫差異

3.1.1 不同觀測(cè)高度上氣溫水平分布差異

表1為不同觀測(cè)高度濕地、旱田1、旱田2間氣溫差異性分析結(jié)果。由表1可知，在0.5 m高度上，6、7、8月份3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)之間的月平均氣溫有差異，其中6、8月份總體差異顯著，7月份總體差異極其顯著。在2 m和5 m兩個(gè)高度上，生長(zhǎng)季6—9月份內(nèi)，3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)之間月平均氣溫均無(wú)差異。說(shuō)明沼澤濕地的降溫效應(yīng)在0.5 m的冠層高度上最為顯著。

表1 不同觀測(cè)高度濕地、旱田1、旱田2間各月份平均氣溫方差分析

結(jié)合表 2，對(duì)比 6—9 月份，在 0.5、2.0、5.0 m 高度上 3 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的月平均氣溫值結(jié)果，可以看出，沼澤濕地的平均氣溫均低于旱田，且兩者的氣溫差異在0.5 m高度最為明顯，隨著觀測(cè)高度的增加，沼澤濕地與旱田的氣溫差異逐漸減小。旱田1由于離濕地距離比較近，氣溫與濕地的差異較小，但依然高于濕地，在5.0 m高度上旱田1與濕地的氣溫幾乎沒(méi)有差異。說(shuō)明沼澤濕地對(duì)周圍局部地區(qū)的貼地層氣溫的升高有延緩作用，而隨著水平范圍的擴(kuò)大和垂直高度的增加，沼澤濕地的降溫作用逐漸減弱。

表2 2010年6—9月份不同觀測(cè)高度上各觀測(cè)點(diǎn)的月平均氣溫對(duì)比

3.1.2 氣溫的季節(jié)變化比較

0.5 m高度處不同月份(6—9月份)平均氣溫的觀測(cè)結(jié)果顯示(表3):6—9月份，沼澤濕地的平均氣溫都低于旱田，但6—8月份沼澤濕地的降溫效應(yīng)比較顯著，9月份濕地和旱田的溫差縮小。沼澤濕地的降溫效應(yīng)主要是由于濕地地表有積水，而水體的熱容量比土壤大，因此，濕地近地層氣溫比旱田低［10］。由表3可知貼地層0.5 m高度，7月份沼澤濕地的降溫效應(yīng)最為明顯，沼澤濕地平均氣溫比旱田1和旱田2分別低0.30、0.85℃。原因在于7月份降雨較多，氣溫高，植物生長(zhǎng)旺盛，濕地植物的蒸發(fā)蒸騰作用強(qiáng)，消耗了地表較多的熱量，使沼澤濕地貼地層氣溫顯著低于旱田氣溫，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的降溫效應(yīng)。

表3 0.5 m觀測(cè)高度不同月份不同觀測(cè)點(diǎn)月平均氣溫對(duì)比

3.1.3 氣溫的日變化比較

由圖2可以看出，沼澤濕地和旱田的氣溫日變化規(guī)律基本一致，均是單峰型曲線，氣溫極值出現(xiàn)時(shí)間也大體相同。白天同一時(shí)刻3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的氣溫由小到大排序?yàn)?濕地、旱田1、旱田2。在 12:00—14:00，三者間氣溫差值最大。以 7月份為例，沼澤濕地與旱田1和旱田2的最大氣溫差值分別為－1.29、－5.13℃。在夜間沼澤濕地與旱田的氣溫差異較小。

圖2 2010年6—9月份0.5 m觀測(cè)高度不同觀測(cè)點(diǎn)氣溫日變化

3.2 沼澤濕地與旱田相對(duì)濕度差異

3.2.1 不同觀測(cè)高度上相對(duì)濕度水平分布差異

不同觀測(cè)高度3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)在各月份的平均相對(duì)濕度方差分析結(jié)果見(jiàn)表4。結(jié)合表4分析可知，在0.5 m高度上，6—9月份3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)之間的月平均相對(duì)濕度有差異，其中6、8、9月份總體差異顯著，7月份總體差異極顯著。在其他2個(gè)高度上，無(wú)論哪個(gè)月份，3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)之間的月平均相對(duì)濕度均無(wú)差異。

表4 不同觀測(cè)高度濕地、旱田1、旱田2間各月份平均相對(duì)濕度方差分析

與氣溫的變化規(guī)律相反，3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上的相對(duì)濕度由小到大的排序?yàn)?旱田2、旱田1、濕地，這種規(guī)律在0.5 m高度表現(xiàn)最為顯著(表5)。濕地上空相對(duì)濕度比旱田高，而且濕地上空湍流動(dòng)能較旱田上空小，影響了濕地上空水氣的湍流擴(kuò)散，從而形成“濕島”［11］。隨著高度的增加，沼澤濕地的“濕島”效應(yīng)逐漸減弱，5.0 m高度幾乎沒(méi)有“濕島”效應(yīng)。在相同的氣候條件下，蒸散量的大小主要由下墊面的水分條件和植被特征所決定［8］，隨著垂直高度的增加，下墊面水分蒸散對(duì)空氣相對(duì)濕度的影響會(huì)逐漸減弱，空氣的湍流運(yùn)動(dòng)隨著高度的增加逐漸增強(qiáng)，使高空水分的散失速度加快，故相對(duì)濕度隨著高度的增加逐漸變小。

表5 2010年6—9月份不同觀測(cè)高度不同觀測(cè)點(diǎn)的月平均相對(duì)濕度對(duì)比

3.2.2 相對(duì)濕度的季節(jié)變化

在季節(jié)變化上，分析表6可發(fā)現(xiàn)，沼澤濕地、旱田1、旱田2的平均相對(duì)濕度呈梯度遞減，這種梯度變化在7月份表現(xiàn)最為明顯，沼澤濕地的相對(duì)濕度較旱田1和旱田2分別高出1.83%和3.60%。7月份三江平原雨量充沛，沼澤濕地積水較深，此時(shí)正是植物的生長(zhǎng)季，植被覆蓋率大，加之氣溫較高，強(qiáng)烈的蒸散發(fā)作用將大量水分輸送到濕地上空，導(dǎo)致沼澤濕地貼地層相對(duì)濕度大于旱田。

表6 0.5 m觀測(cè)高度不同月份不同觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度比較

3.2.3 相對(duì)濕度日變化

由圖3可知，沼澤濕地與旱田的相對(duì)濕度日變化曲線均呈U型曲線，相對(duì)濕度的極值出現(xiàn)時(shí)間基本相同。白天同一時(shí)間3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度由大到小的順序?yàn)檎訚蓾竦?、旱?、旱田2，午后時(shí)段(12:00—14:00)三者相對(duì)濕度差異最大。此變化規(guī)律在7月份表現(xiàn)最為明顯，沼澤濕地與旱田1和旱田2在7月份午后時(shí)段的最大相對(duì)濕度差值分別為4.51%和13.9%。在夜間，沼澤濕地和旱田的相對(duì)濕度均比較高，差異沒(méi)有白天大。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)三江平原沼澤濕地及周邊不同距離旱田的近地面氣溫和相對(duì)濕度的實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析研究表明，沼澤濕地在一定范圍內(nèi)具有降溫增濕，調(diào)節(jié)局地小氣候的作用。

同周邊旱田相比，沼澤濕地氣溫低，相對(duì)濕度大，具有明顯的冷濕小氣候效應(yīng)，且在貼地層0.5 m高度表現(xiàn)最為顯著。在垂直方向上，隨著高度的增加，沼澤濕地的冷濕效應(yīng)逐漸減弱;在水平方向上，對(duì)于不同距離的旱田，沼澤濕地的冷濕效應(yīng)影響程度不同，具體表現(xiàn)為隨著距離的增大，沼澤濕地的冷濕效應(yīng)影響逐漸減弱。7月份沼澤濕地的冷濕效應(yīng)表現(xiàn)最為顯著，9月份沼澤濕地的氣溫和相對(duì)濕度都比較低，冷濕效應(yīng)不明顯。

圖3 2010年6—9月份0.5 m觀測(cè)高度不同觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度日變化

沼澤濕地及周邊旱田的溫濕度日變化結(jié)果顯示:白天12:00—14:00，沼澤濕地的冷濕效應(yīng)最為明顯，而夜間沼澤濕地與旱田的氣溫和相對(duì)濕度差異較小。

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