袁孟 李浩燕 王東焱

摘要：森林土壤溫度是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要環(huán)境因素之一。對(duì)文獻(xiàn)作者數(shù)、研究機(jī)構(gòu)類型、研究區(qū)域的分布以及研究領(lǐng)域等方面進(jìn)行綜述，分析近30年來中國(guó)森林土壤溫度的研究現(xiàn)狀，對(duì)目前研究中存在的問題以及未來的研究趨勢(shì)進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：森林;土壤溫度;森林土壤溫度;喀斯特

中圖分類號(hào)：S714.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004-3020（2015）03-0037-05

ResearchProgressofForestSoilTemperatureinChina

YuanMengLiHaoyanWangDongyan

（CollegeofTourismandGeographicalScience，YunnanNormalUniversityKunming650500）

Abstract：Thesoiltemperatureofforestisoneoftheimportantenvironmentalfactorsofforest

ecologicalsystem.Inthispaper，wereviewedtheauthorsofthearticles，typesoftheresearchinstitution，thedistributionofthestudyareasandtheresearchfieldetc.Atlast，weanalyzedtheresearchstatusofforestsoiltemperatureinChinafornearly30years，andthecurrentexistingproblemsandfutureresearchtrendintheresearchareprospected.

Keywords：forest;soiltemperature;forestsoiltemperature;Karst

森林約占陸地面積的30%，土壤是森林生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，其穩(wěn)定性依賴于土壤系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1]。而森林土壤溫度是森林植物地下部分的重要環(huán)境要素之一[2]。Gerrish等[3]的研究表明森林土壤溫度的上升可能會(huì)引起土壤中HNO3過量和養(yǎng)分失調(diào)，導(dǎo)致細(xì)根壞死。肖輝林[1]等也認(rèn)為：土壤溫度上升可能會(huì)改變土壤有機(jī)質(zhì)動(dòng)力學(xué)、土壤水文學(xué)和土壤物理學(xué)，導(dǎo)致生境變化。21世紀(jì)以來，不少科研工作者做了森林土壤溫度的相關(guān)研究，主要集中在森林土壤呼吸、森林小氣候、土壤理化性質(zhì)研究等領(lǐng)域，本文綜述了30余年來國(guó)內(nèi)關(guān)于森林土壤溫度的研究進(jìn)展，總結(jié)森林土壤溫度的研究成果，揭示研究現(xiàn)狀，展望未來森林土壤溫度的研究熱點(diǎn)和趨勢(shì)。

1文獻(xiàn)來源與篩選分析

1.1文獻(xiàn)來源

本文以中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫（CNKI）、萬方數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)期刊、維普中文科技期刊全文數(shù)據(jù)庫（VIP）、國(guó)家科技圖書文獻(xiàn)中心電子數(shù)據(jù)庫為主要檢索方式，對(duì)正式出版的學(xué)術(shù)論文匯編刊物進(jìn)行篩檢符合條件的中文文獻(xiàn)作為補(bǔ)充;中文檢索詞包括“森林”、“森林土壤溫度”、“森林土壤”、“土壤溫度”、“喀斯特森林”、“喀斯特森林土壤溫度”，以主題、關(guān)鍵詞和篇名等檢索方式為主。文獻(xiàn)檢索起止日期為1979年1月1日～2013年12月31日。

對(duì)檢索到的文獻(xiàn)進(jìn)行分類匯總，從森林土壤溫度研究的文獻(xiàn)數(shù)量、涉及的研究區(qū)域、研究領(lǐng)域、作者所屬單位等方面進(jìn)行分析;通過歸類、排重、刪除不相關(guān)文獻(xiàn)，最終獲得242篇文獻(xiàn)。所有文獻(xiàn)幾乎全為中文類核心學(xué)術(shù)論文，雖然難以窮盡全部已發(fā)表的論文，但相信這對(duì)分析結(jié)果不會(huì)造成太大影響。

1.2文獻(xiàn)分析結(jié)果

1.2.1文獻(xiàn)發(fā)表年次分析

關(guān)于土壤溫度的研究可追溯到1875年努庫斯對(duì)氣溫和不同深度土溫日變化的觀測(cè)[4]，但從檢索文獻(xiàn)看，張萬儒[5]等最早做了森林土壤溫度研究。其后，森林土壤溫度的相關(guān)研究文獻(xiàn)逐漸有發(fā)表，雖然年際之間存在差異，但受國(guó)家政策方針以及一些國(guó)際性會(huì)議舉辦的影響，自90年代開始逐漸增長(zhǎng)（圖1），2011年最多（34篇）。

1.2.2文獻(xiàn)作者數(shù)分析

在統(tǒng)計(jì)的242篇文獻(xiàn)中，3人以上合著的文章遠(yuǎn)多于兩人合著及一人獨(dú)著（表1），說明了森林土壤溫度研究過程中的復(fù)雜性，團(tuán)隊(duì)合作的重要性。

1.2.3文章所屬單位分析

在統(tǒng)計(jì)的242篇文獻(xiàn)中，總共涉及105個(gè)單位，其中，中國(guó)科學(xué)院系統(tǒng)中，沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所發(fā)文最多（19篇）;政府部門系統(tǒng)中，遼寧省林業(yè)科學(xué)研究院、黑龍江省森林工程與環(huán)境研究所發(fā)文最多（均3篇）;高等院校系統(tǒng)中，東北林業(yè)大學(xué)最多（18篇），此外，有兩個(gè)社會(huì)團(tuán)體共發(fā)文3篇（表2）。從以上分析可以出，發(fā)文最多的單位所在地為原始森林保存面積較大的東北地區(qū)（大小興安嶺一帶）、熱帶植被發(fā)育的華南地區(qū)，以及水熱匹配良好的華中亞熱帶地區(qū)，這與森林的分布有極大的關(guān)系，此外，從單位性質(zhì)看，均以林業(yè)為主的科研單位，這表明，森林土壤溫度的研究也與各科研單位的知識(shí)背景，科研慣例、單位性質(zhì)有關(guān)。

1.2.4文獻(xiàn)研究區(qū)域分析

對(duì)統(tǒng)計(jì)的242篇文章進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)除香港、澳門、天津、臺(tái)灣、上海五省、市、區(qū)無文獻(xiàn)，國(guó)內(nèi)其他省區(qū)均有科研文獻(xiàn)，其中，廣東最多（22篇）（表2）。此外，中國(guó)以外區(qū)域（韓國(guó)、非洲（埃塞俄比亞高原））的文章有兩篇，說明森林土壤溫度的相關(guān)研究涉及區(qū)域廣泛，但國(guó)內(nèi)較集中，研究區(qū)域出現(xiàn)頻率的高低與文章掛靠單位的次數(shù)具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其他省區(qū)文獻(xiàn)相對(duì)較少，一定程度說明森林土壤溫度的研究具有一定的區(qū)域限制性。

1.2.5文獻(xiàn)研究領(lǐng)域分析

通過對(duì)森林土壤溫度的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，近30余年來的研究?jī)?nèi)容可概括為8個(gè)領(lǐng)域（表4）?？梢钥闯銎鋬?nèi)容主要集中在森林土壤溫度與土壤理化性質(zhì)研究方面，其中包含了土壤呼吸、CO2通量、土壤N、P等方面;森林土壤溫度與氣候、生物（根系、土壤動(dòng)物與微生物等）以及森林土壤溫度的研究，其他領(lǐng)域較為薄弱。

2森林土壤溫度文獻(xiàn)的研究?jī)?nèi)容分析

2.1森林土壤溫度規(guī)律研究

2.1.1非喀斯特區(qū)域森林土壤溫度特征

研究表明：森林上層土壤溫度的季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化較明顯（7，8月份土壤溫度升高），且林型不同，土壤溫度狀況也不同[5]。一般來講，混交林對(duì)土壤溫度的影響大于純林，其日較差和最高溫均低于純林，而且混交林內(nèi)各土層溫度比純林低1℃左右[6-7]?？傮w上來講，森林土壤溫度的日變幅和季節(jié)變幅都是上層較大，越向下層越小[8]。

森林植被的遮蓋作用，使得林內(nèi)地表及其以下各深度的土壤溫度比林外低，且溫差、變幅小，季節(jié)變化表現(xiàn)為：夏季土壤溫度上層高于下層，冬季相反;春、秋兩季白天上層土溫高于下層，夜間則相反;森林具有夏季降低林內(nèi)土壤溫度，冬、春季提高林內(nèi)土壤溫度的作用[7，9，10，11]。而且森林覆蓋度好的區(qū)域其土壤溫度低于覆蓋度差的區(qū)域，更有利于植物幼苗的更新、實(shí)生苗以及植物根系的生長(zhǎng)等，因此能提高森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[12]。

此外，森林郁閉度、冠幅和冠長(zhǎng)對(duì)40～60cm深度處的土壤溫度影響最大，胸徑和樹高生長(zhǎng)與土壤溫度成反比;因此，加強(qiáng)森林資源的更新和保護(hù)，是減緩?fù)寥雷兣挠行緩絒13]。

城市森林中的土壤溫度年際變化趨勢(shì)與當(dāng)?shù)卮髿夂虻臅r(shí)態(tài)一致（包括氣候異常在土溫方面的表現(xiàn)），月均最高溫為7月或8月，1月最低;11月～翌年2月，林內(nèi)土溫高于林外，12月差值最大;3～10月林外高于林內(nèi)，7月差值最大;土溫的年均值、月際差、月變幅、日均垂直梯度分布范圍，通常是林內(nèi)小于林外，地內(nèi)小于地面;此外，吳力立等理論上算出林內(nèi)土壤年恒溫層的起始深度比空曠地低2～5m，說明城市森林土壤貯存熱量的能力強(qiáng)于無林地，但是否另有熱量（源）有待考證[14]。徐文鐸等[15]在沈陽的研究表明：森林生長(zhǎng)季前期、中期、后期土壤溫度為白天高于夜間，而停止生長(zhǎng)期（休眠期）為夜間高于白天;不同生長(zhǎng)期土溫日振幅上層（20cm）>中層（40cm）>下層（80cm），但同一層不同生長(zhǎng)期的土溫日振幅相對(duì)復(fù)雜。

2.1.2喀斯特區(qū)森林土壤溫度特征

喀斯特森林是發(fā)育在富含鈣鎂離子的中性至微堿性的隱（域）性石灰土及喀斯特地貌上的生態(tài)系統(tǒng)，其地貌的特殊性導(dǎo)致在其上發(fā)育的森林有別于常態(tài)地貌上發(fā)育的森林，以常態(tài)地貌上發(fā)育的馬尾松林與草地作為對(duì)照，對(duì)發(fā)育在喀斯特地貌上的常綠闊葉林（生境較好的貴州花溪公園）林內(nèi)土壤溫度和土壤熱通量的變化分析結(jié)果表明：土壤溫度與熱通量的變幅均為常綠闊葉林<馬尾松林<草地，說明植被覆蓋等級(jí)越高的區(qū)域其小氣候更穩(wěn)定，更有利于植被的更新和繁殖[16]。隨著演替的進(jìn)行，群落內(nèi)小氣候環(huán)境朝著更為陰、涼、潮濕的環(huán)境演化，波動(dòng)性減弱，穩(wěn)定性不斷增強(qiáng)，森林土壤環(huán)境也更適宜植物的生長(zhǎng)，從而有利于演替的順向進(jìn)行[17];俞國(guó)松等[18]在茂蘭國(guó)家自然保護(hù)區(qū)的研究，向悟生等[19]對(duì)廣西典型巖溶區(qū)巖溶植被演替過程中主要小氣候因子的日變化特征的研究結(jié)果都與其相一致。此外，黃承標(biāo)等[2]認(rèn)為：森林對(duì)于減緩?fù)寥滥?、日溫度振幅以及夏季的緩熱降溫和冬季的緩冷保溫作用，均表現(xiàn)為密度及郁閉度大的林分優(yōu)于密度及郁閉度小的林分、天然常綠闊葉林優(yōu)于人工杉木林，且緩熱降溫>緩冷保溫作用;由于同一區(qū)域森林與空曠地的土壤溫度呈極顯著的直線相關(guān)關(guān)系，因此，可根據(jù)空曠地的土壤溫度來估測(cè)森林的土壤溫度。

2.2森林土壤溫度與土壤呼吸

土壤呼吸是指土壤釋放CO2的過程，是碳循環(huán)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[20]。森林土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸的重要組成部分[21]，據(jù)估計(jì)，全球土壤呼吸作用每年向大氣中釋放的碳（約為75～120pg）僅次于GPP（全球陸地總初級(jí)生產(chǎn)力）的估算值[22]。而森林土壤及其有機(jī)層卻儲(chǔ)存了森林生態(tài)系統(tǒng)39%的碳[23]。因此，森林土壤呼吸的研究具有重要意義。

土壤溫度的變化，可促進(jìn)或減弱土壤的呼吸作用[21]。一些學(xué)者指出：5cm土壤溫度與森林土壤呼吸具有良好的相關(guān)性，可以解釋土壤呼吸速率季節(jié)變異的60%～80%[24-25]。其他一些研究者也得到相類似的結(jié)果。而王鳳文等認(rèn)為，森林土壤呼吸與0～10cm土層溫度具有很好的相關(guān)性[26].。指數(shù)回歸模型說明土壤呼吸速率與10cm土溫的相關(guān)性更好[27]。也有研究認(rèn)為：氣溫、地表溫度以及5cm，10cm，15cm和20cm的土壤溫度均與土壤呼吸速率呈顯著的指數(shù)關(guān)系，而且溫度對(duì)土壤呼吸的影響效果表現(xiàn)為低溫時(shí)比高溫時(shí)更為顯著[28]。此外，土壤呼吸速率與氣溫和不同深度土壤溫度也存在顯著的指數(shù)相關(guān)關(guān)系，但與氣溫的相關(guān)性最好，其次是地表溫度[29]。隨著海拔的增加，可以用一個(gè)指數(shù)關(guān)系描述森林土壤CO2釋放與土壤溫度間表現(xiàn)出的顯著正相關(guān)關(guān)系（R2=0.34，P<0.05）[30]。

劉穎等[31]在長(zhǎng)白山的研究認(rèn)為：闊葉紅松林、紅松云冷杉林、岳樺、云冷杉林和岳樺林四種森林的土壤呼吸與土壤溫度間都呈極顯著（p<0.01）指數(shù)相關(guān)關(guān)系。龔斌[32]等在井岡山保護(hù)區(qū)的研究結(jié)果與其相似。常建國(guó)等[33]對(duì)北亞熱帶-南暖溫帶過渡區(qū)典型森林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)結(jié)果表明：森林土壤溫度對(duì)土壤呼吸速率的影響高于土壤含水率的影響。在0～35℃范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室條件下，土壤呼吸速率與土壤溫度呈正相關(guān)關(guān)系，土壤溫度和水分對(duì)土壤呼吸作用存在明顯的交互作用[34]。在水分含量充足、不成為限制因子的條件下，土壤溫度是控制土壤CO2釋放的主要因子[35]。

2.3森林土壤溫度與土壤微生物的關(guān)系

溫度對(duì)土壤呼吸的影響主要是通過對(duì)土壤微生物活性以及根系生長(zhǎng)的影響來實(shí)現(xiàn)的[36]。土壤微生物推動(dòng)著生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)，維持著生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn);許多研究表明，土壤微生物生物量的動(dòng)態(tài)變化與土壤溫度或土壤濕度的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化呈顯著相關(guān)[37-40]。

陳國(guó)潮[37]等認(rèn)為：土地利用方式、肥力水平不相同的情況下，酸性紅壤的土壤微生物量C、N總的趨勢(shì)均表現(xiàn)為夏季高、冬季低，與春秋兩季較為接近，介于兩者之間。一些研究者的結(jié)果與其類似，但認(rèn)為其季節(jié)性變化規(guī)律還表現(xiàn)為5～9月份逐漸增加，峰值出現(xiàn)在9月，10月份以后呈下降趨勢(shì)，并且根際的變化比根圍更加明顯[38，39，41]。土壤溫度、濕度對(duì)土壤微生物具有較大影響。

2.4森林土壤溫度與土壤酶

土壤酶參與土壤的各種生物化學(xué)過程，在凋落物分解、碳氮礦化和養(yǎng)分循環(huán)過程中起重要作用，但其活性受到土壤水熱等因素的影響[42]。

土壤完全凍結(jié)期，森林群落各水解酶的活性相對(duì)較高;土壤融化前期，隨土壤溫度升高，除中性磷酸酶外，其他水解酶活性均出現(xiàn)了一個(gè)爆發(fā)性增高，然后迅速降低的過程;隨后，除轉(zhuǎn)化酶外，其他水解酶活性均隨土壤溫度的升高而持續(xù)增高;相對(duì)于礦質(zhì)土壤層，凍融末期土壤有機(jī)層的水解酶對(duì)土壤溫度變化的響應(yīng)更加明顯[43]。

3森林土壤溫度研究的問題與展望

3.1森林土壤溫度研究面臨的問題

森林土壤溫度研究具有重要的生態(tài)意義與社會(huì)意義，其相關(guān)研究起步雖早，但是直到本世紀(jì)初期才開始緩慢發(fā)展。

從文獻(xiàn)作者數(shù)分析結(jié)果來看，團(tuán)隊(duì)合作對(duì)于森林土壤溫度的研究進(jìn)展較為有利，但某些因素導(dǎo)致了這種優(yōu)勢(shì)發(fā)揮受限;該類研究主要集中于高等院校以及部分政府部門，缺乏社會(huì)關(guān)注度，應(yīng)增加公眾教育，鼓勵(lì)社會(huì)集體參與探討;從研究所涉及的區(qū)域來看，主要集中于森林資源相對(duì)豐富，且科研機(jī)構(gòu)集中的中國(guó)熱帶、亞熱帶，以及原始森林發(fā)育保存相對(duì)完好的東北大小興安嶺、長(zhǎng)白山一帶，而我國(guó)西南喀斯特片區(qū)較少，研究區(qū)域具有一定的局限性;從森林土壤相關(guān)研究涉及的研究領(lǐng)域來看，雖然近30余年來的研究涉及10余個(gè)領(lǐng)域，但研究方向集中，其他領(lǐng)域較為薄弱，體系單一。

3.2未來研究的展望

（1）應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)學(xué)科的建設(shè)，增強(qiáng)社會(huì)關(guān)注度，在森林土壤溫度對(duì)林木生長(zhǎng)及林木經(jīng)營(yíng)等方面研究有待加強(qiáng)，可為林木的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供理論依據(jù)。

（2）中國(guó)西南喀斯特地區(qū)是“世界上最大的喀斯特連續(xù)帶”，該區(qū)存在生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分不平衡，石質(zhì)山地土壤-植被系統(tǒng)中礦質(zhì)養(yǎng)分不足[44-46]，地質(zhì)環(huán)境脆弱，貧困人口集中，人地矛盾尖銳等問題，導(dǎo)致了整個(gè)喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)。因此，加強(qiáng)喀斯特巖溶區(qū)特別是中國(guó)西南喀斯特區(qū)的研究具有一定的緊迫性。

（3）在研究方向上，應(yīng)加強(qiáng)森林土壤溫度與森林生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系的研究。例如，在區(qū)域生態(tài)恢復(fù)工程中，可以通過區(qū)域土壤溫度特征選擇適當(dāng)?shù)姆N苗，可減輕大面積快速生態(tài)恢復(fù)但造林成活率低的損失。

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（責(zé)任編輯：鄭京津）