檀迪+熊康寧

摘要：通過典型樣地觀測，對貴州省畢節(jié)高原山地5種石漠化等級(jí)樣地的小氣候進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測，對比分析其氣溫、光照度、相對濕度和5、10、15、20 cm處土壤溫度的分布狀況和日變化動(dòng)態(tài)。結(jié)果表明，不同等級(jí)石漠化地區(qū)由于植被數(shù)量和組成結(jié)構(gòu)存在差異，其樣地小氣候也表現(xiàn)出不同的特征。夏季，隨著石漠化等級(jí)的提高，石漠化樣地內(nèi)的光照度與氣溫逐漸降低，降幅趨緩，峰值出現(xiàn)時(shí)間也滯后；冬季，由于人為干擾，光照度變幅表現(xiàn)為ST（強(qiáng)度）>SL（輕度）>M（中度）>L（潛在）>N（無），氣溫變幅表現(xiàn)為ST>SL>L>M>N；相對濕度變幅在夏季表現(xiàn)出與石漠化等級(jí)相吻合的現(xiàn)象，冬天則表現(xiàn)為M>ST>L>N>SL。與其他研究不同，本研究中出現(xiàn)了下層土壤溫度高于上層土壤的獨(dú)特現(xiàn)象。各樣地光照度、氣溫和土壤溫度之間呈正相關(guān)，三者均與空氣相對濕度呈負(fù)相關(guān)?？傮w來說，無石漠化、潛在石漠化樣地環(huán)境趨于涼濕化，小氣候條件最佳；而中度、強(qiáng)度石漠化樣地環(huán)境趨于干熱化，小氣候條件較差，有待于經(jīng)歷較長時(shí)間的演替改善。

關(guān)鍵詞：畢節(jié)高原山地；小氣候；石漠化等級(jí)；熱量收支；日變化動(dòng)態(tài)

中圖分類號(hào)： S162.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）05-0301-07

在大氣候條件相同的局限范圍內(nèi)，由于下墊面組成和性質(zhì)差異引起的水熱條件變化，使得近地層形成了不同的小氣候。小氣候不僅會(huì)影響生物的生長發(fā)育，也是人類生產(chǎn)生活活動(dòng)決策的重要依據(jù)[1]。

喀斯特石漠化在20世紀(jì)90年代末受到普遍重視[2-3]。我國是世界上喀斯特分布面積最大的國家，僅由碳酸鹽類巖石發(fā)育的喀斯特面積就達(dá)130萬km2，約占全國陸地面積的1/7[4]。石漠化已對我國社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重危害，因而石漠化的治理成為我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一項(xiàng)重要目標(biāo)。研究和實(shí)踐表明，雖然石漠化地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，環(huán)境條件惡劣，治理難度大，但通過合理的治理方針和正確的恢復(fù)模式，石漠化仍有恢復(fù)的可能性[5-6]。

喀斯特地區(qū)植被的自然演替過程一直是喀斯特地區(qū)的重要研究內(nèi)容。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對草原、農(nóng)田、沙漠等下墊面的小氣候進(jìn)行了許多研究[7-12]，也有部分學(xué)者對喀斯特不同自然環(huán)境下小氣候特征進(jìn)行研究，但將喀斯特自然環(huán)境與植被自然演替階段以及土壤理化性質(zhì)相結(jié)合研究較少。對不同植被演替階段小氣候特征的研究，對于深入了解喀斯特地區(qū)的植被恢復(fù)過程以及植被演替對于小氣候改善的作用，具有十分重要的意義。因此本研究以喀斯特石漠化區(qū)具有代表意義的喀斯特峽谷區(qū)為背景，對畢節(jié)撒拉溪小流域5種石漠化等級(jí)中的小氣候要素進(jìn)行了觀測，以便為深入研究喀斯特石漠化景觀生態(tài)恢復(fù)與環(huán)境小氣候的關(guān)系提供參考。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

畢節(jié)撒拉溪示范區(qū)，地處滇東高原向黔中高原過渡的東斜坡地帶，地層出露較齊全，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地勢起伏大，最高海拔1 742.3 m，最低海拔1 400 m，相對高差為 342.3 m，地貌類型為典型的喀斯特高原山地?？偯娣e為 41.5 km2，其中喀斯特面積為26.3 km2，占示范區(qū)總面積的63.37%。該區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，流域內(nèi)年平均氣溫14.03 ℃，年均降水量863 mm，主要集中在7—9月，占全年總降水量的52.4%。巖石以石灰?guī)r及紫色砂頁巖為主。受成土母質(zhì)影響，一般分布黃壤土及紫沙土，在巖溶洼地和山間平地有水源的地方分布少量水稻土，坡耕地一般分布巖泥土，林地、灌草叢為石灰土。野生植被是以大白杜鵑（Rhododendron decorum）、小果十大功勞（Mahonia bodinieri）、來江藤（Brandisia hancei）、金絲桃（Hypericum monogynum）等為主的藤、刺、灌叢，以及零星分布的青岡（Cyclobalanopsis glauca）、核桃（Juglans regia）、通脫木（Rice-paper plant）等。

1.2研究方法

本研究通過對小流域地形地貌的踏勘、勾繪，結(jié)合小流域內(nèi)植被及土被分布情況，劃分4種石漠化強(qiáng)度類型：強(qiáng)度石漠化（strong，ST）、中度石漠化（medium，M）、輕度石漠化（slight，SL）和潛在石漠化（latent，L），并設(shè)置無石漠化對照樣地（non，N），等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。選取15個(gè)20 m×10 m 的固定樣地（表2）于2013年9、12月選擇典型天氣（晴天）測定樣地內(nèi)離地面1.5 m處的光照度和空氣溫濕度，不同深度（5、10、15、20 cm）的土壤溫度。其中，用ZDS-10照度計(jì)測定光照度，阿斯曼通風(fēng)干濕度計(jì)測定氣溫和相對濕度。

3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用SPSS 19.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、差異顯著性檢驗(yàn)和相關(guān)分析，圖表制作在Excel 2003中完成。

2結(jié)果與分析

2.1光照度變化特征

由表3可知，8月份各個(gè)等級(jí)石漠化樣地光照度差異顯著（P<0.05），其中強(qiáng)度石漠化樣地光照度顯著高于潛在、無石漠化樣地（P<0.05），無石漠化樣地光照度顯著低于強(qiáng)度、中度、輕度石漠化樣地（P<0.05），而中度、輕度、潛在石漠化樣地之間光照度差異不顯著（P>0.05）；12月份光照度表現(xiàn)為無石漠化地區(qū)光照度顯著低于強(qiáng)度、中度和輕度石漠化地區(qū)（P<0.05），總體呈現(xiàn)出SL>ST>M>L>N。

研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)不同等級(jí)石漠化地區(qū)的光照度總體表現(xiàn)為中午高、早晚低的單峰曲線，但峰值出現(xiàn)時(shí)間卻略有差異。中度石漠化地區(qū)光照度峰值出現(xiàn)在13：00，強(qiáng)度石漠化地區(qū)峰值出現(xiàn)在14：00，而石漠化等級(jí)較低的地區(qū)光照度峰值多出現(xiàn)在11：00—12：00之間（圖2）。同時(shí)，由表3可知，隨著石漠化等級(jí)的提高，光照度的日均總量和變化幅度總體上呈現(xiàn)出增大的趨勢。8月份隨著石漠化程度的提高，光照度日較差明顯增大，而12月份光照度的日較差表現(xiàn)為

可以看出，不同等級(jí)石漠化地區(qū)氣溫日動(dòng)態(tài)與光照度日動(dòng)態(tài)類似，都呈現(xiàn)出早晚低、中午高的單峰曲線。強(qiáng)度石漠化地區(qū)氣溫峰值約出現(xiàn)在14：00，中度石漠化地區(qū)氣溫峰值出現(xiàn)在13：00，而石漠化程度較低的地區(qū)氣溫峰值出現(xiàn)在12：00—13：00之間，與光照度峰值出現(xiàn)時(shí)間相吻合。由表4可知，隨著石漠化等級(jí)降低，氣溫日較差總體上呈現(xiàn)出減小的趨勢。在12月，氣溫變化規(guī)律不明顯，表現(xiàn)為L>ST>SL>M>N。這是由于潛在、輕度石漠化地區(qū)多為落葉樹種，加之人類活動(dòng)強(qiáng)烈，致使12月潛在、輕度石漠化地區(qū)氣溫日較差較大。[FL）]

[FK（W8][HT6H][STHZ][JZ]表4不同等級(jí)石漠化樣地大氣溫度

2.4土壤溫度變化特征

由表6可知，8月份各個(gè)等級(jí)石漠化樣地5 cm處土壤溫度無顯著差異（P>0.05），表現(xiàn)為M>ST>SL>L>N；12月各個(gè)等級(jí)石漠化樣地5 cm處土壤溫度無顯著差異（P>005）。8月份各個(gè)等級(jí)石漠化樣地10 cm處土壤溫度無顯著差異（P>0.05），表現(xiàn)為M>ST>SL>L>N；12月各個(gè)等級(jí)石漠化樣地10 cm處土壤溫度無顯著差異（P>0.05）。8月份各個(gè)等級(jí)石漠化樣地15 cm處土壤溫度差異顯著，表現(xiàn)為無石漠化樣地顯著低于其他等級(jí)石漠化地區(qū)（P<0.05）。強(qiáng)度、中度、輕度、潛在石漠化地區(qū)差異不顯著（P>0.05）；12月各個(gè)等級(jí)石漠化樣地15 cm處土壤溫度無顯著差異（P>0.05）。8月份各個(gè)等級(jí)石漠化樣地20 cm處土壤溫度差異顯著，表現(xiàn)為無石漠化樣地顯著低于其他等級(jí)石漠化地區(qū)（P<0.05）。強(qiáng)度、中度、輕度、潛在石漠化地區(qū)差異不顯著（P>0.05）；12月各個(gè)等級(jí)石漠化樣地20 cm處土壤溫度無顯著差異（P>0.05）。

土壤溫度是土壤系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)，對土壤中發(fā)生的物理和化學(xué)過程有重要的影響。土壤溫度的變化，既影響土壤水分的蒸發(fā)，又制約著植物的蒸騰和植被生境特征，進(jìn)而影響植被的生長狀況。從時(shí)間上來看，在8月份相同時(shí)間、相同深度的土壤溫度總體上是隨石漠化程度升高而升高的。在12月份相同時(shí)間、相同深度的土壤溫度隨石漠化等級(jí)的降低有增長的趨勢（圖5）。

從空間上來看（表6），不同等級(jí)石漠化地區(qū)土壤溫度都表現(xiàn)為先增長后減小至穩(wěn)定的現(xiàn)象，且除了無石漠化地區(qū)，其他等級(jí)石漠化地區(qū)深度土壤的溫度往往要高于上層土壤。結(jié)合部分土壤物理性質(zhì)（表7）得出其原因在于：（1）地面熱量收支。白天，地面吸收的太陽輻射能超過了地面有效輻射，所以輻射差額為正值。輻射通過轉(zhuǎn)化成熱能傳遞給土壤使土壤升溫?？λ固氐貐^(qū)土壤瘠薄，植物根系較淺，所以表層土壤要消耗部分熱量以供植物和土壤的水分蒸發(fā)。在夜間表層地面有效輻射強(qiáng)烈，會(huì)消耗表層土壤的熱量。（2）土壤熱容量和導(dǎo)熱率。土壤熱容量與土壤濕度成正比，與土壤孔隙度成反比，上層土壤的孔隙度大于下層土壤，同時(shí)土壤濕度要小于下層土壤，因而下層土壤的土壤熱容量大。而土壤的導(dǎo)熱率與土壤的熱容量成反比。白天表層土壤吸收的熱量多，使得上層土壤溫度瞬時(shí)高于下層土壤，當(dāng)物質(zhì)不同部位之間存在溫差時(shí)，會(huì)借助于分子傳導(dǎo)產(chǎn)生熱量的傳遞，熱流的方向總是由高溫指向低溫，這時(shí)溫度由上層傳到下層，導(dǎo)熱率高，溫度傳遞速度快，下層土壤的熱容量大，會(huì)儲(chǔ)存大量熱能，溫度上升。夜間熱量會(huì)由下層土壤傳遞到上層，但是由于導(dǎo)熱率低，上層土壤熱容量小，因而下層土壤儲(chǔ)存的熱能要高于上層土壤，所以造成了上述現(xiàn)象。從土壤溫度日較差來看，大體表現(xiàn)為M>ST>SL>L>N。

2.5土壤物理性質(zhì)及植物多樣性變化特征

2.5.1土壤物理性質(zhì)變化特征

土壤的物理特性是土壤肥力的一個(gè)重要方面，它對土壤的通氣、透水、導(dǎo)熱等功能有一定[CM（25]程度的影響。土生植被的變化，治理方式和土地利用類型[CM）][FL）]

隨著植被覆蓋度提高，植物根系對土壤的改造作用更加強(qiáng)烈，土壤總孔隙度和土壤容重呈良性化發(fā)展（表7）。其中，無石漠化環(huán)境土壤容重顯著小于其他類型石漠化樣地，而其土壤總孔隙度顯著大于其他石漠化樣地（P<0.05）。不同程度石漠化環(huán)境土壤含水量表現(xiàn)混亂，無明顯規(guī)律，可能與喀斯特地區(qū)多短時(shí)間、突發(fā)性天氣現(xiàn)象有關(guān)。

2.5.2植物多樣性變化特征

植被種類和數(shù)量是一個(gè)地區(qū)生態(tài)環(huán)境條件優(yōu)劣的基本標(biāo)志。近年來，貴州喀斯特地區(qū)退耕地采取了不同的植被恢復(fù)方式來改良和恢復(fù)天然植被，其中人工恢復(fù)方式最主要的措施是植樹種草，自然恢復(fù)方式的措施有封山禁牧、自然撂荒等。由表8可知，隨演替階段上升，植物生長更旺盛，群落更穩(wěn)定，小氣候條件逐漸得到改良，證明了植被對改良?xì)夂?、涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、改良土壤等方面的積極作用。

[HTK]2.6各因素相關(guān)性分析[HT]

對不同程度石漠化環(huán)境的光照度、大氣溫度、空氣相對濕度、土壤溫度、土壤容重、土壤孔隙度、土壤含水量、植被豐富度、多樣性、均勻度和優(yōu)勢度進(jìn)行相關(guān)性分析（表9）發(fā)現(xiàn)：8月份，大氣溫度和表層（5 cm）[JP3]土壤溫度呈顯著正相關(guān)（P<005），與植被豐富度、多樣性和優(yōu)勢度呈顯著負(fù)相關(guān)

表示在0.01水平上顯著相關(guān)。[HT][FK）]

[FL（2K2]光照度與土壤溫度和土壤容重呈顯著正相關(guān)（P<005），與土壤孔隙度、植被豐富度呈顯著負(fù)相關(guān)（P<005）。表層（5 cm）土壤溫度與大氣溫度和光照度呈顯著正相關(guān)（P<005），與植被豐富度和多樣性呈顯著負(fù)相關(guān)（P<005），10 cm 處土壤溫度與土壤含水量呈極顯著正相關(guān)（P<001）。深層土壤溫度與光照度、表層土壤溫度和土壤含水量呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與植被多樣性和豐富度呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）。

12月份，由于植被自身的枯萎與人為干擾的影響，植被在調(diào)蓄樣地小氣候中所發(fā)揮的作用被大打折扣，因此相關(guān)性不是很明顯，大氣溫度和相對濕度呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），相對濕度與植被均勻度呈顯著正相關(guān)（P<0.05），光照度與植被豐富度呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），10 cm與15 cm處土壤溫度、15 cm與20 cm處土壤溫度呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。

對喀斯特石漠化的治理是通過植被恢復(fù)使樣地小氣候由干熱化向涼濕化轉(zhuǎn)變，使樣地植被結(jié)構(gòu)更加有序，小氣候更加溫和，通過對比植被的豐富度、多樣性、均勻度和優(yōu)勢度指數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，在不同季節(jié)（尤其是濕熱季節(jié)），除了8月份溫度與植被優(yōu)勢度相關(guān)性顯著并且相關(guān)性系數(shù)較大（-0.934）之外，其余各項(xiàng)小氣候因子在向良性方向轉(zhuǎn)變時(shí)，均與植被的豐富度、多樣性和均勻度指數(shù)呈顯著相關(guān)關(guān)系并且顯著性系數(shù)較大，這說明在石漠化治理過程中，除了要注意種植植被的數(shù)量之外，不同類型植被的補(bǔ)植也是十分有必要的。

3結(jié)論與討論

濕熱季節(jié)（8月）光照度和氣溫表現(xiàn)出隨石漠化程度的增加而升高的趨勢，變化幅度大，與石漠化等級(jí)相吻合。而峰值出現(xiàn)時(shí)間隨石漠化程度的提高出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。在干冷季節(jié)（12月），氣溫隨石漠化等級(jí)變化幅度不大，說明石漠化程度較輕地區(qū)植被覆蓋率高，在保溫方面體現(xiàn)出了一定作用。輕度石漠化地區(qū)光照和氣溫日較差最大；相對濕度在干冷季節(jié)同樣表現(xiàn)出了一定的異質(zhì)性。在干冷季節(jié)，石漠化程度較重的地區(qū)往往相對濕度的日均值也較高。而日較差表現(xiàn)混亂，無規(guī)律可言。產(chǎn)生以上結(jié)果的原因，其一是部分潛在、輕度石漠化環(huán)境地區(qū)立地條件好、土壤肥沃，主要指被類型以經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的花椒、砂仁、構(gòu)樹等落葉木本植物為主，雖然覆蓋率較高，但群落配置簡單，在干冷季節(jié)對小氣候的改良作用隨著枝葉的掉落而降低；其二是該類型石漠化地區(qū)為保證樹種存活經(jīng)常會(huì)進(jìn)行人為的除草除葉、剪枝、清除其他樹種等活動(dòng)，受人為干擾較多；其三是強(qiáng)度石漠化由于立地條件差、環(huán)境惡劣，又因隨著石漠化治理時(shí)間的增加，適用于改良不同等級(jí)石漠化地區(qū)的植物已被熟知，通過自然演替、人為補(bǔ)植種草以及較少的人為干擾，部分環(huán)境因子得到改善。

通過研究發(fā)現(xiàn)，示范區(qū)樣地土壤溫度的日較差雖然整體隨著土層深度的增加而減小，但卻表現(xiàn)出深層土壤溫度高于表層土壤溫度的獨(dú)特現(xiàn)象。原因其一在于示范區(qū)不同深度土壤的孔隙度和土壤含水量的差異導(dǎo)致土壤的熱容量和導(dǎo)熱率表現(xiàn)出不同特征。其二在于地面熱量收支的差異。但是，本研究只局限于畢節(jié)示范區(qū)部分樣地，這種特征是否是喀斯特地區(qū)土壤的一般特征還需要進(jìn)行更加深入的研究。

綜合觀察各石漠化等級(jí)樣地間小氣候指標(biāo)，光照度、氣溫、濕度除受石漠化等級(jí)影響外，同樣會(huì)受到坡向的影響。無石漠化、潛在石漠化地區(qū)小氣候指標(biāo)由于植被郁閉度高，緩沖作用大而變化較小外，其他石漠化地區(qū)的小氣候指標(biāo)與坡向的關(guān)系是極其明顯的，如輕度石漠化樣地由于其坡向基本上以東南方向?yàn)橹?，為陽坡，日照時(shí)間長且正午前后太陽輻射最強(qiáng)；而中強(qiáng)度石漠化地區(qū)多為西北坡向，為陰坡，日照時(shí)間相對較短且日照強(qiáng)度應(yīng)以正午之后1～2 h最強(qiáng)。所以除了植被配置結(jié)構(gòu)和覆蓋度之外，坡向也是造成不同等級(jí)石漠化樣地光照度和氣溫峰值差異的一個(gè)原因。因此，除受當(dāng)?shù)亟邓?、土壤質(zhì)地和小地形影響更為顯著的土壤濕度外，在探討小氣候?qū)κ荻鹊捻憫?yīng)時(shí)，其余各指標(biāo)也應(yīng)對坡向問題進(jìn)行討論。

總的來說，不同等級(jí)石漠化地區(qū)小氣候差異很大，尤其以濕熱季節(jié)最為典型。通過本研究發(fā)現(xiàn)，在石漠化治理過程中，環(huán)境因子質(zhì)量并不是隨石漠化程度增加而直線下降，而是存在一個(gè)先退化后改善的過程，潛在、輕度石漠化由于在長期的石漠化治理過程中受人為干擾，小氣候變化特征相對紊亂，質(zhì)量不高甚至存在低于中強(qiáng)度石漠化現(xiàn)象。因此在進(jìn)行石漠化綜合治理過程中，不能忽視人為活動(dòng)方式對植被恢復(fù)過程的影響。由上分析可知，植被生長過程中應(yīng)盡量減少對灌木及林下草被的破壞，防止由于系統(tǒng)開放性增大而導(dǎo)致的過多熱量滲入植被根部裸土區(qū)域，從而減少空氣水分和土壤水分的散失。同時(shí)在石漠化治理過程中不能把著眼點(diǎn)僅放在先鋒種和優(yōu)勢種上，而應(yīng)增加樣地內(nèi)植被種類，使植被結(jié)構(gòu)更加完善，從而使得石漠化治理效果更加理想化。

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