江國華，汪秀琴

(宣城職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑藝術(shù)系，安徽 宣城 242000)

吳澤民

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園林學(xué)院，安徽 合肥 230036)

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安徽查灣甜櫧林不同大小林隙溫度因子對比分析

江國華，汪秀琴

(宣城職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑藝術(shù)系，安徽 宣城 242000)

吳澤民

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園林學(xué)院，安徽 合肥 230036)

以安徽查灣自然保護區(qū)甜櫧(Castanopsiseyrei)林為研究對象，分析了不同大小林隙溫度因子變化情況。結(jié)果表明：不同大小林隙及非林隙林分內(nèi)氣溫日變化呈單峰型，地表以上1m處的氣溫峰值出現(xiàn)在12:00～14:00。在整個生長季中，氣溫變化表現(xiàn)為：大林隙>中林隙>小林隙>非林隙。地表溫度日變化趨勢與氣溫基本一致，呈現(xiàn)單峰型，最高溫度出現(xiàn)在中午12:00～14:00，較光照日變化最大值滯后，平均日地表溫度是：大林隙>中林隙>小林隙>非林隙。地表溫度在生長季內(nèi)變化為生長初期、末期較低，生長旺盛期較高。

甜櫧(Castanopsiseyrei)；林隙；溫度

林隙是廣泛存在于森林中的具有特殊性質(zhì)的微結(jié)構(gòu)，林隙的產(chǎn)生增強了干擾生境的異質(zhì)性。Orians等[1]、宋新章等[2]認為林隙環(huán)境本身是異質(zhì)的，其物理環(huán)境的異質(zhì)性將促進生物環(huán)境的異質(zhì)化，同時林隙內(nèi)生物個體種群、群落對林隙干擾也會做出不同的響應(yīng)，這些響應(yīng)反過來又對林隙環(huán)境產(chǎn)生影響。

林隙的出現(xiàn)是森林生長循環(huán)過程中必不可少的階段。隨著林隙的形成，林隙內(nèi)的微環(huán)境發(fā)生了變化，最直接的變化就是光照增加，進而引起林隙內(nèi)表面溫度、近地層溫度和濕度以及土壤理化性質(zhì)等一系列環(huán)境因子也發(fā)生相應(yīng)的改變，影響森林的更新。近些年，我國學(xué)者對林隙的研究日漸增多，研究內(nèi)容主要包括林隙基本特征、林隙干擾格局、林隙更新動態(tài)和林隙熱力特征等[3～7]，而對林隙內(nèi)地面溫度的微環(huán)境變異特征方面的研究較少[8]。

甜櫧群落是我國中亞熱帶的典型植被類型，在保護生物多樣性、全球的碳循環(huán)中有著重要的意義。安徽査灣自然保護區(qū)的甜櫧林面積較大，受人為活動的干擾少，具有頂級群落的基本特征，林隙內(nèi)容豐富。對甜櫧林林隙內(nèi)地面溫度微環(huán)境變異特征方面的研究，可為甜櫧林林隙更新的研究、生物多樣性維持機理的全面詮釋、對常綠闊葉林的深入理解，以及為自然保護區(qū)的經(jīng)營、天然林資源保護及生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

安徽省祁門縣查灣自然保護區(qū)位于皖南山區(qū)最南端，與江西接壤，地理位置東徑117°50′,北緯29°35′，面積1600hm2，海拔120～670m。全年溫暖濕潤,年平均氣溫15.6℃,年平均降水量1701.6mm,年無霜期達235d，相對濕度達85%。地帶性土壤為黃壤和山地黃壤,成土母巖主要是千枚巖；土層厚度在30～150cm之間；土壤腐殖質(zhì)厚,pH在4.0～7.0之間。

植被屬中亞熱帶常綠闊葉林帶，主要森林群落類型為以甜櫧(Castanopsiseyrei)、青岡(Cyclobalanopsisglaica)、苦櫧(Castanopsissclerophylla)等為主要建群樹種的常綠闊葉林，至今還保留較大面積的天然林分,是華東地區(qū)低海拔常綠闊葉林保存完好的地區(qū)之一。有維管束植物146科505屬983種[8,9]，主要喬木樹種有甜櫧、苦櫧、青岡、馬尾松(Pinusmassoniana)、楓香(Liquidambarformosana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、江南榿木(Alnustrabeculosa)、紅枝柴(Meliosmaoldhamii)、香桂(Cinamomumsubavenium)、木荷(Schimasuperba)、漆樹(Toxicodendronvernicifluum)、米心水青岡(Fagusengleriana)；灌木有烏藥(Linderaaggregata)、馬銀花(Rhododendronovatum)、樹參(Dendropanaxdentiger)、微毛柃(Euryahebeclados)、檵木(Loropetalumchinense)、格藥柃(Euryamuricata)、山胡椒(Linderaglauca)、老鼠矢(Symplocosstettaris)、楊梅(Myricarubra)等。所有研究樣地設(shè)在自然保護區(qū)的緩沖區(qū)內(nèi)。

1.2 研究方法

1.2.1 樣方設(shè)置

采用樣線調(diào)查法[10]在安徽査灣自然保護區(qū)共調(diào)查36個林隙[11]，根據(jù)林隙面積劃分為3等級：小林隙<100m2、中林隙101～200m2、大林隙≥201m2，在每個等級中選擇1個具代表性的林隙測量并設(shè)樣地。每個林隙分別劃分為林隙中心區(qū)(主要為林冠空隙)、林隙近心區(qū)(林冠空隙與擴展林隙的過渡區(qū))、林隙邊緣區(qū)(擴展林隙與非林隙的過渡區(qū))，同時在林冠層下設(shè)置非林隙對照區(qū)1個(圖1)。所有研究林隙均位于陽坡，海拔為229m。觀測點3個林隙的基本情況如表1所示。

1.林隙中心區(qū);2.林隙近心區(qū);3.林隙邊緣區(qū);4.非林隙林分下圖1 林隙觀測點分布圖表1 觀測點3個林隙的基本情況林隙長軸/m短軸/m面積/m2小林隙13.08.788.78中林隙16.010.4130.62大林隙22.318.9330.85

1.林隙中心區(qū);2.林隙近心區(qū);3.林隙邊緣區(qū);4.非林隙林分下圖1 林隙觀測點分布圖表1 觀測點3個林隙的基本情況林隙長軸/m短軸/m面積/m2小林隙13.08.788.78中林隙16.010.4130.62大林隙22.318.9330.85

1.2.2 溫度因子測定方法

按圖1所示大、中、小林隙觀測點于2014年4月～9月(生長季)每月選擇晴好天氣1～2d，從8:30至12:30每隔1h，從12:30至16:30每隔2h，在3個林隙中心區(qū)及林下，用WS508B型溫濕度表在距離地面1m處測氣溫和空氣相對濕度，用地溫計測0、5、10、15、20cm地溫和地面最高、最低溫。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫日變化

所測氣溫日變化如圖2所示。由圖2可知，在不同大小林隙內(nèi)和非林隙林分下均有差異，表現(xiàn)的趨勢為：林冠下氣溫低于林隙內(nèi)，隨林隙面積增大、林隙內(nèi)氣溫增高。大、中、小林隙日溫差變化最大值在8月12日，分別為7.7、8.1、7.7℃；小林隙在4月18日，為6.5℃。日溫差變化最小值均在6月17日，分別為4.4、5.0、4.9℃。大林隙的日平均溫差(6.4℃)大于林冠下(5.6℃)。同期日氣溫的最高值并非都出現(xiàn)在大林隙內(nèi)，6月17日、8月12日卻出現(xiàn)在中林隙內(nèi)，同期日氣溫的最低值并非都出現(xiàn)在非林隙林分內(nèi)，7月14日卻出現(xiàn)在小林隙內(nèi)。最高氣溫均在12:00～14:00左右，這比光照強度最高值的到來要滯后。4月18日，6月17日峰值不明顯，這與該日光照強度的變化基本同步，其他測定日期也有類似同步變化規(guī)律?？梢娏窒秲?nèi)與非林隙林分下氣溫變化與同期光照強度變化具有相關(guān)性。氣溫的變化與空氣相對濕度也有相關(guān)性。

林隙內(nèi)與非林隙林分下氣溫的這種變化規(guī)律在夜間卻恰好相反，即非林隙內(nèi)高、林隙內(nèi)低[13]。林隙內(nèi)晝夜溫差大于非林隙林分下，這樣有利于林隙內(nèi)植物積累有機物質(zhì)，促進更新和生長。但是，如果早、晚霜出現(xiàn)，會導(dǎo)致更新樹種頂芽易受霜害。

圖2 不同大小林隙及林冠下氣溫日變化曲線

2.2 氣溫在生長季內(nèi)的變化

圖3 不同大小林隙及林冠下氣溫在生長季內(nèi)的變化曲線(2014年)

日平均氣溫在生長季內(nèi)的變化規(guī)律如圖3所示。氣溫呈單峰變化，從生長初期到生長旺盛期氣溫逐漸升高，到生長末期有逐漸降低。但在整個生長旺盛期(6、7、8月)，氣溫變化幅度不大。氣溫最大值均出現(xiàn)在7月14日，大、中、小林隙及林下分別為29.9、29.0、28.9、28.9℃，除大林隙氣溫較高外，中、小林隙及林下都接近；氣溫最小值均出現(xiàn)在4月18日，大、中、小林隙及林下依次為19.5、19.0、18.6、18.2℃，差值為0.4～0.5℃。在整個生長季內(nèi)的平均值分別為25.5、25.1、24.9、24.6℃?？梢?，不同大小林隙及林下在相同時間內(nèi)氣溫日變化和季節(jié)變化幅度不大，沒有光照變化明顯。

2.3 地表溫度的日變化和季節(jié)變化

地表溫度變化與光照變化相對應(yīng)，在生長季初期、盛期、生長末期亦均呈現(xiàn)一種單峰型的升降規(guī)律(圖4)。即在12:00～14:00左右，地表溫度最高。所不同的是，在大林隙內(nèi)，由于地面接收的太陽輻射較多而使地表溫度較小林隙及非林隙林分下高。即大林隙內(nèi)地表溫度最高，其次是中林隙、小林隙，最低是非林隙林分下。從圖4可見，大林隙內(nèi)地表溫度在12:30左右可高達31.8℃，而非林隙林分下地表最高溫度只有27.6℃(7月14日觀測值)。

圖4 不同大小林隙及林冠下空氣地表溫度的日變化曲線

在整個生長季內(nèi)，地表溫度的變化很明顯，生長季初期，地表溫度較低，而在6月中旬至8月上旬，地表溫度可高達27℃以上，生長季末，地溫又趨下降。林隙內(nèi)地表溫度高于非林隙林分下，林隙越大，地表溫度相對越高。如圖5所示，這種單峰型溫度變化正好與植物的生長季節(jié)相吻合，植物生長高峰時，地溫也高，有利于根系吸收養(yǎng)分和水分。從此也可以看出植物與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。

圖5 不同大小林隙及林冠下地表溫度在生長季內(nèi)的變化曲線(2014年)

2.4 地表最高、最低溫度在生長季內(nèi)的變化

不同大小林隙內(nèi)及非林隙林分下地表最高溫度變化趨勢如圖6所示。最高溫的極大值出現(xiàn)在7月中旬，并且峰頂是在大型林隙內(nèi)，非林隙林分下最高溫不如林隙內(nèi)高。與4月中下旬相比，5月中上旬地表最高溫度增加緩慢或略有下降，這種現(xiàn)象的原因可能是在5月份，少數(shù)落葉樹種樹葉已經(jīng)開放，遮擋了部分太陽直接輻射，對非林隙林分下及林隙地表的溫度變化起了緩沖作用。從圖6可見，非林隙林分下的最高地溫一直處于其他幾條線之下，這正是地面接收輻射少、變幅小的結(jié)果。小林隙內(nèi)的最高地表溫度一般大都小于中型林隙，而中林隙的地表最高溫又小于大林隙。

圖6 不同大小林隙及林冠下地表最高溫度在生長季內(nèi)的變化曲線(2014年)

圖7 不同大小林隙及林冠下地表最低溫度在生長季內(nèi)的變化曲線(2014年)

由圖7所示，地表最低溫度在4月中下旬較低，均處在10～15℃之間，最低溫的最大值可超過25℃以上。地表最低溫度的總體變化趨勢與地表最高溫的變化趨勢類似，但5月中上旬的增加幅度提高。究其原因可能與樹木枝葉長出后，地面太陽輻射吸收雖然減慢，但散失也慢，枝葉具有一定的擋風(fēng)保溫作用有關(guān)。最低溫的最大值較最高溫的最大值來臨的要早，6月中下旬就到來，這與6月份早晚溫差較小有關(guān)。

3 討論與小結(jié)

林隙生態(tài)環(huán)境研究可以為林隙干擾和林隙更新研究提供機理性的數(shù)據(jù)，而了解林隙內(nèi)生態(tài)因子的變化規(guī)律是分析林隙更新機制的基礎(chǔ)。將林隙的干擾狀況、林隙生態(tài)因子的變化規(guī)律與樹種的生物學(xué)特性結(jié)合起來全面分析，就能深入了解森林群落的動態(tài)更新、物質(zhì)共存與多樣性維持機制。林隙的大小、方向、周圍植被、林隙形成木的形成方式及林隙更新層的生長狀況等，都會影響林隙內(nèi)的光照、溫度、濕度和土壤養(yǎng)分狀況等。

氣溫日變化沒有光照日變化顯著，白天，林隙內(nèi)氣溫高于非林隙林分下，夜間則相反。這樣有利于林隙內(nèi)植物有機物質(zhì)積累，促進生長，也促進林隙更新層生長。日平均氣溫季節(jié)變化呈單峰型，較高溫度集中在6、7、8月，有利于更新層植物快速生長及木質(zhì)化。

地表溫度日變化呈單峰型，最高溫度出現(xiàn)在中午12:00～14:00，較光照日變化最大值滯后，說明地面被陽光照射后有一個吸熱積溫過程。平均日地表溫度是大林隙>中林隙>小林隙>非林隙。不同深度土壤中溫度垂直遞減，20cm以下又有所上升，再往下，溫度幾乎不變化。土壤溫度高峰隨土壤深度增加而滯后，土壤越深變幅越小。地表、地下溫度在生長季內(nèi)變化為生長初期、末期較低，生長旺盛期較高。較高的地溫有利于土壤微生物、土壤動物、植物根系活動能力的加強，與植物生長相協(xié)調(diào)。

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2016-07-21

國家“十一五”科技支撐項目(2006BAD03A06)；安徽省高校自然科學(xué)重點研究項目(KJ2014A244)；安徽省高校自然科學(xué)重點研究項目(KJ2016A785)。

江國華(1973-)，男，副教授，碩士生，研究方向為森林生態(tài)與植物生理生態(tài)。通信作者：吳澤民，jghjrz@163.com。

S718.45

A

1673-1409(2016)33-0004-07

[引著格式]江國華，汪秀琴，吳澤民.安徽查灣甜櫧林不同大小林隙溫度因子對比分析[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版)，2016，13(33)：4～10.