郜慧萍

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

森林小氣候效應(yīng)研究對(duì)揭示和定量評(píng)估森林生態(tài)系統(tǒng)功能，構(gòu)建森林與環(huán)境互作關(guān)系模型，優(yōu)化森林經(jīng)營措施等具有重要的理論和實(shí)踐意義。

當(dāng)前，很多學(xué)者對(duì)不同森林生態(tài)系統(tǒng)的小氣候效應(yīng)進(jìn)行了研究。如，劉玉洪、張一平的熱帶森林窗濕熱季氣溫的分布特征，劉海軒等北京城市森林冠層結(jié)構(gòu)對(duì)夏季舒適度及林內(nèi)小氣候的影響，孫金偉等森林與空曠地空氣溫濕度及土壤溫度的差異，王珮環(huán)等長白山溫帶闊葉紅松林對(duì)溫濕環(huán)境的調(diào)節(jié)效應(yīng)，劉志龍等浙西低山區(qū)森林小氣候時(shí)空動(dòng)態(tài)特征，張遠(yuǎn)彬等川西亞高山白樺林小氣候的時(shí)空動(dòng)態(tài)特征等。但觀測研究的林分類型和氣象指標(biāo)還非常有限，不能完整評(píng)估森林的氣候效應(yīng)，開展相關(guān)研究還十分必要。

油松是山西及太行山主要造林和成林樹種，本研究以太行山中山區(qū)的油松中林齡為試驗(yàn)材料，觀測研究其林內(nèi)外氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速和風(fēng)向、氣壓的差異，旨在揭示林分的小氣候效應(yīng)。

1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于山西省東南部平順縣，太行山石灰?guī)r中山區(qū)，地理位置113°15′～113°38′ E，35°57′～36°27′ N，平均海拔1 000 m以上。屬暖溫帶季風(fēng)氣候，平均氣溫(1971年至2008年)9.3 ℃，平均降水量530 mm，無霜期190 d.主要土壤類型為石灰?guī)r質(zhì)山地褐土，地下水埋深300 m以上。

所研究的油松林為30年生的中齡林，位于陰坡，海拔1 300 m.林分密度1 650株/hm2，郁閉度0.85，平均樹高8.2 m，平均胸徑9.4 cm，平均冠幅2.2 m，平均枝下高2.5 m.林下主要灌木為胡枝子(Lespedezabicolor)和黃刺玫(Rosaxanthina)，林下主要草本為矮苔草(Carexhumilis)與披針苔草(Carexlanceolata)，土層厚度30 cm～40 cm.

2 研究方法

2017年1月至12月，采用Campbell和Hobo自動(dòng)氣象站對(duì)林內(nèi)外的氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、風(fēng)向和氣壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，觀測頻度為1次/30 min，應(yīng)用Excel和SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 林內(nèi)外氣溫

油松中齡林林內(nèi)外氣溫見圖1.

圖1 林內(nèi)外氣溫

從圖1可以看出，油松中齡林內(nèi)12個(gè)月的氣溫變化趨勢與林外相同，均呈單峰曲線。林內(nèi)的月平均氣溫均低于林外，降低幅度為0.32 ℃～5.03 ℃.其中,8月份氣溫的降低幅度最大。方差分析表明，僅7月和8月的林內(nèi)外氣溫差異顯著(p<0.05)，其它月份均無顯著差異性(p>0.05)。林內(nèi)的年平均氣溫為6.43 ℃，林外為8.92 ℃，總體相差2.49 ℃，降溫效應(yīng)明顯。

3.2 林內(nèi)外相對(duì)濕度

油松中齡林林內(nèi)外空氣相對(duì)濕度見圖2.

圖2 林內(nèi)外空氣相對(duì)濕度對(duì)比

從圖2可以看出，油松中齡林內(nèi)相對(duì)濕度月變化規(guī)律與林外一致。中齡油松林有增加空氣濕度的作用，林內(nèi)月平均相對(duì)濕度較林外增加7.23%～12.88%.林內(nèi)外相對(duì)濕度的方差分析結(jié)果表明，林內(nèi)各月相對(duì)濕度均顯著高于林外(p<0.05)。林內(nèi)外年平均濕度分別為69.06%和62.27%，前者比后者高6.79%.表明，中齡油松林具有良好的保濕效果。

3.3 林內(nèi)外風(fēng)速和風(fēng)向

油松中齡林林內(nèi)外風(fēng)速大小見圖3.

圖3 林內(nèi)外風(fēng)速對(duì)比

由圖3可以看出，林外風(fēng)速具有明顯的季節(jié)變化，冬春季的風(fēng)速明顯高于夏秋季。而由于樹木的摩擦和林冠的阻擋，與林外相比，林內(nèi)月平均風(fēng)速四季均很小，平均減幅達(dá)0.74 m/s，差異顯著(p<0.05)。其中春季(2月至4月)風(fēng)速的降幅最大，達(dá)1.0 m/s以上。林內(nèi)外年平均風(fēng)速分別為0.09 m/s和0.82 m/s，前者比后者低0.73 m/s，后者是前者的9.1倍。表明，油松中齡林具有顯著的防風(fēng)效果。

林外風(fēng)向夏季為西南偏南風(fēng)，其余季節(jié)則為西南風(fēng)。林內(nèi)風(fēng)向夏季為東南偏東風(fēng)，其余季節(jié)為西南偏南風(fēng)。可見，油松中齡林具有改變風(fēng)向的作用。

3.4 林內(nèi)外太陽輻射強(qiáng)度

油松中齡林林內(nèi)外太陽輻射強(qiáng)度見第42頁圖4.

由圖4可以看出，林內(nèi)外太陽輻射強(qiáng)度總體呈單峰曲線，最大值均出現(xiàn)在5月。林內(nèi)太陽輻射強(qiáng)度明顯小于林外(p<0.05)，林內(nèi)外月平均輻射強(qiáng)度的差值為62.41 W/m2～122.26 W/m2.油松中齡林林內(nèi)外年平均太陽輻射強(qiáng)度分別為39.67 W/m2和137.14 W/m2，相差97.47 W/m2，后者是前者的3.5倍?？梢?，林冠層的存在，可明顯減少到達(dá)林內(nèi)的輻射量。

圖4 林內(nèi)外太陽輻射強(qiáng)度對(duì)比

3.5 林內(nèi)外氣壓

油松中齡林林內(nèi)外氣壓，見圖5.

圖5 林內(nèi)外氣壓對(duì)比

由圖5可以看出，氣壓在林內(nèi)外均表現(xiàn)為夏季最低，其它季節(jié)偏高的趨勢。與林外相比，林內(nèi)月平均氣壓稍高，但與林外無顯著差異。林內(nèi)外的年平均氣壓分別為87.94 KPa和87.81 KPa，幾無差異。

3.6 不同氣象因子的相關(guān)性

對(duì)林外各氣象因子進(jìn)行相關(guān)分析，見表1.

表1 林外氣象因子間的相關(guān)性

由表1可以看出，除風(fēng)速與太陽輻射強(qiáng)度外，其余各氣象因子間均存在顯著的相關(guān)關(guān)系。

林內(nèi)氣象因子間的相關(guān)性見表2.

表2 林內(nèi)氣象因子間的相關(guān)性

由表2可以看出，相對(duì)濕度與風(fēng)向呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與其它因子間均無相關(guān)關(guān)系?？梢?，森林可改變氣象因子間的相關(guān)性，進(jìn)而形成明顯的森林小氣候。

4 結(jié)論

1) 太行山油松中齡林林內(nèi)外氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、氣壓、太陽輻射的變化趨勢相近。林內(nèi)的年平均氣溫、年平均相對(duì)濕度、年平均氣壓、年平均風(fēng)速、年平均太陽輻射強(qiáng)度分別為6.43 ℃，69.06%，0.09 m/s，87.94 KPa和39.67 W/m2；林外分別為8.92 ℃，62.27%，0.82 m/s，87.81 KPa和137.14 W/m2.油松林具有降溫、防風(fēng)、增濕、改變風(fēng)向和減少太陽輻射的作用。

2) 與林外相比，油松中齡林不僅具有明顯的小氣候效應(yīng)，且改變了這些氣象因子的相關(guān)性。