巖溶石漠化林地土壤水分與溫度特征研究

童方平, 鄧德明, 蘇振楚, 李 貴, 曾立志, 劉振華, 童 琪

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院, 湖南 長沙 410004； 2.湖南省農(nóng)林工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究總院， 湖南 長沙 410007；3.新邵縣林業(yè)局， 湖南 新邵 422900)

巖溶石漠化林地土壤水分與溫度特征研究

童方平1, 鄧德明2, 蘇振楚3, 李 貴1, 曾立志3, 劉振華1, 童 琪1

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院, 湖南 長沙 410004； 2.湖南省農(nóng)林工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究總院， 湖南 長沙 410007；3.新邵縣林業(yè)局， 湖南 新邵 422900)

為探討石漠化成因及其生態(tài)治理對策，對新邵縣有林無林巖溶石漠化林地土壤水分與溫度特征進(jìn)行了監(jiān)測與分析，結(jié)果表明：巖溶石漠化區(qū)7—12月無林地和有林地地表、巖面不同坡位溫度沒有顯著差異，但不同月份間溫度有極顯著差異。7—8月表現(xiàn)為高溫，巖石由于傳熱系數(shù)大，吸收陽光升溫快而溫度明顯高于地表。有林地因有樹木的蔭蔽其地表、巖面的溫度要低于無林地。7月無林地地表平均溫度為41.28℃，極端最高溫度達(dá)到50.67℃，巖面平均溫度為45.18℃，極端最高溫度達(dá)到54.57℃。7—12月無林地土壤水分含量要高于有林地2.46%～5.71%。在巖溶石漠化區(qū)人工造林，選擇耐高溫性較強(qiáng)、水分蒸騰較小的樹種，可提高造林成活率和生態(tài)恢復(fù)的效果。

土壤溫度； 巖面溫度； 土壤水分含量； 石漠化

在人類日益關(guān)注自己賴以生存環(huán)境的今天，占世界陸地面積的15%、居住著約10多億人口的巖溶石漠化地區(qū)也越來越受到重視。中國巖溶區(qū)面積344.3萬km2,占國土面積的35.93%，湖南省石漠化面積達(dá)到2.21萬km2，占全省國土面積的7%，且石漠化極具典型，由于自然環(huán)境惡劣,巖溶地區(qū)多為貧困落后地區(qū)[1-6]。通過對有林無林巖溶石漠化林地土壤水分溫度特征分析，以探討石漠化成因及其生態(tài)治理對策，對于恢復(fù)重建該區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)，合理開發(fā)脆弱巖溶生態(tài)環(huán)境地區(qū)的資源，實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和石漠化區(qū)居民脫貧致富有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 試驗(yàn)地概況

新邵縣地處東經(jīng)111°08′—112°50′，北緯27°15′—27°38′。全縣總面積1763km2，耕地面積2.812萬hm2，其中水田2.104萬hm2。屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，四季分明，氣候溫和，熱量豐富，光照充足，雨量充沛，無霜期長，年平均氣溫17.2℃，無霜期276d，年降雨量1115.5mm，年日照1688.3h。全縣巖溶地區(qū)面積為12.6萬hm2，占全縣總面積的71.5%，分布在全縣所有15個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、3個(gè)國有林場。其中石漠化土地3.67萬hm2，潛在石漠化土地1.8萬hm2，非石漠化土地7.13萬hm2，分別占巖溶地區(qū)面積的29%、14%、57%，在石漠化土地面積中，未利用地0.065萬hm2。文中巖溶石漠化區(qū)無林地選擇新邵縣寸石鎮(zhèn)太上村石漠化林地，該地絲茅覆蓋度為85%，沒有高大喬木，見零星分布白背葉、牡荊、白檵木等；巖溶石漠化區(qū)有林地選擇新邵縣嚴(yán)塘鎮(zhèn)嚴(yán)塘石漠化造林地，該地于1998年?duì)I造柏木林，造林保存密度為2400～2700株/hm2，樹高8.4m，胸徑5.9cm。

2 研究方法

2.1樣品采集與分析方法

土壤水分含量土壤樣品分別采集0～20cm、20～40cm、40～60cm土層的土樣，土壤水分含量測定采用烘干法。選擇雨季后的7—12月少雨季節(jié)進(jìn)行石漠化林地土壤水分溫度監(jiān)測[7]。

分別選擇7—12月中旬的晴天，從7:00—18:30對新邵縣石漠化區(qū)無林地和有林地進(jìn)行林地上坡、中坡、下坡地表、巖石表面的溫度測定，采用自動(dòng)溫度記錄儀每間隔30min記錄一次。

2.2數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL、SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1石漠化林地地表、巖石表面溫度特征

3.1.1 林地地表、巖石表面溫度差異 新邵縣石漠化區(qū)無林地和有林地不同坡位、月份地表巖面溫度方差分析見表1，7—12月地表巖面溫度及極端溫度見表2。

表1 無林地和有林地不同坡位、月份地表巖面溫度方差分析表Tab 1 Varianceanalysisofthelandandrocksurfacetemperaturesamongdifferentslopepositionsandmonthsinforestlandandnon?forestland因子變差來源自由度均方F值P值無林地地表坡位20 3581 1 7940 2158月份5328 24141644 6890 0000??巖石表面坡位21 24313 2130 0836月份5451 25241166 4030 0000??有林地地表坡位24 79124 4790 0408?月份5187 173174 9680 0000??巖石表面坡位25 36133 4580 0722月份5206 8931133 4310 0000?? 注：?表示在0 05水平上顯著；??表示在0 01水平上極顯著，表3同。

由表1方差分析表明：石漠化區(qū)無林地地表、有林地地表、無林地巖石表面、有林地巖石表面不同坡位溫度沒有顯著差異，但不同月份間溫度有極顯著差異，這主要是溫度的季節(jié)差異引起的。

表2 7—12月無林地和有林地地表巖面溫度及極端溫度表Tab 2 Theaveragetemperaturesandextremetemperaturesoflandsurfaceandrocksurfaceinforestlandandnon?forestlandfromJulytoDecember℃月份無林地有林地溫度巖面地表溫度差極端高溫巖面地表溫度差溫度巖面地表溫度差極端高溫巖面地表溫度差地表巖面地表巖面地表巖面地表巖面741 2845 18 3 9050 6754 57 3 9034 3635 58 1 2243 5047 30 3 80836 0638 782 7244 7747 302 5330 6731 530 8636 3040 203 90930 6532 341 6934 3038 674 3729 5230 240 7231 2031 570 371022 1622 03-0 1322 8322 67-0 1621 9921 85-0 1423 6023 47-0 131118 6018 26-0 3422 0321 13-0 9017 6817 44-0 2422 4321 70-0 731214 8413 89-0 9519 5319 50-0 0314 3514 03-0 3214 3013 97-0 33

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果(見表2)，新邵縣石漠化區(qū)無林地7—9月巖面溫度要高于地表1.69～3.90℃，而10—12月份巖面溫度要低于地表0.13～0.95℃，7月無林地地表平均溫度為41.28℃，極端最高溫度出現(xiàn)在13:00 左右，達(dá)到50.67℃，7月無林地巖面平均溫度為45.18℃，極端最高溫度出現(xiàn)在12:00左右，達(dá)到54.57℃；8月無林地地表平均溫度為36.06℃，極端最高溫度出現(xiàn)在13:30左右，達(dá)到44.77℃，8月無林地巖面平均溫度為38.78℃，極端最高溫度出現(xiàn)在13:00 左右，達(dá)到47.3℃。

新邵縣石漠化區(qū)有林地7—9月巖面溫度要高于地表0.72～1.22℃，而10—12月份巖面溫度要低于地表0.14～0.32℃。7月有林地地表平均溫度為34.36℃，極端最高溫度出現(xiàn)在13:00左右，達(dá)到43.5℃，巖面平均溫度為35.58℃，極端最高溫度出現(xiàn)在13:00左右，達(dá)到47.3℃；8月有林地地表平均溫度為30.67℃，極端最高溫度出現(xiàn)在13:30左右，達(dá)到36.3℃，巖面平均溫度為31.53℃，極端最高溫度出現(xiàn)在13:00左右，達(dá)到40.2℃。

3.1.2 林地地表、巖石表面溫度月變異規(guī)律 新邵縣石漠化區(qū)7—12月無林地和有林地不同坡位地表、巖面溫度變異趨勢見圖1、圖2。

圖1 7—12月無林地不同坡位地表、巖面溫度變異規(guī)律 Fig.1 Temperature change of land surface and rock surface among different slope positions in non-forest land from July to December

圖2 7—12月有林地不同坡位地表、巖面溫度變異規(guī)律Fig.2 Temperature change of land surface and rock surface among different slope positions in forest land from July to December

根據(jù)圖1、圖2可知，新邵縣石漠化區(qū)7—12月無林地和有林地不同坡位地表、巖面溫度變異趨勢為:從7月至12月，無林地和有林地地表、巖面溫度均呈下降趨勢。

3.1.3 有林地和無林地地表、巖面溫度比較研究 根據(jù)監(jiān)測結(jié)果(見表2)，新邵縣石漠化區(qū)無林地地表溫度、巖面溫度要高于有林地，以7月相差最大，8月相差次之，9月相差再之，其余各月(10—12月)相差較小。7—9月無林地地表溫度分別高于有林地6.92℃、5.39℃、1.13℃，7—9月無林地巖面溫度分別高于有林地9.60℃、7.25℃、2.1℃。

3.2石漠化林地土壤水分特征

根據(jù)表3方差分析，無林地不同坡位、不同月份

表3 7—12月有林地和無林地不同坡位土壤水分含量方差分析表Tab 3 Varianceanalysisofsoilwatercontentamongdifferentslopepositionsinforestlandandnon?forestlandfromJulytoDecember因子變差來源自由度均方F值P值無林地坡位22 654714 3070 0012??月份55 609830 2330 0000??有林地坡位20 63390 8000 4762月份57 07318 9250 0019??

土壤水分含量存在著極顯著差異，有林地不同月份土壤水分含量存在著極顯著差異，而有林地不同坡位土壤水分含量則沒有顯著差異。

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果(見圖3)，無林地7—12月不同坡位土壤水分含量從上坡到下坡呈增加趨勢，7—12月下坡土壤水分含量與中坡、上坡有極顯著差異，而7—9月中坡土壤水分含量與上坡則基本一致，沒有顯著差異。新邵縣石漠化區(qū)7—12月無林地土壤水分含量要高于有林地2.46%～5.71%。

根據(jù)圖3結(jié)果，新邵縣石漠化區(qū)7—12月無林地、有林地土壤含水量變異規(guī)律以9月為最低值，從7月至9月，無林地、有林地土壤含水量呈下降趨勢，從9月至12月，無林地、有林地土壤含水量呈上升趨勢。

圖3 7—12月無林地和有林地土壤含水量變異規(guī)律Fig.3 The change rule of soil water content in forest land and non-forest land from July to December

4 結(jié)論與討論

新邵縣巖溶石漠化區(qū)7—12月無林地和有林地地表、巖面不同坡位溫度沒有顯著差異，但不同月份間溫度有極顯著差異，這種差異主要是由季節(jié)性溫度差異引起的。

巖溶石漠化區(qū)雨季過后，7、8月表現(xiàn)為高溫，巖石由于傳熱系數(shù)大，吸收陽光升溫快而溫度明顯高于地表。有林地因有樹木的蔭蔽作用，地表、巖面的溫度要低于無林地。監(jiān)測結(jié)果表明：7月無林地地表平均溫度為41.28℃，極端最高溫度達(dá)到50.67℃，巖面平均溫度為45.18℃，極端最高溫度達(dá)到54.57℃。新邵縣巖溶石漠化區(qū)7—12月無林地土壤水分含量要高于有林地2.46%～5.71%，這可能與有林地土壤林木蒸騰相關(guān)。

在巖溶石漠化區(qū)人工造林，要選擇耐高溫性較強(qiáng)、水分蒸騰較小的樹種，以提高造林成活率，加速石漠化生態(tài)修復(fù)與生態(tài)恢復(fù)的進(jìn)程，提高生態(tài)恢復(fù)的效果。

[1] 李森,魏興琥,黃金國,等．中國南方巖溶區(qū)土地石漠化的成因與過程[J]．中國沙漠,2007,27(6) :919-926．

[2] 董賓芳．我國西南巖溶地區(qū)石漠化問題研究[J]．西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006， 42(2) :90-95．

[3] 黃金國．粵北巖溶山區(qū)農(nóng)業(yè)水土環(huán)境問題及對策[J].水土保持研究，2006，13(6)：163-164．

[4] 王明章．巖溶石漠化治理問題研究[J]．貴州地質(zhì),2004，21 (1)：52-53.

[5] 張恒,劉宗祥,錢江澎,等.四川省巖溶石山地區(qū)石漠化分布特征及綜合治理建議[J].四川地質(zhì)學(xué)報(bào)， 2011,3(31):43-46.

[6] 李陽兵,王世杰,容麗.西南巖溶山地石漠化及生態(tài)恢復(fù)研究展望[J].生態(tài)學(xué)雜志,2004,23(6):84-88.

[7] 林大儀.土壤學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京:中國林業(yè)出版社,2004:100-131.

Soilmoistureandtemperaturecharacteristicsonkarstrockydesertificationwoodland

TONG Fangping1, DENG Deming2, SU Zhenchu3, LI Gui1, ZENG Lizhi3, LIU Zhenhua1, TONG Qi1

(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China; 2.Hunan Prospecting Designing and Research Institute for Agricultural and Forestry Industries,Changsha 410007, China; 3.Forestry Bureau of Xinshao County, Xinshao 422900, China)

The soil moisture and temperature characteristics of forest land and non-forest land on rocky desertification in Xinshao County were monitored and analyzed to study the cause and ecological control strategies of rocky desertification. The results showed that, there were no significant differences in land and rock surface temperature among different slope positions of forest land and non-forest land from July to December, but there were very significant differences in land and rock surface temperature among different months. High temperatures were showed in July and August, and the temperatures of rock surface were higher than that of land surface because of the big heat transfer coefficient of rock. The temperatures of land surface and rock surface in forest land were lower than that in non-forest land, due to the trees shading. In July, the average temperature of land surface in non-forest land was 41.28℃ and the extreme maximum temperature was up to 50.67℃, the average temperature of rock surface was 45.18℃ and the extreme maximum temperature was up to 54.57℃. The soil water content of non-forest land were increased by 2.46%～5.71% than that of forest land from July to December. In order to improve the afforestation survival rate and ecological restoration, we should select the tree species with high temperature resistance and smaller transpiration to plant in karst rocky desertification areas.

soil temperature; rock surface temperature; soil water content; rocky desertification

2011-06-16

2011-07-15

國家林業(yè)局石漠化監(jiān)測項(xiàng)目(2010JC0123)、國家發(fā)改委石漠化綜合治理試點(diǎn)科技支撐項(xiàng)目(2008-06-047)。

童方平(1964-)，男，湖南省桃源縣人。博士，研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向：工業(yè)原料林遺傳改良與豐產(chǎn)栽培、重金屬污染林地樹種選擇、生態(tài)修復(fù)與植被恢復(fù)技術(shù)。

S 15

A

1003-5710(2011)04-0012-03

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2011. 04. 004

(文字編校：張 珉，龔玉子)