半干旱區(qū)石質(zhì)坡面坑道式造林整地小氣候效應(yīng)觀測(cè)初報(bào)

王力剛，李峰，高野，王韡燁

（黑龍江省森林與環(huán)境科學(xué)研究院，黑龍江 齊齊哈爾161005）

石質(zhì)荒山是目前我國(guó)困難立地植被恢復(fù)的典型類型之一，特別是在半干旱地區(qū)，干旱少雨及瘠薄的土壤條件對(duì)這一立地類型造林綠化構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。加快石質(zhì)荒山綠化是半干旱地區(qū)生態(tài)建設(shè)的重要內(nèi)容，也是目前半干旱地區(qū)研究的熱點(diǎn)之一［1］。減少蒸發(fā)，提高有限降水利用效率及改善土壤條件是提高這一立地類型造林質(zhì)量的重要措施。積極探索與尋求實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法或技術(shù)流程顯得十分重要。本文在傳統(tǒng)的圍山轉(zhuǎn)拉溝整地的基礎(chǔ)上［2］，試驗(yàn)嘗試了在石質(zhì)坡面沿等高線坑道式造林整地試驗(yàn)方式，并對(duì)這一整地方式所產(chǎn)生的小氣候效應(yīng)進(jìn)行了試驗(yàn)觀測(cè)，現(xiàn)將觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行初步總結(jié)。

1 試驗(yàn)地點(diǎn)

本項(xiàng)試驗(yàn)地點(diǎn)選在甘南縣中興鄉(xiāng)興久村白虎山陽(yáng)坡的石質(zhì)坡面，地理坐標(biāo)47°40′18.5″N，122°58′25.7″E，坡度12～15°，屬于典型的黑龍江省西部半干旱低山丘陵區(qū)［3］。

2 坑道式造林整地工藝流程

采用大型機(jī)械（鉤機(jī)）沿山體等高線環(huán)山挖掘坑道，其寬1.0～1.2m，深80～100cm，上下等寬，即形成坑道。先將表土勾出放于坑道上面，表土下面的石塊、沙石勾出后放于坑道下沿堆成梯形的壩狀，然后將表土放于坑道內(nèi)植苗點(diǎn)處，溝與溝間距3～4 m。造林時(shí)，將客土——草甸土或河泥土按植苗點(diǎn)放于坑道內(nèi)與沙土及表土混合，比例為草甸土或河泥土∶表土∶沙土＝1∶1∶1，每穴添加客土30～40kg。做植苗穴后，將一平瓢充分吸水的保水劑（BJ2101L型）放于穴底，將植物材料植于保水劑上，然后培土。在植苗點(diǎn)（坑道內(nèi)）的下方堆修攔水壩，壩上面寬30～40cm，高與溝面平齊，株苗間距為2.5m。造林前1年的秋季農(nóng)忙后開始整地，第2年春土壤解凍30cm深時(shí)，即可開始造林。

3 觀測(cè)所用儀器

地面溫度：采用地面溫度表、最高溫度表、最低溫度表等儀器測(cè)量。

地中溫度：采用曲管地溫表，分別測(cè)定地中5、10、15和20cm處溫度。

水面蒸發(fā)：采用20cm直徑小型蒸發(fā)器。

本次試驗(yàn)在試驗(yàn)觀測(cè)的前1天18：00之前將觀測(cè)儀器安裝好，用雨量測(cè)定筒量得20mm自來(lái)水倒入蒸發(fā)器，放平放穩(wěn)，上面戴上防護(hù)小柵欄，防止鳥類等前來(lái)飲水。

4 觀測(cè)方法

在坑道內(nèi)選擇典型樣段作為試驗(yàn)觀測(cè)點(diǎn)，臨近坑道自然坡面作為對(duì)照觀測(cè)點(diǎn)。觀測(cè)內(nèi)容主要為地面溫度、地中溫度與蒸發(fā)量，地面溫度包括地面最高溫度、地面最低溫度及地面自然溫度，地中溫度分為地中5、10、15、20cm等4個(gè)不同深度處溫度，蒸發(fā)量為觀測(cè)點(diǎn)水面日蒸發(fā)量。

溫度觀測(cè)為地面溫度及地下各深度溫度從8：00開始至18：00止，每間隔2h觀測(cè)一次。地面最高及最低溫度為該觀測(cè)日內(nèi)的最高及最低溫度點(diǎn)，蒸發(fā)量為從前1天18：00到當(dāng)天18：00內(nèi)的日蒸發(fā)量。

觀測(cè)季節(jié)為作物或植物生長(zhǎng)期的5—9月，每月選擇5～7d，連續(xù)觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果均值作為該月的日平均值，依此作為相關(guān)計(jì)算的依據(jù)。

5 結(jié)果與分析

經(jīng)過(guò)連續(xù)5個(gè)月定期觀測(cè)，不論地面溫度、地中溫度，還是水面蒸發(fā)量，坑道內(nèi)與自然坡面都存在著不同程度的差異。

5.1 地中溫度觀測(cè)

地中溫度分為地下5、10、15、20cm，觀測(cè)結(jié)果見圖1～圖20。結(jié)果總體表明，坑道內(nèi)地中溫度普遍低于自然坡面，各個(gè)月份表現(xiàn)存在差異，其中在植物生長(zhǎng)旺季的6、7、8月地中溫度變化規(guī)律基本一致，在地中不同深度皆是坑道外對(duì)照的自然坡面高于坑道內(nèi)相應(yīng)深度的溫度。而在生長(zhǎng)季初期的5月與末期的9月表現(xiàn)出不同于生長(zhǎng)旺季的溫度變化特征，其中5月5cm處溫度總體是坑道內(nèi)溫度高于坑道外對(duì)照，在8：00坑道內(nèi)溫度為13.6℃，低于坑道外對(duì)照14.2℃，10：00—16：00則高于坑道外對(duì)照，到18：00又低于坑道外對(duì)照，表現(xiàn)出早晚坑道內(nèi)溫度低于坑道外對(duì)照，中間坑道內(nèi)溫度高于坑道外對(duì)照，即溫差坑道內(nèi)大于坑道外對(duì)照。而其他深度的地中溫度都表現(xiàn)出坑道外大于坑道內(nèi)。9月的溫度變化要較5月表現(xiàn)更為復(fù)雜，坑道內(nèi)外溫度高低出現(xiàn)交叉的頻度增大，5cm、10cm、15cm、20cm都存在交叉情況，從走勢(shì)看，隨著深度增加，坑道內(nèi)溫度高于坑道外對(duì)照溫度時(shí)間逐漸后移，依次為10：00、12：00、12：00與14：00、16：00，而在其他時(shí)間都是坑道外溫度高于坑道內(nèi)。

圖1 5月地中溫度5cm處日變化

圖2 5月地中溫度10cm處日變化

圖3 5月地中溫度15cm處日變化

圖4 5月地中溫度20cm處日變化

圖5 6月地中溫度5cm處日變化

圖6 6月地中溫度10cm處日變化

圖7 6月地中溫度15cm處日變化

圖8 6月地中溫度20cm處日變化

圖9 7月地中溫度5cm處日變化

圖10 7月地中溫度10cm處日變化

圖11 7月地中溫度15cm處日變化

圖12 7月地中溫度20cm處日變化

圖13 8月地中溫度5cm處日變化

圖14 8月地中溫度10cm處日變化

圖15 8月地中溫度15cm處日變化

圖16 8月地中溫度20cm處日變化

圖17 9月地中溫度5cm處日變化

圖18 9月地中溫度10cm處日變化

圖19 9月地中溫度15cm處日變化

5.2 地面溫度觀測(cè)

地面溫度觀測(cè)結(jié)果見圖21～圖25，結(jié)果表明：在生長(zhǎng)季的5—9月，坑道內(nèi)外地溫表現(xiàn)出不同特征，5月平均地溫坑道內(nèi)略高于坑道外對(duì)照，除8：00低于坑道外1℃，其他各時(shí)間段都高于坑道外，10：00、12：00、14：00、16：00、18：00分別高于坑道外對(duì)照0.8、1.5、0.8、1.4、0.7℃，與5月地中溫度5cm處相類似，盡管高出幅度不大，但對(duì)林木生長(zhǎng)有一定促進(jìn)作用。6、7、8各月則表現(xiàn)出坑道外對(duì)照高于坑道內(nèi)，9月8：00地溫坑道內(nèi)高于坑道外對(duì)照0.53℃，其他觀測(cè)時(shí)間點(diǎn)低于坑道外對(duì)照。

圖20 9月地中溫度20cm處日變化

圖21 5月地面溫度坑道內(nèi)外日變化

圖22 6月地面溫度坑道內(nèi)外日變化

圖23 7月地面溫度坑道內(nèi)外日變化

圖24 8月地面溫度坑道內(nèi)外日變化

圖25 9月地面溫度坑道內(nèi)外日變化

地面最高、最低溫度觀測(cè)結(jié)果見圖26、27，結(jié)果表明，5、6、7、9月地面最低溫度都是坑道外對(duì)照高于坑道內(nèi)，分別高于坑道內(nèi)0.3、0.4、1.12、0.27℃，8月則是坑道內(nèi)高于坑道外對(duì)照0.4℃。地面最高溫度5月坑道內(nèi)高于坑道外對(duì)照1.5℃，其他各月則分別低于坑道外對(duì)照2.8、3.17、2.34、0.93℃。

圖26 生長(zhǎng)季坑道內(nèi)外地面最低溫度比較

圖27 生長(zhǎng)季坑道內(nèi)外地面最高溫度比較

圖28 生長(zhǎng)季坑道內(nèi)外水面蒸發(fā)比較

5.3 水面蒸發(fā)量觀測(cè)

降水量小、蒸發(fā)量大是半干旱地區(qū)典型的氣候特征，也是該區(qū)植被生長(zhǎng)主要限制性氣象因子，減少蒸發(fā)量有利于提高該區(qū)造林成活與生長(zhǎng)?？拥纼?nèi)外水面蒸發(fā)連續(xù)測(cè)定結(jié)果表明（圖28）：因5月多風(fēng)、干燥少雨，6月又進(jìn)入高溫季節(jié)，故5—6月水面蒸發(fā)量較大；7、8月進(jìn)入雨季，盡管高溫，但空氣濕度較大，水面蒸發(fā)量相對(duì)要低于5、6月；9月蒸發(fā)量最小。而坑道內(nèi)蒸發(fā)量各月都小于坑道外對(duì)照，日均分別小1.9、1.4、1.3、1.27、0.6mm，其中5月減小最多，其次為6月，9月減小最小。若每月平均按30 d計(jì)算，則在生長(zhǎng)季的5—9月坑道內(nèi)將比坑道外對(duì)照減少蒸發(fā)量194.1mm，這將有利于林木生長(zhǎng)，特別是在5月份減小幅度最大，對(duì)新植林木的成活十分有利。

6 小結(jié)與討論

6.1 坑道式造林整地改善了微立地小氣候因子，有利于促進(jìn)林木成活與生長(zhǎng)。

對(duì)地中溫度的影響：在生長(zhǎng)季初期的5月，坑道式整地5cm處地中溫度坑道內(nèi)高于坑道外，生長(zhǎng)季末期9月地中溫度坑道內(nèi)與坑道外出現(xiàn)交叉，坑道內(nèi)溫差大于坑道外溫差。

對(duì)地面溫度的影響：5月除早8：00，其他各觀測(cè)時(shí)間點(diǎn)的溫度坑道內(nèi)都高于坑道外，其他月份都是坑道內(nèi)溫度低于坑道外。地面最高溫度5月坑道內(nèi)高于坑道外，其他各月份坑道外高于坑道內(nèi)，地面最低溫度在8月坑道內(nèi)高于坑道外，其他月份為坑道外高于坑道內(nèi)。

對(duì)水面蒸發(fā)量的影響：在生長(zhǎng)季的5—9月，坑道內(nèi)蒸發(fā)量不同程度地低于坑道外，若每月按照30 d計(jì)算，在生長(zhǎng)季，坑道內(nèi)較坑道外減少水面蒸發(fā)量194.1mm。

6.2 溫度與蒸發(fā)量是半干旱地區(qū)影響植被生長(zhǎng)最為重要的2個(gè)氣象因子。本項(xiàng)試驗(yàn)采取較大程度的工程整地，通過(guò)改變?cè)炝值匚⒘⒌氐匦?，在生長(zhǎng)季初期的5月份提高地溫和地中淺層地溫及減少蒸發(fā)量，在高溫期的7、8月又可適當(dāng)降低地溫，這種溫度的調(diào)節(jié)作用對(duì)林木成活與生長(zhǎng)較為有利。這一整地方式通過(guò)將造林地“下沉”至坡面下方0.8～1.0m的深度，形成對(duì)新植林木的庇護(hù)——遮風(fēng)減少蒸發(fā)，同時(shí)在一定程度上溫度調(diào)節(jié)改善微立地小氣候條件，來(lái)達(dá)到促進(jìn)林木成活與生長(zhǎng)的目的，從而為造林綠化難度越來(lái)越大的半干旱石質(zhì)荒山植被恢復(fù)提供了一種較為積極的示范模式。

［1］張繼光.干旱半干旱區(qū)植被恢復(fù)技術(shù)途徑探討［J］.甘肅科技，2006，9（22）：213-214

［2］王如新.“圍山轉(zhuǎn)”造林技術(shù)及其生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益［J］.防護(hù)林科技，1993（3）：42-44

［3］沈積坤.黑龍江省三北防護(hù)林建設(shè)［M］.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)出版社，1989：1-4