植被對土壤熱擴散特征的影響
——以長白山闊葉紅松林為例

施婷婷, 鄭興波, 張麗波, 楊 弘, 李輝東, 李偉莉, 高玉芳

1 南京信息工程大學(xué), 應(yīng)用氣象學(xué)院, 生態(tài)氣象環(huán)境研究中心, 南京 210044 2 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所, 沈陽 110016 3 沈陽市水利建筑勘測設(shè)計院, 沈陽 110015

植被對土壤熱擴散特征的影響
——以長白山闊葉紅松林為例

施婷婷1, 鄭興波2,*, 張麗波1, 楊 弘2, 李輝東2, 李偉莉3, 高玉芳1

1 南京信息工程大學(xué), 應(yīng)用氣象學(xué)院, 生態(tài)氣象環(huán)境研究中心, 南京 210044 2 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所, 沈陽 110016 3 沈陽市水利建筑勘測設(shè)計院, 沈陽 110015

土壤溫度變化及熱傳遞是影響土壤和大氣水熱交換的重要過程，而植被是決定這種變化和影響的環(huán)境因子之一。通過比較林地與裸地土壤熱特性的差異分析植被對土壤熱擴散的影響。 研究內(nèi)容包括觀測2007年長白山闊葉紅松林區(qū)不同深度的土壤溫度以及同期土壤含水量和葉面積指數(shù)。分析不同深度林地與裸地土壤溫度年周期特征，根據(jù)熱傳導(dǎo)方程估算各土壤層溫度的阻尼深度和熱擴散率，并探討引起林地與裸地土壤熱特性差異的可能原因。結(jié)果表明，林地與裸地的土壤溫度有明顯的時空變化規(guī)律。隨著深度的增加，土壤溫度年周期的振幅逐漸減小、相位逐漸增大、平均值逐漸升高。林地土壤溫度年平均值低于裸地，表層年平均溫度相差約0.8℃；地表以下相同深度處，林地土壤溫度年周期的振幅約低于裸地2.6—2.9℃，相位約小于裸地0.2—0.24 rad(角速度)，這表明林地土壤溫度極大值和極小值出現(xiàn)的時間比裸地滯后約11—14d。土壤溫度阻尼深度和熱擴散率隨深度的增加而逐漸增大，而在1.6—3.2m則略有降低的趨勢。林地與裸地土壤溫度和熱特性的時空特征和差異可能與土壤含水量和葉面積指數(shù)有關(guān)。

土壤溫度; 熱擴散; 闊葉紅松林; 阻尼深度

The influence of vegetation on soil thermal properties: a case study of

土壤作為植物生長的媒介，為植物提供水分和礦物營養(yǎng)[1]，土壤熱環(huán)境的變化，必然伴隨著土壤微生物和酶的活性改變，影響著土壤質(zhì)量，對植物的生長發(fā)育乃至群落的演替和生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)均發(fā)揮著直接而深遠的影響。土壤溫度是計算地表與大氣之間輻射與能量交換的重要參數(shù)，并且在一定程度上決定了地表的可用能量向能量收支各項的分配，包括顯熱、潛熱、土壤熱通量等[2]。傳統(tǒng)的土壤熱量傳輸過程主要考慮熱傳導(dǎo)過程，Bhumralkar[3]以正弦函數(shù)方程作為邊界條件，推導(dǎo)出地表以下給定深度的土壤溫度。Gao[4]則在此基礎(chǔ)上還考慮了土壤水分的垂直流動對土壤熱量傳遞的貢獻，以包含熱傳導(dǎo)項和熱對流項的土壤熱量傳輸方程來描述一個半干旱草地的土壤熱量交換過程。地表以下的土壤溫度及其垂直梯度將影響植物根部溫度、植被生長速率、初級生產(chǎn)力、分解以及蒸散速率[5]，進而對土壤中的熱量傳遞和熱量儲存產(chǎn)生較強的驅(qū)動作用[6]。在植被覆蓋區(qū)，遮蔭和植被的熱量傳輸過程較大程度的控制了植被與大氣之間的能量交換，因此可大幅降低土壤表面的溫度日變化[7]。自1980年代開始，植被對土壤熱量傳遞的影響逐漸被學(xué)者重視，并被嵌入陸地表面過程模式中，如Sellers等[8]的SiB2模型、Verseghy[9]的CLASS模型、Wang和Leuning[10]的CABLE模型、Dai和Zeng[11]的IAP94模型、Desborough和Pitman[12]的BASS模型等。植被類型對氣候和其它環(huán)境因子的反應(yīng)是綜合的，主要涉及熱量和降水[13-14]兩大要素。而植被對局地氣候狀況也有較強的反饋作用，如植被覆蓋下的氣溫和土壤溫度的振幅均小于裸地[15-16]，植被覆蓋對土壤熱擴散特征影響的研究仍然較為缺乏。本文主要分析了林地與裸地不同深度的土壤溫度變化和熱擴散特征，并探究引起林地與裸地土壤熱特性差異的可能影響因子，不僅為理解植被覆蓋下的土壤熱通量的時空變化提供理論支持，也為基于過程的陸面過程模式的土壤熱擴散過程提供一定的數(shù)據(jù)支持。

1 研究地區(qū)與方法

1.1 研究地概況

本研究在吉林省長白山自然保護區(qū)的中國科學(xué)院長白山森林生態(tài)系統(tǒng)定位站及其西邊約1km的闊葉紅松林內(nèi)1號標(biāo)準(zhǔn)地進行(42°24′N，128°6′E，海拔738m)。林內(nèi)主喬木為紅松(Pinuskoraiensis)、椴樹(Tiliaamurensis)、水曲柳(Fraxinusmandshurica)、色木槭(Acermono)、蒙古櫟(Quercusmongolica)等，林分為復(fù)層結(jié)構(gòu)，平均株高約26m，立木株數(shù)約560株/hm2，郁閉度約0.8，下木覆蓋度40%[17]。闊葉紅松林帶土壤為白漿化的山地暗棕色森林土，坡降2%—4%，地表0—5cm為枯枝落葉層，5—11cm為深灰色或深灰棕色腐殖質(zhì)層，粘壤土，疏松，土壤顏色向下過渡明顯，根系分布很多，11—32cm為白漿化暗棕色粘土，根系分布較多，但向下明顯減少，32—105cm為為暗棕色粘土，核塊狀結(jié)構(gòu)，基本沒有根系分布[18]。闊葉紅松林帶的年平均氣溫約為4.5℃，最冷月為1月(平均氣溫約-12.9℃)，最熱月為7月(平均氣溫約為19.4℃)，日平均溫度最高和最低值約為24.0℃和-21.8℃。

在闊葉紅松林內(nèi)建有高約62m的為氣象觀測塔，在塔上32m高度安裝了光合有效輻射探頭(Li- 190Sb, LiCor Inc., USA)，在2.5 m高度安裝了5個桿狀光合有效輻射探頭(LQS70- 10, APOGEE, USA),分別對冠層上方和下方的光合有效輻射進行測定。在氣象塔的地表以下5個深度(0、0.05、0.2、0.5、1m)設(shè)置兩套土壤溫度傳感器(105T和107T，Campbell，USA)，并與數(shù)據(jù)采集器(CR23X，Campbell，USA)相連，每30分鐘記錄平均值，并計算日平均溫度。在長白山森林生態(tài)系統(tǒng)定位站內(nèi)設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)氣象站自動觀測地溫，觀測系統(tǒng)為M520，根據(jù)地面氣象觀測規(guī)范，氣象站土壤溫度在面積為1m2左右的裸地下觀測，對土壤內(nèi)部5個深度(地表以下0、0.4、0.8、1.6、3.2m)進行日平均溫度的觀測和記錄。本文中數(shù)據(jù)采集時間為2007年1月1日至2007年12月31日。

從5月1日至10月31日在闊葉紅松林內(nèi)對葉面積指數(shù)(LAI)進行人工觀測，采用葉面積分析儀(LAI- 2000, LiCor Inc., Lincoln, NE, USA)在林內(nèi)選取10個樣點進行觀測，觀測高度為1m。由于LAI是通過植被冠層的輻射傳輸模型來計算的，要求天空為散射輻射，因而選擇早晨日出前或陰天散射輻射較多時進行觀測。在生長季初末期(5月、9月和10月)葉片剛開始展葉或枯黃凋萎時，葉面積變化較大，每隔3d觀測1次。在生長旺盛期(6—8月)葉面積較為穩(wěn)定時，每隔5—10d觀測1次。

1.2 研究方法

對于水平均質(zhì)的土壤，設(shè)其熱量僅在垂直方向上交換，則土壤的熱傳導(dǎo)方程為[3]：

(1)

式中，Ts為土壤溫度(℃)，t為時間(s),z為土壤深度(m)，k為土壤的熱擴散率(m2/s)，k=λ/c，λ為導(dǎo)熱率(W m-1K-1)，c為土壤的容積熱容量(J m-3K-1))。給定土壤表面溫度變化的邊界條件：

(2)

(3)

ΔTz=ΔT0·e-z/d

(4)

φz=φ0+z/d

(5)

由于闊葉紅松林的裸地和林內(nèi)各有五層不同深度的土壤溫度觀測值，根據(jù)相鄰兩個不同深度的土壤溫度資料可分別計算出該厚度土壤溫度年尺度的阻尼深度d和熱擴散率k。

2 結(jié)果分析

2.1 林地與裸地土壤溫度的年變化特征

圖1 長白山闊葉紅松林裸地(a)與林內(nèi)(b)地下不同深度的土壤溫度Ts年變化的觀測值(點)與擬合曲線(線)

長白山闊葉紅松林地區(qū)裸地的土壤溫度具有明顯的時空變化規(guī)律(圖1a)。在垂直方向上，冬季(12月—次年2月)隨著深度的增加，土壤溫度逐漸升高，3.2m深度處的土壤溫度比土壤表面溫度月平均值可高達22.3℃。夏季(6月—8月)隨著深度的增加，土壤溫度逐漸降低，3.2m處深度處的土壤溫度比土壤表面溫度月平均值可低至19.0℃。春秋季為溫度隨深度變化的過渡季。在年周期上，土壤表層溫度的年變化最明顯，冬季溫度較低，最冷月為1月，溫度為-15.1℃，日平均溫度最低為-23.7℃(1月13日)。隨著春季的來臨，氣溫逐漸升高，土壤溫度也隨之升高，其表層最熱月出現(xiàn)在7月，溫度為24.5℃，日平均溫度最高為33℃(7月26日)。當(dāng)進入秋季，隨著氣溫的降低，土壤溫度也逐漸降低，土壤表層溫度在年周期上呈單峰形。較深層土壤溫度的年周期與表層相似，但年最高溫與年最低溫的差異比表層小，且年最高溫和最低溫出現(xiàn)的日期遲于表層。0.4、0.8、1.6m和3.2m深度處的最高溫度及其出現(xiàn)日期分別為20.6℃(8月17日)、18.6℃(8月20日)、15.8℃(8月25日)、11.4℃(9月22日)，而最低溫度及其出現(xiàn)日期分別為-2.9℃(1月29日)、-0.5℃(2月5日)、1.1℃(4月6日)、4℃(5月8日)。這表明，與土壤表層溫度年變化特征相比，隨著深度的增加，土壤溫度年最高值逐漸減小，而年最低值逐漸增大，且極大值和極小值出現(xiàn)的時間依次滯后。

闊葉紅松林內(nèi)土壤溫度的時空變化規(guī)律與裸地相似但又有一定的差異。在年周期上，林地土壤溫度也呈單峰形變化，在空間上，與表層土壤溫度相比，隨著土壤深度的增加，土壤溫度在冬季逐漸升高，而在夏季逐漸降低，且極大值和極小值出現(xiàn)的時間依次滯后(圖1b)。林地1m處的土壤溫度月平均值與表層溫度差值可達-6.6℃(6月)至6.4℃(1月)。林地土壤表層溫度年平均值低于裸地，相差約0.8℃，且林地土壤表層溫度的年較差也明顯低于裸地，前者為21.8℃，后者為39.6℃，這表明地上植被和地表枯枝落葉層對土壤溫度的影響較大。

2.2 林地與裸地土壤溫度平均值、振幅與相位的垂直廓線

圖2 長白山闊葉紅松林裸地與林內(nèi)地下不同深度的土壤溫度Ts年周期的振幅ΔT、相位φ和平均值

Table 1 The annual temperature amplitude ΔTz, phaseφz, average value Tzand determination coefficientsR2in different depthsz(m)of the bare land and broadleaved Korean pine forest, estimated with equation (3)

地表條件Surfacecondition深度Depthz/mΔTz/℃φz/radTz/℃R2裸地Bareland019.85±0.271.87±0.016.23±0.190.940.411.2±0.122.15±0.016.97±0.080.960.89.44±0.112.36±0.017.1±0.080.951.67.15±0.072.69±0.017.39±0.050.963.23.15±0.033.43±0.017.39±0.020.96林內(nèi)Forestland010.91±0.112.09±0.015.59±0.080.960.0510.47±0.112.14±0.015.6±0.080.960.29.32±0.12.27±0.015.77±0.070.960.57.88±0.082.44±0.015.88±0.060.9616.17±0.062.65±0.016.06±0.040.97

2.3 林地與裸地土壤溫度的阻尼深度與熱擴散率特征

根據(jù)方程(3)可得出相應(yīng)的振幅ΔTz和相位φz，根據(jù)振幅和相位與阻尼深度d和熱擴散率k之間的關(guān)系，可分別由方程(4)(即振幅法)和方程(5)(即相位法)反推出d和k。結(jié)果表明，這兩種方法計算出的阻尼深度和熱擴散率在林地和裸地都表現(xiàn)出較明顯的垂直變化特征(表2)。從地表至1.6m深度的土壤層中，阻尼深度和熱擴散率隨著深度的增加而逐漸增大，而1.6—3.2m的土壤層內(nèi)，阻尼深度和熱擴散率則略有降低的趨勢。在裸地，由振幅法得出的熱擴散率從0—0.4m土壤層的0.49×10-7m2/s逐漸升高至0.8—1.6m土壤層的8.25×10-7m2/s，而由相位法得出的熱擴散率由0—0.4m土壤層的2.06×10-7m2/s逐漸升高至0.8—1.6m土壤層的5.82×10-7m2/s。在闊葉紅松林內(nèi)，由振幅法和相位法得出的熱擴散率較為接近，從表層土壤的1.04×10-7—1.46×10-7m2/s逐漸升高至1m處的4.18×10-7—5.64×10-7m2/s。由相位法和振幅法計算出的d和k沒有顯著差異，且在相同深度處，林地和裸地的d和k也無明顯的系統(tǒng)性差異性。

表2 長白山闊葉紅松林裸地與林內(nèi)地下不同深度的土壤溫度在年尺度上的阻尼深度d和熱擴散率k、d和k分別由振幅法和相位法計算得出

Table 2 The damping depthdand thermal diffusivitykat different depthszof the bare land and broadleaved Korean pine forest, estimated with amplitude- and phase-equation

地表條件Surfacecondition深度Depthz/m由振幅法計算Estimatedwithamplitude-equationd/mk/(m2/s)由相位法計算Estimatedwithphase-equationd/mk/(m2/s)裸地Bareland 0—0.40.700.49×10-71.442.06×10-7 0.4—0.82.345.47×10-71.833.32×10-7 0.8—1.62.878.25×10-72.425.82×10-7 1.6—3.21.953.79×10-72.184.75×10-7林內(nèi)Forestland 0—0.051.211.46×10-71.021.04×10-70.05—0.21.291.66×10-71.161.35×10-7 0.2—0.51.783.17×10-71.743.03×10-7 0.5—12.044.18×10-72.385.64×10-7

3 討論

3.1 植被覆蓋對土壤溫度的影響

由于植被對太陽輻射的反射和吸收作用、以及植被的蒸騰作用等，植被覆蓋對局地氣溫和地表輻射有較大的影響。與裸地相比，林地提高了夜間氣溫，降低了白晝氣溫，使氣溫日振幅變小[15]，主要原因有兩方面，一是太陽輻射經(jīng)過林冠的反射與吸收，到達地表時輻射量已大幅降低，在晝間林內(nèi)輻射差額的正值有減小的效應(yīng)，而在夜間林內(nèi)輻射差額的負值亦有減小的效應(yīng)，因而氣溫日振幅減??；二是林冠降低風(fēng)速和湍流傳輸，阻隔水平方向和垂直方向的熱量與水汽交換，同時反射地面長波輻射，使得林內(nèi)溫度升降幅度趨緩，導(dǎo)致林地與裸地?zé)崃繝顩r差異較大。土壤內(nèi)部溫度變化的驅(qū)動力主要來自于土壤表層接受到的輻射和熱量。對于特定的植物種類，地表能接受到的太陽輻射主要受葉面積指數(shù)LAI的影響，而葉面積指數(shù)同時也反映了其蒸騰能力的大小，因而葉面積指數(shù)對土壤溫度的影響較大。裸地與林地不同深度處(0.4、0.5、0.8m和1m)土壤溫度的差異(裸地土壤溫度減去林地土壤溫度)都具有明顯的季節(jié)變化規(guī)律(圖3)。在冬季(11月至翌年2月)，裸地土壤溫度比林地土壤溫度約低0.8—2.8℃。隨著春季的到來，植被開始展葉，葉面積指數(shù)從5月份開始逐漸增加(圖4)，植被對土壤表面接受到的輻射和熱量的影響越來越大，林地土壤溫度的日平均值越來越低于裸地，至7月份差值達到最大，各深度處林地土壤溫度月平均值比裸地低約4.5—5℃。隨著秋季枝葉枯黃凋落，葉面積指數(shù)逐漸減小，植被對土壤表面輻射和熱量的影響也降低，林地和裸地土壤溫度的差值也逐漸減小，在10月份左右該差值由正值變?yōu)樨撝?，表明到了冬季，林地土壤溫度高于裸地?/p>

圖3 裸地與林地在0.4、0.5、0.8m和1m深度處土壤溫度的差值，縱坐標(biāo)為裸地土壤溫度減去林地土壤溫度

圖4 闊葉紅松林葉面積指數(shù)LAI的季節(jié)變化

由于裸地與林地對太陽輻射的反射率不同，土壤溫度也有一定差異。植被覆蓋對不同季節(jié)土壤溫度的影響機制，已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。冬季，積雪的土面反射率較大，達75%—95%，植被冠層的反射率則較小，約為5%—25%，用草覆蓋地面可減小反射率，有利于提高土壤溫度。如，在我國北方寒冷地區(qū)，通過地面覆蓋，提高春季土壤溫度，活化土壤微生物和酶的活性，提高土壤質(zhì)量，延長作物的生育期[5]。

3.2 土壤含水量對熱擴散率垂直梯度的的影響

土壤是由3種物質(zhì)(固體、液體、氣體)組成的介質(zhì)，熱量的傳遞就通過固體微粒、水和空氣進行，土壤導(dǎo)熱性能的高低取決于各種微粒相互接觸的形態(tài)、性質(zhì)以及土壤含水量的多少[20]。對于特定的研究地點，土壤容重和礦物組成變化較小，因而土壤熱擴散率主要受到土壤含水(含冰)量和溫度的影響。由于冰與水的導(dǎo)熱率有較大差異，因而土壤在凍結(jié)和融化狀態(tài)下的熱擴散率主導(dǎo)因子不同。在融化狀態(tài)下，土壤熱擴散率主要與土壤含水量有關(guān)。在凍結(jié)狀態(tài)下，土壤中總含水量變化不大，土壤熱擴散率主要與溫度和固液態(tài)水的比例有關(guān)[21]。因而，本研究選取5—10月的數(shù)據(jù)來討論土壤含水量對熱擴散率垂直梯度的影響(圖5)，該期間內(nèi)土壤中無凍結(jié)現(xiàn)象，處于融化狀態(tài)。土壤的熱擴散率k隨著深度的增加而呈逐漸升高，利用SPSS軟件進行T檢驗，發(fā)現(xiàn)熱擴散率隨深度而升高的趨勢已達到顯著性水平(Sig.<0.05)，土壤含水量隨深度而增加的趨勢也達到顯著性水平(Sig.<0.05)。在土壤的三相介質(zhì)中，固相含量相對變化較小，而水的熱容量(4.19×106J m-3K-1)與空氣的熱容量(0.0012×106J m-3K-1)有較大差異，水的導(dǎo)熱率(0.58 W m-1K-1)約為空氣導(dǎo)熱率(0.026 W m-1K-1)的22倍[22]，因而土壤熱擴散率受其含水量的影響較大，Gao[4]的研究表明土壤熱擴散率隨著土壤含水量的升高而增加。這與本研究中土壤熱擴散率與土壤含水量呈正相關(guān)關(guān)系的結(jié)果相似。因而土壤物理學(xué)的研究中越來越重視土壤水分運移對熱量傳遞的影響，如Shao等[23]在分析土壤熱擴散方程時同時考慮了土壤中的熱傳導(dǎo)和熱對流，后者即為由于土壤水分的垂直運動而對土壤溫度產(chǎn)生的貢獻。

圖5 闊葉紅松林內(nèi)地表以下0.05、0.2m和0.5m深度處土壤熱擴散率和土壤含水量5—10月的變化

4 結(jié)論

(1)植被覆蓋對土壤溫度的年周期具有較大的影響，長白山闊葉紅松林地區(qū)與與裸地的土壤溫度年變化都與正弦曲線相似，表層溫度的極大值和極小值分別出現(xiàn)在7月和1月，隨著深度的增加，極值出現(xiàn)的時間依次滯后。但林地土壤溫度的年平均值低于裸地，表層相差約0.8℃，0.4—1m的土壤層相差約1.1℃；同時，林地土壤溫度年較差也明顯小于裸地。

(2)林地與裸地土壤溫度年周期均有明顯的垂直變化特征，同時也受到植被狀況的影響。隨著深度的增加，土壤溫度年周期的振幅逐漸減小、相位逐漸增大、平均值逐漸升高。而在地表以下相同深度處，林地土壤振幅比裸地低2.6—2.9℃，相位比裸地小0.2—0.24 rad，意味著極值出現(xiàn)的時間滯后約11—14d。

(3)根據(jù)振幅法和相位法推算的土壤溫度的阻尼深度和熱擴散率較為接近，從地表至1.6m深度的土壤層中，阻尼深度和熱擴散率隨著深度的增加而逐漸增大，而1.6—3.2m的土壤層內(nèi)，阻尼深度和熱擴散率則略有降低的趨勢。植被覆蓋對阻尼深度與熱擴散率無顯著影響。

(4)表征植被狀況指標(biāo)之一的葉面積指數(shù)對林地與裸地土壤溫度差異具有較為顯著的影響，相同深度處林地與裸地土壤溫度的差異隨著葉面積指數(shù)的升高(降低)而增加(減小)。土壤熱擴散率隨著深度的增加而增加，可能與不同深度處土壤含水量不同有關(guān)。

致謝：中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所關(guān)德新研究員、南京信息工程大學(xué)高志球研究員、澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織王應(yīng)平老師和美國農(nóng)業(yè)部林業(yè)局森林變化研究中心劉永強老師，對本文給予幫助，特此致謝。

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broadleaved Korean pine forest in Changbai Mountain

SHI Tingting1, ZHENG Xingbo2,*, ZHANG Libo1, YANG Hong2, LI Huidong2, LI Weili3, GAO Yufang1

1InternationalCenterforEcology,MeteorologyandEnvironment,SchoolofAppliedMeteorology,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,Nanjing210044,China2InstituteofAppliedEcology,ChineseAcademyofSciences,Shenyang110016,China3ShenyangHydraulicConstructionSurveyandDesignInstitute,Shenyang110015,China

Vegetation is one of the determining factors for soil temperature variation and thermal transfer, which are important processes for the energy and water exchange on the land-atmosphere interface. This study was to understand the impacts of vegetation on soil thermal diffusivity through comparing observations on forested and bared lands. The observations were made in broadleaved Korean pine forest over Changbai Mountain during 2007. The annual cycle of soil temperature and thermal properties at five depths were measured, together with soil volumetric water content and leaf area index.. The soil thermal diffusivity and damping depth of the soil temperature fluctuations were estimated using the heat conduction equation and the sinusoidal-fluctuating temperature at the ground surface. The potential environmental factors for the thermal properties were explored. The results show that soil temperature in both bared land and forest had similar spatial and temporal variations but with different magnitudes. With increasing soil depth, the amplitude of annual temperature variation decreased gradually, while both its phase and annual average temperature itself increased. In comparison with the based soil, the annual average temperature of the surface soil layer in the forest was 0.8℃ lower, the annual amplitude of soil temperature was 2.6—2.9℃ lower, and the temperature phase was 0.2—0.24 rad lower, suggesting that the maximum and minimum temperatures of the forest lagged by 11—14 days behind those of the bare land. The damping depth and thermal diffusivity increased with the soil depth, with an exception for the 1.6—3.2m layers where slightly decrease with depth was observed. It is indicated that soil moisture and leaf area index are probably responsible for the different characteristics in soil temperature and thermal properties between the forest and bared land.

soil temperature; thermal diffusivity; broadleaved korean pine forest; damping depth

國家自然科學(xué)基金項目(41105112, 41105077); 南京信息工程大學(xué)生態(tài)氣象環(huán)境研究中心科研基金; 江蘇省自然科學(xué)基金面上項目(BK2012859); 江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程(PAPD)

2013- 08- 17;

2014- 07- 02

10.5846/stxb201308172098

*通訊作者Corresponding author.E-mail: carolstt@gmail.com

施婷婷, 鄭興波, 張麗波, 楊弘, 李輝東, 李偉莉, 高玉芳.植被對土壤熱擴散特征的影響——以長白山闊葉紅松林為例.生態(tài)學(xué)報,2015,35(12):3970- 3978.

Shi T T, Zheng X B, Zhang L B, Yang H, Li H D, Li W L, Gao Y F.The influence of vegetation on soil thermal properties: a case study of broadleaved Korean pine forest in Changbai Mountain.Acta Ecologica Sinica,2015,35(12):3970- 3978.