南甕河自然保護區(qū)杜鵑落葉松林土壤溫度變化分析

趙希寬，李慧仁，劉霞

(大興安嶺農林科學院，黑龍江嫩江源森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，黑龍江 大興安嶺 165000)

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南甕河自然保護區(qū)杜鵑落葉松林土壤溫度變化分析

趙希寬，李慧仁，劉霞

(大興安嶺農林科學院，黑龍江嫩江源森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，黑龍江 大興安嶺 165000)

通過對南甕河自然保護區(qū)內杜鵑落葉松林不同層次土壤溫度的對比分析，研究了各層土壤溫度隨時間變化規(guī)律及其垂直梯度變化特征。結果表明：杜鵑落葉松林5～10 cm、30～40 cm之間的土壤溫差變化較小，10～20 cm、20～30 cm之間的土壤溫差變化較大；夏季時土壤最高溫度出現(xiàn)在5 cm層，冬季時最高溫度出現(xiàn)在40 cm層；土壤各層的年溫差隨深度的加深而逐漸減小，最高溫度出現(xiàn)在7月，最低溫度出現(xiàn)在2月。

杜鵑落葉松林；土壤溫度；變化規(guī)律

林地土壤溫度的變化影響著種子的萌發(fā)、幼苗和根系的生長發(fā)育，還影響著植物對水分、養(yǎng)分的運輸和吸收及土壤中有效養(yǎng)分的變化[1]。近年來，關于西雙版納人工雨林區(qū)[2]、三江平原濕地區(qū)[3]等地的土壤溫度變化規(guī)律的研究相對較多，而對大興安嶺林區(qū)的森林土壤溫度變化規(guī)律的研究則較少。本文通過對南甕河自然保護區(qū)杜鵑落葉松林地土壤溫度變化規(guī)律分析，旨在為大興安嶺地區(qū)杜鵑落葉松林的生長提供科學依據(jù)。

1 試驗地概況

南甕河國家級自然保護區(qū)，位于黑龍江省大興安嶺地區(qū)，地處大興安嶺支脈伊勒呼里山的南麓。地理坐標51°05′07″—51°39′24″ N，125°07′55″—125°50′05″ E。

該區(qū)屬低山丘陵地貌，地形起伏不大，地勢北高南低，西高東低，海拔500～800 m，最低海拔370 m，最高海拔1 044 m。氣候屬寒溫帶大陸性季風氣候，冬季受西伯利亞寒流的影響，異常寒冷，晴燥少雪而漫長，長達9個月，年平均氣溫-3 ℃，極端最低溫度-48 ℃。相反，溫暖季節(jié)甚短，夏季最長不超過1個月，極端最高氣溫36°，無霜期90～100 d。初霜始于9月中旬，晚霜到翌年五月中旬，年降雨量500 mm左右。

2 試驗內容

通過2014年8月到2015年7月，對南甕河自然保護區(qū)內杜鵑落葉松林土壤5、10、20、 30、40 cm溫度的測定，研究分析土壤溫度在垂直方向的變化特征和同一土壤層溫度在不同時間的變化情況，以及各土壤層溫度極值和出現(xiàn)時間。由于該地區(qū)處于高寒地帶，土壤的融凍影響林地內土壤水分的變化，進而對森林和林內植被產生一定影響，而土壤溫度則是影響融凍的一個重要因素。通過對杜鵑落葉松林內各層土壤溫度的測定，分析土壤溫度在垂直方向的變化特征和土壤隨時間的變化規(guī)律，以期為杜鵑落葉松林的其他研究提供理論依據(jù)。

3 試驗方法

在試驗地內選取一固定位置，挖一深40 cm坑，選取一面垂直剖平，在該剖面5、10、20、 30、40 cm處安裝探頭后回填，通過數(shù)據(jù)線連接固定采集器。連續(xù)測定該剖面各層溫度。

通過對2014年8月到2015年7月每天土壤溫度的測定，按時間先后，以時間為橫坐標(t)，土壤溫度為縱坐標(T)，繪制土壤溫度隨時間的變化曲線(圖1)。T=T(t),T為土壤溫度，t為時間[4]。

圖1 各層土壤溫度變化

通過對各層土壤溫度在不同時間的差異的測定，選取這一年內土壤各層溫度的最大值(max)和最小值(min)出現(xiàn)的時間。

圖2 各層土壤溫差

比較土壤溫度在深度變化時，土壤溫度的差異。溫差是上層土壤溫度減下層土壤溫度。取每月平均溫度進行計算(圖2)。

T差=T上-T下，T差表示溫差，T上表示上層溫度，T下表示下層溫度。

4 結果與分析

4.1 從圖1可以看出，在2014年8月到2015年7月，各土壤層溫度的變化趨勢。土壤溫度變化與氣候變化規(guī)律有一致性，隨著氣溫的年變化，土壤溫度也出現(xiàn)相應的變化，在5、10、20、 30、40 cm深度的土壤溫度峰值對應的是氣候在年變中的峰值。在3月末 、4月初和9月末各層土壤溫度變化較接近。土壤傳遞熱量的功能弱，影響土壤上下層的溫度變化。在3月末 4月初氣溫開始回升，而在9月末時氣溫則開始下降。氣溫對上層土壤溫度影響較大，深層變小，上層回升速度快，下層回升速度慢，3月末4月初時出現(xiàn)各層溫度相差較小；同樣，在溫度下降時，上層變化快，下層土壤溫度變化慢，在9月末時出現(xiàn)溫度較接近。

4.2 5 cm層土壤溫度年變最大，40 cm層土壤溫度年變化最小。土壤溫度最大值出現(xiàn)在7月， 5、10、20、 30、40 cm各層土壤溫度最大值分別為19.67、18.66、16.54、14.99、14.14℃，最小值出現(xiàn)在2月，5、10、20、 30、40 cm各層土壤溫度最小值分別為-7.48、-7.13、-6.36、-5.44、-4.89 ℃。

4.3 夏季各層土壤溫度隨深度的加深逐漸降低，土層越深溫度越低，而土壤溫度在冬季時，各層土壤溫度隨深度的加深逐漸升高，土層越深溫度越高。土壤溫度在夏季時，最高溫度出現(xiàn)在5 cm層，冬季時，最高溫度出現(xiàn)在40 cm層。在土壤未凍結時，因氣溫對土壤溫度影響較顯著，因而出現(xiàn)近地面溫度高于深層溫度，在土壤凍結時，因凍結影響溫度傳遞，所以出現(xiàn)深層溫度高于近地面溫度。

4.4 土壤溫度大于0 ℃時，隨著溫度下降，5 cm層土壤溫度最先達到0 ℃；土壤溫度小于0 ℃時，隨著溫度升高，5 cm層土壤溫度最先達到0 ℃。其他各層溫度相應滯后。說明在氣溫變化時對上層溫度影響最為顯著，而土壤越深，溫度對其影響出現(xiàn)滯后。所以土壤對熱量的傳遞隨土壤深度的加深而減緩。

4.5 5～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm各層的溫差變化，5～10 cm、30～40 cm處溫差變化相對平穩(wěn)，10～20 cm、20～30 cm處的溫差波動較大。

5 結論

5.1 杜鵑落葉松林5～10 cm、30～40 cm之間的土壤溫差變化較小，10～20 cm、20～30 cm之間的土壤溫差變化較大，且在11月出現(xiàn)極大波動。

5.2 杜鵑落葉松林土壤溫度在夏季時，最高溫度出現(xiàn)在5 cm層；冬季時，最高溫度出現(xiàn)在40 cm層。

5.3 5 cm和40 cm層之間的溫差最大為7.09 ℃，最小為0.11 ℃。

5.4 杜鵑落葉松林土壤各層的年溫差隨深度的加深，逐漸減小。最高溫度出現(xiàn)在7月，最低溫度出現(xiàn)在2月，且深層的最低、最高溫度滯后于上層。

[1] 王鳳,宋春雨,韓曉增.東北黑土區(qū)土壤溫度變化特征[J].黑龍江農業(yè)科學，2006(6)：31-33

[2] 劉文學,李紅梅.西雙版納人工雨林土壤溫度變化規(guī)律[J].云南熱作科技，1977,20(1)：16-20

[3] 王世巖,楊波.三江平原典型濕地土壤溫度變化及其影響因子分析[J].地理研究，2003,22(3):389-396

[4] 劉士軍.高寒凍土區(qū)土壤溫度垂向變化特征分析[J].黑龍江水利學報，2007,34(3)：36-38

Variation of Soil Temperature of mixed forest ofRhododendrondauricumandLarixgmeliniiin Nanwenghe Nature Reserve

Zhao Xikuan,Li Huiren,Liu Xia

(Daxing’anling Academy of Agriculture and Forestry,Heilongjiang Nenjiang Source of Forest Ecosystems National Observation Station,Jiagedaqi 165000,China)

Soil temperature ofRhododendrondauricumandLarixgmeliniiplantation in Nanwenghe Nature Reserve were analyzed. Variation rules and variation characteristics of its vertical gradient in each layer were studied through analyzing data in soil layer. Result shows that the variation of soil temperature is little in the soil layer (5-10 cm & 30-40 cm) and that is large in the soil layer (10-20 cm & 20-30 cm);the highest temperature appeared in 5cm layer in summer and that appear in 40cm layer in winter; the annual temperature difference of the soil layers decrease with the increase of the depth;the maximum temperature appear in July and the lowest temperature appear in February.

RhododendrondauricumandLarixgmeliniiplantation; variation of soil temperature; variation rules

1005-5215(2016)10-0008-02

2016-09-06

趙希寬(1980-)，男，大學，工程師，從事森林生態(tài)學研究，Email:350340207@qq.com

S152.8;S791.22;Q949.772.3

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.10.003