安徽查灣甜櫧林不同大小林隙溫度因子對(duì)比分析

江國(guó)華，汪秀琴

(宣城職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑藝術(shù)系，安徽 宣城 242000)

吳澤民

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園林學(xué)院，安徽 合肥 230036)

?

安徽查灣甜櫧林不同大小林隙溫度因子對(duì)比分析

江國(guó)華，汪秀琴

(宣城職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑藝術(shù)系，安徽 宣城 242000)

吳澤民

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園林學(xué)院，安徽 合肥 230036)

以安徽查灣自然保護(hù)區(qū)甜櫧(Castanopsiseyrei)林為研究對(duì)象，分析了不同大小林隙溫度因子變化情況。結(jié)果表明：不同大小林隙及非林隙林分內(nèi)氣溫日變化呈單峰型，地表以上1m處的氣溫峰值出現(xiàn)在12:00～14:00。在整個(gè)生長(zhǎng)季中，氣溫變化表現(xiàn)為：大林隙>中林隙>小林隙>非林隙。地表溫度日變化趨勢(shì)與氣溫基本一致，呈現(xiàn)單峰型，最高溫度出現(xiàn)在中午12:00～14:00，較光照日變化最大值滯后，平均日地表溫度是：大林隙>中林隙>小林隙>非林隙。地表溫度在生長(zhǎng)季內(nèi)變化為生長(zhǎng)初期、末期較低，生長(zhǎng)旺盛期較高。

甜櫧(Castanopsiseyrei)；林隙；溫度

林隙是廣泛存在于森林中的具有特殊性質(zhì)的微結(jié)構(gòu)，林隙的產(chǎn)生增強(qiáng)了干擾生境的異質(zhì)性。Orians等[1]、宋新章等[2]認(rèn)為林隙環(huán)境本身是異質(zhì)的，其物理環(huán)境的異質(zhì)性將促進(jìn)生物環(huán)境的異質(zhì)化，同時(shí)林隙內(nèi)生物個(gè)體種群、群落對(duì)林隙干擾也會(huì)做出不同的響應(yīng)，這些響應(yīng)反過(guò)來(lái)又對(duì)林隙環(huán)境產(chǎn)生影響。

林隙的出現(xiàn)是森林生長(zhǎng)循環(huán)過(guò)程中必不可少的階段。隨著林隙的形成，林隙內(nèi)的微環(huán)境發(fā)生了變化，最直接的變化就是光照增加，進(jìn)而引起林隙內(nèi)表面溫度、近地層溫度和濕度以及土壤理化性質(zhì)等一系列環(huán)境因子也發(fā)生相應(yīng)的改變，影響森林的更新。近些年，我國(guó)學(xué)者對(duì)林隙的研究日漸增多，研究?jī)?nèi)容主要包括林隙基本特征、林隙干擾格局、林隙更新動(dòng)態(tài)和林隙熱力特征等[3～7]，而對(duì)林隙內(nèi)地面溫度的微環(huán)境變異特征方面的研究較少[8]。

甜櫧群落是我國(guó)中亞熱帶的典型植被類型，在保護(hù)生物多樣性、全球的碳循環(huán)中有著重要的意義。安徽査灣自然保護(hù)區(qū)的甜櫧林面積較大，受人為活動(dòng)的干擾少，具有頂級(jí)群落的基本特征，林隙內(nèi)容豐富。對(duì)甜櫧林林隙內(nèi)地面溫度微環(huán)境變異特征方面的研究，可為甜櫧林林隙更新的研究、生物多樣性維持機(jī)理的全面詮釋、對(duì)常綠闊葉林的深入理解，以及為自然保護(hù)區(qū)的經(jīng)營(yíng)、天然林資源保護(hù)及生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

安徽省祁門(mén)縣查灣自然保護(hù)區(qū)位于皖南山區(qū)最南端，與江西接壤，地理位置東徑117°50′,北緯29°35′，面積1600hm2，海拔120～670m。全年溫暖濕潤(rùn),年平均氣溫15.6℃,年平均降水量1701.6mm,年無(wú)霜期達(dá)235d，相對(duì)濕度達(dá)85%。地帶性土壤為黃壤和山地黃壤,成土母巖主要是千枚巖；土層厚度在30～150cm之間；土壤腐殖質(zhì)厚,pH在4.0～7.0之間。

植被屬中亞熱帶常綠闊葉林帶，主要森林群落類型為以甜櫧(Castanopsiseyrei)、青岡(Cyclobalanopsisglaica)、苦櫧(Castanopsissclerophylla)等為主要建群樹(shù)種的常綠闊葉林，至今還保留較大面積的天然林分,是華東地區(qū)低海拔常綠闊葉林保存完好的地區(qū)之一。有維管束植物146科505屬983種[8,9]，主要喬木樹(shù)種有甜櫧、苦櫧、青岡、馬尾松(Pinusmassoniana)、楓香(Liquidambarformosana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、江南榿木(Alnustrabeculosa)、紅枝柴(Meliosmaoldhamii)、香桂(Cinamomumsubavenium)、木荷(Schimasuperba)、漆樹(shù)(Toxicodendronvernicifluum)、米心水青岡(Fagusengleriana)；灌木有烏藥(Linderaaggregata)、馬銀花(Rhododendronovatum)、樹(shù)參(Dendropanaxdentiger)、微毛柃(Euryahebeclados)、檵木(Loropetalumchinense)、格藥柃(Euryamuricata)、山胡椒(Linderaglauca)、老鼠矢(Symplocosstettaris)、楊梅(Myricarubra)等。所有研究樣地設(shè)在自然保護(hù)區(qū)的緩沖區(qū)內(nèi)。

1.2 研究方法

1.2.1 樣方設(shè)置

采用樣線調(diào)查法[10]在安徽査灣自然保護(hù)區(qū)共調(diào)查36個(gè)林隙[11]，根據(jù)林隙面積劃分為3等級(jí)：小林隙<100m2、中林隙101～200m2、大林隙≥201m2，在每個(gè)等級(jí)中選擇1個(gè)具代表性的林隙測(cè)量并設(shè)樣地。每個(gè)林隙分別劃分為林隙中心區(qū)(主要為林冠空隙)、林隙近心區(qū)(林冠空隙與擴(kuò)展林隙的過(guò)渡區(qū))、林隙邊緣區(qū)(擴(kuò)展林隙與非林隙的過(guò)渡區(qū))，同時(shí)在林冠層下設(shè)置非林隙對(duì)照區(qū)1個(gè)(圖1)。所有研究林隙均位于陽(yáng)坡，海拔為229m。觀測(cè)點(diǎn)3個(gè)林隙的基本情況如表1所示。

1.林隙中心區(qū);2.林隙近心區(qū);3.林隙邊緣區(qū);4.非林隙林分下圖1 林隙觀測(cè)點(diǎn)分布圖表1 觀測(cè)點(diǎn)3個(gè)林隙的基本情況林隙長(zhǎng)軸/m短軸/m面積/m2小林隙13.08.788.78中林隙16.010.4130.62大林隙22.318.9330.85

1.林隙中心區(qū);2.林隙近心區(qū);3.林隙邊緣區(qū);4.非林隙林分下圖1 林隙觀測(cè)點(diǎn)分布圖表1 觀測(cè)點(diǎn)3個(gè)林隙的基本情況林隙長(zhǎng)軸/m短軸/m面積/m2小林隙13.08.788.78中林隙16.010.4130.62大林隙22.318.9330.85

1.2.2 溫度因子測(cè)定方法

按圖1所示大、中、小林隙觀測(cè)點(diǎn)于2014年4月～9月(生長(zhǎng)季)每月選擇晴好天氣1～2d，從8:30至12:30每隔1h，從12:30至16:30每隔2h，在3個(gè)林隙中心區(qū)及林下，用WS508B型溫濕度表在距離地面1m處測(cè)氣溫和空氣相對(duì)濕度，用地溫計(jì)測(cè)0、5、10、15、20cm地溫和地面最高、最低溫。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫日變化

所測(cè)氣溫日變化如圖2所示。由圖2可知，在不同大小林隙內(nèi)和非林隙林分下均有差異，表現(xiàn)的趨勢(shì)為：林冠下氣溫低于林隙內(nèi)，隨林隙面積增大、林隙內(nèi)氣溫增高。大、中、小林隙日溫差變化最大值在8月12日，分別為7.7、8.1、7.7℃；小林隙在4月18日，為6.5℃。日溫差變化最小值均在6月17日，分別為4.4、5.0、4.9℃。大林隙的日平均溫差(6.4℃)大于林冠下(5.6℃)。同期日氣溫的最高值并非都出現(xiàn)在大林隙內(nèi)，6月17日、8月12日卻出現(xiàn)在中林隙內(nèi)，同期日氣溫的最低值并非都出現(xiàn)在非林隙林分內(nèi)，7月14日卻出現(xiàn)在小林隙內(nèi)。最高氣溫均在12:00～14:00左右，這比光照強(qiáng)度最高值的到來(lái)要滯后。4月18日，6月17日峰值不明顯，這與該日光照強(qiáng)度的變化基本同步，其他測(cè)定日期也有類似同步變化規(guī)律?？梢?jiàn)林隙內(nèi)與非林隙林分下氣溫變化與同期光照強(qiáng)度變化具有相關(guān)性。氣溫的變化與空氣相對(duì)濕度也有相關(guān)性。

林隙內(nèi)與非林隙林分下氣溫的這種變化規(guī)律在夜間卻恰好相反，即非林隙內(nèi)高、林隙內(nèi)低[13]。林隙內(nèi)晝夜溫差大于非林隙林分下，這樣有利于林隙內(nèi)植物積累有機(jī)物質(zhì)，促進(jìn)更新和生長(zhǎng)。但是，如果早、晚霜出現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致更新樹(shù)種頂芽易受霜害。

圖2 不同大小林隙及林冠下氣溫日變化曲線

2.2 氣溫在生長(zhǎng)季內(nèi)的變化

圖3 不同大小林隙及林冠下氣溫在生長(zhǎng)季內(nèi)的變化曲線(2014年)

日平均氣溫在生長(zhǎng)季內(nèi)的變化規(guī)律如圖3所示。氣溫呈單峰變化，從生長(zhǎng)初期到生長(zhǎng)旺盛期氣溫逐漸升高，到生長(zhǎng)末期有逐漸降低。但在整個(gè)生長(zhǎng)旺盛期(6、7、8月)，氣溫變化幅度不大。氣溫最大值均出現(xiàn)在7月14日，大、中、小林隙及林下分別為29.9、29.0、28.9、28.9℃，除大林隙氣溫較高外，中、小林隙及林下都接近；氣溫最小值均出現(xiàn)在4月18日，大、中、小林隙及林下依次為19.5、19.0、18.6、18.2℃，差值為0.4～0.5℃。在整個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)的平均值分別為25.5、25.1、24.9、24.6℃。可見(jiàn)，不同大小林隙及林下在相同時(shí)間內(nèi)氣溫日變化和季節(jié)變化幅度不大，沒(méi)有光照變化明顯。

2.3 地表溫度的日變化和季節(jié)變化

地表溫度變化與光照變化相對(duì)應(yīng)，在生長(zhǎng)季初期、盛期、生長(zhǎng)末期亦均呈現(xiàn)一種單峰型的升降規(guī)律(圖4)。即在12:00～14:00左右，地表溫度最高。所不同的是，在大林隙內(nèi)，由于地面接收的太陽(yáng)輻射較多而使地表溫度較小林隙及非林隙林分下高。即大林隙內(nèi)地表溫度最高，其次是中林隙、小林隙，最低是非林隙林分下。從圖4可見(jiàn)，大林隙內(nèi)地表溫度在12:30左右可高達(dá)31.8℃，而非林隙林分下地表最高溫度只有27.6℃(7月14日觀測(cè)值)。

圖4 不同大小林隙及林冠下空氣地表溫度的日變化曲線

在整個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)，地表溫度的變化很明顯，生長(zhǎng)季初期，地表溫度較低，而在6月中旬至8月上旬，地表溫度可高達(dá)27℃以上，生長(zhǎng)季末，地溫又趨下降。林隙內(nèi)地表溫度高于非林隙林分下，林隙越大，地表溫度相對(duì)越高。如圖5所示，這種單峰型溫度變化正好與植物的生長(zhǎng)季節(jié)相吻合，植物生長(zhǎng)高峰時(shí)，地溫也高，有利于根系吸收養(yǎng)分和水分。從此也可以看出植物與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。

圖5 不同大小林隙及林冠下地表溫度在生長(zhǎng)季內(nèi)的變化曲線(2014年)

2.4 地表最高、最低溫度在生長(zhǎng)季內(nèi)的變化

不同大小林隙內(nèi)及非林隙林分下地表最高溫度變化趨勢(shì)如圖6所示。最高溫的極大值出現(xiàn)在7月中旬，并且峰頂是在大型林隙內(nèi)，非林隙林分下最高溫不如林隙內(nèi)高。與4月中下旬相比，5月中上旬地表最高溫度增加緩慢或略有下降，這種現(xiàn)象的原因可能是在5月份，少數(shù)落葉樹(shù)種樹(shù)葉已經(jīng)開(kāi)放，遮擋了部分太陽(yáng)直接輻射，對(duì)非林隙林分下及林隙地表的溫度變化起了緩沖作用。從圖6可見(jiàn)，非林隙林分下的最高地溫一直處于其他幾條線之下，這正是地面接收輻射少、變幅小的結(jié)果。小林隙內(nèi)的最高地表溫度一般大都小于中型林隙，而中林隙的地表最高溫又小于大林隙。

圖6 不同大小林隙及林冠下地表最高溫度在生長(zhǎng)季內(nèi)的變化曲線(2014年)

圖7 不同大小林隙及林冠下地表最低溫度在生長(zhǎng)季內(nèi)的變化曲線(2014年)

由圖7所示，地表最低溫度在4月中下旬較低，均處在10～15℃之間，最低溫的最大值可超過(guò)25℃以上。地表最低溫度的總體變化趨勢(shì)與地表最高溫的變化趨勢(shì)類似，但5月中上旬的增加幅度提高。究其原因可能與樹(shù)木枝葉長(zhǎng)出后，地面太陽(yáng)輻射吸收雖然減慢，但散失也慢，枝葉具有一定的擋風(fēng)保溫作用有關(guān)。最低溫的最大值較最高溫的最大值來(lái)臨的要早，6月中下旬就到來(lái)，這與6月份早晚溫差較小有關(guān)。

3 討論與小結(jié)

林隙生態(tài)環(huán)境研究可以為林隙干擾和林隙更新研究提供機(jī)理性的數(shù)據(jù)，而了解林隙內(nèi)生態(tài)因子的變化規(guī)律是分析林隙更新機(jī)制的基礎(chǔ)。將林隙的干擾狀況、林隙生態(tài)因子的變化規(guī)律與樹(shù)種的生物學(xué)特性結(jié)合起來(lái)全面分析，就能深入了解森林群落的動(dòng)態(tài)更新、物質(zhì)共存與多樣性維持機(jī)制。林隙的大小、方向、周圍植被、林隙形成木的形成方式及林隙更新層的生長(zhǎng)狀況等，都會(huì)影響林隙內(nèi)的光照、溫度、濕度和土壤養(yǎng)分狀況等。

氣溫日變化沒(méi)有光照日變化顯著，白天，林隙內(nèi)氣溫高于非林隙林分下，夜間則相反。這樣有利于林隙內(nèi)植物有機(jī)物質(zhì)積累，促進(jìn)生長(zhǎng)，也促進(jìn)林隙更新層生長(zhǎng)。日平均氣溫季節(jié)變化呈單峰型，較高溫度集中在6、7、8月，有利于更新層植物快速生長(zhǎng)及木質(zhì)化。

地表溫度日變化呈單峰型，最高溫度出現(xiàn)在中午12:00～14:00，較光照日變化最大值滯后，說(shuō)明地面被陽(yáng)光照射后有一個(gè)吸熱積溫過(guò)程。平均日地表溫度是大林隙>中林隙>小林隙>非林隙。不同深度土壤中溫度垂直遞減，20cm以下又有所上升，再往下，溫度幾乎不變化。土壤溫度高峰隨土壤深度增加而滯后，土壤越深變幅越小。地表、地下溫度在生長(zhǎng)季內(nèi)變化為生長(zhǎng)初期、末期較低，生長(zhǎng)旺盛期較高。較高的地溫有利于土壤微生物、土壤動(dòng)物、植物根系活動(dòng)能力的加強(qiáng)，與植物生長(zhǎng)相協(xié)調(diào)。

[1]Orians G H.The influence of tree-falls in tropical forests in tree species richness[J].Tropical Ecology,1982,23:255～279.

[2]宋新章,肖文發(fā).林隙微生境及更新研究進(jìn)展[J].林業(yè)科學(xué),2006,42(5):114～119.

[3]吳剛.長(zhǎng)白山紅松闊葉林林冠空隙特征的研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1997，8(4):360～364.

[4]臧潤(rùn)國(guó)，劉濤，郭忠凌，等.長(zhǎng)白山自然保護(hù)區(qū)闊葉紅松林林隙干擾狀況的研究[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，1998，22(2):135～142.

[5]李旭光，何維明，董鳴.縉云山大頭茶種群林窗動(dòng)態(tài)的初步研究[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，1997，17(5):543～548.

[6]張一平，劉玉洪,馬友鑫，等.西雙版納干季晴天次生林林窗氣溫時(shí)空分布特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，21(2):211～215.

[7]張一平，劉玉洪，馬友鑫,等.西雙版納熱帶次生林林窗干熱季氣溫分布特征初步分析[J].植物資源與環(huán)境，1999，8(2):7～12.

[8]吳征鎰.中國(guó)植被[M].北京:科學(xué)出版社,1980:321～323.

[9]安徽植被協(xié)作組.安徽植被[M].合肥:安徽林業(yè)科技出版社，1981:133～156.

[10]李巖，段文標(biāo)，陳立新，等.闊葉紅松林林隙地面溫度微環(huán)境變異特征[J].中國(guó)水土保持科學(xué)，2007，5(2):81～85.

[11]Runkle J R.Pattern of disturbance in some old-growth mesic forests of eastern North America[J].Ecology,1982,63:533～546.

[12]江國(guó)華，吳澤民，沈后海,等.安徽查灣自然保護(hù)區(qū)甜櫧林林隙形成及特征研究[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,11(3):229～235.

[13]臧潤(rùn)國(guó)，劉靜艷，董大芳.林隙動(dòng)態(tài)與森林生物多樣性[M].北京:中國(guó)林業(yè)出版社，1999.

2016-07-21

國(guó)家“十一五”科技支撐項(xiàng)目(2006BAD03A06)；安徽省高校自然科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目(KJ2014A244)；安徽省高校自然科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目(KJ2016A785)。

江國(guó)華(1973-)，男，副教授，碩士生，研究方向?yàn)樯稚鷳B(tài)與植物生理生態(tài)。通信作者：吳澤民，jghjrz@163.com。

S718.45

A

1673-1409(2016)33-0004-07

[引著格式]江國(guó)華，汪秀琴，吳澤民.安徽查灣甜櫧林不同大小林隙溫度因子對(duì)比分析[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2016，13(33)：4～10.