太行山中山區(qū)油松人工林春季林內(nèi)外溫度變化

高 龍

(山西省林業(yè)和草原科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

溫度是植被生長(zhǎng)發(fā)育的主要環(huán)境條件，直接影響森林土壤微生物活性、枯落物分解率及土壤呼吸。溫度因子分析是森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究的主要內(nèi)容之一，對(duì)揭示和發(fā)現(xiàn)森林小氣候的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律具有重要意義。太行山是京津及華北平原的生態(tài)屏障，生態(tài)地位十分重要。油松是太行山區(qū)主要造林樹(shù)種，占該區(qū)域人工林總面積的50%以上。通過(guò)對(duì)該區(qū)域油松年生長(zhǎng)規(guī)律的研究，發(fā)現(xiàn)春季為油松主要生長(zhǎng)季，春季表層土壤溫度對(duì)油松液流速率的影響最為顯著。但森林自身對(duì)溫度也有影響，因此，僅利用林外溫度數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確判斷林內(nèi)溫度情況。筆者通過(guò)對(duì)太行山中山區(qū)油松人工林春季林內(nèi)外溫度變化的研究，揭示試驗(yàn)區(qū)溫度變化規(guī)律，建立林內(nèi)外溫度關(guān)系，以期為森林經(jīng)營(yíng)和森林生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)一步研究提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山西省平順縣(113°15′～113°38′E，35°57′～36°27′N(xiāo))，為太行山石灰?guī)r中山區(qū)。屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季時(shí)間一般為4月6日至5月31日，1971年至2020年平均氣溫9.1 ℃，平均風(fēng)速2.2 m/s，平均降水量584.4 mm.主要土壤類(lèi)型為石灰?guī)r質(zhì)山地褐土。本研究中的油松中齡林(34年生)地處太行山森林生態(tài)站，位于陰坡，海拔1 300 m，林分密度1 650株/hm2，郁閉度0.85.主要林下灌木為胡枝子(Lespedezabicolor)和黃刺玫(Rosaxanthina)，土層厚度30 cm～40 cm.

2 研究方法

2.1 溫度因子測(cè)定

林內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)為太行山森林生態(tài)站平順劉家村油松林大樣地森林氣象綜合觀測(cè)塔(113°28′39″E，36°13′40″N)，海拔1 241 m.采用LSI LASTEM 自動(dòng)氣象站(LSI LASTEM-Environmental Monitoring Solutions，SETTALA，MI，IT)測(cè)定林內(nèi)溫度，溫度傳感器距地面1.5 m，用LSI.3DOM數(shù)據(jù)采集器每1 h采集1次數(shù)據(jù)。林外觀測(cè)點(diǎn)為太行山森林生態(tài)站平順劉家村林外氣象站(113°23′40″E，36°13′43″N)，海拔1 240 m，與林內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)水平距離為101.5 m.采用HOBO自動(dòng)氣象站(Onset Computer Corporation，Bourne，MA，USA)測(cè)定林外溫度，溫度傳感器距地面1.8 m，用CR10X數(shù)據(jù)采集器每1 h采集1次數(shù)據(jù)。

2.2 計(jì)算分析方法

采用對(duì)比分析方法，對(duì)2020年3月1日到2020年6月30日連續(xù)觀測(cè)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，采用EXCEL 2007和SPSS 19對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 林內(nèi)外春季時(shí)間

2020年3月1日至6月30日林內(nèi)外溫度變化規(guī)律見(jiàn)圖1.

圖1 2020年3月1日至6月30日林內(nèi)外溫度變化規(guī)律

按照氣象學(xué)定義，以連續(xù)5 d平均氣溫在10 ℃以上為春季開(kāi)始，連續(xù)5 d平均氣溫在22 ℃以上為春季結(jié)束。由圖1可知，本研究中林內(nèi)3月20日至3月24日平均氣溫分別為13 ℃，12 ℃，10 ℃，10 ℃和12 ℃，開(kāi)始出現(xiàn)連續(xù)5 d平均氣溫在10 ℃基準(zhǔn)線(xiàn)以上，林內(nèi)從3月20日開(kāi)始進(jìn)入春季；林外4月13日至4月17日平均氣溫分別為10 ℃，11 ℃，13 ℃，14 ℃和11 ℃，才開(kāi)始出現(xiàn)連續(xù)5 d平均氣溫在10 ℃基準(zhǔn)線(xiàn)以上，林外從4月13日才進(jìn)入春季。林內(nèi)6月3日至6月7日平均氣溫分別為23 ℃，25 ℃，22 ℃，22 ℃和23 ℃，林外6月3日至6月7日平均氣溫分別為22 ℃，24 ℃，22 ℃，22 ℃和22 ℃，同時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)連續(xù)5 d平均氣溫在22 ℃基準(zhǔn)線(xiàn)以上，林內(nèi)外均于6月2日春季結(jié)束。林內(nèi)春季共75 d，林外春季共51 d.林內(nèi)比林外早24 d進(jìn)入春季，林內(nèi)比林外春季長(zhǎng)24 d.

3.2 春季林內(nèi)外溫度變化規(guī)律

春季林內(nèi)外溫度變化規(guī)律見(jiàn)第20頁(yè)圖2.

由圖2可知，林內(nèi)與林外溫度變化趨勢(shì)基本相同，均呈鋸齒狀上升趨勢(shì)。春季最高溫均出現(xiàn)在5月3日，林內(nèi)為24.26 ℃，林外為22.93 ℃；最低溫出現(xiàn)在4月10日，林內(nèi)為-0.69 ℃，林外為-1.20 ℃(為3月20日以來(lái)最低)。春季林內(nèi)最高溫比林外最高溫高1.34 ℃，最低溫比林外最低溫高0.51 ℃.林內(nèi)外溫度差值最大時(shí)為5月3日。當(dāng)溫度(T)≥20 ℃時(shí)，林內(nèi)平均溫度為21.21 ℃，林外為20.77 ℃，差值0.44 ℃；當(dāng)10 ℃

圖2 林內(nèi)外春季溫度變化規(guī)律

表1 3月至6月及春季林內(nèi)外平均溫度及積溫情況 ℃

由表1可知，3月林內(nèi)均溫和積溫均小于林外；4月至6月林內(nèi)均溫和積溫均高于林外，且溫度越高，林內(nèi)外均溫和積溫的差值越大。春季林內(nèi)均溫比林外高0.2 ℃，林內(nèi)積溫比林外高12.4 ℃，說(shuō)明春季林內(nèi)溫度高于林外。

3.3 春季林內(nèi)外溫度日變化規(guī)律

選取春季范圍內(nèi)每月10日、20日和30日的日數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)第60頁(yè)圖3.

由圖3可知，林內(nèi)外溫度日變化趨勢(shì)相同，除4月10日呈線(xiàn)性降低趨勢(shì)，其余均呈單峰型趨勢(shì)。林內(nèi)最高溫一般出現(xiàn)在12時(shí)至14時(shí)，最低溫一般出現(xiàn)在4時(shí)至6時(shí)；林外最高溫一般出現(xiàn)在13時(shí)至15時(shí)，最低溫一般出現(xiàn)在6時(shí)至7時(shí)，林內(nèi)最高溫和最低溫均高于林外。19時(shí)至6時(shí)，林內(nèi)平均溫度8.3 ℃，林外平均溫度10 ℃，林內(nèi)溫度小于林外；7時(shí)至18時(shí)，林內(nèi)平均溫度15.7 ℃，林外平均溫度13.7 ℃，林內(nèi)溫度大于林外。林內(nèi)溫度變化率小于林外，說(shuō)明林內(nèi)溫度變化幅度小于林外。

4 結(jié)論

1) 2020年,太行山中山區(qū)油松人工林林內(nèi)達(dá)到春季氣候的時(shí)間比林外早24 d；林內(nèi)春季時(shí)間為75 d，比林外多24 d，較當(dāng)?shù)仄骄杭緯r(shí)間(55 d)多20 d.因此，在觀測(cè)和研究油松等林分生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，不能完全按照當(dāng)?shù)亓滞鈿庀髷?shù)據(jù)判斷。

2) 春季林內(nèi)溫度高于林外，溫度越高，林內(nèi)與林外溫度差值越大，說(shuō)明油松中齡林在春季能提高林內(nèi)氣溫。這可能是因?yàn)榇杭玖值胤e雪開(kāi)始消融，林冠下接收的太陽(yáng)輻射增加，林下枯落物分解釋放熱量，導(dǎo)致林內(nèi)溫度提高。

3) 春季白天林內(nèi)溫度高，夜晚林外溫度高。林分能夠有效提高最高溫和最低溫，提前最高溫和最低溫出現(xiàn)的時(shí)間，且林內(nèi)溫度的變化幅度小于林外。

圖3 林內(nèi)外溫度日變化規(guī)律