半干旱区石质坡面坑道式造林整地小气候效应观测初报

王力刚，李峰，高野，王韡烨

（黑龙江省森林与环境科学研究院，黑龙江 齐齐哈尔161005）

石质荒山是目前我国困难立地植被恢复的典型类型之一，特别是在半干旱地区，干旱少雨及瘠薄的土壤条件对这一立地类型造林绿化构成了严峻挑战。加快石质荒山绿化是半干旱地区生态建设的重要内容，也是目前半干旱地区研究的热点之一［1］。减少蒸发，提高有限降水利用效率及改善土壤条件是提高这一立地类型造林质量的重要措施。积极探索与寻求实现这一目标的方法或技术流程显得十分重要。本文在传统的围山转拉沟整地的基础上［2］，试验尝试了在石质坡面沿等高线坑道式造林整地试验方式，并对这一整地方式所产生的小气候效应进行了试验观测，现将观测结果进行初步总结。

1 试验地点

本项试验地点选在甘南县中兴乡兴久村白虎山阳坡的石质坡面，地理坐标47°40′18.5″N，122°58′25.7″E，坡度12～15°，属于典型的黑龙江省西部半干旱低山丘陵区［3］。

2 坑道式造林整地工艺流程

采用大型机械（钩机）沿山体等高线环山挖掘坑道，其宽1.0～1.2m，深80～100cm，上下等宽，即形成坑道。先将表土勾出放于坑道上面，表土下面的石块、沙石勾出后放于坑道下沿堆成梯形的坝状，然后将表土放于坑道内植苗点处，沟与沟间距3～4 m。造林时，将客土——草甸土或河泥土按植苗点放于坑道内与沙土及表土混合，比例为草甸土或河泥土∶表土∶沙土＝1∶1∶1，每穴添加客土30～40kg。做植苗穴后，将一平瓢充分吸水的保水剂（BJ2101L型）放于穴底，将植物材料植于保水剂上，然后培土。在植苗点（坑道内）的下方堆修拦水坝，坝上面宽30～40cm，高与沟面平齐，株苗间距为2.5m。造林前1年的秋季农忙后开始整地，第2年春土壤解冻30cm深时，即可开始造林。

3 观测所用仪器

地面温度：采用地面温度表、最高温度表、最低温度表等仪器测量。

地中温度：采用曲管地温表，分别测定地中5、10、15和20cm处温度。

水面蒸发：采用20cm直径小型蒸发器。

本次试验在试验观测的前1天18：00之前将观测仪器安装好，用雨量测定筒量得20mm自来水倒入蒸发器，放平放稳，上面戴上防护小栅栏，防止鸟类等前来饮水。

4 观测方法

在坑道内选择典型样段作为试验观测点，临近坑道自然坡面作为对照观测点。观测内容主要为地面温度、地中温度与蒸发量，地面温度包括地面最高温度、地面最低温度及地面自然温度，地中温度分为地中5、10、15、20cm等4个不同深度处温度，蒸发量为观测点水面日蒸发量。

温度观测为地面温度及地下各深度温度从8：00开始至18：00止，每间隔2h观测一次。地面最高及最低温度为该观测日内的最高及最低温度点，蒸发量为从前1天18：00到当天18：00内的日蒸发量。

观测季节为作物或植物生长期的5—9月，每月选择5～7d，连续观测，观测结果均值作为该月的日平均值，依此作为相关计算的依据。

5 结果与分析

经过连续5个月定期观测，不论地面温度、地中温度，还是水面蒸发量，坑道内与自然坡面都存在着不同程度的差异。

5.1 地中温度观测

地中温度分为地下5、10、15、20cm，观测结果见图1～图20。结果总体表明，坑道内地中温度普遍低于自然坡面，各个月份表现存在差异，其中在植物生长旺季的6、7、8月地中温度变化规律基本一致，在地中不同深度皆是坑道外对照的自然坡面高于坑道内相应深度的温度。而在生长季初期的5月与末期的9月表现出不同于生长旺季的温度变化特征，其中5月5cm处温度总体是坑道内温度高于坑道外对照，在8：00坑道内温度为13.6℃，低于坑道外对照14.2℃，10：00—16：00则高于坑道外对照，到18：00又低于坑道外对照，表现出早晚坑道内温度低于坑道外对照，中间坑道内温度高于坑道外对照，即温差坑道内大于坑道外对照。而其他深度的地中温度都表现出坑道外大于坑道内。9月的温度变化要较5月表现更为复杂，坑道内外温度高低出现交叉的频度增大，5cm、10cm、15cm、20cm都存在交叉情况，从走势看，随着深度增加，坑道内温度高于坑道外对照温度时间逐渐后移，依次为10：00、12：00、12：00与14：00、16：00，而在其他时间都是坑道外温度高于坑道内。

图1 5月地中温度5cm处日变化

图2 5月地中温度10cm处日变化

图3 5月地中温度15cm处日变化

图4 5月地中温度20cm处日变化

图5 6月地中温度5cm处日变化

图6 6月地中温度10cm处日变化

图7 6月地中温度15cm处日变化

图8 6月地中温度20cm处日变化

图9 7月地中温度5cm处日变化

图10 7月地中温度10cm处日变化

图11 7月地中温度15cm处日变化

图12 7月地中温度20cm处日变化

图13 8月地中温度5cm处日变化

图14 8月地中温度10cm处日变化

图15 8月地中温度15cm处日变化

图16 8月地中温度20cm处日变化

图17 9月地中温度5cm处日变化

图18 9月地中温度10cm处日变化

图19 9月地中温度15cm处日变化

5.2 地面温度观测

地面温度观测结果见图21～图25，结果表明：在生长季的5—9月，坑道内外地温表现出不同特征，5月平均地温坑道内略高于坑道外对照，除8：00低于坑道外1℃，其他各时间段都高于坑道外，10：00、12：00、14：00、16：00、18：00分别高于坑道外对照0.8、1.5、0.8、1.4、0.7℃，与5月地中温度5cm处相类似，尽管高出幅度不大，但对林木生长有一定促进作用。6、7、8各月则表现出坑道外对照高于坑道内，9月8：00地温坑道内高于坑道外对照0.53℃，其他观测时间点低于坑道外对照。

图20 9月地中温度20cm处日变化

图21 5月地面温度坑道内外日变化

图22 6月地面温度坑道内外日变化

图23 7月地面温度坑道内外日变化

图24 8月地面温度坑道内外日变化

图25 9月地面温度坑道内外日变化

地面最高、最低温度观测结果见图26、27，结果表明，5、6、7、9月地面最低温度都是坑道外对照高于坑道内，分别高于坑道内0.3、0.4、1.12、0.27℃，8月则是坑道内高于坑道外对照0.4℃。地面最高温度5月坑道内高于坑道外对照1.5℃，其他各月则分别低于坑道外对照2.8、3.17、2.34、0.93℃。

图26 生长季坑道内外地面最低温度比较

图27 生长季坑道内外地面最高温度比较

图28 生长季坑道内外水面蒸发比较

5.3 水面蒸发量观测

降水量小、蒸发量大是半干旱地区典型的气候特征，也是该区植被生长主要限制性气象因子，减少蒸发量有利于提高该区造林成活与生长。坑道内外水面蒸发连续测定结果表明（图28）：因5月多风、干燥少雨，6月又进入高温季节，故5—6月水面蒸发量较大；7、8月进入雨季，尽管高温，但空气湿度较大，水面蒸发量相对要低于5、6月；9月蒸发量最小。而坑道内蒸发量各月都小于坑道外对照，日均分别小1.9、1.4、1.3、1.27、0.6mm，其中5月减小最多，其次为6月，9月减小最小。若每月平均按30 d计算，则在生长季的5—9月坑道内将比坑道外对照减少蒸发量194.1mm，这将有利于林木生长，特别是在5月份减小幅度最大，对新植林木的成活十分有利。

6 小结与讨论

6.1 坑道式造林整地改善了微立地小气候因子，有利于促进林木成活与生长。

对地中温度的影响：在生长季初期的5月，坑道式整地5cm处地中温度坑道内高于坑道外，生长季末期9月地中温度坑道内与坑道外出现交叉，坑道内温差大于坑道外温差。

对地面温度的影响：5月除早8：00，其他各观测时间点的温度坑道内都高于坑道外，其他月份都是坑道内温度低于坑道外。地面最高温度5月坑道内高于坑道外，其他各月份坑道外高于坑道内，地面最低温度在8月坑道内高于坑道外，其他月份为坑道外高于坑道内。

对水面蒸发量的影响：在生长季的5—9月，坑道内蒸发量不同程度地低于坑道外，若每月按照30 d计算，在生长季，坑道内较坑道外减少水面蒸发量194.1mm。

6.2 温度与蒸发量是半干旱地区影响植被生长最为重要的2个气象因子。本项试验采取较大程度的工程整地，通过改变造林地微立地地形，在生长季初期的5月份提高地温和地中浅层地温及减少蒸发量，在高温期的7、8月又可适当降低地温，这种温度的调节作用对林木成活与生长较为有利。这一整地方式通过将造林地“下沉”至坡面下方0.8～1.0m的深度，形成对新植林木的庇护——遮风减少蒸发，同时在一定程度上温度调节改善微立地小气候条件，来达到促进林木成活与生长的目的，从而为造林绿化难度越来越大的半干旱石质荒山植被恢复提供了一种较为积极的示范模式。

［1］张继光.干旱半干旱区植被恢复技术途径探讨［J］.甘肃科技，2006，9（22）：213-214

［2］王如新.“围山转”造林技术及其生态经济效益［J］.防护林科技，1993（3）：42-44

［3］沈积坤.黑龙江省三北防护林建设［M］.哈尔滨：东北林业大学出版社，1989：1-4