中山市防火林带9种典型林分的小气候特征研究

龚军凡，冼丽铧 ，修小娟，刘 璐，陈红跃，陈昱华 ，伍慧祥，所永亮

(1.中山市国有森林资源保护中心，广东 中山 528458；2.华南农业大学，广东 广州 510642)

1 引言

随着森林资源的开发利用以及各种多变气候的影响，森林火灾的发生次数与烧毁的森林面积在全球各国呈普遍上升趋势，森林火灾对生态系统的安全性存在严重威胁，破坏力极大。营造高质量的防林带，能有效地阻隔山火蔓延，最大限度地减少森林火灾面积，有效地保护森林资源，也是一项社会性、公益性的基础设施工程，可全面提高森林火灾的预防和扑救能力。

森林小气候是由森林以及林冠下灌木丛和草被等形成的一种特殊小气候[1]，小气候系统是一个可以被改造和利用的气候系统[2]。森林小气候是通过森林中水、气、热等各种气象要素的综合作用所产生的结果[3]，森林小气候与林火的发生发展有着较大的关联，林火变化的时空规律随着森林小气候的变化而演变[4]，样地内的小气候，包括风速、大气压、空气相对湿度、空气温度等，在不同时间、不同地区小气候存在差异[5]，它关系到森林火灾的预防、蔓延和控制[6，7]。本研究对中山市现有防火林带的9种典型林分开展森林小气候研究，评价现有防火林带的森林小气候的变化规律，旨在为防火林带树木的有序生长及防火林带的高效营建提供参考。

2 试验样地与研究方法

2.1 试验样地选择

本试验选择中山市，其森林覆盖率达23.08%，林地森林覆盖率96.7%，森林质量位于全省前列，为全省获得森林小镇称号数量最多的地级市。根据研究目标，以不同林分类型、不同海拔高度为依据，在中山市田心公园森林公园、树木园、自然保护区等地区的防火林带中选择9个典型的标准样地。试验地的主要植物种类组成及标准地情况见表1。

2.2 测试内容与方法

试验时间为夏季气候特征较为明显的2018年8月的晴天，使用美国的Kestrel 5000手持气象仪观测，观测具体时间为7:00～17:00，每2h观测一次，测试高度是1.5m处，每个时间点分别在样地中随机选样点测量3次，记录小气候指标，包括：风速、气温、相对湿度、海拔、气压等，对所得数据使用Microsoft Excel 2007进行数据处理和制图，利用Spss10.0软件进行方差分析。

3 结果与分析

3.1 林内小气候因子比较分析

防火林带内风速、温度、相对湿度、大气压等小气候特征关系到森林火灾的预防和控制。从9个标准地的小气候指标的方差分析结果来看，林内不同标准地的风速、大气压以及海拔差异均极显著(P<0.001)，不同标准地间的温度差异显著(P<0.05)，而相对湿度差异不显著。

从表2可以看出，林内风速最大的是2号样地，最小的是7号样地，这2个标准地的主要差异在于不同的树种组成及种植密度，2号样地为纯荷木林，少量的鸭脚木(Scheffleraoctophylla)，荷木(Schimasuperba)的生长中等，郁闭度较小，同时其位于265.83m的海拔的山脊上，导致风速比较大；7号样地是阔叶树种米老排(Mytilarialaosensis)、柠檬桉(Eucalyptuscitriodora)、海南红豆(Ormosiapinnata)等树种混种，种植密度较高，其风速较小。风速是林火预报中的重要因子之一，风速大可加快可燃物的水分蒸发，加速干燥使得可燃物易燃，同时也加速了林火的蔓延速度[6，8]，是防火林带的安全隐患之一。因此，风速大的防火林地，应考虑树种群落配置及其种植密度对风速的影响。

表1 标准地基本情况

温度是引发森林火灾的重要因子之一，而林内气温变化比较缓和[9]。林内温度最高的是9号标准地，其次是5号标准地，温度相对较低的是4号标准地，由于9号标准地的荷木长势一般，部分叶片有干枯及受炭疽病害，导致林内郁闭度较低，阳光可以直射林内，林内温度高，降温效果不明显，同时易易造成枯枝落叶干燥而易燃。

4号标准地受海拔高度影响，林内温度相对较低，相对湿度较高的是2号和7号样地，分别是87.42%和85.24%，各个标准地的相对湿度则差异不显著，在81.19%～87.42%之间。因本研究选择不同海拔高度的标准地为研究对象，观测结果显示海拔相对较高的林内温度也随着相对较低，低海拔的标准地林内风速也较低(表2)。

表2 各标准地小气候因子情况

3.2 小气候日变化比较分析

从日变化来看，9种防火林带标准地的空气风速、温度和相对湿度在白天中的差异较大(图1)。

3.2.1 不同标准地风速日变化比较

白天中，9个标准地中有8个标准地的风速呈现双峰变化，比较集中在9：00及15：00出现峰值，而8号标准地则呈现出现增加后降低的单峰变化，其在13：00达到峰值，达到2.63 m/s，风速日变化较大的是5号标准地，为针叶树为主的标准地，树木的叶面积较小，导致风速较大，而6号和7号标准地的风速日变化较小，均趋于0，这与6和7号标准地主要有多种阔叶树种混种，如米老排、深山含笑(Michelia maudiae)、黄兰(Michelia champaca)、海南红豆等组成，林冠郁闭度较高，林下风速较小。

3.2.2 不同标准地温度日变化比较

将观测期间的温度数据分析，由图2可知，不同标准低的温度日变化趋势呈现单峰变化，林内日间温度基本都是7：00最低，最高温度多集中在13：00、15：00以及11：00左右，高达32.47 ℃，林内温度日变化最大的是6号、8号标准地，降温效果不明显，温差分别是5.56 ℃和5.50 ℃，而温度日变化较小的有2号、7号以及4号标准地，日间温差分别是2.44 ℃、2.77 ℃和2.90 ℃。

图1 各标准地风速日变化

图2 各标准地温度日变化

3.2.3 不同标准地相对湿度日变化比较

将观测期间的相对湿度数据分析，由图3可知，林内相对湿度最高值基本都是7:00左右，相对湿度最高的是8号标准地，达98.53%，相对湿度最低值主要在13:00左右；5号标准地的平均相对湿度变化最大，其变化区间72.23%～95.17%之间，5号标准地是以针叶树为主要树种的，针叶树种的林地相对湿度日变化较大；4号标准地的平均相对湿度变化最小，变化区间81.9%～86.4%，其为裸露地，林下植物稀少，相对湿度的日变化不大。

图3 各标准地相对湿度日变化

4 结论与讨论

本文通过对中山市防火林带中不同林分的9个标准地的林内小气候环境特征进行观测，评价了9个标准地的小气候环境现状。研究结果表明，不同林分类型其水热等主要气象条件有差异，针叶树为主的标准地风速相对较大，阔叶林的标准地风速则相对较小；林内温度不仅受树种组成影响，还受叶片的叶面积影响，若阔叶树生长不良以及针叶树的叶面积小，直接影响了林子的叶面积指数，而且森林郁闭度则较低，均导致林内温度上升；阔叶林或以阔叶树为主的针阔混交林的林内相对湿度较高，有利于防火性能的提高。通过对9种标准地类型进行小气候日变化的监测研究，不同的标准地其小气候特征日变化趋势有所差异，林分结构与树种组成对林内小气候影响呈现出一定的变化规律，林内小气候环境的变化规律最直接影响林火发展[4，10]，这对森林防火具有一定的实践指导意义。当前森林小气候在森林防火及应用方面的研究很少，森林小气候的变化规律对森林火灾的发生和发展具有重要的导向作用，不同树种组成的林内环境存在差异，而随着季节变化，其林内环境也可能存在一定的变化，因此，今后不同季节森林小气候环境特征的变化有待进一步深入研究，为森林防火提供一条新的思路。