森林抚育间伐对杉木人工林温湿度的影响研究

王宇超 陈逸飞 林晨蕾 方淑侦 王红春 靳少非 许少洪 郑德祥

摘 要：為探究不同强度森林抚育间伐对杉木人工林林分温湿度的影响，本文在坡度、坡向、土壤类型均相同的杉木人工林中设置固定标准样地，采取2种不同强度的抚育间伐，应用HOBO U23-00温湿度记录仪长期监测记录作业后林分温度、相对湿度动态，后续用SPSS等数据分析软件处理数据。结果表明：①不同抚育间伐强度对林内气温和相对湿度影响不同，强度抚育间伐后林内温度变化显著高于中度抚育间伐;强度抚育间伐后林内日温度变化表现为昼增夜降，月均温变化表现为高温季节升温、低温季节降温，林内相对湿度下降;而中度抚育间伐的影响则与之相反，表现出保温（温度稳定）增湿（湿度提高）效果。②成对样本t检验表明，与中度抚育间伐相比，强度抚育间伐对日均温、日平均相对湿度、月平均相对湿度的影响更为显著，对月均温的影响呈不显著。杉木人工林林内温度和相对湿度的动态变化表明，不同抚育间伐强度会对林内的大气温度和相对湿度产生不同的影响，相比于强度抚育间伐，中度抚育间伐后杉木人工林林内温湿度变化幅度小，林内小气候更为稳定，可在一定程度上减弱不良气候条件对杉木人工林经营的不利影响，为杉木提供更适宜的生长环境。

关键词：抚育间伐强度;温度;相对湿度;杉木人工林;小气候

中图分类号：S791.27    文献标识码：A   文章编号：1006-8023（2022）01-0009-06

Effects of Forest Tending and Thinning on Temperature and Humidity

of Chinese Fir Plantation

WANG Yuchao1， CHENG Yifei1， LIN Chenlei1， FANG Shuzhen1， WANG Hongchun2，

JIN Shaofei3， XU Shaohong4， ZHENG Dexiang1*

（1. Forestry College， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350002， China; 2. Survey Planning and Design Institute，

National Forestry and Grassland Administration， Beijing 100714， China; 3. Department of Geographical Science， College of Geography

and Oceanology， Minjiang University， Fuzhou 350108， China; 4. Yongan Forestry Group Co.， Ltd.， Yongan 366000， China）

Abstract：In order to explore the influence of forest tending and thinning with different intensities on the temperature and humidity of Chinese fir plantation， a fixed standard sample plot was set in the Chinese fir plantation with the same slope， aspect and soil type. Two kinds of tending and thinning with different intensities were adopted， and the dynamics of stand temperature and relative humidity after operation were monitored and recorded by HOBO U23-001 temperature and humidity recorder for a long time， subsequently， SPSS and other data analysis software were used to process the data. The results showed that： ① Different tending and thinning intensities had different effects on the temperature and relative humidity in the forest. The temperature change in the forest after the intensive tending and thinning was significantly higher than that of the moderate tending and thinning. After intensive tending and thinning， the daily temperature in the forest increased in the day and decreased at night. The change in average temperature was manifested as the increase in high-temperature seasons， the decrease in low-temperature seasons， and the relative humidity decreased in the forest. While the effect of moderate tending and thinning was opposite， showing the effect of heat preservation （temperature stability） and humidification （humidity increase）. ② The t-test of paired samples showed that compared with moderate tending and thinning， the impact of intensive tending and thinning on daily average temperature， daily average relative humidity， and monthly average relative humidity was more significant， while the impact on monthly average temperature was not significant. The dynamic changes of temperature and relative humidity in Chinese fir plantations indicated that different tending and thinning intensities would have different effects on the atmospheric temperature and relative humidity in the forest. Compared with the intensive tending and thinning， after moderate tending and thinning， the temperature and humidity in Chinese fir plantations had a small change， and the microclimate in the forest was more stable. It can reduce the adverse impact of adverse weather conditions on the management of Chinese fir plantation to a certain extent， and provide a more suitable growth environment for fir.

Keywords：Tending thinning intensity; temperature; relative humidity; Chinese fir plantation; microclimate within the forest

0 引言

森林抚育间伐能够优化林分空间结构，促进林分的生长，使森林生态和经济效益得以提高，已是国内森林经营的主要措施之一[1-6]。森林抚育间伐在优化林分空间结构的同时，也可引起林内小气候的改变。森林小气候是指森林植被对林内光照强度、大气温度、大气相对湿度和风速等气象因子产生一定的影响，进而形成稳定的局部区域特殊气候[7-10]。森林小气候在生物与环境关系的协调方面具有重要作用[11]，对林木的光合速率[12]、生长发育[13]、枯落物的分解[14]、土壤呼吸[15]以及土壤酶活性[16]等方面均有一定的影响。但目前小气候的研究主要以研究林内与林外温湿度的差异来说明森林调节小气候的功能，如Arias 等[17]研究表明亚马逊热带雨林中的植物可通过蒸腾作用释放足够多的水蒸气，形成稳定的水热交换环境，进而可在干旱的季节引起降雨;王姵环等[18]研究表明长白山温带阔叶红松林对最高温、最低温有明显的调节作用。但关于森林抚育间伐对林内小气候影响研究，特别是关于对杉木人工林小气候中温湿度的研究却鲜有报道。

杉木（Cunninghamia lanceolate）在我国南方所有省区均有分布，是我国南方地区特有的主要用材树种，对我国南方林业的可持续发展起着决定性作用[19]。杉木人工林因具有生长周期短、质量和经济价值高等特点而被大面积高密度种植，但由于过度追求丰产、经营措施合理性较差，杉木纯林林分质量不断下降[20-21]，为此国家推出了中央财政森林抚育补贴政策以促进林分质量改善。国家林业和草原局在全国杉木适宜区中布设试点监测森林抚育效果。本研究通过森林抚育间伐探究其对林分质量、林分微环境变化的影响，为森林抚育间伐效果评价提供理论参考，并为南方集体林区抚育经营提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究区位于福建省永安市（116°56′～117°47′ E，25°33′～26°12′ N），其森林资源丰富，属于我国重点林区。研究区气候属中亚热带海洋性季风气候，同时具有一定的大陆性气候，水热资源充足，土壤肥沃，主要土壤类型为红壤土。其地理位置如图1所示。

1.2 样地设置

实验样地设置在福建省永安林业集团森林经营公司的经营区内，2015年根据森林抚育监测样地项目要求，在杉木人工中龄林中各设置抚育间伐与未抚育间伐的2组20 m×30 m的矩形固定样地，样地均位于下坡位，坡向均为东北，土壤类型均为红壤。抚育间伐时间为2015年，间伐株数强度分别为60.8%（强度抚育间伐）和 18.4%（中度抚育间伐）;对照样地为：小班中区划出的保留区域（该区域内不采取任何抚育措施），基本情况见表1。

1.3 研究方法

自2016年12月至2018年12月，在间伐样地和对照样地内，各随机设置3个观测样点，每个点间隔10 m以上。在各观测样点1.5 m处安装HOBO U23-001温湿度记录仪（温度量程为-40～70 ℃，精度±0.21 ℃;相对湿度量程为0%～100%，相对湿度精度±2.5%），以此对林内温度、空气相对湿度进行长期的定时监测。各气象因子每天24 h不间断监测，每5 min记录一次数据，测定高度为1.5 m，间隔1.5个月采集一次数据，以此为基础进行林内气象因子变化对比分析。

1.4 数据处理

应用Excel 2016软件，统计不同抚育间伐强度的林分样地的大气温度与相对湿度的差值变化，不同抚育间伐强度对温湿度影响的显著性用SPSS 22.0进行成对样本t检验分析，绘图软件为Origin 2018。

2 结果与分析

2.1 不同抚育间伐强度下林内温度变化

2.1.1 林内温度差异日变化

由图2可知，不同抚育间伐强度下林内气温差异的日变化特征（即间伐样地温度与对照样地温度的差值随时间动态变化情况）存在差异。相比于未抚育间伐，强度抚育间伐后的样地，在白天（5：00—17：00）林内平均温度更高，且增温随时间呈现钟形变化，在13：00达到最大增幅，其2017年的最大温差为+2.45 ℃，2018年的最大温差为+2.94 ℃;而夜间（17：00至次日5：00）林内温度更低且整体降幅平稳，2017年平均降温约为0.076 ℃，2018年平均降温约为0.126 ℃。相较于未抚育间伐，中度抚育间伐后的样地在白天的林内温度更低且整体降幅平稳，2017年平均降温约为0.084 ℃，2018年平均降温约为0.153 ℃，在12：00达到了最大降幅，2017年的最大温差为-0.28 ℃，2018年的最大温差为-0.41 ℃;而夜间林内平均温度更高且整体增幅平稳，2017年平均增温约为0.038 ℃，2018年平均增温约为0.146 ℃。数据分析结果表明，强度抚育间伐导致的温度变化显著高于中度抚育间伐导致的温度变化（P<0.05），不同抚育强度在同一时间的年平均日温度差值变化幅度的比值为1～104，强度抚育对比中度抚育具有更大的温差变化。

在实验开展期间，虽然2018年变化幅度比2017年更大，但不同抚育间伐强度下林内气温变化趋势相同，这表明林内日温度变化特征对于不同抚育间伐强度响应具有一致性，且强度抚育间伐后林内日均温变化更为敏感。

2.1.2 林内温度差异月变化

图3为2017—2018年间不同抚育间伐强度下林内气温差异的月变化特征（即间伐样地月均温度与对照样地月均温度的差值随月份动态变化情况）。强度抚育间伐作业后，相比于未抚育间伐，在生长季即高温季节（3—11月）林内月平均温度更高，而在休眠期即低温季节（11月至次年3月）则更低，且在8月达到最大温差，为+0.712 ℃。中度抚育间伐作业后，相比于未抚育间伐，在旺盛生长季（6—11月）林内月平均温度更低，而在非旺盛生长季（11月至次年3月）则更高，7月达到了最大温差为+0.28 ℃。數据分析结果表明，强度抚育间伐和中度抚育间伐均对林内月平均温度产生影响，且强度抚育间伐后变化更为敏感，但均不显著（P>0.05）。

2.2 不同抚育间伐强度下林内大气相对湿度变化

2.2.1 林内大气相对湿度日变化

由图4 可知，不同抚育间伐强度下林内相对湿度差异的日变化特征（即间伐样地相对湿度与对照样地相对湿度的差值随时间动态变化情况）存在一定差异。在与对照样地进行对比后发现，强度抚育间伐样地的林内日平均相对湿度全天均更小，且降幅随时间点呈现倒钟形变化，在13：00达到最大降幅，2017年的最大湿差为-8.66%，2018年的最大湿差为-11.43%。而中度抚育间伐样地的林内日平均相对湿度在任意时间均更高，且变化比较平稳，2017年平均增湿为1.93%，2018年平均增湿为7.86%，在13：00达到最大增幅，2017年的最大湿差为+2.66%，2018年的最大湿差为+9.95%。数据分析结果表明，强度抚育间伐和中度抚育间伐均对日平均相对湿度产生影响，且强度抚育间伐导致的相对湿度变化显著高于中度抚育间伐导致的相对湿度变化（P<0.05）。在实验开展期间，不同抚育间伐强度下林内日相对湿度响应变化趋势相同，林内日相对湿度变化特征对于不同抚育间伐强度响应具有一致性，但强度抚育间伐后林内日均湿度变化更为敏感。

2.2.2 林内大气相对湿度月变化

图5为2017—2018年不同抚育间伐强度下林内相对湿度差异的月变化特征（即间伐样地月均相对湿度与对照样地月均相对湿地的差值随月份动态变化情况）。强度抚育间伐作业后，相比于未抚育间伐，月平均相对湿度全年均更低，且在7月份达到最大差值，为-5.28%。中度抚育间伐作业后，相比于未抚育间伐，月平均相对湿度全年均更高，且在7月份达到最大差值，为+3.44%。强度抚育间伐和中度抚育间伐均对月平均相对湿度产生影响，但强度抚育间伐导致的平均相对湿度变化显著高于中度抚育间伐（P<0.05）。

3 讨论

3.1 中度抚育间伐的降温分析

样地实测数据表明，强度抚育间伐所导致的林内小气候变化激烈程度明显高于中度抚育间伐。其中，强度抚育间伐较中度抚育间伐具有显著性的增温作用，与弥宏卓等 [22]对兴安落叶松林的研究结果一致，但与许忠[23]对落叶松林的研究结果“中度抚育间伐亦具有增温响应”并不一致。

本研究发现，中度抚育间伐对杉木林分具有降温作用。产生这一现象的原因可能为2个方面。一是杉木的树冠为窄幅密冠型，而落叶松的树冠为宽幅疏冠型，因此中度抚育间伐后杉木林内的透光程度明显小于落叶松林;二是南北差异，南方空气及土壤湿度均高于北方，中度抚育间伐后南方杉木林内土壤水分蒸发增强，林内相对湿度提高而使气温下降，本研究中相对湿度变化分析也证实了这一点，即人工杉木林在强度抚育间伐后相对湿度变化显著高于中度抚育间伐后的变化，中度抚育间伐具有更好的增湿与保湿作用，进而起到了降温与保温作用。

3.2 抚育间伐促进林木生长的机理分析

研究表明，强度抚育间伐对林内温度、相对湿度产生较为显著的影响，这种变化原因主要在于林分紧密结构因强度抚育间伐而转变为稀疏结构，从而使林内生态环境接近于空旷地环境;这种环境的激烈变化，将有利于强活力林木个体的生长，促进树高、胸径的快速增长，但对于适宜成林整体生长的人工杉木林而言，并非一定能促进整体快速增长。

相比于强度抚育间伐，中度抚育间伐后林分的温湿度变化幅度更小，林内小气候更稳定，且林分表现出高温季节降温增湿、低温季节增温增湿的作用，可在一定程度上减弱南方地区高光、高温和冻害等对杉木的不利影响，因此，中度抚育间伐将为杉木提供更适宜的生长环境。

3.3 抚育间伐生态影响研究尚需深化

本研究涉及不同抚育间伐强度对林内温度和相对湿度的响应，而林内生态环境因子还包括土壤、光照和生物多样性等，且林内温湿度变化与土壤、地形地貌和大气环流等方面密切相关，同时，在不同的研究年份中，响应的变化幅度也存在差距，因此，由于监测时间不足3 a、监测因子仅为2项，存在一定局限性。今后，将结合更多的微气象因子，在更长的时间尺度上探索抚育间伐对森林生态环境产生的动态影响，为亚热带杉木人工林的经营管理提供参考依据。

4 结论

杉木人工林林内温度和相对湿度的动态变化表明，不同抚育间伐强度对林内的大气温度和相对湿度所产生的影响不同。

强度抚育间伐对杉木人工林林内温度动态的影响比中度抚育间伐更为明显，具体表现为：

（1）强度抚育间伐后，林内日温变化为白天升温而夜间降温，月均温变化为高温季节升温、低温季节降温;中度抚育间伐的影响则与之相反，即林内日温变化为白天降温而夜间升温，月均温变化为高温季节降温、低温季节升温。

（2）强度抚育導致的温度变化显著高于中度抚育间伐导致的温度变化，强度间伐样地与中度间伐样地在同一时刻年平均日温差变化幅度的比值为1～104。

强度抚育间伐对杉木人工林林内湿度的影响与中度抚育间伐截然不同。强度抚育间伐后的林内湿度下降，而中度抚育间伐后林内的湿度升高，且强度抚育间伐导致的大气相对湿度变化显著高于中度抚育间伐导致的大气相对湿度变化。

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