神农架华山松林内外气候特征比较

崔鸿侠　胡文杰　唐万鹏　杨敬元　余辉亮

摘要：采用自动气象观测站对林内外小气候进行定位观测的方法，以神农架森林生态站2019年9月～2020年8月气象观测数据为基础，从空气温湿度、风速、降水量、太阳总辐射、光合有效辐射、土壤温度等因子对神农架华山松人工林林内外气象要素进行比较分析。结果表明：在冬季林内空气温度和土壤温度高于林外，而其他季节林外空气温度和土壤温度高于林内。降水量主要集中在6～10月，林内外降水量分别占全年降水量的79.7%和76.9%。空气相对湿度主要受降水量的影响，在雨季林内相对湿度高于林外，而其他季节林外相对湿度高于林内。林内风速低于林外，林内比林外月平均风速降低44.3%。全年林内外太阳总辐射分别为1 047.9 MJ·m-2和4 116.9 MJ·m-2，光合有效辐射分别为514.4 umol·m-2s-1和1 987.9 umol·m-2s-1，林内太阳总辐射和光合有效辐射在各月均明显低于林外。

关键词：神农架;华山松人工林;林内外;森林小气候

中图分类号：S716.3文献标识码：A文章编号：1004-3020（2022）02-0001-05

Comparison of Climatic Characteristics Inside and Outside Pinus armandii Forest in Shennongjia

Cui Hongxia Hu Wenjie Tang Wanpeng Yang Jingyuan Yu Huiliang

Abstract：With the experimental ways of locating observation for the forest microclimate by automatic weather station. Based on the observation data from September 2019 to August 2020 of Shennongjia Forest Ecosystem Research Station，this paper applied air temperature，air humidity，wind speed，rainfall，solar radiation，photosynthetic effective radiation and soil temperature to analyze the meteorological factors inside and outside Pinus armandii plantation. The results showed the air temperature and soil temperature in the forest were higher than those outside the forest in winter，while in other seasons，the air temperature and soil temperature outside the forest were higher than those in the forest. The precipitation was mainly concentrated from June to October，and the precipitation inside and outside the forest accounts for 79.7% and 76.9% of the annual precipitation respectively. The air relative humidity was mainly affected by precipitation. In rainy season，the relative humidity inside the forest was higher than that outside the forest，while in other seasons，the relative humidity outside the forest was higher than that in the forest. The wind speed inside the forest was lower than that outside the forest，and the monthly average wind speed inside the forest was 44.3% lower than that outside the forest. The annual total solar radiation inside and outside the forest was 1 047.9 MJ·m-2 and 4 116.9 MJ·m-2 respectively，and the photosynthetic effective radiation was 514.4 umol·m-2s-1 and 1 987.9 umol·m-2s-1 respectively. The total solar radiation and photosynthetic effective radiation in the forest were significantly lower than those outside the forest in each month.

Key words：Shennongjia;Pinus armandii plantation;inside and outside the forest;forest microclimate

森林小氣候是森林中水、热、气、光等各种气象要素综合作用的结果，受到树种类型和组成、林分年龄、乔木层空间结构、灌草层群落特征等共同影响，并与四周气候条件、地形地貌特征、土壤性状等有关。由于森林的存在，降水、光照等在进入林内后会重新分配，使水分、热量、风速等在林内的交换与林外相比发生改变，从而使林内气候特征等发生变化，并形成特殊的区域小环境[14]。因此，开展森林内外小气候特征的对比研究，对于揭示森林小气候效应，阐明森林植被对局地气候的影响具有重要的价值。目前关于森林小气候的观测主要有地面常规观测和建设梯度塔观测2种方法[5]，本研究通过梯度观测方法分析了2017年神农架华山松林小气候特征[6]，以神农架森林生态定位站地面气象站观测数据，以及建设在气象站附近华山松林内的气象观测场数据为基础，比较华山松人工林内外空气温度、空气相对湿度、风速、降水量、太阳总辐射、光合有效辐射、土壤温度等因子差异，揭示华山松人工林小气候效应，并为下一步开展华山松森林生态系统服务功能评估与研究等提供基础数据。27FDCB6F-FAC7-4B71-9829-B0BBAB7D1013

1研究区概况

研究区域位于湖北神农架森林生态系统国家定位观测研究站内，东经110°23′22″，北纬31°24′30″，海拔1 610 m，年平均气温12.0 ℃，空气相对湿度75%，降水量1 500～2 500 mm，全年降水量充沛，并集中在4至10月，土壤以黄棕壤为主。该区域地带性植被类型为针阔混交林，并大量分布华山松Pinus armandii和日本落叶松Larix kaempferi等针叶人工林。华山松是神农架地区的主要针叶林树种之一，主要分布在海拔1 500～2 000 m，大多與锐齿槲栎Quercus aliena var.acutiserrata、山杨Populus davidiana、糙皮桦Betula utilis等落叶阔叶树种形成的针阔混交林。

2研究方法

2.1数据采集

林内外气候观测均采用美国Dynamax公司生产的自动观测仪器。观测设备的布置和观测方法主要参照林业行业标准《森林生态系统长期定位观测方法》（LY/T 1952-2011）的要求。对空气温度、相对湿度、风速、降水量、太阳辐射、光合有效辐射、土壤温度的数据自动采集是每隔10 min 1次。观测时间为2019年9月1日～2020年8月31日。

2.2数据分析

本文采用Excel 2019和SAS 9.4软件进行数据处理和统计分析。

3结果与分析

3.1空气温度比较

观测期林内外空气温度按月统计数据，从图中1可知，林内外最高温度出现在8月，林内温度为19.3 ℃，林外温度为19.7 ℃，由此可见，华山松人工林将林外最高温度降低了0.4 ℃，降低幅度为2%。林内外最低温度出现在1月，林内最低温度为-1.5 ℃，林外最低温度为-2.0 ℃，华山松人工林将林外最低温度提高了0.5 ℃，提升幅度为25%。此外，12月～次年2月，林内温度高于林外温度，而在其他月份，林内温度低于林外温度，说明林分在寒冷的冬季具有保温作用，而在其他季节具有降温作用，这体现了森林植被对于环境温度的调节作用。

3.2空气相对湿度比较

观测期林内外空气相对湿度按月统计数据，从图2中可知，华山松林内空气相对湿度变化范围为71.6%～95.5%，林外空气相对湿度变化范围为72.6%～94.8%，表明观测地区常年湿度较高。林内外最大湿度出现在7月，最小湿度出现在4月，这主要受降水量的影响。从5～10月，林内相对湿度高于林外相对湿度，而11月～次年4年，林外相对湿度高于林内相对湿度。

3.3风速比较

观测期林内外风速按月统计数据，从图3可知，林内月平均风速随林外同步变化，且林内风速明显低于林外。林内的月平均风速为1.85 m·s-1，林外的月平均风速为3.32 m·s-1，不同月份林内比林外平均风速降低24.9%～71.8%，全年月平均风速降低44.3%，经检验林内外风速差异达到极显著性水平（P<0.01）。这主要是因为林木的树冠和树干对空气流动有阻挡作用，且随着树冠和群落结构在不同季节的更新变化，产生了对风速不同大小的影响。

3.4降水量比较

观测期林内外降水量按月统计数据见图4。全年林内降水总量1 841.2 mm，林外降水量1 991.6 mm，林内降水量占林外降水量的92.5%。降水量主要集中在6～10月，该期间林内外降水量分别占全年降水量的79.7%和76.9%。在降水期间，林冠层对林内降水具有调节作用，主要表现在降低雨水对地面的冲击强度，延长降水时间，在林外降水已经停止之后，林内仍然可以产生少量的降水。

3.5太阳总辐射比较

观测期林内外太阳总辐射按月统计数据见图5。全年林内太阳辐射1 047.9 MJ·m-2，林外太阳辐射4 116.9 MJ·m-2，林内外太阳辐射均表现为夏季高于冬季。林内太阳辐射在各月均明显低于林外，经检验林内外太阳总辐射差异达到极显著性水平（P<0.01），主要是因为林冠层对太阳辐射具有反射、吸收和过滤等作用，一般照射到林冠层上的太阳光线，只有部分透过林冠层到达林内，使林内外太阳辐射强度产生了较大差异。与2017年观测的华山松林内太阳总辐射量相比[6]，本年度观测的太阳总辐射有明显增加，这主要是因为观测区域华山松林近几年遭受较严重的大小蠹虫害干扰，华山松林木大量死亡，林分郁闭度减小，进入林内的太阳光增加。

3.6光合有效辐射比较

观测期林内外光合有效辐射按月统计数据见图6。全年林内光合有效辐射514.4 umol·m-2s-1，林外光合有效辐射1 987.9 umol·m-2s-1，林内外光合有效辐射均表现为夏季高于冬季，林内光合有效辐射在各月均明显低于林外，经检验林内外光合有效辐射差异达到极显著性水平（P<0.01）。光合有效辐射在林内外以及不同季节的变化规律与太阳总辐射表现一致。

3.7土壤温度比较

观测期林内外不同深度土壤温度按月统计数据，从表1中可知，林外不同深度土壤最高温度均出现在8月，最低温度均出现在1月;林内不同深度土壤最高温度均出现在8月，10 cm深土壤最低温出现在1月，而20 cm和30 cm深土壤最低温出现在2月。比较同一深度林内外土壤温度发现，从11月～次年2月，林内土壤温度高于林外土壤温度，而在其他月份，林外土壤温度高于林内土壤温度。比较不同深度土壤温度在不同月份的变化规律发现，从9月～次年3月，土壤温度随着土壤深度的增加而增加，而4～8月，土壤温度随着土壤深度的增加而降低。

3.8小气候因子相关性分析

对林内外不同气候因子进行相关性分析结果，见表2和表3。从表中可知，空气温度与降水量、太阳辐射、光和有效辐射呈显著正相关（P<0.05）或极显著正相关（P<0.01）;空气相对湿度与风速呈极显著负相关，与降水量呈显著正相关;风速与降水量呈极显著负相关;降水量与土壤温度呈显著正相关;太阳辐射与光合有效辐射在林内外均呈极显著正相关，而仅在林外与土壤温度呈极显著正相关;光合有效辐射仅在林外与土壤温度呈显著正相关。27FDCB6F-FAC7-4B71-9829-B0BBAB7D1013

4小结

（1）神农架华山松林空气温度与土壤温度在不同月份变化规律比较一致，最高温和最低温分别出现在8月份和1月份。在冬季林内空气温度和土壤温度高于林外，而其他季节林外空气温度和土壤温度高于林内。

（2）观测期林内降水量1 841.2 mm，林外降水量1 991.6 mm，降水量主要集中在6～10月，全年雨水非常充沛。空气相对湿度主要受降水量的影响，林内外全年相对湿度均在70%以上，空气比较湿润。在降雨集中期林内相对湿度高于林外，而其他季节林外相对湿度高于林内。

（3）林内月平均风速随林外同步变化，且林内风速低于林外。林内的月平均风速为1.85 m·s-1，林外的月平均风速为3.32 m·s-1，林内比林外月平均风速降低44.3%。

（4）太阳总辐射和光合有效辐射在林内外以及不同季节的变化规律基本相同。林内外太阳总辐射和光合有效辐射均表现为夏季高于冬季，林内太阳总辐射和光合有效辐射在各月均明显低于林外。

（5）各气候因子之间存在较好的相关性，但在林内外各因子相关性存在一定差异性。

参考文献

[1]彭巍，李明文，王慧，等.森林小氣候国内外研究进展[J].防护林科技，2020（7）：45-47.

[2]陈宏志，胡庭兴，龚伟，等. 我国森林小气候的研究现状[J]. 四川林业科技，2007，28（2）： 29-33.

[3]温亮. 辽东山区人工红松林小气候的影响特征研究[J]. 农业与技术，2016，36（21）： 74-79.

[4]李洁，刘芝芹，杨旭，等. 滇中高原森林生态站冬春季森林小气候特征研究[J]. 西南林业大学学报，2020，40（3）： 28-36.

[5]张璐，林伟强. 森林小气候观测研究概述[J]. 广东林业科技，2002，18（4）： 52-56.

[6]崔鸿侠，唐万鹏，潘磊，等. 神农架华山松人工林小气候特征[J]. 湖北林业科技，2018，47（3）： 5-8.

（责任编辑：郑京津）

收稿日期：20211230

基金项目：湖北省林科院科技攻关项目“神农架华山松林受虫害干扰影响及恢复技术研究”（2021YGG05）;神农架林区林业科技计划项目“神农架华山松林退化与自然演替调控研究”（SAF202108）;神农架科技协同创新与攻关课题“神农架国家公园森林生态系统服务功能与价值评估”（2019SNJ001）。

作者简介：崔鸿侠（1979～），男，副研究员，主要从事森林生态学研究。

唐万鹏为通讯作者。27FDCB6F-FAC7-4B71-9829-B0BBAB7D1013