海岸帶不同類型木麻黃防護(hù)林的溫度效應(yīng)場

[摘要] 為了探討木麻黃海岸防護(hù)林的溫度效應(yīng)場，2006年11月在東山島對(duì)木麻黃基干林帶、片林和農(nóng)田防護(hù)林用多點(diǎn)多線的方法進(jìn)行了溫度測定。調(diào)查結(jié)果為：基干林帶內(nèi)外溫差2℃左右，空間分布成中間低四周高的槽狀；片林內(nèi)外相差1℃-2℃，空間分布為中間低四周高的盆狀；農(nóng)田防護(hù)林內(nèi)外溫差為1℃左右，空間分布為狹長的帶狀。三種不同的林分等值線在林內(nèi)都形成一定面積的閉合區(qū)域。

[關(guān)鍵詞] 木麻黃 溫度 空間分布圖 等值線圖

沿海地區(qū)災(zāi)害性天氣如臺(tái)風(fēng)、暴雨、龍卷風(fēng)、冰雹、寒潮、大風(fēng)等較頻繁，嚴(yán)重威脅著當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和人民的日常生活。營造沿海防護(hù)林體系，充分發(fā)揮其生態(tài)效益，可顯著改善環(huán)境條件，有效抗御自然災(zāi)害。目前我國東南沿海已經(jīng)形成了沿海基干林、荒漠片林、農(nóng)田防護(hù)林相結(jié)合的防護(hù)林體系，對(duì)于維護(hù)沿海地區(qū)生態(tài)安全、人民生命財(cái)產(chǎn)安全、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全具有重要意義[1，2]。木麻黃(Casuarina equisetifolia)是我國東南沿海營造防護(hù)林的主要樹種，以其優(yōu)良的適應(yīng)性和抗逆能力，尤其是在海岸風(fēng)口生境條件十分困難的地段，使林帶具有良好的防護(hù)功能，產(chǎn)生了良好的防護(hù)效果，發(fā)揮了巨大的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

以木麻黃為主的沿海防護(hù)林是通過改變防護(hù)林周圍的環(huán)境場來發(fā)揮防護(hù)作用的[3]：一方面防護(hù)林改變了下墊面的粗糙度，抵擋了來自海面上的強(qiáng)大氣流，使得林帶附近的風(fēng)速有了明顯的降低。由于防護(hù)林的抵擋作用，改變了林帶內(nèi)外的空氣物理狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，從而在林帶內(nèi)外的不同區(qū)域形成了特有的空氣動(dòng)力和熱力效應(yīng)場。防護(hù)林附近一定區(qū)域內(nèi)形成的這種比較特殊的空氣動(dòng)力和熱力效應(yīng)，調(diào)節(jié)和改變著局部氣象和氣候環(huán)境條件。溫度效應(yīng)場就是防護(hù)林體系可以產(chǎn)生溫度影響的區(qū)域范圍[4]。

本文用WHM5型溫度計(jì)對(duì)不同發(fā)育階段林分的溫度進(jìn)行定點(diǎn)觀測，并應(yīng)用等值線圖法對(duì)測定結(jié)果進(jìn)行分析，探討防護(hù)林影響范圍內(nèi)的溫度分布和變化規(guī)律，即溫度效應(yīng)場[5]，希望研究結(jié)果能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供一些有益的建議，同時(shí)提高人們對(duì)木麻黃沿海防護(hù)林對(duì)小氣候和區(qū)域氣候影響的認(rèn)識(shí)，為東南沿海地區(qū)防護(hù)林的經(jīng)營和管理提供參考。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在福建省沿海南部東山縣赤山林場，位于東經(jīng)117°18′，北緯23°40′，屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫20.8℃，絕對(duì)最高氣溫36.6℃，絕對(duì)最低氣溫3.8℃，年均降水945mm，年均蒸發(fā)1056mm，大部分的降水集中于臺(tái)風(fēng)多發(fā)的5~9月。全年干濕季節(jié)明顯，每年的11月至翌年的2月為旱季。主要自然災(zāi)害為臺(tái)風(fēng)，多發(fā)生在7~8月份，年均臺(tái)風(fēng)5.1次。秋冬東北風(fēng)強(qiáng)盛，8級(jí)以上的大風(fēng)天達(dá)105d，年平均風(fēng)速7.0m/s，最大風(fēng)速32.6m/s。土壤以濱海沙土為主，以及均一性風(fēng)積沙土，潮積沙土，紅壤性風(fēng)積，泥炭性風(fēng)積沙土等。天然植被稀少，林下常見零星植被有木豆（Cajanus）、鼠刺（Spinifex littoreus）和牡荊（Verbena negando）等。主要適合栽植木麻黃、濕地松（Pinus elliottii）、厚莢相思（Acacia crassicarpa）、剛果桉（Eucalyptus 12 ABL）等樹種。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選在福建省東山島赤山林場。以發(fā)育階段為中林的木麻黃基干林帶、片林和農(nóng)田防護(hù)林為調(diào)查研究對(duì)象。

2.2 研究方法

在木麻黃基干林帶和片林內(nèi)外布置縱橫各九條測線，共81個(gè)測點(diǎn)，測量林內(nèi)外高度為1m處的空氣溫度。基干林帶測線為：基干林帶前、后、左右邊各三條，林內(nèi)三條。其中基干林帶邊緣各有一條，林外測線相隔20m。林內(nèi)三條分別為林中央、林內(nèi)20m處。片林外左右各兩條，外緣各一條，內(nèi)部共三條。片林內(nèi)部的三條測線布置距離分別為20m處、50m處和80m處。在木麻黃農(nóng)田防護(hù)林帶之間布置六條測線，測線的布置為：兩條林帶外各一條測線，分別為線1和線6；林帶內(nèi)各一條，分別為線2和線5；林帶之間兩條，分別為線3和線4。農(nóng)田防護(hù)林帶外和林帶之間的四條測線距林帶距離為10m。

2007年11月用WHM5型溫度表測量各個(gè)測點(diǎn)的溫度。每個(gè)點(diǎn)測量五次，取其平均值為該點(diǎn)的溫度。

在數(shù)據(jù)的制圖過程中使用了Suerfer8.0中的Kriging插值法[6]和制圖功能。Surfer是由美國Golden Software公司在Windows環(huán)境下開發(fā)的等值線繪圖軟件。該軟件的工作原理是通過數(shù)據(jù)網(wǎng)格化（插值）將離散的X，Y，Z空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為分布規(guī)則的空間數(shù)據(jù)，并以多種形式的圖形表達(dá)出來。Surfer的主要功能是繪制等值線圖(countermap)，此外還可以繪制高質(zhì)量的張貼圖(post map)、線框圖(3D wireframe map)、三維表面圖(3D surface map)、向量圖(vector map)、影像圖(image map)、漸變地形圖(shaded relief map)等。

3 結(jié)果與分析

3.1 木麻黃基干林帶內(nèi)外溫度規(guī)律和空間分布

3.1.1木麻黃基干林帶各測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

由表1可知，本試驗(yàn)中測線4和6分別在木麻黃基干林帶內(nèi)20m處，測線5在基干林帶中央。測線3和7在基干林帶外緣，2和3相距20m，1和2相距20m；8、9和7的距離為20m和40m。由表1可知，線1、線2、線3、線7、線8、線9之間的溫度數(shù)值比較接近，而線4、線5、線6之間的溫度數(shù)值比較接近。其余測線的溫度變化相對(duì)波動(dòng)較大。

3.1.2木麻黃基干林帶溫度空間分布

圖1和圖2分別為木麻黃基干林帶內(nèi)外各測點(diǎn)溫度的空間表面圖和等值線圖。圖中橫坐標(biāo)1、2、3、4、5、6、7、8、9分別為測線1、2、3、4、5、6、7、8和9，縱坐標(biāo)為另外九條測線。Z軸為風(fēng)速溫度值。

由圖1看出，在木麻黃基干林帶內(nèi)通常形成一個(gè)相對(duì)低溫區(qū)。從基干林帶中心向外延伸，空氣溫度有增加趨勢。在木麻黃基干林帶外延，這種趨勢更加明顯，有些區(qū)域甚至有溫度的突變。基干林帶內(nèi)的低溫區(qū)，表面比較平整，表明這里溫度變化不太大，而在邊緣和基干林帶外，表面起伏比較大，表明林帶邊緣和外面溫度變化比較劇烈。

由圖2可看出，基干林帶內(nèi)有多個(gè)閉合區(qū)域，形成一個(gè)個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域。閉合區(qū)域附近的等值線相距較大，表明這些區(qū)域溫度變化比較小，所顯示在平面圖上是曲面的曲率較小。基干林帶的邊緣地段，也存在閉合的等值線區(qū)，但這些區(qū)域等值線比較稠密，表明這里的小區(qū)域溫度變化比較大，周圍存在著較大的溫度梯度。

3.2 木麻黃片林內(nèi)外溫度規(guī)律和空間分布

3.2.1 木麻黃片林各測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

調(diào)查成熟木麻黃片林內(nèi)外各測點(diǎn)的溫度時(shí)，側(cè)線布置為：測線1、2、8和9在木麻黃片林外，測線3和7在片林邊緣，測線4、5和6在林內(nèi)。其中測線3和4相距40m，測線4和5相距40m，測線5和6相距40m，測線6和7相距大約40m。由表2可知，測線1、2、7、8、9之間的溫度數(shù)值比較接近，而測線3、4、5、6之間的溫度數(shù)值比較接近。側(cè)線間溫差在1到2℃間。

3.2.2木麻黃片林各測點(diǎn)溫度空間分布

圖3和圖4是木麻黃片林內(nèi)外各測點(diǎn)溫度的表面圖和等值線圖。圖中橫坐標(biāo)1、2、3、4、5、6、7、8和9分別表示測線1、2、3、4、5、6、7、8、和9。縱坐標(biāo)是另外九條測線，這樣81個(gè)測點(diǎn)形成了木麻黃片林內(nèi)外不同測點(diǎn)的溫度表面圖。

從圖3可以看出，片林內(nèi)部有一個(gè)低溫區(qū)，而周圍是高溫區(qū)。在外圍有些點(diǎn)溫度比較高。測線4、5和6所在區(qū)域溫度都比較低，1、2、3、8和9側(cè)線上溫度比較高。側(cè)線3上溫度最高，有好幾個(gè)突出區(qū)域，其原因可能是由邊緣效應(yīng)所致。總體上片林內(nèi)外溫度的空間分布為中間低四周高的趨勢，溫差在1到2℃。

從海岸木麻黃片林內(nèi)外溫度等值線圖看出，在中心區(qū)域，等值線閉合且比較稀疏，而周圍區(qū)域比較稠密。最外邊有些區(qū)域等值線又比較稀疏。稀疏閉合區(qū)表明這些區(qū)域溫度變化不大，而且溫度大小比較相近；而稠密區(qū)說明這些區(qū)域溫度變化比較劇烈，和內(nèi)部相比溫度波動(dòng)較大。

3.3 木麻黃農(nóng)田防護(hù)林內(nèi)外溫度規(guī)律和空間分布

3.3.1木麻黃農(nóng)田防護(hù)林各測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

木麻黃農(nóng)田防護(hù)林各測點(diǎn)溫度調(diào)查見表3。由表3看出，線2和線5的溫度都低于農(nóng)田林網(wǎng)兩側(cè)的溫度。最大差值接近于2℃。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的方差和變異系數(shù)都比較小，說明所測數(shù)據(jù)變化較小，受外界影響也不太強(qiáng)烈。

3.3.2木麻黃農(nóng)田防護(hù)林溫度空間分布

把農(nóng)田防護(hù)林內(nèi)外所布置的六條測線，組成空間表面圖和等值線如圖5與圖6所示。圖5中橫坐標(biāo)1和6為木麻黃農(nóng)田防護(hù)林外的測線；2和5為木麻黃農(nóng)田防護(hù)林內(nèi)的測線；3和4為木麻黃農(nóng)田防護(hù)林之間的測線。縱坐標(biāo)為另外六條測線，這樣36個(gè)測點(diǎn)形成了木麻黃農(nóng)田防護(hù)林溫度的表面圖。

由圖5可看出，農(nóng)田防護(hù)林內(nèi)外溫度的空間圖形成凹凸相間的空間曲面。農(nóng)田防護(hù)林內(nèi)各測線上的溫度都呈凹槽狀，而在農(nóng)田防護(hù)林外側(cè)的四條測線上的溫度都呈凸起狀。

從圖6可以看出溫度變化的劇烈程度：中間等值線區(qū)溫度變化比較和緩，只有局部地區(qū)變化比較劇烈。中間有若干溫度閉合區(qū)域，形成一個(gè)個(gè)不同的局部小氣候區(qū)。農(nóng)田防護(hù)林的等值線比較稠密，閉合的等值線也較少，說明溫度變化比較劇烈。

4 結(jié)論

4.1 由以上圖表可以看出，木麻黃基干林帶內(nèi)外溫度相差2℃左右，在基干林帶內(nèi)形成一個(gè)相對(duì)低溫區(qū)，而在基干林帶外則形成一個(gè)相對(duì)高溫區(qū)。從內(nèi)到外溫度逐漸增長，在基干林帶的邊緣增長比較快，在內(nèi)部溫度變化比較小。木麻黃基干林帶內(nèi)外溫度整體空間分布形成一個(gè)中間下凹、外邊凸出的空間曲面。

4.2海岸木麻黃片林內(nèi)外溫度變化表現(xiàn)出和基干片林相似的規(guī)律，即片林中心區(qū)域溫度比較低，而四周和外邊溫度比較高，形成一個(gè)中間低溫區(qū)和周圍高溫區(qū)，高溫區(qū)和低溫區(qū)溫差在1.5℃左右。

4.3 農(nóng)田防護(hù)林內(nèi)外的溫度分布規(guī)律為：農(nóng)田防護(hù)林帶內(nèi)形成一個(gè)帶狀的低溫區(qū)，而帶外形成一個(gè)面積較大的高溫區(qū)，圖形類似于水槽狀。從防護(hù)林帶到外邊的溫度呈逐漸增大趨勢，在邊緣地帶溫度增長最快。其中林帶1內(nèi)的溫度比外邊溫度低1.54℃，林帶2內(nèi)溫度比外邊溫度低0.96℃。兩條林帶內(nèi)外的溫度組合圖形為內(nèi)有兩條凹槽的空間曲面。

農(nóng)田防護(hù)林內(nèi)外各測點(diǎn)溫度表明，林帶內(nèi)溫度明顯低于林帶外，最大差值達(dá)2℃。空間表面圖為一個(gè)中間有凹槽，外緣突出的空間曲面，其中林帶邊緣地帶溫度變化比較劇烈。等值線在邊緣比較稠密，而中間比較稀疏且閉合。邊緣稠密表明溫度變化比較大，而中間稀疏閉合表示中間溫度變化比較和緩，而且形成一個(gè)溫度相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域。

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