黃河故道灘地不同植被的溫度效應

李留振

(河南省許昌林業科學研究所，河南 許昌 461000)

通常，灘地植被研究主要集中在河流沿岸地帶植被，被稱為河岸帶，或河岸區［1］、河沿區、水體岸邊緩沖帶［2］、河岸植被緩沖帶［3］、河岸植被帶、河岸森林等。河岸帶的定義最早為行政管理人員所用，泛指靠近河邊幾十米的區域。之后，該定義由Lowrance及陳吉泉等拓展為廣義和狹義2種［4］。廣義是指靠近河邊植物群落包括其組成、植物種類多度及土壤濕度等同高地植被明顯不同的地帶;狹義是指河水陸地交界處的兩邊，直至河水影響消失為止的地帶，目前大多采用狹義定義。

灘地是平原河床季節性淹水的微地形。灘地農業在我國糧食及農副產品生產中發揮重要作用，有效地緩解了“地少人多”的人地矛盾。因此，在國民經濟中占有舉足輕重的地位。然而不科學的灘地利用使灘地利用效益低下，不但對灘地原有的植被造成了破壞，而且也引發了嚴重的環境問題和生態災害，進而影響到灘區社會經濟的可持續發展。

鑒于植被對地溫和氣溫的降低作用可以在一定程度上抑制災害的發生，科學地恢復和重建灘地植被，有效地開發利用灘地資源成為當前迫切需要解決的問題，而灘地植被特征和功能研究是解決該問題的前提和基礎。植被對地溫和氣溫的降低作用可以在一定程度上抑制災害發生［5-7］。科學地恢復和重建灘地植被，有效地開發利用灘地資源成為當前迫切需要解決的問題，而灘地植被特征和功能研究是解決該問題的前提和基礎。為此，我們通過以黃河河岸帶灘地植被為研究對象，對其不同植被覆蓋下的溫度變化進行了觀測研究。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區設在黃河河南段灘地，地理坐標位于110°21′～116°39′E、31°23′～ 36°22′N之間，涉及洛陽、鄭州、開封、焦作、新鄉、淮陽等6個市所屬的19個縣 (區)。河道為明清故道，有500余年歷史，長444 km，落差77 m左右，全段河道為寬河段，兩堤之間的距離5～20 km不等。比降上陡下緩，泄流能力上大下小。河段靠堤防約束。河南段黃河灘區自河道為復式斷面，是典型的“槽高、灘低、堤根洼”的“二級懸河”［8］。河道寬、淺、散、亂，河勢游蕩多變，洪水突發性預報期短。

黃河灘地氣候屬暖溫帶季風區，年均溫在13～15℃ 之間，季平均氣溫呈夏季氣溫最高、春秋居中、1月份最低、春季升溫快、秋季降溫慢的特點，屬典型大陸性氣候，極端最高氣溫41.7℃，多出現在6、7月。活動積溫5 000～5 500℃，始于2月上旬，止于12月下旬，有效積溫日數為200～221 d，積溫4 200～4 800℃，無霜期250～300 d［9］。植被類型以草本植物為主，喬木主要有楊樹、柳樹，灌木主要有野生檉柳林。林業用地總面積為14.9萬hm2，有林地9.71 hm2，林地0.09萬 hm2，灌木林地 0.53萬 hm2，森林覆蓋率僅3.5%。

1.2 研究材料

試驗采用平行觀測法和對比觀測法結合［10-11］，在鄭州邙山灘區選擇4個觀測點，代表4種植被覆蓋類型。楊樹人工林:河南農業大學楊樹品種試驗林，10年生，平均胸徑18.6 cm，平均株高20.8 m，郁閉度0.6。檉柳林:邙山區富景生態園，恢復5年。人工草地:邙山區富景生態園，種植2年，多年生黑麥草。裸露農田:河南農業大學楊樹品種試驗林附近500 m，為花生田。

1.3 研究方法

測定于2008年8月17日至9月19日在河南農業大學楊樹品種試驗林和邙山區富景生態園同時進行，選取典型氣候進行觀測。按小氣候觀測規范要求，采用自動氣象站和人工觀測相結合的方法，晝夜每隔2 h測定1次，測定項目為氣溫、土溫。其中地上小氣候測定時設定的高度是0、20、80和150 cm(分別用 T0、T20、T80、T150表示)，土壤溫度測定深度設定為 0、5、10、15和 20 cm(分別用 T0、TS5、TS10、TS15、TS20表示)。

2 結果與分析

2.1 溫度變化

2.1.1 大氣溫度

如圖1～4所示，各土地覆蓋類型的大氣溫度均呈現明顯的“單峰”變化動態，即白天先升后降，夜間保持相對平穩。4種植被覆蓋類型除地面以上150 cm高度層次外，其它各層次多在14:00達到最高值。各垂直層次變化趨勢一致， “單峰”處地表的溫度普遍高于相應其它層次的溫度。

2.1.2 土壤溫度

圖1 楊樹人工林不同垂直層次大氣溫度的變化

圖2 檉柳林不同垂直層次大氣溫度的變化

圖3 人工草地不同垂直層次大氣溫度的變化

圖4 裸露農田不同垂直層次大氣溫度的變化

圖5 楊樹人工林不同垂直層次土壤溫度的變化

圖6 檉柳林不同垂直層次土壤溫度的變化

圖7 人工草地不同垂直層次土壤溫度的變化

圖8 裸露農田不同垂直層次土壤溫度的變化

從圖5～8可以看出，4種土地覆蓋類型的各層次土壤溫度的變化與大氣溫度變化動態相似，呈現一致的“單峰”變化，但層次間溫度差異較大，而且出現明顯的交叉，這主要是上層土壤溫度變化幅度大于下層所致。

從圖5～8還可看出，各覆蓋類型對溫度變化的影響具有動態性和時序性。因此，研究植被對小環境溫度的影響不能只建立在對某個點的溫度測定上，而是應該將溫度與溫度效應綜合起來研究。

2.2 溫度效應

2.2.1 植被覆蓋對溫度極差的影響

本研究表明:各植被覆蓋類型都能緩解溫度變化。緩解能力順序是楊樹人工林 (溫度極差減小12.3℃) ＞檉柳林 (溫度極差減小8.1℃) ＞人工草地 (溫度極差減小7.6℃)，植被對日溫極差變化的緩解作用主要是通過降低最高溫度來實現的，對最低溫度影響不大，各試驗點最低溫度都在19℃左右。

2.2.2 不同植被覆蓋溫度效應的時間特征

時間區段的劃分。分別以裸露農田的觀測值為基準，研究各土地覆蓋類型的溫度效應。具體將各植被類型溫度觀測值減去裸露農田相應的觀測值，應用DPS相關程序對溫差序列進行最優分割。從分割結果 (表1)可以看出，將溫度變化的時間序列分為3類比較理想。可將大氣溫度變化分為1～4(10:00-16:00)、5 ～10(18:00-4:00)、11 ～14(6:00-12:00)，誤差函數為42.39;將土壤溫度變化分為1～3(10:00-14:00)、4～5(16:00-18:00)、6 ～14(20:00-12:00)，誤差函數為 25.55。從中可以看出，分類的結果反映了溫度上升、溫度下降和溫度相對平穩3個階段。依據此分類結果將植被對大氣和土壤的溫度效應進行了統計，結果見表2。

植被覆蓋溫度效應的時間特征。通常認為植被具有降低小環境大氣溫度的作用。本研究通過時間序列分段分析 (圖9～11，表2)認為:不同植被類型降低大氣溫度的能力是喬木＞灌木林＞草地，晴天降溫效應強于陰雨天。楊樹人工林白天平均降溫1.20℃，夜晚降溫較少，平均0.15℃，而陰雨白天有一定的保溫、增溫作用，平均溫度比沒有植被覆蓋高0.21℃;檉柳林白天平均降溫0.99℃，夜晚平均降溫1.17℃ (可能跟植被的郁閉度有關)，陰雨天平均溫度提高0.4 1℃;人工草地白天降溫0.69℃，夜晚及陰雨天分別提高0.80℃和0.95℃。

表1 植被覆蓋溫度效應的最優分割聚類

表2 3個時段中植被對大氣溫度和土壤溫度的影響

圖9 楊樹林溫度效應的動態

圖10 檉柳林溫度效應的動態

圖11 人工草地溫度效應的動態

3 小結

4種植被覆蓋類型下大氣溫度和土壤溫度均呈現明顯的“單峰”變化動態。白天溫度先升后降，夜間保持相對平穩。大氣溫度垂直層次變化趨勢一致，土壤溫度在各層次間差異較大，并出現交叉變化現象。其中，地表溫度變化最大。

不同植被類型對溫度極差的影響是:楊樹人工林＞檉柳林＞人工草地。植被對日溫極差變化的緩解作用是通過降低最高溫度來實現的。不同植被類型降低大氣溫度的能力是喬木＞灌木林＞草地。晴天降溫效果高于陰雨天。

林內各垂直高度大氣溫度相關密切并存在明顯的梯度效應，隨著垂直梯度及層次間距離的增加相關系數減小。

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