油松中齡林的小氣候效應研究

郜慧萍

(山西省林業科學研究院，山西 太原 030012)

森林小氣候效應研究對揭示和定量評估森林生態系統功能，構建森林與環境互作關系模型，優化森林經營措施等具有重要的理論和實踐意義。

當前，很多學者對不同森林生態系統的小氣候效應進行了研究。如，劉玉洪、張一平的熱帶森林窗濕熱季氣溫的分布特征，劉海軒等北京城市森林冠層結構對夏季舒適度及林內小氣候的影響，孫金偉等森林與空曠地空氣溫濕度及土壤溫度的差異，王珮環等長白山溫帶闊葉紅松林對溫濕環境的調節效應，劉志龍等浙西低山區森林小氣候時空動態特征，張遠彬等川西亞高山白樺林小氣候的時空動態特征等。但觀測研究的林分類型和氣象指標還非常有限，不能完整評估森林的氣候效應，開展相關研究還十分必要。

油松是山西及太行山主要造林和成林樹種，本研究以太行山中山區的油松中林齡為試驗材料，觀測研究其林內外氣溫、相對濕度、風速和風向、氣壓的差異，旨在揭示林分的小氣候效應。

1 研究區域概況

研究區域位于山西省東南部平順縣，太行山石灰巖中山區，地理位置113°15′～113°38′ E，35°57′～36°27′ N，平均海拔1 000 m以上。屬暖溫帶季風氣候，平均氣溫(1971年至2008年)9.3 ℃，平均降水量530 mm，無霜期190 d.主要土壤類型為石灰巖質山地褐土，地下水埋深300 m以上。

所研究的油松林為30年生的中齡林，位于陰坡，海拔1 300 m.林分密度1 650株/hm2，郁閉度0.85，平均樹高8.2 m，平均胸徑9.4 cm，平均冠幅2.2 m，平均枝下高2.5 m.林下主要灌木為胡枝子(Lespedezabicolor)和黃刺玫(Rosaxanthina)，林下主要草本為矮苔草(Carexhumilis)與披針苔草(Carexlanceolata)，土層厚度30 cm～40 cm.

2 研究方法

2017年1月至12月，采用Campbell和Hobo自動氣象站對林內外的氣溫、相對濕度、風速、風向和氣壓進行動態監測，觀測頻度為1次/30 min，應用Excel和SPSS 16.0軟件進行數據統計分析。

3 結果與分析

3.1 林內外氣溫

油松中齡林林內外氣溫見圖1.

圖1 林內外氣溫

從圖1可以看出，油松中齡林內12個月的氣溫變化趨勢與林外相同，均呈單峰曲線。林內的月平均氣溫均低于林外，降低幅度為0.32 ℃～5.03 ℃.其中,8月份氣溫的降低幅度最大。方差分析表明，僅7月和8月的林內外氣溫差異顯著(p<0.05)，其它月份均無顯著差異性(p>0.05)。林內的年平均氣溫為6.43 ℃，林外為8.92 ℃，總體相差2.49 ℃，降溫效應明顯。

3.2 林內外相對濕度

油松中齡林林內外空氣相對濕度見圖2.

圖2 林內外空氣相對濕度對比

從圖2可以看出，油松中齡林內相對濕度月變化規律與林外一致。中齡油松林有增加空氣濕度的作用，林內月平均相對濕度較林外增加7.23%～12.88%.林內外相對濕度的方差分析結果表明，林內各月相對濕度均顯著高于林外(p<0.05)。林內外年平均濕度分別為69.06%和62.27%，前者比后者高6.79%.表明，中齡油松林具有良好的保濕效果。

3.3 林內外風速和風向

油松中齡林林內外風速大小見圖3.

圖3 林內外風速對比

由圖3可以看出，林外風速具有明顯的季節變化，冬春季的風速明顯高于夏秋季。而由于樹木的摩擦和林冠的阻擋，與林外相比，林內月平均風速四季均很小，平均減幅達0.74 m/s，差異顯著(p<0.05)。其中春季(2月至4月)風速的降幅最大，達1.0 m/s以上。林內外年平均風速分別為0.09 m/s和0.82 m/s，前者比后者低0.73 m/s，后者是前者的9.1倍。表明，油松中齡林具有顯著的防風效果。

林外風向夏季為西南偏南風，其余季節則為西南風。林內風向夏季為東南偏東風，其余季節為西南偏南風。可見，油松中齡林具有改變風向的作用。

3.4 林內外太陽輻射強度

油松中齡林林內外太陽輻射強度見第42頁圖4.

由圖4可以看出，林內外太陽輻射強度總體呈單峰曲線，最大值均出現在5月。林內太陽輻射強度明顯小于林外(p<0.05)，林內外月平均輻射強度的差值為62.41 W/m2～122.26 W/m2.油松中齡林林內外年平均太陽輻射強度分別為39.67 W/m2和137.14 W/m2，相差97.47 W/m2，后者是前者的3.5倍。可見，林冠層的存在，可明顯減少到達林內的輻射量。

圖4 林內外太陽輻射強度對比

3.5 林內外氣壓

油松中齡林林內外氣壓，見圖5.

圖5 林內外氣壓對比

由圖5可以看出，氣壓在林內外均表現為夏季最低，其它季節偏高的趨勢。與林外相比，林內月平均氣壓稍高，但與林外無顯著差異。林內外的年平均氣壓分別為87.94 KPa和87.81 KPa，幾無差異。

3.6 不同氣象因子的相關性

對林外各氣象因子進行相關分析，見表1.

表1 林外氣象因子間的相關性

由表1可以看出，除風速與太陽輻射強度外，其余各氣象因子間均存在顯著的相關關系。

林內氣象因子間的相關性見表2.

表2 林內氣象因子間的相關性

由表2可以看出，相對濕度與風向呈顯著的負相關關系，而與其它因子間均無相關關系。可見，森林可改變氣象因子間的相關性，進而形成明顯的森林小氣候。

4 結論

1) 太行山油松中齡林林內外氣溫、相對濕度、風速、氣壓、太陽輻射的變化趨勢相近。林內的年平均氣溫、年平均相對濕度、年平均氣壓、年平均風速、年平均太陽輻射強度分別為6.43 ℃，69.06%，0.09 m/s，87.94 KPa和39.67 W/m2；林外分別為8.92 ℃，62.27%，0.82 m/s，87.81 KPa和137.14 W/m2.油松林具有降溫、防風、增濕、改變風向和減少太陽輻射的作用。

2) 與林外相比，油松中齡林不僅具有明顯的小氣候效應，且改變了這些氣象因子的相關性。