雪被厚度對土壤溫濕度的影響

閆超 劉強 孟慶峰 李靖彤 李琳 王文帆

收稿日期：2022-09-20

* 基金項目：黑龍江省省屬科研院所科研業務費項目“雪被厚度對土壤微生物群落結構的影響”（CZKYF2020C010）;黑龍江省科技廳聯合引導項目（LH2020C102）;黑龍江省應用計劃重大專項（GA19C006-3）

第1作者：閆超（1981-），? 男，? 研究員，? 從事林學研究。

**通訊作者：李琳（1983-），? 女，? 副研究員，? 從事微生物生態學研究。

引文格式：閆超，? 劉強，? 孟慶峰，? 等.? 雪被厚度對土壤溫濕度的影響［J］.? 林業科技，? 2024，? 49（1）：? 16 - 18.

DOI ： 10. 19750 / j. cnki. 1001 - 9499. 2024. 01.? 004

摘要：? 以牡丹江森林生態系統國家定位觀測研究站為平臺，針對雪被覆蓋期（積雪形成期、積雪穩定期、積雪融化期）雪被厚度、土壤溫度、土壤含水量三者間的相關關系開展研究。結果表明，土壤含水量在積雪期呈現先降低再升高趨勢，同一時期的不同雪被厚度土壤含水量無顯著差異；積雪形成期及穩定期，雪被厚度與土壤溫度呈顯著正相關，隨著雪被厚度增加，土壤溫度升高。該研究對加深非生長季土壤生態認知、解釋溫度升高、林窗或林冠下生境變化等規律具有重要意義。

關鍵詞：? 雪被；? 土壤；? 溫帶針闊混交林

中圖分類號：? ?S 714. 2? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：１００1 － 9499（２０24）01 － 0016 － 0３

Effect of Snow Cover Thickness on Soil Temperature and Humidity

YAN Chao1 LIU Qiang1 MENG Qingfeng1 LI Jingtong1，LI Lin1 ， 2** WANG Wenfan1 ， 3

（1.? Heilongjiang Academy of Forestry，? Heilongjiang Harbin 150081;? 2.? Heilongjiang Institute of Ecology，? Heilongjiang Harbin 150081;? 3.? Mudanjiang Heilongjiang National Positioning Observation and Research Station of Forest Ecosystem，? Heilongjiang Mudanjiang 157500）

Abstract Based on the national positioning observation and research station of forest ecosystem in Mudanjiang， the relationship among snow cover thickness， soil temperature and soil water content during snow cover period （snow formation period， snow stabilization period and snow melting period） was studied. The results showed that the soil water content first decreased and then increased during the snowpack period， and there was no significant difference in the soil water content of different snow cover thickness during the same period， the snow cover thickness was positively correlated with soil temperature， and the soil temperature increased with the increase of snow cover thickness. This study is of great significance for deepening soil ecological cognition in non-growing season， explaining the laws of temperature rise and habitat change in gap or under canopy.

Key words snow cover; soil; temperate coniferous-broadleaved mixed forest

隨著全球溫度升高及森林經營活動的開展，溫帶森林冬季雪被厚度隨環境溫度及林窗微生態系統的改變發生變化，進而改變了土壤理化性狀及養分循環等土壤生態過程。作為一種固態降水形式，積雪在保溫蓄水的同時改善土壤質量，增加土壤肥力。研究表明，積雪的隔離作用通過減少土壤熱量損失，阻擋寒氣入侵，使土壤溫度波動較小，在冬季更加穩定[ 1 ， 2 ]，而這種隔離作用的強弱取決于積雪的厚度與密度[ 3 ]。目前通常認為氣溫升高將導致積雪面積減少、積雪深度降低，而人工撫育、林分改造等生產經營活動導致林窗形成，樹冠層對積雪的阻攔效應減少，局部積雪增加。不同雪被覆蓋下溫帶草地生態系不同土層深度土壤含水率、土壤溫度、土壤速效養分、微生物生物量碳等存在顯著差異[ 4 ]，這些差異影響了土壤微生物的群落與活性，改變了土壤呼吸強弱及凋落葉分解速率[ 5 ]，有顯著的瞬時效應和延遲效應。另一方面，積雪融化過程中，雪被轉變為水分影響土壤含水量及地表水文狀態[ 6 ]，這一水分來源影響植被早春生長，土壤養分供給等根際土壤生態系統物質能量循環。

本研究以牡丹江森林生態系統國家定位觀測研究站為平臺，針對雪被覆蓋期（積雪形成期、積雪穩定期、積雪融化期）雪被厚度、土壤溫度、土壤含水量三者間的相關關系開展研究，對加深非生長季土壤生態認知、解釋溫度升高、林窗或林冠下生境變化等規律具有重要意義。

1 研究區域概況與研究方法

1. 1 研究區域概況

研究區位于穆棱東北紅豆杉國家級自然保護區（43°49'～44°06'N、130°00'～130°28'E）。地處長白山脈北端，小興安嶺南麓，海拔高度500～700 m，為中緯度北溫帶大陸性季風氣候，年均溫-2 ℃，年均降水量500 mm，地帶性植被是以紅松（Pinus koraiensis）為主的溫帶針闊混交林。

1. 2 控雪設置

2020年10月在研究區域內的云冷杉林隨機設置3個20 m×20 m的平行樣地，各樣方間隔大于50 m。每個樣方內設置5個5 m×5 m的樣方，小樣方間隔大于2 m并設置擋雪板以減少干擾。5種控雪處理為P1對照、P2增雪50%、P3增雪100%、P4除雪50%、P5除雪100%。于2020年～2022年冬季降雪期（11月～次年4月）每次有效降雪后，采用人工進行除雪及增雪處理，將P5樣方中積雪用大號篩網均勻轉移至P3樣方中，將P4樣方中50%積雪用大號網篩均勻轉移到P2樣方中，每次轉移積雪后，用直尺進行多點測量確保轉移后的雪被厚度滿足控雪條件。每個樣方中設置土壤溫濕度傳感器（TDR315H，Campbell Scientific Inc. USA），每半小時自動記錄一次10 cm處土壤含水率及土壤溫度。

1. 3 數據統計與分析

采用SPSS19.0對試驗數據進行統計分析，雪被厚度土壤溫濕度和大氣溫度為日均值，用方差分析（ANOVA）Duncan 檢驗判斷不同雪被厚度土壤溫濕度的差異顯著性，采用Pearson相關系數分析雪被厚度與土壤溫濕度的相關性。

2 結果與分析

2. 1 雪被厚度對土壤溫濕度的影響

于2020年11月～2022年3月（表1），每次控雪處理后對積雪厚度土壤溫濕度數據進行采集，11月為積雪形成期，12月～2月為積雪穩定期，3月末為積雪融化期。結果表明，土壤含水率呈現先降低再升高趨勢，這是因為環境溫度的改變，導致土壤水分由液態轉變為固態形式，而同一時期不同雪被控制條件下，土壤含水率無顯著差異。不同雪被對土壤溫度的影響結果表明，除雪100%處理下，土壤溫度顯著低于其他控制，而其他雪被厚度下，土壤溫度的差異不顯著，這可能是因為設置的雪被厚度差異不足以對土壤的溫度產生影響。

2. 2 雪被厚度與土壤溫濕度的相關性分析

相關性分析表明積雪形成期、積雪穩定期的土壤含水率與雪被厚度無顯著相關性，而積雪融化期的土壤含水量與雪被厚度呈顯著負相關（p＜0.01），這是因為3月份積雪融化期雪被厚度的降低，土壤晝夜溫差加大、土壤凍融頻率增加，導致土壤含水率升高。積雪形成期及積雪穩定期，雪被厚度與土壤溫度成顯著正相關（p＜0.05），結果說明雪被對土壤存在增溫效果。二月末至三月，隨著氣溫的升高，雪被厚度對土壤溫度的增溫效果減弱，氣溫的影響可能起到了主導作用，因此雪被厚度與土壤溫度不存在顯著相關性。

表2 雪被厚度與土壤溫濕度的相關系數

注：**p<0.01水平上相關極顯著；*p<0.05水平上相關顯著

3 結論與討論

雪對氣候環境變化產生許多物理和化學反饋。目前對雪被的絕熱效果存在爭議，對美國尼敖特山研究結果表明30～40 cm的雪被厚度能夠降低土壤溫度的波動[ 7 ]，而加拿大亞高山杉木林雪被厚度40～50 cm才能有效的隔絕氣溫影響[ 8 ]，這一差異可能與其他環境因素有關。本研究各時期自然雪被厚度在35～45 cm，通過控制實驗，雪被厚度最高達到90 cm，足夠產生隔絕氣溫的影響，由于研究缺乏環境溫度及土壤理化性質，無法識別復雜的反饋作用。要闡明這些現象，需要未來研究中通過精確雪被厚度梯度，建立多參數耦合模型，更重要的是，還需要新的觀測結果，這些觀測結果在更精細的時間序列上大范圍內平均，對于進一步研究雪被動態具有重要意義。

參考文獻

［1］ Brooks PD， McKnight D， Elder K. Carbon limitation of soil respiration under winter snowpacks： potential feedbacks between growing season and winter carbon fluxes［J］. Global Change Biology， 2005， 11（2）： 231 - 238.

［2］ Pomeroy JW， Marsh P， Gray DM. Application of a distributed blowing snow model to the arctic［J］. Hydrological Processes， 1997， 11（11）： 1451 - 1464.

［3］ Domine F， Taillandier A， Houdier S， et al. Interactions between snow metamorphism and climate： Physical and chemical aspects［J］. Special Publication-royal Society of Chemistry， 2006， 311： 27.

［4］ 竇佳，? 王傳寬，? 武啟騫.? 模擬雪被變化對水曲柳和興安落葉松凋落葉分解的影響［J］. 應用生態學報， 2019， 30（1）： 77 - 84.

［5］ 劉彥琪.? 雪被變化對溫帶典型草地非生長季土壤呼吸以及微生物群落的影響［D］.? 天津：? 天津師范大學， 2022.

［6］ Li P， Sayer EJ， Jia Z， et al. Deepened winter snow cover enhances net ecosystem exchange and stabilizes plant community composition and productivity in a temperate grassland［J］. Global Change Biology，2020， 26（5）： 3015 - 3027.

［7］ Cline D W. Snow surface energy exchanges and snowmelt at a continental， midlatitude Alpine site［J］. Water Resources Research， 1997， 33（4）： 689 - 701.

［8］ Taylor B R， Jones H G. Litter decomposition under snow cover in a balsam fir forest［J］. Canadian Journal of Botany， 1990， 68（1）： 112 - 120.