中山市防火林帶9種典型林分的小氣候特征研究

龔軍凡，冼麗鏵 ，修小娟，劉 璐，陳紅躍，陳昱華 ，伍慧祥，所永亮

(1.中山市國有森林資源保護中心，廣東 中山 528458；2.華南農業大學，廣東 廣州 510642)

1 引言

隨著森林資源的開發利用以及各種多變氣候的影響，森林火災的發生次數與燒毀的森林面積在全球各國呈普遍上升趨勢，森林火災對生態系統的安全性存在嚴重威脅，破壞力極大。營造高質量的防林帶，能有效地阻隔山火蔓延，最大限度地減少森林火災面積，有效地保護森林資源，也是一項社會性、公益性的基礎設施工程，可全面提高森林火災的預防和撲救能力。

森林小氣候是由森林以及林冠下灌木叢和草被等形成的一種特殊小氣候[1]，小氣候系統是一個可以被改造和利用的氣候系統[2]。森林小氣候是通過森林中水、氣、熱等各種氣象要素的綜合作用所產生的結果[3]，森林小氣候與林火的發生發展有著較大的關聯，林火變化的時空規律隨著森林小氣候的變化而演變[4]，樣地內的小氣候，包括風速、大氣壓、空氣相對濕度、空氣溫度等，在不同時間、不同地區小氣候存在差異[5]，它關系到森林火災的預防、蔓延和控制[6，7]。本研究對中山市現有防火林帶的9種典型林分開展森林小氣候研究，評價現有防火林帶的森林小氣候的變化規律，旨在為防火林帶樹木的有序生長及防火林帶的高效營建提供參考。

2 試驗樣地與研究方法

2.1 試驗樣地選擇

本試驗選擇中山市，其森林覆蓋率達23.08%，林地森林覆蓋率96.7%，森林質量位于全省前列，為全省獲得森林小鎮稱號數量最多的地級市。根據研究目標，以不同林分類型、不同海拔高度為依據，在中山市田心公園森林公園、樹木園、自然保護區等地區的防火林帶中選擇9個典型的標準樣地。試驗地的主要植物種類組成及標準地情況見表1。

2.2 測試內容與方法

試驗時間為夏季氣候特征較為明顯的2018年8月的晴天，使用美國的Kestrel 5000手持氣象儀觀測，觀測具體時間為7:00～17:00，每2h觀測一次，測試高度是1.5m處，每個時間點分別在樣地中隨機選樣點測量3次，記錄小氣候指標，包括：風速、氣溫、相對濕度、海拔、氣壓等，對所得數據使用Microsoft Excel 2007進行數據處理和制圖，利用Spss10.0軟件進行方差分析。

3 結果與分析

3.1 林內小氣候因子比較分析

防火林帶內風速、溫度、相對濕度、大氣壓等小氣候特征關系到森林火災的預防和控制。從9個標準地的小氣候指標的方差分析結果來看，林內不同標準地的風速、大氣壓以及海拔差異均極顯著(P<0.001)，不同標準地間的溫度差異顯著(P<0.05)，而相對濕度差異不顯著。

從表2可以看出，林內風速最大的是2號樣地，最小的是7號樣地，這2個標準地的主要差異在于不同的樹種組成及種植密度，2號樣地為純荷木林，少量的鴨腳木(Scheffleraoctophylla)，荷木(Schimasuperba)的生長中等，郁閉度較小，同時其位于265.83m的海拔的山脊上，導致風速比較大；7號樣地是闊葉樹種米老排(Mytilarialaosensis)、檸檬桉(Eucalyptuscitriodora)、海南紅豆(Ormosiapinnata)等樹種混種，種植密度較高，其風速較小。風速是林火預報中的重要因子之一，風速大可加快可燃物的水分蒸發，加速干燥使得可燃物易燃，同時也加速了林火的蔓延速度[6，8]，是防火林帶的安全隱患之一。因此，風速大的防火林地，應考慮樹種群落配置及其種植密度對風速的影響。

表1 標準地基本情況

溫度是引發森林火災的重要因子之一，而林內氣溫變化比較緩和[9]。林內溫度最高的是9號標準地，其次是5號標準地，溫度相對較低的是4號標準地，由于9號標準地的荷木長勢一般，部分葉片有干枯及受炭疽病害，導致林內郁閉度較低，陽光可以直射林內，林內溫度高，降溫效果不明顯，同時易易造成枯枝落葉干燥而易燃。

4號標準地受海拔高度影響，林內溫度相對較低，相對濕度較高的是2號和7號樣地，分別是87.42%和85.24%，各個標準地的相對濕度則差異不顯著，在81.19%～87.42%之間。因本研究選擇不同海拔高度的標準地為研究對象，觀測結果顯示海拔相對較高的林內溫度也隨著相對較低，低海拔的標準地林內風速也較低(表2)。

表2 各標準地小氣候因子情況

3.2 小氣候日變化比較分析

從日變化來看，9種防火林帶標準地的空氣風速、溫度和相對濕度在白天中的差異較大(圖1)。

3.2.1 不同標準地風速日變化比較

白天中，9個標準地中有8個標準地的風速呈現雙峰變化，比較集中在9：00及15：00出現峰值，而8號標準地則呈現出現增加后降低的單峰變化，其在13：00達到峰值，達到2.63 m/s，風速日變化較大的是5號標準地，為針葉樹為主的標準地，樹木的葉面積較小，導致風速較大，而6號和7號標準地的風速日變化較小，均趨于0，這與6和7號標準地主要有多種闊葉樹種混種，如米老排、深山含笑(Michelia maudiae)、黃蘭(Michelia champaca)、海南紅豆等組成，林冠郁閉度較高，林下風速較小。

3.2.2 不同標準地溫度日變化比較

將觀測期間的溫度數據分析，由圖2可知，不同標準低的溫度日變化趨勢呈現單峰變化，林內日間溫度基本都是7：00最低，最高溫度多集中在13：00、15：00以及11：00左右，高達32.47 ℃，林內溫度日變化最大的是6號、8號標準地，降溫效果不明顯，溫差分別是5.56 ℃和5.50 ℃，而溫度日變化較小的有2號、7號以及4號標準地，日間溫差分別是2.44 ℃、2.77 ℃和2.90 ℃。

圖1 各標準地風速日變化

圖2 各標準地溫度日變化

3.2.3 不同標準地相對濕度日變化比較

將觀測期間的相對濕度數據分析，由圖3可知，林內相對濕度最高值基本都是7:00左右，相對濕度最高的是8號標準地，達98.53%，相對濕度最低值主要在13:00左右；5號標準地的平均相對濕度變化最大，其變化區間72.23%～95.17%之間，5號標準地是以針葉樹為主要樹種的，針葉樹種的林地相對濕度日變化較大；4號標準地的平均相對濕度變化最小，變化區間81.9%～86.4%，其為裸露地，林下植物稀少，相對濕度的日變化不大。

圖3 各標準地相對濕度日變化

4 結論與討論

本文通過對中山市防火林帶中不同林分的9個標準地的林內小氣候環境特征進行觀測，評價了9個標準地的小氣候環境現狀。研究結果表明，不同林分類型其水熱等主要氣象條件有差異，針葉樹為主的標準地風速相對較大，闊葉林的標準地風速則相對較小；林內溫度不僅受樹種組成影響，還受葉片的葉面積影響，若闊葉樹生長不良以及針葉樹的葉面積小，直接影響了林子的葉面積指數，而且森林郁閉度則較低，均導致林內溫度上升；闊葉林或以闊葉樹為主的針闊混交林的林內相對濕度較高，有利于防火性能的提高。通過對9種標準地類型進行小氣候日變化的監測研究，不同的標準地其小氣候特征日變化趨勢有所差異，林分結構與樹種組成對林內小氣候影響呈現出一定的變化規律，林內小氣候環境的變化規律最直接影響林火發展[4，10]，這對森林防火具有一定的實踐指導意義。當前森林小氣候在森林防火及應用方面的研究很少，森林小氣候的變化規律對森林火災的發生和發展具有重要的導向作用，不同樹種組成的林內環境存在差異，而隨著季節變化，其林內環境也可能存在一定的變化，因此，今后不同季節森林小氣候環境特征的變化有待進一步深入研究，為森林防火提供一條新的思路。