干旱半干旱地區(qū)植被恢復(fù)類型對(duì)林地小氣候的影響研究

陳鵬娟

(渭源縣水土保持站，甘肅 渭源 748200)

受氣候環(huán)境及人類活動(dòng)的影響，一些地區(qū)的水土流失和土地荒漠化情況十分嚴(yán)重，制約著當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，而植被恢復(fù)是解決土壤侵蝕、土地荒漠化的重要手段之一[1-2]。

植被恢復(fù)是運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理，通過(guò)封山育林、環(huán)境改善、混農(nóng)林業(yè)及其他恢復(fù)措施對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性進(jìn)行改善[3-4]。通過(guò)植被恢復(fù)可以有效改善土壤養(yǎng)分、水分和結(jié)構(gòu)，從而提升土壤質(zhì)量，同時(shí)也會(huì)對(duì)小區(qū)域環(huán)境產(chǎn)生重要影響。不同的植被恢復(fù)模式，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響程度是不同的。當(dāng)前，很多專家學(xué)者對(duì)植被恢復(fù)下的土壤理化性質(zhì)的改善進(jìn)行了研究，但對(duì)小氣候環(huán)境影響的研究還比較鮮見(jiàn)，因此有必要對(duì)不同植被恢復(fù)模式下的小氣候環(huán)境特征進(jìn)行分析[5-8]。

甘肅大部分地區(qū)位于干旱半干旱地區(qū)，生態(tài)環(huán)境十分脆弱。為此，我們?cè)诟拭C渭源縣對(duì)云杉林、油松林、楊樹(shù)林及混交林4種不同植被覆蓋類型的林地和荒草地進(jìn)行了小氣候環(huán)境的影響試驗(yàn)和調(diào)查研究，以期能為當(dāng)?shù)亟⒑侠碛行У闹脖换謴?fù)措施、實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)維護(hù)提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

甘肅省定西市渭源縣處于黃土高原與青藏高原的過(guò)渡帶，屬溫帶季風(fēng)性氣候，受西南高山高寒濕潤(rùn)氣候和東北部黃土高原干旱半干旱氣候的影響，再加上無(wú)節(jié)制的畜牧和農(nóng)耕開(kāi)墾，使得該地區(qū)的自然植被分布差異較大，具有十分明顯的地帶性，按海拔從低到高植被分布情況大致為干草原、闊葉落葉林、針闊葉混交林、針葉林、高山亞高山灌叢草甸及高山寒漠草甸等。試驗(yàn)地選在渭源縣西南部一林區(qū)，海拔為2 400～4 600 m，多年平均氣溫5.2 ℃，年均降水量為700 mm，林區(qū)土壤以褐土、棕壤和黑土為主。

2 研究方案及內(nèi)容

2.1 研究方案

在林區(qū)造林站選取云杉林、油松林、楊樹(shù)林及混交林4種不同的植被恢復(fù)類型作為研究對(duì)象，并以天然荒草地作為對(duì)照進(jìn)行測(cè)定研究。5種植被類型的海拔均在2 500 m左右，土壤均為暗棕壤土，植被恢復(fù)的年限均為15年。

2.2 研究樣地的基本情況

為方便調(diào)查和研究，限定每個(gè)研究樣地的面積為1 000 m2左右。對(duì)每種植被類型的株高、冠幅、胸徑、植被覆蓋度等基本情況進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 樣地調(diào)查概況

2.3 研究?jī)?nèi)容

本研究是分析不同植被恢復(fù)類型對(duì)小氣候環(huán)境的影響，故主要對(duì)土壤溫度、環(huán)境溫度及環(huán)境濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)研究。①土壤溫度：2019年4—10月采用107土壤溫度傳感器對(duì)0～20和20～40 cm的土層進(jìn)行溫度測(cè)量，于每天8:00—20:00每隔2 h測(cè)量一次溫度，然后求取月/日平均值。②環(huán)境溫/濕度：采用HMP45C(Vaisala)傳感器放置于距地面1.5 m高處，每天定時(shí)(12：00)測(cè)量，然后計(jì)算月平均值。

3 結(jié)果與分析

3.1 對(duì)土壤溫度的影響

不同植被類型的月平均土壤溫度變化特征見(jiàn)圖1。從圖1中可以看出，4—10月期間，月平均土壤溫度呈先升高后降低的變化特征，不同植被類型的土壤溫度變化趨勢(shì)基本保持一致，最高溫度出現(xiàn)在8月份，這與該地區(qū)月氣溫變化趨勢(shì)完全一致。5種植被類型中，荒草地0～20 cm土層的土壤溫度在5—8月份最高，在其他月份低于另外4種植被類型，且另外4種植被類型的土壤溫度相差極?。辉?0～40 cm土層，荒草地6—8月份的土壤溫度最高，其他月份低于另外4種植被類型的土壤溫度，且另外4種植被類型中楊樹(shù)林地的土壤溫度在6月份顯著高于其他3種植被類型。綜上可知：荒草地土壤溫度受氣候溫度的影響較大，高溫季節(jié)溫度最高，低溫季節(jié)溫度最低，土壤溫度變化幅度最大，而其余4種植被類型土壤溫度變化相對(duì)穩(wěn)定。

圖1 月平均土壤溫度變化曲線

不同植被類型的土壤溫度日變化特征見(jiàn)圖2。從圖2中可以看出，淺層土壤溫度日變化特征與深層土壤表現(xiàn)略有不同。在0～20 cm土層，土壤溫度在一天中呈先增加后減小的變化特征，8:00—10:00地溫變化不太明顯，10:00—14:00地溫快速上升，云杉林地、油松林地和荒草地的土壤溫度在14:00達(dá)到最高值，楊樹(shù)林地和混交林地土壤溫度在16:00達(dá)到最高值，荒草地除在清晨8:00溫度低于其他植被類型外，其余時(shí)間均高于另外4種植被類型；在20～40 cm土層，土壤溫度整體上在8:00—20:00呈逐漸上升的變化特征，在8:00—16:00云杉林地的土壤溫度最高，其次為混交林地和楊樹(shù)林地，再次為油松林地，最低的為荒草地，在16:00—20:00荒草地的土壤溫度最高，云杉林地的土壤溫度最低；淺層土壤溫度變化幅度明顯大于深層土壤溫度變化幅度。綜上可知：土層越深，土壤溫度相對(duì)越穩(wěn)定，林地的土壤溫度相對(duì)荒草地而言更加穩(wěn)定。

圖2 土壤溫度日變化曲線

3.2 對(duì)環(huán)境溫度的影響

不同植被類型的月平均環(huán)境溫度變化特征見(jiàn)圖3。從圖3中可以出：在4—10月期間，不同植被類型的月平均環(huán)境溫度有一定的差異，但均呈先增加后減小的變化過(guò)程，這與該地區(qū)的氣候溫度變化相關(guān)；5種植被類型中，荒草地的環(huán)境溫度最高，混交林地的環(huán)境溫度最低，另外3種植被林地的環(huán)境溫度介于兩者之間，這主要是因?yàn)榱值馗叽蟮闹脖豢赏ㄟ^(guò)蒸騰作用為周?chē)h(huán)境提供水分，同時(shí)吸收來(lái)自太陽(yáng)的光能，從而降低周?chē)h(huán)境的溫度，而荒草地沒(méi)有高大的植被能夠遮擋太陽(yáng)，地面被直接照射，因而周?chē)h(huán)境溫度較高。

圖3 月平均環(huán)境溫度變化曲線

3.3 對(duì)環(huán)境濕度的影響

不同植被類型的月平均環(huán)境濕度變化特征見(jiàn)圖4。從圖4中可以看出：在4—10月期間，不同植被類型的月平均環(huán)境濕度整體上呈逐漸增加趨勢(shì)，并在9、10月份達(dá)到最高值；5種植被類型中，混交林地的環(huán)境濕度最高，在7月份后可達(dá)80%以上，其次為楊樹(shù)林地，在9、10月份環(huán)境濕度可達(dá)80%以上，云杉林地和油松林地的環(huán)境濕度基本相當(dāng)，最高環(huán)境濕度均出現(xiàn)在10月份，分別為78%和77%，荒草地的環(huán)境濕度最低，并在9月份達(dá)到最高值，最高濕度為68%。這主要是因?yàn)榱帜揪哂休^強(qiáng)的蒸騰作用，能夠提升周?chē)h(huán)境的濕度，而荒草地沒(méi)有高大的植被遮擋陽(yáng)光照射，蒸發(fā)作用較強(qiáng)，因而周?chē)h(huán)境比較干燥?？傮w上來(lái)看，楊樹(shù)林和混交林的環(huán)境濕度高于油松林和云杉林，這說(shuō)明闊葉林比針葉林更能夠增加環(huán)境的濕度。

圖4 月平均環(huán)境濕度變化曲線

4 結(jié) 論

(1)荒草地的土壤溫度變化幅度最大，4種林地的土壤溫度變化幅度較小且差異不大；淺層土壤的溫度變化相對(duì)較大，深層土壤的溫度相對(duì)較為穩(wěn)定。

(2)荒草地的環(huán)境溫度最高，但環(huán)境濕度最低；混交林地的環(huán)境溫度最低，但環(huán)境濕度最高。

(3)植被覆蓋可以在一定程度上降低環(huán)境溫度，提升環(huán)境濕度；闊葉林比針葉林更能夠增加環(huán)境的濕度。