雪被厚度對(duì)土壤溫濕度的影響

閆超 劉強(qiáng) 孟慶峰 李靖彤 李琳 王文帆

收稿日期：2022-09-20

* 基金項(xiàng)目：黑龍江省省屬科研院所科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目“雪被厚度對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響”（CZKYF2020C010）;黑龍江省科技廳聯(lián)合引導(dǎo)項(xiàng)目（LH2020C102）;黑龍江省應(yīng)用計(jì)劃重大專(zhuān)項(xiàng)（GA19C006-3）

第1作者：閆超（1981-），? 男，? 研究員，? 從事林學(xué)研究。

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

引文格式：閆超，? 劉強(qiáng)，? 孟慶峰，? 等.? 雪被厚度對(duì)土壤溫濕度的影響［J］.? 林業(yè)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(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站為平臺(tái)，針對(duì)雪被覆蓋期（積雪形成期、積雪穩(wěn)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(guān)關(guān)系開(kāi)展研究。結(jié)果表明，土壤含水量在積雪期呈現(xiàn)先降低再升高趨勢(shì)，同一時(shí)期的不同雪被厚度土壤含水量無(wú)顯著差異；積雪形成期及穩(wěn)定期，雪被厚度與土壤溫度呈顯著正相關(guān)，隨著雪被厚度增加，土壤溫度升高。該研究對(duì)加深非生長(zhǎng)季土壤生態(tài)認(rèn)知、解釋溫度升高、林窗或林冠下生境變化等規(guī)律具有重要意義。

關(guān)鍵詞：? 雪被；? 土壤；? 溫帶針闊混交林

中圖分類(lèi)號(hào)：? ?S 714. 2? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：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(jīng)營(yíng)活動(dòng)的開(kāi)展，溫帶森林冬季雪被厚度隨環(huán)境溫度及林窗微生態(tài)系統(tǒng)的改變發(fā)生變化，進(jìn)而改變了土壤理化性狀及養(yǎng)分循環(huán)等土壤生態(tài)過(guò)程。作為一種固態(tài)降水形式，積雪在保溫蓄水的同時(shí)改善土壤質(zhì)量，增加土壤肥力。研究表明，積雪的隔離作用通過(guò)減少土壤熱量損失，阻擋寒氣入侵，使土壤溫度波動(dòng)較小，在冬季更加穩(wěn)定[ 1 ， 2 ]，而這種隔離作用的強(qiáng)弱取決于積雪的厚度與密度[ 3 ]。目前通常認(rèn)為氣溫升高將導(dǎo)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(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)導(dǎo)致林窗形成，樹(shù)冠層對(duì)積雪的阻攔效應(yīng)減少，局部積雪增加。不同雪被覆蓋下溫帶草地生態(tài)系不同土層深度土壤含水率、土壤溫度、土壤速效養(yǎng)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(qiáng)弱及凋落葉分解速率[ 5 ]，有顯著的瞬時(shí)效應(yīng)和延遲效應(yīng)。另一方面，積雪融化過(guò)程中，雪被轉(zhuǎn)變?yōu)樗钟绊懲寥篮考暗乇硭臓顟B(tài)[ 6 ]，這一水分來(lái)源影響植被早春生長(zhǎng)，土壤養(yǎng)分供給等根際土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)能量循環(huán)。

本研究以牡丹江森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站為平臺(tái)，針對(duì)雪被覆蓋期（積雪形成期、積雪穩(wěn)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(guān)關(guān)系開(kāi)展研究，對(duì)加深非生長(zhǎng)季土壤生態(tài)認(rèn)知、解釋溫度升高、林窗或林冠下生境變化等規(guī)律具有重要意義。

1 研究區(qū)域概況與研究方法

1. 1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于穆棱東北紅豆杉國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)（43°49'～44°06'N、130°00'～130°28'E）。地處長(zhǎng)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(fēng)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(shè)置

2020年10月在研究區(qū)域內(nèi)的云冷杉林隨機(jī)設(shè)置3個(gè)20 m×20 m的平行樣地，各樣方間隔大于50 m。每個(gè)樣方內(nèi)設(shè)置5個(gè)5 m×5 m的樣方，小樣方間隔大于2 m并設(shè)置擋雪板以減少干擾。5種控雪處理為P1對(duì)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(jìn)行除雪及增雪處理，將P5樣方中積雪用大號(hào)篩網(wǎng)均勻轉(zhuǎn)移至P3樣方中，將P4樣方中50%積雪用大號(hào)網(wǎng)篩均勻轉(zhuǎn)移到P2樣方中，每次轉(zhuǎn)移積雪后，用直尺進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量確保轉(zhuǎn)移后的雪被厚度滿足控雪條件。每個(gè)樣方中設(shè)置土壤溫濕度傳感器（TDR315H，Campbell Scientific Inc. USA），每半小時(shí)自動(dòng)記錄一次10 cm處土壤含水率及土壤溫度。

1. 3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用SPSS19.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(yàn)判斷不同雪被厚度土壤溫濕度的差異顯著性，采用Pearson相關(guān)系數(shù)分析雪被厚度與土壤溫濕度的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2. 1 雪被厚度對(duì)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(duì)積雪厚度土壤溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，11月為積雪形成期，12月～2月為積雪穩(wěn)定期，3月末為積雪融化期。結(jié)果表明，土壤含水率呈現(xiàn)先降低再升高趨勢(shì)，這是因?yàn)榄h(huán)境溫度的改變，導(dǎo)致土壤水分由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)形式，而同一時(shí)期不同雪被控制條件下，土壤含水率無(wú)顯著差異。不同雪被對(duì)土壤溫度的影響結(jié)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?yàn)樵O(shè)置的雪被厚度差異不足以對(duì)土壤的溫度產(chǎn)生影響。

2. 2 雪被厚度與土壤溫濕度的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析表明積雪形成期、積雪穩(wěn)定期的土壤含水率與雪被厚度無(wú)顯著相關(guān)性，而積雪融化期的土壤含水量與雪被厚度呈顯著負(fù)相關(guān)（p＜0.01），這是因?yàn)?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(dǎo)致土壤含水率升高。積雪形成期及積雪穩(wěn)定期，雪被厚度與土壤溫度成顯著正相關(guān)（p＜0.05），結(jié)果說(shuō)明雪被對(duì)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(duì)土壤溫度的增溫效果減弱，氣溫的影響可能起到了主導(dǎo)作用，因此雪被厚度與土壤溫度不存在顯著相關(guān)性。

表2 雪被厚度與土壤溫濕度的相關(guān)系數(shù)

注：**p<0.01水平上相關(guān)極顯著；*p<0.05水平上相關(guān)顯著

3 結(jié)論與討論

雪對(duì)氣候環(huán)境變化產(chǎn)生許多物理和化學(xué)反饋。目前對(duì)雪被的絕熱效果存在爭(zhēng)議，對(duì)美國(guó)尼敖特山研究結(jié)果表明30～40 cm的雪被厚度能夠降低土壤溫度的波動(dòng)[ 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(huán)境因素有關(guān)。本研究各時(shí)期自然雪被厚度在35～45 cm，通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)，雪被厚度最高達(dá)到90 cm，足夠產(chǎn)生隔絕氣溫的影響，由于研究缺乏環(huán)境溫度及土壤理化性質(zhì)，無(wú)法識(shí)別復(fù)雜的反饋?zhàn)饔谩ＲU明這些現(xiàn)象，需要未來(lái)研究中通過(guò)精確雪被厚度梯度，建立多參數(shù)耦合模型，更重要的是，還需要新的觀測(cè)結(jié)果，這些觀測(cè)結(jié)果在更精細(xì)的時(shí)間序列上大范圍內(nèi)平均，對(duì)于進(jìn)一步研究雪被動(dòng)態(tài)具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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