人工落叶松林范文

人工落叶松林范文（精选3篇）

人工落叶松林 第1篇

陕西秦岭是大熊猫秦岭亚种分布的最北界,其总数大约有270只。秦岭大熊猫作为一个独立的种群,其种群数量本来稀少,但由于人为破坏的扩大和道路的建设,特别是外来物种落叶松的入侵,导致秦岭地区的大熊猫栖息地面积减少,质量退化,破碎化程度增加,从而影响大熊猫的生存和发展。

秦岭横贯中国中部,是东西走向的古老褶皱断层山脉,是黄河、长江水系的分水岭,是南北气候分界线。广义的秦岭西起甘肃、青海2个省的边境,东到河南省中部。狭义的秦岭指陕西境内东经106°5′~111°5′,北纬32°40′~34°35′地区(文中所指的秦岭为狭义秦岭)。秦岭大熊猫主要分布在佛坪、洋县、周至、太白等8个县14个已建保护区和4个筹建保护区内(图1),总面积为29万hm2以上,而这些已建或筹建的保护区80%的前身是五大国有林场。秦岭种植的落叶松为日本落叶松和华北落叶松,均非当地物种,但由于其速生丰产、易成活、造价低,被国有林场广泛引进作为造林树种。落叶松人工林对大熊猫生境的破坏最早由熊猫专家雍严格提出,立即引起媒体关注和保护官员的重视,最后陕西省林业厅发文禁止在大熊猫分布区种植落叶松。但针对现有的落叶松林是否对大熊猫的生境产生影响,笔者将用生态风险评价理论对此作一评估。

1 外来物种落叶松林对大熊猫栖息地的影响

1.1 外来物种的概念及其对生物群落的影响

1.1.1 外来物种。

外来物种(alien species)是指出现在其过去或现在的自然分布范围及扩散潜力以外(即在其自然分布范围以外或在没有直接或间接引入或人类照顾之下而不能存在)的物种、亚种或以下的分类单元,包括其所有可能存活继而繁殖的部分、配子或繁殖体[1]。对秦岭来说,日本落叶松和华北落叶松就是外来物种。

注:1佛坪自然保护区,2太白山自然保护区,3周至自然保护区,4长青自然保护区,5老县城自然保护区,6观音山自然保护区,7皇冠山自然保护区,8屋梁山自然保护区,9桑园自然保护区,10天华山自然保护区,11摩天岭自然保护区,12鹰嘴石自然保护区,13牛尾河自然保护区,14黄柏塬自然保护区,15平和梁自然保护区,16娘娘山自然保护区,17板桥自然保护区,18盘龙自然保护区。

1.1.2 对生物群落的影响。

外来种入侵不仅对物种多样性丧失造成威胁,并且对生境的破碎化造成威胁[2]。主要表现在以下3个方面。

(1)排挤当地物种及导致局部种群的消亡。例如紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)、飞机草(Eupatorium odoatum)、小花假泽兰(微甘菊)(Mikania micrantha)、豚草(Ambrosiaartemisiifolia)、小白酒草(Coryz a cana densis)、反枝苋(Amaran husret roflexus)等种可分泌有化感作用的化合物,以抑制其他植物发芽和生长,排挤本土植物并阻碍植被的自然恢复。如20世纪80年代,为了保滩护堤、促淤造地、开辟海上牧场,闽东沿海开始种植大米草(Spatinaanglica),后来大米草随海潮四处漂流蔓延,至今已占据闽东约0.8万hm2的滩涂,导致近岸海洋红树林生态环境遭到破坏[1]。

(2)局部原始种群消失和生物基因丧失。外来物种的入侵使当地物种特别是稀有物种灭绝,将导致某种基因丢失。在美国受威胁和濒危的958个当地种中,有约400种主要是由于外来种的竞争或危害而导致濒危的[3]。

(3)导致种群破碎化,并由此引起遗传漂变、遗传污染和近亲交配。所谓遗传漂变(genetic drift)是指等位基因频率由于机会的原因,某些稀有等位基因将不被“取样”而从后代中消失,只有少数亲代等位基因可以传入下一代(取样效应)而产生的随机变化[1]。遗传污染是指外来种和当地种在基因的交流过程中可能导致后者遗传基因变异。近亲交配(inbreeding)是指血缘关系相近的个体之间的交配,即近交使纯合性增加,从而导致个体的适合度和活力下降[4]。

1.2 落叶松生物、理化特性对大熊猫栖息地的影响

1.2.1 局部影响。落叶松对大熊猫栖息地的局部影响如下:

(1)导致主食竹的死亡。秦岭大熊猫可食竹共4属5种,分别为金竹、巴山木竹、秦岭箭竹、龙头竹等[5],其中以巴山木竹、秦岭箭竹为主食竹种。野外观察发现,落叶松林下竹林大面积死亡,分析其原因有以下2个方面:一是以巴山木竹为例,从巴山木竹生物学特性来说其分布在落叶阔叶混交林下,而不是针叶林(更不是落叶松纯林)下。另外,巴山木竹生长在p H值5.0~6.0的微酸黄棕壤和山地黄壤中,而不是持续酸化板结的土壤中。二是林冠盖度影响林下竹的丰富度,据多年野外观测数据统计,林冠盖度大于70%的林下竹更新能力明显低于林冠盖度小于70%的林下竹,而落叶松纯林林冠盖度远远大于70%。

(2)生物多样性减少。生物多样性是用来评价栖息地好坏的一个重要指标,一般生物多样性越丰富的栖息地质量越高。落叶松作为外来物种同当地物种竞争而威胁当地物种,甚至造成当地物种的灭绝,使群落的物种多样性受到影响[6,7]。落叶松纯林冠下植被稀少,主要为一些草本植物[5],使原始森林群落结构由乔灌草地(地表覆盖物如苔藓、地衣)组成的立体空间林转变为单一的落叶松乔木+少许草本林,进而使群落的生物多样性大大降低。章异平等[8]在东折棱河自然保护区,采用Simpson index(DS和E)和Shannon-weiner index(H)生物多样性指数对落叶松人工林生物多样性的研究表明,落叶松林下的物种多样性指数随着林内阔叶树的增多,即针阔混交比例的减小,呈上升趋势,进而证明落叶松林下生物多样性随着落叶松的密度增大而减少,落叶松纯林生物多样性最低。

(3)土壤退化,恢复困难。外来种对土壤的影响最突出的一点是改变土壤的化学成分。落叶松人工林土壤养分与其他林分(桦树林)相比含量明显降低,土壤供肥蓄肥能力也有较明显的降低,同时存在一定程度的酸化[9]。齐高强等[10对秦岭人工落叶松林土壤酶活性的研究表明:与天然草地土壤相比,除多酚氧化酶外,华北落叶松人工林土壤脲酶、蛋白酶、磷酸酶、过氧化物酶的活性降低,尤以脲酶活性降低最为明显。以上研究表明,落叶松林下土壤地力退化,另外,从生化角度来看,落叶松针叶富含单宁,由于淋溶和落叶腐烂,单宁酸进入土壤造成土壤板结、酸化、肥力下降,并且土壤恢复缓慢。因此,即使对现有大熊猫栖息地中落叶松林进行改造,要恢复其原有地貌,仍然需要一个漫长的过程。

1.2.2 整体影响。落叶松对大熊猫栖息地的整体影响如下:

(1)群落破碎化。外来种可以破坏当地经几千年协同进化的植物、动物、土壤、水分等生态平衡[2],而且生态系统受到干扰后,更加容易被外来种入侵[11],使原始群落更容易被入侵种分割、包围和渗透,加大原有群落破碎化。由于落叶松的存在,秦岭大熊猫栖息地原始群落破碎化程度在加剧。

(2)物种潜在的扩张威胁。落叶松自身繁殖能力较强,树种会随着风、鸟食等多种渠道迅速传播,将会对其他未分布落叶松的栖息地造成压力。另外,秦岭特有种太白红杉与日本落叶松同属,花粉传播可能会造成太白红杉基因污染。

2 大熊猫栖息地生境分析

根据陕西省2001年第3次大熊猫调查结果分析[12],大熊猫90%分布在阔叶林和针阔混交林中,只有10%分布在原始针叶林中,针叶林纯林(落叶松林)无熊猫活动痕迹。分布区的林分结构分布要求为:乔木层郁闭度为0.25~0.75;灌木层盖度为20%~50%;草盖度为10%~30%。另外,地被覆盖物好的地区大熊猫活动较多一些。成片分布的竹林约为40%,散生分布竹林约为60%,落叶松林下的竹林未选择。

3 风险表征与结果分析

通过对落叶松固有的生物、理化特性分析,可以得出落叶松的分布对秦岭大熊猫栖息地存在以下4个方面影响:导致落叶松林下大熊猫主食竹大面积死亡;导致落叶松林下生物丰富度降低,生物多样性减少;导致落叶松分布区土壤肥力退化,恢复更新困难;落叶松种群的潜在扩张,对未分布落叶松区域构成威胁,并可能造成遗传污染。以上影响是导致秦岭大熊猫栖息地破碎化的主要因素,另外还存在遗弃的采伐道路、人为活动扩张等因素。

此外,通过分析大熊猫栖息地生境与落叶松林下生境,可以得出大熊猫喜欢在阔叶林和针阔混交林下生活,很少或者根本不在纯落叶松针叶林下活动;大熊猫选择的植被群落结构为乔灌草地被,而不是由乔草组成的单一结构;不利用落叶松林下即将死亡的竹子。

综上所述,落叶松的存在使植物群落结构发生了改变(导致主食竹死亡,生物多样性减少等),由复合群落成为单一群落,而此种改变与大熊猫所要求的生境相反。因此,落叶松分布区为大熊猫分布“禁区”,使原来相对完整的栖息地被分隔成许多斑块,进而使大熊猫栖息地破碎化。落叶松分布区的存在阻碍了大熊猫的迁移,使原本相互连接的栖息地成为一个个“孤岛”,对熊猫的种群扩散和繁殖造成一定的影响。

参考文献

[1]李明阳,徐海根.生物入侵对物种及遗传资源影响的经济评估[J].南京林业大学学报:自然科学版,2005(2):98-102.

[2]BASKIN Y.Winners and losers in a changing world:Global changes may promote invasion and alter the fate of invasive species[J].Bioscience,1998,48(10):788-792.

[3]徐慧,彭补拙.国外生物多样性经济价值评估研究进展[J].资源科学,2003,25(4):102-109.

[4]陈小勇.生境片断化对植物种群遗传结构的影响及植物遗传多样性保护[J].生态学报,2000,20(5):884-892.

[5]李云,任毅,贾辉.秦岭大熊猫主食竹的分类学研究(I)[J].西北植物学报,2003,23(1):127-129.

[6]EHRENFE LD J G.Invasion of deciduous forest preserves in the New York metropolitan region by Japanese barberry(Berberis thunbergii DC.)[J].J Tor Bot Soc,1997,124(2):210-215.

[7]HIGGINS S I,RICHARDSON D M,COWLING R M.Modeling invasive plant spread:the role of Plant-environment interactions and model structure[J].Ecology,1996,77(7):2043-2054.

[8]章异平,何学凯,李景文.自然保护区落叶松人工林物种多样性保护与经营模式[J].科学技术与工程,2005,5(10):647-651.

[9]杜平,高运茹.冀北山地华北落叶松人工林对土壤肥力的影响[J].河北林业科技,1992(2):6-8.

[10]齐高强,耿增超,周锋利.秦岭南坡火地塘林区华北落叶松人工林土壤酶活性研究[J].西北农林科技大学学报:自然科学版,2005,33(3):81-84.

[11]HENGEVELD R.Modeling the impact of biological invasions[C]//SANDLUND O T(eds).Invasive Species and Biodiversity Management.Netherlands:Kluwer Academic Publishers,1999:127-138.

人工落叶松林 第2篇

从经济收益角度评估分析森林采伐年龄, 是合理经营森林资源的重要决策问题之一[1,2,3]。 森林经济成熟是指森林在生长发育过程中所达到的经济效益最大的状态, 达到这种状态的年龄或期间称为森林经济成熟龄或森林经济成熟期[1]。 研究和探讨森林经济成热期, 对合理抚育和利用森林资源以及林业的迅速发展具有现实的经济意义。

吉林省和龙市现有集体林业用地101238 公顷, 人工落叶松林面积为10578 公顷, 占人工用材林总面积的10.4%。 这些落叶松人工用材林大部分为八十年代营造, 现已进入中龄阶段。 随着农村小康建设工程的快速发展, 农房建设对交手杆, 林材的需求量大幅度增长, 人工落叶松用材林成为采伐利用的主要材种。虽然人工落叶松用材林已进入工艺成熟最佳收获期, 但离主伐利用时间相隔很远。然而, 以比较利益为特点的农民群众, 采取重复过量间伐的方式砍伐利用, 加之滥砍盗伐, 致使相当一部分人工落叶松用材林演变成低质残破疏林。从生态效益看, 小老树、被压木多, 森林郁闭度减少, 生态功能明显下降。从经济效益看, 树高、径级分布参差不齐, 尖削度大, 出材率低, 经济效益发生逆转不得不采取一次性主伐利用。

产生这些问题的原因是多方面的, 但其主导的根本原因是, 现行采伐规程背离了市场经济利益最大比原则, 制约着主伐令与最佳经济效益阶段相接轨。 为此, 这种现行法规的严重缺陷, 必然导致重复过量性间伐利用, 并祸及到经济、社会效益的严重滑坡, 造成生态效益的恶化。

因此, 本文以和龙市集体人工林落叶松林的经营数据为分析对象, 对其林地期望值进行静态分析, 并应用线性规划模型, 从动态分析入手探讨人工落叶松林的最佳经济成熟期, 旨在对上述经济行为, 从时空经济效益角度进行评估分析, 为今后制定合理的人工落叶松林经营决策提供科学依据。

2 人工落叶松林林地期望值静态分析

2.1 林地期望值计算方法

林地期望值 ( BLV) 是指在一个经济成熟期内全部收益, 是这个成熟期无限重复所带来的净现值总和。 分析公式如下:

式中I为采伐收入, i为平均年利率, C1为平均造林成本, C2为平均管护费用, m为林龄。

2.2 落叶松林林地期望值计算结果

表1 为根据落叶松林年公顷收获量计算得出的林地期望值结果。 从表中可知, 林地期望值最大的年限为30 年, 这比规程所规定年限提前了11- 20 年。 当林龄为30 年时, 按平均议价计算的林地期望值为16926.27 元/ 公顷, 按国拔价计算的期望值为14020.33 元/公顷, 比现行规程规定主伐利用年限采伐利用效益的1.6- 2.3 倍。

3 人工落叶松林森林期望收益净现值动态分析

森林培育周期长达几十年甚至上百年, 是一个生产周期特别长重复进行的劳动过程。 其技术经济效果不仅要考虑现在, 而且要联系过去和将来。 因此, 有必要从动态和时空效益角度, 探讨其经济成熟期。 为研究问题的方便, 在和龙市新元集体人工落叶松林区中选择了两个具有代表性的小班。 第一个小班林龄为1- 10 年 ( 面积240亩) , 第二个小班林龄为11- 20 年 (面积120 亩) , 其生长情况及收益现值等如表2, 以及该经营小班各龄级在不同经营期内的经营面积和采伐面积结构如表3。

3.1 不同调整期和成熟期收益净现值最大值计算

根据该经营小班的各种结构, 建立不同调整期和成熟期的一般线性规划模型, 其中收益净现值最大值计算公式如下:

式中m为经营单位个数, p为调整期数, dj为调整期贴现系数, Xij为j期采伐, i经营单位面积, ai为i经营单位面积, yj为各期允许采伐面积, C为基本建设投资即更新造林费用, Wij为j期采伐i经营单位面积的单位收益。

把有关数据和上述模型经过电脑处理及运行, 其输出结果如表4。

3.2 无限周期收益净现值计算

根据下列公式计算人工落叶松林无限周期收益净现值如表5,

式中S为林龄经营面积, N为成熟期龄级数, n为调整期龄级数, WN为N年成熟期收益, C基本建设投资, 即更新造林费用, i为年利率。

3.3 森林期望收益净现值动态分析及经济成熟期确定

根据人工落叶松林不同调整期、经济成熟期森林期望净现值最大值和无限周期净现值结果, 获得森林期望收益净现值动态特性图 ( 图1) 。 从图中可以看出, 在诸可供选择的方案动态序列数据中, 经济成熟期为30 年的方案最优, 此时森林期望收益净现值可达53.04元。 因此, 从时空效益特性来看, 和龙市集体人工落叶松林的经济成熟期为30 年。

4 讨论与结论

吉林省和龙市集体人工林落叶松林的林地期望值的静态分析和森林期望值收益净现值的动态分析结果表明, 以30 年为经济成熟期作为主伐利用期, 将比线性规程年限缩短伐期11- 20 年。 这不仅大大缩短了林分的培育周期, 还提高了单位面积用地利用率, 加快了林业内部的资金周转, 同时改变了过去生产周期长, 经济效益低的旧模式, 符合经营者心里和经济承受能力, 有利于集体林业的迅速发展。

摘要：正确评估森林采伐年龄对合理培育和利用森林资源具有重要的现实经济意义。本文根据吉林省和龙市集体人工林落叶松林的经营数据, 对其林地期望值进行静态分析, 并应用线性规划模型开展森林期望收益净现值的动态分析, 探讨人工落叶松林的经济成熟期。结果表明, 该地区林地期望值最大的年限为30年, 确定的经济成熟期为30年, 而此时森林期望收益净现值将达到53.04万元。

关键词：吉林和龙,人工落叶松林,经济成熟期,林地期望值,森林期望收益净现值

参考文献

[1]金钟浩, 李焕林, 安元锡.关于长白山落叶松人工用材林经济成熟的探讨[J].森林采运科学, 1991, 4, 53-57.

[2]北京林学院.森林经理学[M].北京:中国林业出版社, 1989:35-68.

人工落叶松林 第3篇

国内对于森林小气候的研究较早。盧其堯 (1963) 根据1960年8—11月在热带地区海南岛树林内外的辐射平衡、热量平衡与小气候的观测, 对林内外的辐射能与热能收支作了计算, 分析了林内外小气候要素的分布与变化规律[1];洪启法 (1981) 在1960—1970年, 对吉林省防护林重点县进行了3次考察, 对主要结构类型的杨树林带进行了5次以小气候效应为主的调查研究[2];刘学勤等 (1988) 研究了华北落叶松人工林的小气候特征, 为营林作业和生态效益研究积累一些资料[3];李海涛等 (1999) 探讨了暖温带山地落叶阔叶混交林和油松林不同梯度的气温、湿度、土壤温度的日变化特征[4];张远彬等 (2006) 对川西亚高山白桦林 (海拔2540m) 内太阳辐射、空气温湿度以及土壤5cm和15cm层温度等进行了连续的定位观测[5];欧阳旭等 (2014) 选取2010年鼎湖山针阔叶混交林通量塔林内气象资料及其附近气象站空旷地同时段内气象资料, 对两站点的气温、湿度、地温等小气候因子的日变化及月变化进行分析和对比[6]。上述文章多是基于某一年或是一年中某个生长季的数据进行分析。

森林内外小气候特征的对比研究, 对于揭示森林小气候效应, 阐明森林植被对局地气候的影响具有重要的价值。人工红松林是辽东山区主要的森林植被类型, 它对于调节气候, 保持生态平衡意义重大。本文是辽东半岛森林生态定位站标准气象观测数据为基础, 分析人工红松林内外空气温度、湿度、风速、降雨量、土壤温度 (土壤深度:5cm、10cm、20cm、40cm、80cm) 等因子差异, 揭示人工红松林小气候效应。提高森林的生态效益认识, 为森林保护和营林生产提供科学依据。

1 研究区概况

人工红松林区地处辽宁东部山区的本溪县草河口镇境内。属于温带大陆性气候, 温度低, 雨量大, 冬季干冷, 夏季多雨。林区位于辽东丘陵地带, 属长白山脉向西南延伸的支脉或余脉, 平均海拔645m。林区土壤为棕色森林土, 土层厚度50~70cm, p H值5.5~6.5。人工林区属长白和华北植物区系交汇处, 具有2个区系植物组成特点, 种类组成丰富, 有木本植物192种。森林植被类型主要以人工林为主, 主要有人工红松林、人工落叶松林及少量以辽东栎为主的天然次生林等。

2 观测区的自然状况与研究方法

2.1 观测区自然状况

2.1.1 林外观测区

林外对照观测区选择在辽东半岛森林生态定位站标准气象观测场内, 该气象观测场地理位置N4052'2.84"、E123 54'11.64", 年平均气温6.1℃, 最高气温36.1℃, 最低气温-31.7℃, 无霜期127.6d, 年降水量为926.3mm, 年蒸发量1072.5mm, 年平均相对湿度为72%, 日照时数2285.3h, 平均日照率51%, 气象观测场内地被植物是三叶草。

2.1.2 林内观测区

林内观测区林分系人工红松林, 观测点位于草河口镇茳草村八组人工红松林内, 距离到林外标准气象观测场约1.36km。观测区面积为1.2hm2, 处于下坡位, 人工红松林龄23a, 树高平均25m, 胸径平均20cm, 地面腐殖质层厚15cm, 郁闭度0.6。

2.2 研究方法

林外对照观测区、林内观测区均采用美国Campbellscientifi c公司生产的自动气象仪器观测。仪器的布置使用和观测均按照中央气象局编制的《地面气象观测规范》的要求来进行。对温度、湿度、风速风向、降雨量、土壤温度 (土壤深度:5cm、10cm、20cm、40cm、80cm) 的数据自动采集是隔10min一次。观测时间为2013年9月1日—2014年8月31日。

3 结果与分析

3.1 森林对于空气温度影响

3.1.1 林内外月平均温度动态情况

将观测期间的温度数据分析 (由图1、表2可知) 按月统计结果看:林外的最高温出现在8月, 温度达到34.3℃。林内的最高温出现在8月, 温度达到33.3℃。由此可见, 人工红松林将林外最低温度降低了1℃, 降低幅度为3%;人工红松林外最低温度出现在1月, 温度达到-23.9℃;林内最低温度出现在1月, 温度达到-22.6℃。由此可见, 人工红松林将林外最低温度提高了1.3℃, 提高幅度为5.7%;人工红松林在11月到次年2月间平均温度处于零下, 而林内外平均温度最低出现在次年1月, 且林内平均温度高于林外平均温度, 最大相差出现在12月和次年2月, 相差值为1.2℃, 最小相差出现在11月, 相差值为0.4℃, 次年1月的平均温度相差值为1.1℃;而在9—10月以及次年3—8月间林内外的平均温度在零上, 而林内外平均温度最高出现在8月, 且林内平均温度低于林外平均温度, 最大相差出现在10月, 相差值为2.6℃, 最小相差出现在次年8月, 相差值为0.9℃。由此可见, 林内外平均温度进入零下时, 林内平均温度高于林外, 且林外平均温度越低, 林内外平均温度相差就越大;林内外平均温度在高于零上时, 林内平均温度低于林外, 且林外平均温度越高, 林内外平均温度相差就越小。

根据以上月统计结果来看, 造成的原因是由于太阳辐射地面一年四季的角度不同, 出现了一年中月温度不同的变化, 而经过森林覆盖下地表温度受植物本身的一系列的生理活动影响。春夏秋3个季节是红松生长期, 其从根部向上运输水分完成蒸腾作用, 增加了环境湿度, 降低了林内温度, 冬季作为四季常绿的针叶植物完成其呼吸作用的同时在向外界散失热量, 提高林内温度, 且呈现了显著的影响效果, 体现森林植被对于环境温度调节作用, 但缺少对于不同林层的影响效果探讨[7]。综上所述, 人工红松林林内外年温度变化可以得出以下规律:林内温度总是随着林外温度变化而变化, 且林外温度越高林内温度就越高;林内温度变化幅度总是小于林外的变化幅度, 且人工红松林在温度高于零上时有降低环境温度作用, 低于零下温度时有提高环境温度的作用, 其对环境温度影响效果平均在4%左右;林外温度越是向极端情况发展时, 影响的效果越显著。

3.1.2 林内外的日温度动态变化情况

通过人工红松林月温度变化的情况, 选取1a中通常出现最高温的8月份和出现最低温的1月份以及4月份来观察林内外日变化的情况, 其统计结果 (如图2所示) :林内外1月份日平均温度最高出现在14:00左右, 林外日平均温度最低出现在7:00左右, 林内日平均温度最低出现在6:00左右, 林外1月份日平均温度变化区间在-15.72℃~-2.72℃, 林内1月份日平均温度变化区间在-13.32℃~-4.69℃, 林内日平均温度在11:00—15:00间小于林外, 其他时间是大于的;林内4月份日平均温度最高出现在14:00左右, 林外4月份日平均温度最高出现在15:00左右, 林内外日平均温度最低出现在5:00左右, 林内4月份日平均温度变化区间在2.60~17.51℃, 林外4月份日平均温度变化区间在1.33~18.11℃, 林内4月份日平均温度在7:00—17:00间低于林外, 其他时间是大于的;林内外8月份日平均温度最高出现在14:00左右, 林外日平均温度最低出现在4:00左右, 林内日平均温度最低出现在5:00左右, 林外8月份日平均温度变化区间在16.45~27.44℃, 林内8月份日平均温度变化区间在16.90~26.71℃, 林内8月份日平均温度在7:00—17:00间低于林外, 其他时间是大于的。综上所述, 人工红松林林内外日温度变化可以得出以下规律:林内的日温度变化幅度小于林外;白天的时候, 林内的日温度总是低于林外;到了晚上, 林内温度开始高于林外;随着年气温的不断上升, 林内日平均温度的时间低于林外日平均温度的时间在增长。发生以上规律的原因在于受植物本身的一系列的生理活动有关, 红松白天的蒸腾作用散失水分, 降低林内空气温度, 晚上的呼吸作用又提高了林内的温度, 这使得林内的温度变化范围减小了, 起到了调节环境温度的作用。

3.2 森林对相对湿度影响

3.2.1 林内外月平均湿度动态变化情况

将观测期间的湿度数据分析 (由表3可知) 按月统计结果看:林内外月平均湿度最大是在7月, 最大值分别为:林内86.3%, 林外84.5%。林外月平均湿度最小是在2月, 值为47.5%, 林内平均湿度最小是在4月, 值为52.5%, 其次是2月, 值为53.2%;除了4月以外, 其他期间林内相对湿度总是大于林外相对湿度;林内外的相对湿度差值的绝对值范围在0.5%~10.5%, 8月份差值绝对值最大, 12月份差值绝对值最小, 差值平均值 (4月差值不记) 为4.8%。出现以上结果的原因为:红松林四季常绿, 林内树木枝叶繁茂, 根系发达, 可以吸取深层土壤水分供林木蒸腾消耗, 同时林冠可以阻挡林内外空气交换, 林内水汽不易向外扩散, 是导致近地层空气中的湿度较大林外的原因。4月份的空气温度林内外基本一致, 是因为此时降水量较少, 林内外风速相对其他月较大, 造成蒸发速度和乱流交换强度增强, 林内植被开始萌发, 地表的植被开始大量吸收水分进行自身的生理活动, 土壤水分向地表扩散作用的输送量减少, 此时林内空气相对湿度会低于林外, 也正是森林重点加强防火的时间期。综上所述, 人工红松林林内外月湿度变化可以得出以下规律:红松林内月平均湿度基本高于林外;红松林平均提高环境湿度5%左右。

注:差=林内月平均相对湿度-林外月平均相对湿度

3.2.2 林内外日平均湿度动态变化情况

通过人工红松林月湿度变化的情况, 选取1a中通常出现湿度平均最高的7月份和出现湿度平均最低的2月份来观察林内外日变化的情况, 其统计结果 (如图4所示) :2月份林内外日平均湿度成U字形 (变化范围70%~100%之间) , 林内外湿度白天低于晚上, 2月林外日平均湿度总是高于林内日平均湿度, 林内外在9:00左右为湿度差最小值, 逐渐变大到22:00左右达到林内外湿度差最大值;7月份林内外日平均湿度成U字形 (变化范围在30%~80%之间) , 林内外湿度白天低于晚上, 7月林内日平均湿度在7:00—17:00左右间高于林外, 其他时间相反。原因在于:外界环境的温度白天高使得林内外湿度整体下降, 但7月红松存在植物生理活动, 白天蒸腾作用提高林内湿度, 晚上红松呼吸作用散失热量提高林内温度, 降低林湿度, 而2月份红松的生理活动主要以呼吸作用为主, 白天的红松呼吸作用强烈, 林内温度高于林外, 因此湿度林内依然低于林外[8]。由此得出红松林日平均湿度规律:林内外的湿度白天低于晚上, 成U字形曲线;当外界湿度达到70%以上时, 红松林有提高湿度的作用;当外界湿度低于80%时, 红松林有降低湿度的作用。

3.3 森林对风速影响

由图5可知, 可得出以下结果:林内月平均风速随林外同步变化, 林内外的月平均风速差别显著, 且林内<林外;林内的月平均风速为0.73m/s, 林外的月平均风速为1.34m/s, 且林内比林外月平均风速降低35.5%, 其中降低率最高是在7月份, 达到52.1%, 而最小降低率为26.5%, 是在1月份产生的, 呈现出从1—7月份降低率逐渐升高, 然后降低率再逐渐回落到第2年的1月份的全年趋势。这原因在于森林树干和树冠对地表层空气流动有阻挡作用, 且随着树冠一年四季的生长到更新的变化, 产生了对风速由大到小的影响, 且在7月份树木生长最旺盛的时候, 对风速影响最大, 反之依然。由此得出以下规律:红松林影响空气地表层的风速明显, 平均降低35.5%的风速;红松林对于风速的影响从1月份效果逐渐到7月份增大, 然后再在逐渐较小到次年最小, 影响的效果大小与外界本身的风速大小无关。

3.4 森林对于降雨的影响

3.4.1 林内外月平均降雨量动态变化

由图6可知, 林内外的月降雨量存在差别, 因为林内降水量由直接到达林地的降水量、从树叶和大小枝条上滴下的降水量和树干径流3部分组成[9]。林内降水量在数值上等于林外降水量与林冠截留量之差 (如图7) 。由此可以得出以下结果:林内外的月降雨量在5月、6月、7月出现明显差别, 6月林外降雨量是观测期中最大, 达到147.9mm, 7月份林内外月降雨量差别最大, 最大达到103.2mm, 减少了72.8%的降雨, 林内还出现微弱高于林外降雨量的情况。以上由于林内降水量的分布是不均匀的。离树干愈远, 降水量愈大, 在树冠边缘处达到最大, 而根际周围由于树干迳流, 降水量也比较大。在降水期间, 林冠层起着调节林内降水的作用, 这种作用主要表现在使峰值降低, 降水强度减小, 降水时间延长, 林外降水停止以后, 林内还可以得到一部分降水。红松林对地表的月平均降雨量的影响规律为:红松生长的最旺盛期时对林外降雨影响效果是最明显的, 减少降雨量在70%以上。

3.4.2 林内外日平均降雨量动态变化

林内外观测期内各时间点的降雨量积累数值基本呈现出:晚上林内降雨量高于林外, 其他时间林内低于林外 (如图8) 。这是因为在林区, 林内空气湿度大, 森林枝叶的总表面积大, 夜间强烈辐射冷却, 往往产生较多的水汽凝结物, 如雾、露、霜、雾淞等。由此可以看出森林对于降水的影响表现为:森林能增加大气的垂直降水;森林可以减少地表迳流;森林能增加水平降水。

3.5 森林对不同深度土壤温度的影响

土壤温度的高低和变化主要决定于土壤的热收支和土壤热属性[10]。由图9可知, 各深度土层温度林内外差异显著, 5—6月间的差异最大, 平均差别达到5.0℃, 2—3月份差别最小, 平均差别接近0℃。林内外的各个土壤深度高低对比变化规律为:基本上是秋冬季节林内各深度土层温度高于林外, 各深度土层温度高低的转换是在同年2—3月间和9—10月间, 即2—3月间林内开始低于林外, 9—10月间林内开始高于林外;林内的各个土层温度都减小了土壤的温度变化;林内外各个深度的土层温度有明显差别, 秋冬季土层随深度的增加温度不断升高, 春夏季土层随深度的增加温度不断降低, 随土层深度增加温度差别越大。这主要是, 当排出林内外土壤热属性因素的影响, 森林与林下植被的根系以及枯枝落叶层对于土壤热收支起到阻隔作用, 林下土壤温度在不同深度的变化相对林外减小。

4 小结与讨论

本文通过对草河口镇人工红松林在草河口人工红松林林内外2013年9月—2014年8月的观测数据为基础, 通过温度、湿度、风速、降雨量、土壤温度 (土壤深度:5cm、10cm、20cm、40cm、80cm) 等因子对草河口人工红松林林外林内的小气候要素差异性分析。得出森林对于环境的影响如下:

4.1 保温作用

林内温度变化幅度总是小于林外的变化幅度, 且人工红松林在温度高于零上时有降低环境温度作用, 低于零下温度时有提高环境温度的作用, 其对环境温度影响效果平均在4%左右;林外温度越是向极端情况发展时, 影响的效果越显著;林内的日温度变化幅度小于林外;白天的时候, 林内的日温度总是低于林外;到了晚上, 林内温度开始高于林外;随着年气温的不断上升, 林内日平均温度的时间低于林外日平均温度的时间在增长。在不同土壤深度中, 基本上是秋冬季节林内各深度土层温度高于林外, 各深度土层温度高低的转换是在同年2—3月间和9—10月间, 即2—3月间林内开始低于林外, 9—10月间林内开始高于林外;林内的各个土层温度都减小了土壤的温度变化;林内外各个深度的土层温度有明显差别, 秋冬季土层随深度的增加温度不断升高, 春夏季土层随深度的增加温度不断降低, 随土层深度增加温度差别越大。

4.2 保湿作用

林内月平均湿度基本高于林外;林内平均提高环境湿度5%左右;林内外的湿度白天低于晚上, 成U字形曲线;当外界湿度达到70%以上时, 红松林有提高湿度的作用;当外界湿度低于80%时, 红松林有降低湿度的作用。

4.3 防风作用

红松林影响空气地表层的风速明显, 平均降低35.5%的风速;红松林对于风速的影响从1月份效果逐渐到7月份增大, 然后逐渐减小到次年最小, 影响的效果大小与外界本身的风速大小无关。

4.4 涵养水源

林木生长的最旺盛期时对林外降雨影响效果是最明显的, 减少降雨量在70%以上。红松生长的最旺盛期时对林外降雨影响效果是最明显的, 减少降雨量在70%以上;林木对于降水的影响表现为:森林能增加大气的垂直降水;森林可以减少地表径流;森林能增加水平降水。

参考文献

[1]盧其堯.热带地区林內和林外的能量平衡与小气候的比較[J].林业科学, 1964 (03) .

[2]洪启法.杨树林带小气候[J].林业科学, 1981 (01) .

[3]刘学勤, 梁凤玉, 王丽生, 王桂香, 徐彦.华北落叶松人工林小气候特征的初步观测[J].山西林业科技, 1988 (04) .

[4]李海涛, 陈灵芝.暖温带山地森林的小气候研究[J].植物生态学报, 1999 (02) .

[5]张远彬, 王开运, 鲜骏仁, 胡庭兴.川西亚高山白桦林小气候的时空动态特征[J].应用与环境生物学报, 2006 (03) .

[6]欧阳旭, 李跃林, 张倩媚.鼎湖山针阔叶混交林小气候调节效应[J].生态学杂志, 2014 (03) .

[7]吴湘雄, 康文星, 傅强, 宿少峰, 王灿.樟树人工林内和林内空地土壤温度分布的研究[J].中南林业科技大学学报, 2012 (05) .

[8]陈国瑞, 李天佑, 俞益武, 蒋秋怡.杭州常绿阔叶林对林内近地层温度和湿度的调节效应[J].浙江林学院学报, 1994 (02) .

[9]史宇, 余新晓, 张佳音.北京山区侧柏林林内降雨的时滞效应[J].生态学报, 2013 (13) .