干旱半干旱地区植被恢复类型对林地小气候的影响研究

陈鹏娟

(渭源县水土保持站，甘肃 渭源 748200)

受气候环境及人类活动的影响，一些地区的水土流失和土地荒漠化情况十分严重，制约着当地社会经济的可持续发展，而植被恢复是解决土壤侵蚀、土地荒漠化的重要手段之一[1-2]。

植被恢复是运用生态学原理，通过封山育林、环境改善、混农林业及其他恢复措施对生态系统和生物多样性进行改善[3-4]。通过植被恢复可以有效改善土壤养分、水分和结构，从而提升土壤质量，同时也会对小区域环境产生重要影响。不同的植被恢复模式，对生态系统的影响程度是不同的。当前，很多专家学者对植被恢复下的土壤理化性质的改善进行了研究，但对小气候环境影响的研究还比较鲜见，因此有必要对不同植被恢复模式下的小气候环境特征进行分析[5-8]。

甘肃大部分地区位于干旱半干旱地区，生态环境十分脆弱。为此，我们在甘肃渭源县对云杉林、油松林、杨树林及混交林4种不同植被覆盖类型的林地和荒草地进行了小气候环境的影响试验和调查研究，以期能为当地建立合理有效的植被恢复措施、实现生态环境的可持续维护提供借鉴。

1 研究区概况

甘肃省定西市渭源县处于黄土高原与青藏高原的过渡带，属温带季风性气候，受西南高山高寒湿润气候和东北部黄土高原干旱半干旱气候的影响，再加上无节制的畜牧和农耕开垦，使得该地区的自然植被分布差异较大，具有十分明显的地带性，按海拔从低到高植被分布情况大致为干草原、阔叶落叶林、针阔叶混交林、针叶林、高山亚高山灌丛草甸及高山寒漠草甸等。试验地选在渭源县西南部一林区，海拔为2 400～4 600 m，多年平均气温5.2 ℃，年均降水量为700 mm，林区土壤以褐土、棕壤和黑土为主。

2 研究方案及内容

2.1 研究方案

在林区造林站选取云杉林、油松林、杨树林及混交林4种不同的植被恢复类型作为研究对象，并以天然荒草地作为对照进行测定研究。5种植被类型的海拔均在2 500 m左右，土壤均为暗棕壤土，植被恢复的年限均为15年。

2.2 研究样地的基本情况

为方便调查和研究，限定每个研究样地的面积为1 000 m2左右。对每种植被类型的株高、冠幅、胸径、植被覆盖度等基本情况进行实地调查，结果见表1。

表1 样地调查概况

2.3 研究内容

本研究是分析不同植被恢复类型对小气候环境的影响，故主要对土壤温度、环境温度及环境湿度进行监测研究。①土壤温度：2019年4—10月采用107土壤温度传感器对0～20和20～40 cm的土层进行温度测量，于每天8:00—20:00每隔2 h测量一次温度，然后求取月/日平均值。②环境温/湿度：采用HMP45C(Vaisala)传感器放置于距地面1.5 m高处，每天定时(12：00)测量，然后计算月平均值。

3 结果与分析

3.1 对土壤温度的影响

不同植被类型的月平均土壤温度变化特征见图1。从图1中可以看出，4—10月期间，月平均土壤温度呈先升高后降低的变化特征，不同植被类型的土壤温度变化趋势基本保持一致，最高温度出现在8月份，这与该地区月气温变化趋势完全一致。5种植被类型中，荒草地0～20 cm土层的土壤温度在5—8月份最高，在其他月份低于另外4种植被类型，且另外4种植被类型的土壤温度相差极小；在20～40 cm土层，荒草地6—8月份的土壤温度最高，其他月份低于另外4种植被类型的土壤温度，且另外4种植被类型中杨树林地的土壤温度在6月份显著高于其他3种植被类型。综上可知：荒草地土壤温度受气候温度的影响较大，高温季节温度最高，低温季节温度最低，土壤温度变化幅度最大，而其余4种植被类型土壤温度变化相对稳定。

图1 月平均土壤温度变化曲线

不同植被类型的土壤温度日变化特征见图2。从图2中可以看出，浅层土壤温度日变化特征与深层土壤表现略有不同。在0～20 cm土层，土壤温度在一天中呈先增加后减小的变化特征，8:00—10:00地温变化不太明显，10:00—14:00地温快速上升，云杉林地、油松林地和荒草地的土壤温度在14:00达到最高值，杨树林地和混交林地土壤温度在16:00达到最高值，荒草地除在清晨8:00温度低于其他植被类型外，其余时间均高于另外4种植被类型；在20～40 cm土层，土壤温度整体上在8:00—20:00呈逐渐上升的变化特征，在8:00—16:00云杉林地的土壤温度最高，其次为混交林地和杨树林地，再次为油松林地，最低的为荒草地，在16:00—20:00荒草地的土壤温度最高，云杉林地的土壤温度最低；浅层土壤温度变化幅度明显大于深层土壤温度变化幅度。综上可知：土层越深，土壤温度相对越稳定，林地的土壤温度相对荒草地而言更加稳定。

图2 土壤温度日变化曲线

3.2 对环境温度的影响

不同植被类型的月平均环境温度变化特征见图3。从图3中可以出：在4—10月期间，不同植被类型的月平均环境温度有一定的差异，但均呈先增加后减小的变化过程，这与该地区的气候温度变化相关；5种植被类型中，荒草地的环境温度最高，混交林地的环境温度最低，另外3种植被林地的环境温度介于两者之间，这主要是因为林地高大的植被可通过蒸腾作用为周围环境提供水分，同时吸收来自太阳的光能，从而降低周围环境的温度，而荒草地没有高大的植被能够遮挡太阳，地面被直接照射，因而周围环境温度较高。

图3 月平均环境温度变化曲线

3.3 对环境湿度的影响

不同植被类型的月平均环境湿度变化特征见图4。从图4中可以看出：在4—10月期间，不同植被类型的月平均环境湿度整体上呈逐渐增加趋势，并在9、10月份达到最高值；5种植被类型中，混交林地的环境湿度最高，在7月份后可达80%以上，其次为杨树林地，在9、10月份环境湿度可达80%以上，云杉林地和油松林地的环境湿度基本相当，最高环境湿度均出现在10月份，分别为78%和77%，荒草地的环境湿度最低，并在9月份达到最高值，最高湿度为68%。这主要是因为林木具有较强的蒸腾作用，能够提升周围环境的湿度，而荒草地没有高大的植被遮挡阳光照射，蒸发作用较强，因而周围环境比较干燥。总体上来看，杨树林和混交林的环境湿度高于油松林和云杉林，这说明阔叶林比针叶林更能够增加环境的湿度。

图4 月平均环境湿度变化曲线

4 结 论

(1)荒草地的土壤温度变化幅度最大，4种林地的土壤温度变化幅度较小且差异不大；浅层土壤的温度变化相对较大，深层土壤的温度相对较为稳定。

(2)荒草地的环境温度最高，但环境湿度最低；混交林地的环境温度最低，但环境湿度最高。

(3)植被覆盖可以在一定程度上降低环境温度，提升环境湿度；阔叶林比针叶林更能够增加环境的湿度。