油松中龄林的小气候效应研究

郜慧萍

(山西省林业科学研究院，山西 太原 030012)

森林小气候效应研究对揭示和定量评估森林生态系统功能，构建森林与环境互作关系模型，优化森林经营措施等具有重要的理论和实践意义。

当前，很多学者对不同森林生态系统的小气候效应进行了研究。如，刘玉洪、张一平的热带森林窗湿热季气温的分布特征，刘海轩等北京城市森林冠层结构对夏季舒适度及林内小气候的影响，孙金伟等森林与空旷地空气温湿度及土壤温度的差异，王珮环等长白山温带阔叶红松林对温湿环境的调节效应，刘志龙等浙西低山区森林小气候时空动态特征，张远彬等川西亚高山白桦林小气候的时空动态特征等。但观测研究的林分类型和气象指标还非常有限，不能完整评估森林的气候效应，开展相关研究还十分必要。

油松是山西及太行山主要造林和成林树种，本研究以太行山中山区的油松中林龄为试验材料，观测研究其林内外气温、相对湿度、风速和风向、气压的差异，旨在揭示林分的小气候效应。

1 研究区域概况

研究区域位于山西省东南部平顺县，太行山石灰岩中山区，地理位置113°15′～113°38′ E，35°57′～36°27′ N，平均海拔1 000 m以上。属暖温带季风气候，平均气温(1971年至2008年)9.3 ℃，平均降水量530 mm，无霜期190 d.主要土壤类型为石灰岩质山地褐土，地下水埋深300 m以上。

所研究的油松林为30年生的中龄林，位于阴坡，海拔1 300 m.林分密度1 650株/hm2，郁闭度0.85，平均树高8.2 m，平均胸径9.4 cm，平均冠幅2.2 m，平均枝下高2.5 m.林下主要灌木为胡枝子(Lespedezabicolor)和黄刺玫(Rosaxanthina)，林下主要草本为矮苔草(Carexhumilis)与披针苔草(Carexlanceolata)，土层厚度30 cm～40 cm.

2 研究方法

2017年1月至12月，采用Campbell和Hobo自动气象站对林内外的气温、相对湿度、风速、风向和气压进行动态监测，观测频度为1次/30 min，应用Excel和SPSS 16.0软件进行数据统计分析。

3 结果与分析

3.1 林内外气温

油松中龄林林内外气温见图1.

图1 林内外气温

从图1可以看出，油松中龄林内12个月的气温变化趋势与林外相同，均呈单峰曲线。林内的月平均气温均低于林外，降低幅度为0.32 ℃～5.03 ℃.其中,8月份气温的降低幅度最大。方差分析表明，仅7月和8月的林内外气温差异显著(p<0.05)，其它月份均无显著差异性(p>0.05)。林内的年平均气温为6.43 ℃，林外为8.92 ℃，总体相差2.49 ℃，降温效应明显。

3.2 林内外相对湿度

油松中龄林林内外空气相对湿度见图2.

图2 林内外空气相对湿度对比

从图2可以看出，油松中龄林内相对湿度月变化规律与林外一致。中龄油松林有增加空气湿度的作用，林内月平均相对湿度较林外增加7.23%～12.88%.林内外相对湿度的方差分析结果表明，林内各月相对湿度均显著高于林外(p<0.05)。林内外年平均湿度分别为69.06%和62.27%，前者比后者高6.79%.表明，中龄油松林具有良好的保湿效果。

3.3 林内外风速和风向

油松中龄林林内外风速大小见图3.

图3 林内外风速对比

由图3可以看出，林外风速具有明显的季节变化，冬春季的风速明显高于夏秋季。而由于树木的摩擦和林冠的阻挡，与林外相比，林内月平均风速四季均很小，平均减幅达0.74 m/s，差异显著(p<0.05)。其中春季(2月至4月)风速的降幅最大，达1.0 m/s以上。林内外年平均风速分别为0.09 m/s和0.82 m/s，前者比后者低0.73 m/s，后者是前者的9.1倍。表明，油松中龄林具有显著的防风效果。

林外风向夏季为西南偏南风，其余季节则为西南风。林内风向夏季为东南偏东风，其余季节为西南偏南风。可见，油松中龄林具有改变风向的作用。

3.4 林内外太阳辐射强度

油松中龄林林内外太阳辐射强度见第42页图4.

由图4可以看出，林内外太阳辐射强度总体呈单峰曲线，最大值均出现在5月。林内太阳辐射强度明显小于林外(p<0.05)，林内外月平均辐射强度的差值为62.41 W/m2～122.26 W/m2.油松中龄林林内外年平均太阳辐射强度分别为39.67 W/m2和137.14 W/m2，相差97.47 W/m2，后者是前者的3.5倍。可见，林冠层的存在，可明显减少到达林内的辐射量。

图4 林内外太阳辐射强度对比

3.5 林内外气压

油松中龄林林内外气压，见图5.

图5 林内外气压对比

由图5可以看出，气压在林内外均表现为夏季最低，其它季节偏高的趋势。与林外相比，林内月平均气压稍高，但与林外无显著差异。林内外的年平均气压分别为87.94 KPa和87.81 KPa，几无差异。

3.6 不同气象因子的相关性

对林外各气象因子进行相关分析，见表1.

表1 林外气象因子间的相关性

由表1可以看出，除风速与太阳辐射强度外，其余各气象因子间均存在显著的相关关系。

林内气象因子间的相关性见表2.

表2 林内气象因子间的相关性

由表2可以看出，相对湿度与风向呈显著的负相关关系，而与其它因子间均无相关关系。可见，森林可改变气象因子间的相关性，进而形成明显的森林小气候。

4 结论

1) 太行山油松中龄林林内外气温、相对湿度、风速、气压、太阳辐射的变化趋势相近。林内的年平均气温、年平均相对湿度、年平均气压、年平均风速、年平均太阳辐射强度分别为6.43 ℃，69.06%，0.09 m/s，87.94 KPa和39.67 W/m2；林外分别为8.92 ℃，62.27%，0.82 m/s，87.81 KPa和137.14 W/m2.油松林具有降温、防风、增湿、改变风向和减少太阳辐射的作用。

2) 与林外相比，油松中龄林不仅具有明显的小气候效应，且改变了这些气象因子的相关性。