黄河故道滩地不同植被的温度效应

李留振

(河南省许昌林业科学研究所，河南 许昌 461000)

通常，滩地植被研究主要集中在河流沿岸地带植被，被称为河岸带，或河岸区［1］、河沿区、水体岸边缓冲带［2］、河岸植被缓冲带［3］、河岸植被带、河岸森林等。河岸带的定义最早为行政管理人员所用，泛指靠近河边几十米的区域。之后，该定义由Lowrance及陈吉泉等拓展为广义和狭义2种［4］。广义是指靠近河边植物群落包括其组成、植物种类多度及土壤湿度等同高地植被明显不同的地带;狭义是指河水陆地交界处的两边，直至河水影响消失为止的地带，目前大多采用狭义定义。

滩地是平原河床季节性淹水的微地形。滩地农业在我国粮食及农副产品生产中发挥重要作用，有效地缓解了“地少人多”的人地矛盾。因此，在国民经济中占有举足轻重的地位。然而不科学的滩地利用使滩地利用效益低下，不但对滩地原有的植被造成了破坏，而且也引发了严重的环境问题和生态灾害，进而影响到滩区社会经济的可持续发展。

鉴于植被对地温和气温的降低作用可以在一定程度上抑制灾害的发生，科学地恢复和重建滩地植被，有效地开发利用滩地资源成为当前迫切需要解决的问题，而滩地植被特征和功能研究是解决该问题的前提和基础。植被对地温和气温的降低作用可以在一定程度上抑制灾害发生［5-7］。科学地恢复和重建滩地植被，有效地开发利用滩地资源成为当前迫切需要解决的问题，而滩地植被特征和功能研究是解决该问题的前提和基础。为此，我们通过以黄河河岸带滩地植被为研究对象，对其不同植被覆盖下的温度变化进行了观测研究。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区设在黄河河南段滩地，地理坐标位于110°21′～116°39′E、31°23′～ 36°22′N之间，涉及洛阳、郑州、开封、焦作、新乡、淮阳等6个市所属的19个县 (区)。河道为明清故道，有500余年历史，长444 km，落差77 m左右，全段河道为宽河段，两堤之间的距离5～20 km不等。比降上陡下缓，泄流能力上大下小。河段靠堤防约束。河南段黄河滩区自河道为复式断面，是典型的“槽高、滩低、堤根洼”的“二级悬河”［8］。河道宽、浅、散、乱，河势游荡多变，洪水突发性预报期短。

黄河滩地气候属暖温带季风区，年均温在13～15℃ 之间，季平均气温呈夏季气温最高、春秋居中、1月份最低、春季升温快、秋季降温慢的特点，属典型大陆性气候，极端最高气温41.7℃，多出现在6、7月。活动积温5 000～5 500℃，始于2月上旬，止于12月下旬，有效积温日数为200～221 d，积温4 200～4 800℃，无霜期250～300 d［9］。植被类型以草本植物为主，乔木主要有杨树、柳树，灌木主要有野生柽柳林。林业用地总面积为14.9万hm2，有林地9.71 hm2，林地0.09万 hm2，灌木林地 0.53万 hm2，森林覆盖率仅3.5%。

1.2 研究材料

试验采用平行观测法和对比观测法结合［10-11］，在郑州邙山滩区选择4个观测点，代表4种植被覆盖类型。杨树人工林:河南农业大学杨树品种试验林，10年生，平均胸径18.6 cm，平均株高20.8 m，郁闭度0.6。柽柳林:邙山区富景生态园，恢复5年。人工草地:邙山区富景生态园，种植2年，多年生黑麦草。裸露农田:河南农业大学杨树品种试验林附近500 m，为花生田。

1.3 研究方法

测定于2008年8月17日至9月19日在河南农业大学杨树品种试验林和邙山区富景生态园同时进行，选取典型气候进行观测。按小气候观测规范要求，采用自动气象站和人工观测相结合的方法，昼夜每隔2 h测定1次，测定项目为气温、土温。其中地上小气候测定时设定的高度是0、20、80和150 cm(分别用 T0、T20、T80、T150表示)，土壤温度测定深度设定为 0、5、10、15和 20 cm(分别用 T0、TS5、TS10、TS15、TS20表示)。

2 结果与分析

2.1 温度变化

2.1.1 大气温度

如图1～4所示，各土地覆盖类型的大气温度均呈现明显的“单峰”变化动态，即白天先升后降，夜间保持相对平稳。4种植被覆盖类型除地面以上150 cm高度层次外，其它各层次多在14:00达到最高值。各垂直层次变化趋势一致， “单峰”处地表的温度普遍高于相应其它层次的温度。

2.1.2 土壤温度

图1 杨树人工林不同垂直层次大气温度的变化

图2 柽柳林不同垂直层次大气温度的变化

图3 人工草地不同垂直层次大气温度的变化

图4 裸露农田不同垂直层次大气温度的变化

图5 杨树人工林不同垂直层次土壤温度的变化

图6 柽柳林不同垂直层次土壤温度的变化

图7 人工草地不同垂直层次土壤温度的变化

图8 裸露农田不同垂直层次土壤温度的变化

从图5～8可以看出，4种土地覆盖类型的各层次土壤温度的变化与大气温度变化动态相似，呈现一致的“单峰”变化，但层次间温度差异较大，而且出现明显的交叉，这主要是上层土壤温度变化幅度大于下层所致。

从图5～8还可看出，各覆盖类型对温度变化的影响具有动态性和时序性。因此，研究植被对小环境温度的影响不能只建立在对某个点的温度测定上，而是应该将温度与温度效应综合起来研究。

2.2 温度效应

2.2.1 植被覆盖对温度极差的影响

本研究表明:各植被覆盖类型都能缓解温度变化。缓解能力顺序是杨树人工林 (温度极差减小12.3℃) ＞柽柳林 (温度极差减小8.1℃) ＞人工草地 (温度极差减小7.6℃)，植被对日温极差变化的缓解作用主要是通过降低最高温度来实现的，对最低温度影响不大，各试验点最低温度都在19℃左右。

2.2.2 不同植被覆盖温度效应的时间特征

时间区段的划分。分别以裸露农田的观测值为基准，研究各土地覆盖类型的温度效应。具体将各植被类型温度观测值减去裸露农田相应的观测值，应用DPS相关程序对温差序列进行最优分割。从分割结果 (表1)可以看出，将温度变化的时间序列分为3类比较理想。可将大气温度变化分为1～4(10:00-16:00)、5 ～10(18:00-4:00)、11 ～14(6:00-12:00)，误差函数为42.39;将土壤温度变化分为1～3(10:00-14:00)、4～5(16:00-18:00)、6 ～14(20:00-12:00)，误差函数为 25.55。从中可以看出，分类的结果反映了温度上升、温度下降和温度相对平稳3个阶段。依据此分类结果将植被对大气和土壤的温度效应进行了统计，结果见表2。

植被覆盖温度效应的时间特征。通常认为植被具有降低小环境大气温度的作用。本研究通过时间序列分段分析 (图9～11，表2)认为:不同植被类型降低大气温度的能力是乔木＞灌木林＞草地，晴天降温效应强于阴雨天。杨树人工林白天平均降温1.20℃，夜晚降温较少，平均0.15℃，而阴雨白天有一定的保温、增温作用，平均温度比没有植被覆盖高0.21℃;柽柳林白天平均降温0.99℃，夜晚平均降温1.17℃ (可能跟植被的郁闭度有关)，阴雨天平均温度提高0.4 1℃;人工草地白天降温0.69℃，夜晚及阴雨天分别提高0.80℃和0.95℃。

表1 植被覆盖温度效应的最优分割聚类

表2 3个时段中植被对大气温度和土壤温度的影响

图9 杨树林温度效应的动态

图10 柽柳林温度效应的动态

图11 人工草地温度效应的动态

3 小结

4种植被覆盖类型下大气温度和土壤温度均呈现明显的“单峰”变化动态。白天温度先升后降，夜间保持相对平稳。大气温度垂直层次变化趋势一致，土壤温度在各层次间差异较大，并出现交叉变化现象。其中，地表温度变化最大。

不同植被类型对温度极差的影响是:杨树人工林＞柽柳林＞人工草地。植被对日温极差变化的缓解作用是通过降低最高温度来实现的。不同植被类型降低大气温度的能力是乔木＞灌木林＞草地。晴天降温效果高于阴雨天。

林内各垂直高度大气温度相关密切并存在明显的梯度效应，随着垂直梯度及层次间距离的增加相关系数减小。

［1］ 上官铁梁，贾志力，张峰，等.汾河河岸植被类型及其利用与保护 ［J］.河南科学，1997，17(增刊1):83-86.

［2］ 秦明周.美国土地利用的生物环境保护工程措施:缓冲带［J］.水土保持学报，2001，15(1):119-121.

［3］ 邓红兵，王青春，王庆礼，等.河岸植被缓冲带与河岸带管理 ［J］.应用生态学报，2001，12(6):951-954.

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［5］ 张建春.河岸带功能及其管理 ［J］.水土保持学报，2001，15(S2):143-146.

［6］ Jiqun Chen，Sari C.Saunders，et al.microclimate in forest ecosystem and landscape ecology ［J］.Bioscience，1999，49(4):288-297.

［7］ 河南省植保植检站.河南东亚飞蝗及其综合治理 ［M］.郑州:河南科学技术出版社，1993:200-212.

［8］ 张建民，李建培.河南省黄河滩区经济发展探析 ［J］.中国水利，2003，15:60-62.

［9］ 李留振，徐涛，宋单峰，等.豫东黄河故道防护林现状及生态效益 ［J］.水土保持研究，2007(5):349-351

［10］ 李志真，谭芳林，叶功富，等.木麻黄沿海防护林小气候效应的定位研究初报 ［J］.福建林业科技，2000，27(1):1-4.

［11］ 张璐，林伟强.森林小气候观测研究概述 ［J］.广东林业科技，2002，18(4):54-58.