黔中地区不同林龄马尾松小气候特征研究

陈 进,徐 明,邹 晓,杨云礼,严令斌,张 健

黔中地区不同林龄马尾松小气候特征研究

陈 进,徐 明,邹 晓,杨云礼,严令斌,张 健*

(贵州大学生命科学学院,真菌资源研究所,山地植物资源保护与种质创新教育部重点实验室,贵州 贵阳 550025)

以黔中地区不同林龄马尾松人工林为研究对象,采用时空替代法,选取农田(对照)、林窗、中林龄、近熟林、成熟林和过熟林6个样地,每月选择代表日分时段测量光照强度、光通量密度、气温、相对湿度、蒸气压亏损和风速等小气候指标,同时对样地内不同垂直高度(0.5,1.0和1.5m)观测指标进行比较.结果表明:(1)除风速随测量高度变化(1.5m>1.0m>0.5m)差异极显著外(<0.01),其余观测指标随测量高度均无显著差异(>0.05).(2)观测时段内,不同林龄马尾松林小气候均存在显著性差异(<0.05),其中光照强度、光通量密度、气温、蒸气压亏损和风速变化为农田>林窗>马尾松林;相对湿度变化为马尾松林>林窗>农田.(3)与农田相比,马尾松林分别降低了光照强度、光通量密度、气温、蒸气压亏损和风速的917.36%、837.35%、5.33%、30.77%、193.58%,增加了6.39%的相对湿度,具有显著的遮阳降温、增湿保湿、维持林冠下小气候稳定的作用.在演替前期,抵挡阳光和风速的效果明显,而在后期,降温增湿以及保湿效果显著.舒适度评价显示,除冬季外,黔中地区马尾松林可发挥良好的森林康养和游憩生态功能.

森林生态学；光照强度；光通量密度；气温；相对湿度；蒸气压亏损；风速

小气候是由于不同景观斑块的下垫面结构和性质不同导致热量和水分收支等差异,从而在小范围内形成一种与地区气候不同特点的气候.森林小气候是在太阳辐射驱动下,受森林林分结构特征和立地条件之间复杂相互作用所引起的一切气象和天气过程,是森林生态系统中光、温、水、土、气等综合作用的结果[1-3].森林小气候依附于森林生态系统而形成,也是森林生态系统一个重要的生态因子,其对森林生态系统的养分、水分循环、更新等生态过程产生重要影响,同时,森林生态系统的群落组成结构动态也对小气候的变化具有重要的调节作用[4].

国内外有关森林小气候的研究已成为森林生态学领域的一个重要研究内容.有关森林群落小气候的研究经历了由客观描述到定量化对比研究[5-8],再到探讨不同立地条件[9-10]、特殊生境[11-14]、干扰[15]、森林类型[16-17]等对小气候的影响机制研究以及探讨气候条件与人体健康之间的关系[18-19].森林小气候主要的研究对象包括原生混交林、原生纯林、次生混交林、次生纯林、人工纯林、疏林以及城市道路林等[20-21],研究区域从热带雨林至温带针、阔叶林均有涉及[22-24].观测方法主要涉及设置气象站长期定位观测以及使用手持气象站长期流动观测等.研究尺度从地表30cm以下土壤至森林冠层的垂直梯度小气候的观测均有涉及[2-3,20,25-27].观测小气候特征指标主要包括:太阳辐射强度、空气湿度、气温、空气负氧离子浓度、蒸气压等[21].而光(波段400~700nm)对植物生长具有重要作用,是植物形成干物质的能量来源[28],气温、相对湿度和风速是表征气候变化的物理量,表示热量和水分变化情况,蒸气压亏损则表示在同一温度条件下,水蒸气分子在空气中与其他分子达到平衡状态所具有的压强与空气中水蒸气分子具有的实际压强之差.因此,拟选择用光照强度、光通量密度、气温、相对湿度、蒸气压亏损以及风速来表征小气候特征.

马尾松()具有抗逆性、抗病性强等特点,在我国南方亚热带地区广泛分布,是退化森林生态植被恢复的乡土先锋树种和重要的工业用油、用材树种,在森林康养和林下经济等方面具有巨大潜在的生态经济价值[29].然而,目前有关马尾松针叶林小气候特征及小气候调节效益的研究却鲜为报道.考虑到马尾松森林生态系统在我国南方地区发挥的经济价值和生态地位[29-30],有必要开展马尾松森林生态系统小气候特征以及小气候调节效益的研究,以期为该区域马尾松森林生态系统发挥多功能效益(如森林康养、森林旅游、林下经济)与生态管理提供科学参考.

1 研究区域与方法

1.1 研究区概况

研究区位于黔中地区贵阳市花溪区孟关林场(106°44'6.91~51.86''E, 26°22'7.27''~23'1.59''N),属山原地貌类型,为典型的亚热带季风气候.林场内主要优势乔木为马尾松和杉木(),优势灌木为山茶()、白栎()、铁仔冬青(),草本优势种为荩草()等,土壤类型为黄壤,土层厚度大于80cm,凋落物厚度1~5cm.林区海拔1100-1300m,坡度15~30°,年均气温15℃,年均降雨量1085mm左右,年均日照时数1035h,年均风速2.29m/s,年均相对湿度77.9%,无霜期276d左右.

1.2 样方设置与实地观测

本研究利用时空替代法选取马尾松人工林的林龄依次为中林龄、近熟林、成熟林、过熟林4个不同林龄样地以及林窗样地,以农田为对照,每个样地设置1个20m´20m调查样方.每个样方的坡位尽量控制在半阴坡,坡度控制15~30°以内.林龄的界定通过生长锥钻取树芯定年确定.4个不同林龄马尾松调查样地、林窗、农田的基本概况如表1所示.

表1 不同小气候环境调查样地基本概况

注: “-”表示该数据未测量.

调查于2017年7月起,至2018年6月结束,采用为期1a逐月的调查策略,为准确观测光照强度和光通量等信息以及选取每个月有代表性的气象数据,每个月在中旬选取1个晴朗天气分时段进行测量,设置了7:00~8:00、9:00~10:00、11:00~12:00、13:00~14:00、15:00~16:00和17:00~18:00共6个时段,以监测日代表该月份森林小气候变化特征,进行各气象数据的收集.尽管样地间存在一定距离间隔,但每个时段的样地测量时间都严格控制在1h内完成测量.在每个样方内随机选取3个测量点,每个测量点在距地面1.5,1.0,0.5m垂直高度进行3次重复测量.光照强度(LI)和光通量密度(PPFD)采用3415FQF Light Scout Quantum & Foot-Candle Meter(Spectrum公司,美国)测量,气温(AT)、相对湿度(RH)以及风速(WS)采用Kestrel 5500手持气象仪(Nielsen-Kellerman公司,美国)进行测量,每次测量需待仪器读数稳定后,再进行相关数据的保存或记录.

1.3 相关公式及数据处理

根据文献[31]:太阳高度角不同,引起太阳辐射差异,而作为小气候变化主要驱动力的主要来源,太阳辐射直接影响小气候变化.因此,小气候的季节性变化受太阳高度角的制约.太阳高度角计算公式[32]为:

式中:为太阳高度角;为当地纬度;为黄赤交角(太阳赤纬);为地方时.

根据文献[33]:温热指数(THI)可用于大多数条件下表征正常人对于热应激的不适程度,可以用气温和相对湿度的相互作用表征,其计算方法如下:

式中:T表示时刻的气温,RH表示该时段的相对湿度.

蒸气压亏损(VPD)计算为饱和蒸气压e与实际蒸气压之差[34],是表征空气中水蒸气压强距离饱和蒸气压强的差值.计算方法为:

式中:VPD为蒸气压亏损,Pa;s为饱和蒸气压,Pa;为实际蒸气压,Pa;为气温,℃;RH为相对湿度,%.

采用Excel 2016进行数据整理,采用R3.5.2内置的sciplot包进行绘图,SPSS 22.0对不同观测高度和不同林龄小气候观测指标进行单因素方差检验、对小气候指标和环境因子做Pearson相关性检验.

2 结果与分析

2.1 不同观测高度下小气候指标变化特征

不同小气候指标随测量高度变化的单因素方差显著性检验结果显示(表2),除风速随测量高度变化(1.5m > 1.0m > 0.5m)差异极显著外(< 0.01),其余测量指标均无显著差异(> 0.05).结果表明,在森林生态系统地表小气候监测时,综合考虑可操作性和数据代表性的情况下可优先选取1.5m作为测量高度.

表2 不同测量高度下各气象因子的描述统计表

注:**表示在置信区间为0.01时,达到了极显著性差异.

2.2 不同林龄马尾松林小气候特征及其影响因素

同一林龄不同时段以及同一时段不同林龄小气候观测指标均达到显著性水平(<0.05).其中,不同林龄马尾松林下光照强度、光通量密度和气温日变化呈现“抛物线”型(图1),最大值点均出现在13:00~14:00附近,相对湿度在日出时分最大,之后开始降低,蒸气压亏损随相对湿度增加而降低,不同林龄马尾松林风速日变化规律不明显.同月份不同林龄以及同林龄不同月份马尾松小气候观测指标均达显著性差异(<0.05).其中,光照强度、光通量密度、气温以及蒸气压亏损在春末夏初达到峰值,冬季 (1月份)跌至最低值,而相对湿度变化则相反,风速随月份变化无显著性差异(图2)(>0.05).

由此表明:在一天中的白昼时段,以太阳辐射、林冠层和下垫面的共同作用下的光照强度、光通量密度、气温以及蒸气压亏损随太阳辐射改变而改变,蒸气压亏损表现出一定的滞后性.而相对湿度受蒸气压亏损的影响而改变,蒸气压亏损越大,相对湿度越小.林冠层对林地内外空气交换的有效阻挡使林内空气流通较为稳定,从而致使风速随时间变化不显著.

图1 小气候日变化特征

Fig.1 Diurnal variation of microclimate characteristics

图中FL、FG、MS、NMF、MF、OMF分别表示农田、林窗、中林龄、近熟林、成熟林和过熟林,LI、PPFD、AT、RH、VPD、WS分别表示光照强度、光通量密度、气温、相对湿度、蒸气压亏损和风速,下同

不同林龄马尾松林、林窗与农田的小气候指标存在显著性差异(<0.05),其中,光照强度、光通量密度以及气温均表现为农田>林窗>马尾松林(图3a,b),马尾松林中,过熟林与近熟林差异显著,其他林龄无显著性差异.相对于农田,林窗和马尾松林分别减少了光照强度的205.07%、917.36%和光通量密度的186.32%、837.35%.气温(图3c)表现为农田大于成熟林和过熟林,而其他林龄以及林窗无显著性差异.相对于农田,林窗和马尾松林分别降低气温2.15%和5.33%.相对湿度(图3d)表现为过熟林、近熟林>成熟林、林窗>中林龄>农田,过熟林和近熟林、成熟林和林窗二者之间无显著性差异.相对于农田,林窗和马尾松林分别增加相对湿度6.21%和6.39%.风速(图3e)表现为农田>中林龄、林窗>成熟林、过熟林>近熟林,相对于农田,林窗和马尾松林分别降低风速165.16%和193.58%.蒸气压亏损(图3f)变化规律与相对湿度相反,相对于农田,林窗和马尾松林分别降低蒸气压亏损25.18%和30.77%.马尾松林中,演替后期比前期平均减少1508lx的光照强度、27.86μmol/m2·s的光通量密度、0.41℃的气温、3.61Pa的蒸气压亏损;增加了1.78%的相对湿度和18.18%的风速.在林冠层的遮挡作用和树木蒸腾作用下,马尾松林内光照强度、光通量密度、气温、蒸气压亏损和风速较农田低,相对湿度较农田高.与农田相比,马尾松和林窗具备降低林内近地面气温和风速、增加一定空气湿度以及降低蒸气压亏损的作用.马尾松林中,演替前期遮阳和降低风速的功效显著,后期在降低气温、增加相对湿度和维持湿度的能力突出.

图2 小气候月变化特征

图中横坐标的负值代表2017年的月份,正值代表2018年的月份.例:-7代表2017年7月,6代表2018年6月,以此类推

图3 不同环境年均小气候观测指标的比较

用小气候观测指标与环境因子进行Pearson相关性(表3)分析得到:海拔、树高、郁闭度显著影响气温变化;海拔显著影响相对湿度变化;胸径显著影响光照强度变化;海拔、郁闭度显著影响VPD变化.而在小气候指标中,气温与海拔显著负相关,与郁闭度显著正相关,风速与相对湿度显著负相关,光合有效辐射与气温显著正相关,光照强度与气温、光合有效辐射显著正相关.VPD除了与相对湿度显著负相关外,与其它各小气候观测指标均存在显著正相关.由此表明,不同林龄马尾松小气候受到林冠层和海拔的影响较为显著,此外,小气候各指标之间也会相互影响.

表3 小气候观测指标与环境因子的相关性

注:*在置信度(双测)为0.05时,相关性是显著的;**表示在置信度(双测)为0.01时,相关性是显著的.

2.3 不同林龄马尾松小气候舒适度评价

图4 不同环境、季节以及时段的THI指数变化

图中灰色虚线范围表示THI指数在“舒适的”范围内,黑色虚线表示THI指数落在“热”范围内,灰色点划线表示THI指数落在“寒冷”范围内

不同林龄马尾松春季和秋季的温热指数变化范围均在“舒适的”范围内(图4a,c),即15℃

3 讨论

对于不同观测高度下的森林小气候,一般来说,森林中的垂直小气候梯度变化要比海拔和纬度驱动的气候变化梯度陡得多,在林冠层及其以下的20m内,温度和湿度的变化远大于海拔在200m以上的变化[35-36].在以林下灌木层植物为主导的近地面小气候环境中,温湿度以及光的变化相对稳定,因此,在1.5,1.0,0.5m的垂直观测梯度下,马尾松人工林、林窗和农田的光照强度、光通量密度、气温以及相对湿度均无显著性差异(>0.05),而风速受近地面植被影响较大,不同观测高度下存在极显著性差异(<0.01),且表现为1.5m>1.0m>0.5m[20,37].综合考虑试验可操作性和数据代表性的情况下可优先选取1.5m作为观测高度.

在太阳辐射的背景下,立地条件与林分特征变量(如林冠层、林冠附生植物、树种组成等)之间的复杂相互作用关系形成特定的小气候条件[31].影响小气候的主要因素有太阳辐射的输入量和林冠层的遮挡量、下垫面的性质、林下植被生活型以及林下植被叶片对太阳辐射的吸收和反射作用大小、叶片蒸散作用、植株密度[38]等等.森林冠层下相对湿度和气温一般主要取决于林分结构,特别是冠层和灌木层,光照强度受到乔木直径、冠幅面积和树高的影响,冠层结构对其所覆盖层的小气候条件有较强影响,中间层和灌木丛层在保持林冠连续覆盖的特殊小气候中起着关键作用[1].除冬季外,树木冠层对气温的缓冲作用较好,林下最小值较高,最大值较低.随着树冠密度的增加,这种效应对最小温度的影响尤为显著[39].随着森林群落的正向演替,林内温度逐渐降低,相对湿度逐渐升高[27].在本研究中,随着中林龄向过熟林的正向演替,针叶纯林也向着针阔混交林过渡,其对林下光照强度和光通量密度的过滤作用逐渐增加,到近熟林时达到最大,之后成熟林过滤作用最小,过熟林时过滤作用开始增加.有研究显示,林冠盖度是极端气温的最重要的调节因素,林分类型,组成和结构对小气候影响也较大[40],植被群落的株密度直接影响冠层盖度,从而间接影响光照强度和光通量密度.尽管成熟林和过熟林对太阳辐射遮挡效果降低,但是由于其森林结构和功能相较于近熟林完善,林下灌木大多为阔叶树种,叶片蒸散作用较强[38, 41];因此在气温保持上较近熟林低,这与刘效东等[27]研究南亚热带针叶林、针阔混交林和常绿阔叶林林下气温变化规律一致.而由于中林龄和近熟林时期株密度较大,郁闭度相对较大,致使过熟林和近熟林在降低风速和增加相对湿度上比成熟林和过熟林效果明显.本研究中最高气温出现的时段与长白山针阔混交林最高值气温出现时段一致[26],最大相对湿度以及相对湿度变化规律同常杰等[8]研究青冈林林下相对湿度变化规律一致.舒适度评价表明,黔中地区不同林龄马尾松在春、秋季适宜游客到林下康养度假,而夏季适宜在早晚出行,冬季则不宜.

相对于农田,马尾松表现出降低气温、增加湿度的作用,这与华南地区草地平均温度高于马尾松林和马占相思林,相对湿度低于马尾松林和马占相思林结论一致[2].小气候随演替进行的变化规律同茂兰喀斯特森林不同演替阶段不同小生境气温和光照强度乔木林>次生林和灌木林>草坡的研究结论一致[37].与南亚热带地区马尾松林、马尾松针阔混交林和季风常绿阔叶林演替序列下随着演替进行,气温逐渐降低,湿度逐步升高的小气候变化规律基本一致[27].与长白山阔叶红松林林内温度地低于空地,相对湿度林内高于空地的规律一致[26,42].与内蒙古大青山油松、白桦和落叶松在生长期内,均能降低温度和风速的结论一致[43].

4 结论

4.1 在不同垂直观测高度(1.5,1.0,0.5m)上,除风速外,其他小气候观测指标均无显著性差异,综合考虑可操作性,可选择1.5m作为测量高度.

4.2 在太阳辐射、林冠层和树木蒸腾的共同作用下,与农田相比,林窗和马尾松林分别减少了光照强度205.07%和917.36%,降低光通量密度186.32%、837.35%,降低气温2.15%和5.33%,增加相对湿度6.21%和6.39%,降低风速165.16%和193.58%,降低蒸气压亏损25.18%和30.77%.黔中地区不同林龄马尾松林和林窗在降低气温和风速,升高相对湿度的调节能力上要强于农田.

4.3 马尾松林中,演替后期平均比前期减少1508lx的光照强度、27.86μmol/m2·s的光通量密度、0.41℃的气温和3.61Pa的蒸气压亏损;增加了1.78%的相对湿度和18.18%的风速.黔中地区不同林龄马尾松林在演替前期遮挡阳光和降低风速的功效显著,而在演替后期,降低气温、增加相对湿度和维持湿度的能力突出.总体上,黔中马尾松林在有效控制小气候变化幅度,稳定林内小气候和降低极端气候危害方面具有积极作用.

4.4 黔中地区马尾松林春、秋季和夏季的早晚时分小气候舒适度较好,而冬季则不适宜.

[1] Kovács B, Tinya F, ódor P. Stand structural drivers of microclimate in mature temperate mixed forests [J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2017,234-235:11-21.

[2] 段文军,王金叶,李海防.华南退化生态系统三种典型生态恢复模式的小气候效应研究[J]. 生态环境学报, 2014,23(6):911-916. Duan W J, Wang J Y, Li H F. Microclimate effects of three typical ecological restoration models of degraded ecosystem in south China [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014,23(6):911-916.

[3] 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, 2014,33(3):575-582. Ouyang X, Li Y L, Zhang Q M. Characteristics of microclimate in a mixed coniferous and broadleaf forest in Dinghushan Biosphere Reserve [J]. Chinese Journal of Ecology, 2014,33(6):575-582.

[4] 华 超,张明如,张建国,等.千岛湖姥山林场森林群落下层小气候特征与气候舒适度研究[J]. 内蒙古农业大学学报(自然科学版), 2011,32(1):138-143. Hua C, Zhang M R, Zhang J G, et al. A study of characteristics of microclimate in different forest communities and their climate comfort degree [J]. Journal of Inner Mongolia Agricultural University. 2011, 32(1):138-143.

[5] 吴家兵,关德新,代力民,等.长白山阔叶红松林夏季温度特征研究[J]. 生态学杂志, 2002,21(5):14-17. Wu J B, Guan D X, Dai L M, et al. Summer temperature characteristics of broadleavedforest in Changbai Mountain [J]. Chinese Journal of Ecology, 2002,21(5):14-17.

[6] 杜 颖,关德新,殷 红,等.长白山阔叶红松林的温度效应[J]. 生态学杂志, 2007,26(6):787-792. Du Y, Guan D X, Yin H, et al. Temperature effect of broad leaved- Korean pine () mixed forest in Changbai Mountains [J]. Chinese Journal of Ecologe, 2007,26(6):787-792.

[7] 任 引,薛建辉.中亚热带甜槠常绿阔叶林小气候特征分析[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2008,32(3):14-18. Ren Y, Xue J H. The microclimatic characteristics ofin a subtropical evergreen broad-leaved forest [J]. Journal of Nanjing Forestry University (Natural Sciences Edition), 2008,32(3):14-18.

[8] 常 杰,潘晓东,葛 滢,等.青冈常绿阔叶林内的小气候特征[J]. 生态学报, 1999,19(1):70-77. Chang J, Pan X D, Ge Y, et al. Features of the micro-climate in the evergreen broad-leaved forest dominated by[J]. Acta Ecologica Sinica, 1999,19(1):70-77.

[9] 王 健,桑长青,何 清.塔克拉玛干沙漠公路中段两侧不同下垫面的小气候分析[J]. 中国沙漠, 2003,23(5):101-104. Wang J, Sang C Q, He Q. Microclimate analysis of different underlying surfaces on both sides of middle Taklimakan desert highway [J]. Journal of Desert Research, 2003,23(5):101-104.

[10] 钟秀娟,熊黑钢,张建兵.新疆于田县不同下垫面小气候特征比较研究[J]. 水土保持研究, 2010,17(1):134-139. Zhong X J, Xiong H G, Zhang J B. Research on characteristics of micro-climate in different underlying surface in Yutian County, Xinjiang [J]. Research of Soil and Water Conservation, 2010,17(1): 134-139.

[11] 张 强,王 胜.绿洲与荒漠背景夏季近地层大气特征的对比分析[J]. 冰川冻土, 2005,27(2):282-289. Zhang Q, Wang S. Comparison of atmospheric characteristics of near-surface layer between oasis and desert background in summer [J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2005,27(2):282-289.

[12] 张邦琨,张 萍,赵云龙.喀斯特地貌不同演替阶段植被小气候特征研究[J]. 贵州气象, 2000,24(3):17-21. Zhang B K, Zhang P, Zhao Y L. Study on vegetation microclimate characteristics of different succession stages of karst landforms [J]. Mid-low Latitude Mountain Meteorology, 2000,24(3):17-21.

[13] 冯 起,司建华,张艳武,等.极端干旱地区绿洲小气候特征及其生态意义[J]. 地理学报, 2006,61(1):99-108. Feng Q, Si J H, Zhang Y W, et al. Microclimatic characteristics of the Heihe Oasis in the hyperarid zone [J]. Acta Geographica Sinica, 2006, 61(1):99-108.

[14] 张邦琨,韦小丽,曾信波.喀斯特森林不同小生境的小气候特征[J]. 贵州农学院学报, 1996,15(1):7-10. Zhang B K, Wei X L, Zeng X B. A Study of microclimate characters of different microhabitats on karst landform forest [J]. Journal of Guizhou Agric. Coll., 1996,15(1):7-10.

[15] 弥宏卓,张秋良,徐步强,等.不同干扰方式下兴安落叶松林小气候特征研究[J]. 内蒙古农业大学学报(自然科学版), 2011,32(3):67-70. Mi H Z, Zhang Q L, Xu B Q, et al. Research of microclimatic characters offorest that under different disturbances [J]. Journal of Inner Mongolia Agricultural University, 2011,32(3):67-70.

[16] 欧阳学军,黄忠良,周国逸,等.鼎湖山4种主要森林的温度和湿度差异[J]. 热带亚热带植物学报, 2003,11(1):53-58. Ouyang X J, Huang Z L, Zhou G Y, et al. Difference in air temperature and moisture in forests in Dinghushan [J]. Journal of Tropical and Subtropical Botany, 2003,11(1):53-58.

[17] 杨钙仁,苏晓琳,蔡德所,等.针阔混交林转为桉树林对森林小气候的影响[J]. 水土保持研究, 2013,20(5):129-134. Yang G R, Su X L, Cai D S, et al. Impact of vegetation shift from coniferous and broadleaf mixed forest to eucalyptus plantation on the microclimate [J]. Research of Soil and Water Conservation, 2013, 20(5):129-134.

[18] 马 盼,王式功,尚可政,等.气象舒适条件对呼吸系统疾病的影响[J]. 中国环境科学, 2018,38(1):374-382. Ma P, Wang S G, Shang K Z, et al. The impact of meteorological comfort conditions on respiratory disease [J]. China Environmental Science, 2018,38(1):374-382.

[19] 乐 满,王式功,谢佳君,等.环境条件对遵义市呼吸系统疾病的影响及预测研究[J]. 中国环境科学, 2018,38(11):4334-4347. Yue M, Wang S G, Xie J J, et al. Study about the impact of environmental conditions on respiratory diseases and prediction in Zunyi City [J]. China Environmental Science, 2018,38(11):4334- 4347.

[20] 王 霞,李永涛,魏海霞,等.黄河三角洲白蜡人工林小气候特征的时空动态变化[J]. 东北林业大学学报, 2017,45(4):60-64,80. Wang X, Li Y T, Wei H X, et al. Spatial temporal variation process of microclimate characteristics ofplantation in the Yellow River delta [J]. Journal of Northeast Forestry University, 2017, 45(4):60-64,80.

[21] 李 坤,李传荣,许景伟,等.3种典型道路景观林对诸城市夏季小气候条件的影响[J]. 生态环境学报, 2018,27(6):1060-1066. Li K, Li C R, Xu J W, et al. Effect of three typical road landscape forests on microclimate under summer weather in Zhucheng City [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2018,27(6):1060-1066.

[22] Masto R E, Chhonkar P K, Singh D, et al. Alternative soil quality indices for evaluating the effect of intensive cropping, fertilisation and manuring for 31years in the semi-arid soils of India [J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2008,136(1):419-435.

[23] 朱玉杰,董希斌,李 祥.不同抚育强度对兴安落叶松幼苗光合作用的影响[J]. 东北林业大学学报, 2015,43(10):51-54. Zhu Y J, Dong X B, Li X. Effect of different intensity tending on photosynthesis ofseedling [J]. Journal of Northeast Forestry University. 2015,43(10):51-54.

[24] Drescher J, Rembold K, Allen K, et al. Ecological and socio- economic functions across tropical land use systems after rainforest conversion. [J]. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 2016,371(1694):275-282.

[25] Meijide A, Badu C S, Moyano F, et al. Impact of forest conversion to oil palm and rubber plantations on microclimate and the role of the 2015ENSO event [J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2018,252: 208-219.

[26] 杨亚丽,任传友,王艳华,等.温带针阔混交林内温度和水汽压垂直梯度变化特征[J]. 中国农业气象, 2016,37(1):11-18. Yang Y L, Ren C Y, Wang Y H, et al. Vertical gradient variations of temperature and vapor pressure in temperate coniferous and broad-leaved mixed forest [J]. Chinese Journal of Agrometeorogy, 2016,37(1):11-18.

[27] 刘效东,周国逸,陈修治,等.南亚热带森林演替过程中小气候的改变及对气候变化的响应[J]. 生态学报, 2014,34(10):2755-2764. Liu J D, Zhou G Y, Chen X Z, et al. Forest microclimate change along with the succession and response to climate change in south subtropical region [J]. Acta Ecologica Sinica, 2014,34(10):2755-2764.

[28] Mccree K J. Photosynthetically active radiation [M]. New York: Springer, Berlin Heidelberg, 1981:41-55.

[29] 陈 进,徐 明,邹 晓,等.贵阳市不同林龄马尾松林凋落物储量及持水特性[J]. 水土保持研究, 2018,25(6):146-151. Chen J, Xu M, Zou X, et al. Litter layer reserve and water holding capacity ofin different successional stages in Guiyang [J]. Research of Soil and Water Conservation, 2018,25(6): 146-151.

[30] 孟祥江,何邦亮,马正锐,等.我国马尾松林经营现状及近自然育林探索[J]. 世界林业研究, 2018,31(3):63-67. Meng X J, He B L, Ma Z R, et al. Current situation of masson pine forest management and its practice of close-to-nature silviculture in China [J]. World Forestry Research, 2018,31(3):63-67.

[31] Rapp J M, Silman M R. Diurnal, seasonal, and altitudinal trends in microclimate across a tropical montane cloud forest [J]. Climate Research, 2012,55(1):17-32.

[32] 段若溪,姜会飞.农业气象学[M]. 北京:气象出版社, 2013:37-39. Duan R X, Jiang H F. Agricultural meteorology [M]. Beijing: China Meteorological Press, 2013:37-39.

[33] Unger J. Comparisons of urban and rural bioclimatological conditions in the case of a Central-European city [J]. International Journal of Biometeorology. 1999,43(3):139-144.

[34] Bolton D. The computation of equivalent potential temperature [J]. Monthly Weather Review, 1980,108(7):1046-1053.

[35] Scheffers B R, Evans T A, Williams S E, et al. Microhabitats in the tropics buffer temperature in a globally coherent manner [J]. Biology Letters, 2014,10(12):819-823.

[36] Nakamura A, Kitching R L, Cao M, et al. Forests and their canopies: achievements and horizons in canopy science [J]. Trends in Ecology & Evolution. 2017,32(6):438-451.

[37] 俞国松,王世杰,容 丽.茂兰喀斯特森林演替阶段不同小生境的小气候特征[J]. 地球与环境, 2011,39(4):469-477. Yu G S, Wang S J, Rong L. Microclimate characteristics of different microhabitats in successional stages of Maolan karst forest [J]. Earth and Enviroment. 2011,39(4):469-477.

[38] Foley J A, Costa M H, Delire C, et al. Green surprise? How terrestrial ecosystems could affect earth's climate [J]. Frontiers in Ecology & the Environment. 2003,1(1):38-44.

[39] Gaudio N, Gendre X, Saudreau M, et al. Impact of tree canopy on thermal and radiative microclimates in a mixed temperate forest: A new statistical method to analyse hourly temporal dynamics [J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2017,237-238:71-79.

[40] Greiser C, Meineri E, Luoto M, et al. Monthly microclimate models in a managed boreal forest landscape [J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2018,250-251:147-158.

[41] Li Y, Zhao M, Motesharrei S, et al. Local cooling and warming effects of forests based on satellite observations. [J]. Nature Communications, 2015,6(1):1-8.

[42] 孙金伟,吴家兵,关德新,等.森林与空旷地空气温湿度及土壤温度的长期对比研究[J]. 生态学杂志, 2011,30(12):2685-2691. Sun J W, Wu J B, Guan D X, et al. A long-term observation on the air temperature, relative humidity, and soil temperature in a mixed forest and its adjacent open site in Changbai Mountains of Northeast China [J]. Chinese Journal of Ecology, 2011,30(12):2685-2691.

[43] 郭永盛,杨宏伟,白育英,等.内蒙古大青山典型森林植被小气候变化特征[J]. 内蒙古林业科技, 2009,35(4):1-5. Guo Y S, Yang H W, Bai Y Y, et al. Characteristics of microclimate change of typical vegetation in Daqing Mountains, Inner Mongolia [J]. Journal of Inner Mongolia Forestry Science & Technology, 2009, 35(4):1-5.

The microclimatic characteristics ofin different succession stages in Central Guizhou.

CHEN Jin, XU Ming, ZOU Xiao, YANG Yun-li, YAN Ling-bin, ZHANG Jian*,

(Key Laboratory of Plant Resource Conservation and Germplasm Innovation in Mountainous Region, Ministry of Education, Institute of Fungal Resources, College of Life Sciences, Guizhou University, Guiyang 550025, China)., 2019,39(12)：5264~5272

Taking the different ages ofplantation in the central Guizhou as the research object, using the space-time substitution method, 6 plots of farmland (control), forest gap, middle stage forest, near-mature forest, mature forest and over-mature forest were selected. Chosen a representative day and measure microclimate indicators at different times, and the observation indexes of different vertical heights (0.5, 1.0 and 1.5m) in the sites were compared. The results showed that: (1) Except that the wind speed varied with the measured height (1.5m>1.0m>0.5m), the difference was extremely significant (<0.01), and the other observed indicators had no significant difference with the measured height (>0.05). (2) During the observation period, there were significant differences in microclimates ofa forests in different forest ages (<0.05), among which light intensity, photosynthetic photon flux density, air temperature, vapor pressure deficit and wind speed changed to farmland > forest gap > masson pine forests; relative humidity changed to masson pine forests > forest gap > farmland. (3) Compared with farmland, masson pine forests reduced light intensity, photosynthetic photon flux density, air temperature, vapor pressure deficit and wind speed by 917.36%, 837.35%, 5.33%, 30.77%, and 193.58%, respectively, increased relative humidity by 6.39%. Masson pine forests had significant effects of blocking sunlight, reducing air temperature, increasing wetness, maintaining humidity, and keeping microclimate stability under the canopy. In the early stage of succession, the effect of resisting sunlight and wind speed was obvious, while in the later stage, the effect of reducing air temperature, increasing and keeping humidity was remarkable. The comfort evaluation showed that in addition to winter, the masson pine forests in Central Guizhou played a good role in forest rehabilitation and recreation.

forest ecology；light intensity；photosynthetic photon flux density；air temperature；relative humidity；vapor pressure deficit；wind speed

X171,S716.3

A

1000-6923(2019)12-5264-09

陈 进(1994-),男,贵州桐梓人,贵州大学硕士研究生,主要从事马尾松外生菌根真菌多样性及森林生态学研究.发表论文1篇.

2019-06-03

国家自然科学基金资助项目(31660150,31860037,31960234);贵州省科技厅项目(黔科合基础[2017]1059号,黔科合支撑[2018]2773号,黔科合平台人才[2017]5788号);贵州省生物学一流学科建设项目(GNYL[2017]009)

* 责任作者, 副教授, zhangjian12102@163.com