全 文 ：植物生态学报 2014, 38 (11): 1205–1213 doi: 10.3724/SP.J.1258.2014.00116
Chinese Journal of Plant Ecology http://www.plant-ecology.com
——————————————————
收稿日期Received: 2014-05-22 接受日期Accepted: 2014-08-29
* 通讯作者Author for correspondence (E-mail: jhyang@sdau.edu.cn)
鲁东沿海丘陵茶园防护林的小气候特征
杨 菲1 杨吉华1* 艾 钊1 张国庆1 胡建朋2
1山东农业大学林学院山东省土壤侵蚀与生态修复重点实验室, 山东泰安 271018; 2山东新汇建设集团有限公司, 山东东营 257091
摘 要 近年来山东乳山茶业逐渐兴起, 但由于北方冬春季温度低和倒春寒频繁发生, 茶叶种植面积逐年减小。如何在低成
本管理的基础上提高茶叶产量和品质, 成为乳山茶园管理的一大难题。以2007年春季采用水平梯田整地种植的茶园为试验区,
以梯田周围营造的4种网格(8 m × 80 m, 12 m × 80 m, 20 m × 80 m, 40 m × 80 m)茶园防护林为研究对象, 分别在2013年4月、8
月和12月, 测定风速、空气温度、土壤温度、空气相对湿度及土壤相对湿度, 以纯茶园作为对照, 进行了小气候因子测定和
分析。结果表明: (1) 4种防护林均能有效地降低茶园内风速, 调节气温、土壤温度和土壤相对湿度, 增加空气相对湿度, 为茶
树生长提供适宜的生态环境; (2)由于区域水分通量和太阳辐射的季节变化, 4种防护林的小气候调节效应也表现出一定的季
节性差异; (3)主成分分析结果表明, 4种茶园防护林中, 影响小气候因子的主要因素是气温和土壤温度, 其因子负荷量分别为
–0.978和0.986, 但风速与气温呈极显著相关关系, 与土壤温度之间无显著线性关系, 因此, 风速也能间接地影响林内小气候;
(4) 8 m × 80 m的防护林对小气候的总体调节效应优于其他3种防护林。
关键词 湿度, 小气候, 北方茶园, 防护林, 温度, 风速
Microclimate characteristics in shelterbelt of tea garden in coastal hilly region of eastern
Shandong, China
YANG Fei1, YANG Ji-Hua1*, AI Zhao1, ZHANG Guo-Qing1, and HU Jian-Peng2
1Shandong Provincial Key Laboratory of Soil Erosion and Ecological Restoration, College of Forestry, Shandong Agricultural University, Tai’an, Shandong
271018, China; and 2Shandong Xinhui Construction Group Co. Ltd., Dongying, Shandong 257091, China
Abstract
Aims Over a year, Rushan tea is booming gradually, but due to the low temperature in winter and early spring,
the areas for tea plantation has been decreasing year by year. Therefore, how to achieve a higher yield at lower
cost has become a major issue in the test plantation area. The paper examined the characteristics of microclimate
in four shelterbelt systems of tea garden in order to identify a suitable forest-tea system in the study area.
Methods The tea plantation studied was established in the spring of 2007 with terrace soil preparations, involv-
ing four forest shelterbelt grid systems (i.e. 8 m × 80 m, 12 m × 80 m, 20 m × 80 m and 40 m × 80 m). The wind
speed, air temperature, soil temperature, relative air humidity and relative soil moisture were measured in the four
shelterbelt systems in April, August and December of 2013, with the tea plantation without shelterbelt as control.
Important findings Firstly, the four shelterbelt systems all reduced wind speed effectively, increased air relative
humidity, regulated air temperature, soil temperature and soil relative moisture, and improved ecological envi-
ronment in favor of tea production. Secondly, due to the seasonal variations of regional water flux and solar radia-
tion, the regulation effects of the four shelterbelt systems differed. Thirdly, the results of principal component
analysis showed that, the main factors inducing different microclimate characteristics were the air temperature and
soil temperature, with factor loads of –0.978 and 0.986, respectively. The wind speed and air temperature showed
a highly significant correlation, but there was no significant linear relationship between wind speed and soil tem-
perature, indicating that wind speed could affect the microclimate indirectly. Overall, the shelterbelt system of 8 m
× 80 m is better than the other three systems in the effects of regulating microclimate.
Key words humidity, microclimate, northern tea garden, protection forest, temperature, wind speed

我国现有名茶多产于南方湿润地区, 但随着茶
园管理技术的不断提高, 威海绿茶业逐渐兴起。威
海绿茶多产于乳山丘陵地区, 乳山茶之所以有着上
乘的品质, 关键在于北方的昼夜温差大, 茶叶生长
1206 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2014, 38 (11): 1205–1213

www.plant-ecology.com
期长, 茶多酚、氨基酸等健康物质的含量高于南方
茶, 另外, 乳山丘陵地区的灌溉用水、大气质量等均
符合无公害茶叶生产标准, 这都为茶叶优质化提供
了最佳条件(段永春等, 2010; 滕怀泽等, 2012)。但同
时, 乳山茶业也受到北方自然气候的限制, 北方严
冬季节茶树易被冻死, 早春低温干燥、倒春寒频繁,
导致春梢发芽迟、芽叶细小易干枯, 而大棚越冬防
寒投资管理成本高, 致使茶园面积逐年萎缩, 这也
是乳山茶业发展数十年, 至今还没有形成规模的主
要原因(朱秀红等, 2012)。如何提高乳山茶产量、降
低管理成本, 成为乳山茶业面临的一大难题。
关于农田防护林的研究较为深入, 研究结果得
到了广泛的推广应用。防护林能减弱林带背风面的
风速, 可在一定的范围内缓冲空气温度和土壤温度,
对冻害、高温灼伤等起到减缓作用。防护林对风速
的减弱作用能影响土壤蒸发和植物蒸腾, 因而空气
湿度和土壤湿度也会受到影响(曹新孙, 1983)。防护
林体系对水文状况也有重要的影响, 能为作物生长
提供良好的温度、湿度、风速等气候条件(姜凤岐等,
2003)。茶园防护林的布设既可改善影响茶树生长的
气候条件, 又能提高茶叶的产量和品质(黄寿波等,
1994; 彭方仁等, 2001; 范志平等, 2002; 叶晶等,
2013; 孔东升等, 2014)。但目前的研究(张一平和刘
洋, 2005; 刘志龙等, 2009; 王广铭, 2012; 叶晶等,
2013)尚未对北方茶园防护林的合理配置提出较为
系统、全面的解决方案。本研究以山东省乳山市徐
家镇东峒岭村沿海小流域的4种网格面积茶园防护
林为研究对象, 研究不同网格防护林对茶园小气候
影响的差异性, 系统阐述了防护林对茶园小气候的
作用, 以选择最适宜当地茶园的防护林网格面积,
通过合理地营建防护林提高茶叶产量和品质, 为推
动乳山茶的大面积种植提供参考。
1 试验地概况
研究区位于山东省乳山市徐家镇东峒岭村沿海
小流域, 地理位置121.66° E, 36.94° N, 流域总面积
67.97 km2, 海拔高度在5–350 m之间, 属鲁东低山
丘陵区。土壤属砂壤土, pH值6.3, 酸性土壤, 平均土
层厚度50 cm, 土壤肥沃。属暖温带亚湿润季节型大
陆性气候, 四季变化和季风变化都较明显。春季温
差较大, 夏季高温多雨, 秋季凉爽干燥, 冬季霜雪
寒冷。年平均气温11.6 ℃, 极端最高气温36.7 ℃, 极
端最低气温–20.3 ℃。年降水量838.9 mm, 平均空气
相对湿度72%, 平均日照时数2 669 h, 年无霜期平
均为204天, 冰冻期70天, 平均风速3.1 m·s–1, 平均
大风天数36.7天·年–1。
2 材料和方法
2.1 试验设计
从小流域中选取南坡坡位中下部(海拔50–100
m)、土层厚度50–80 cm、坡度5°–15°、立地条件较
好的区域, 于2007年春季采用窄幅水平梯田整地种
植茶树, 栽植密度为60 600株·hm–2, 在梯田上分别
布设网格面积为8 m × 80 m、12 m × 80 m、20 m × 80
m、40 m × 80 m的防护林(即4种网格防护林的主林
带长分别为8 m、12 m、20 m、40 m, 副林带长均为
80 m), 分别标记为I、II、III、IV。由于试验区域处
于山前风口位置, 常年以东南风和西南风为主, 因
此, 在南北方向营造紧密结构主林带, 沿梯田地堰
营造副林带, 主林带与副林带垂直。图1为8 m × 80
m防护林的配置图, 其他3种防护林除主林带长度
分别为12 m、20 m、40 m外, 其他配置均与图中所
示配置相同。



图1 茶园防护林配置图。 , 黑松。 , 龙柏。 , 蜀桧。
, 樱桃。 观测点。
Fig. 1 A configuration diagram of shelterbelt of tea garden.
, Pinus thunbergii; , Sabina chinensis; , Sabina ko-
marovii; , Cerasus pseudocerasus; , observation points.


试验区位于沿海丘陵地带, 冬季和早春风速
大、气温低, 冬季茶树易受冻害, 为此, 营造的茶园
防护林以常绿的龙柏 (Sabina chinensis) 、蜀桧
(Sabina komarovii)、黑松(Pinus thunbergii)为主要树
种, 以落叶树种樱桃(Cerasus pseudocerasus)为伴生
树种。主林带4行, 其中黑松、龙柏、蜀桧、樱桃各
1行, 林带宽12 m, 株行距1.5 m × 3.0 m, 树龄7年, 4
个树种的平均树高分别为: 黑松4.1 m, 龙柏4.2 m,
蜀桧4.9 m, 樱桃3.8 m, 平均胸径分别为: 黑松6.7
杨菲等: 鲁东沿海丘陵茶园防护林的小气候特征 1207

doi: 10.3724/SP.J.1258.2014.00116
cm, 龙柏7.1 cm, 蜀桧8.8 cm, 樱桃5.7 cm, 林带疏
透度为9%, 透风系数为0.23, 属紧密结构林带。副
林带1行, 林带宽3 m, 株距1.5 m, 树种为黑松, 树
龄7年, 平均树高3.8 m, 平均胸径6.4 cm, 疏透度为
36%, 林带透风系数为0.42, 属稀疏结构林带。
2.2 试验方法
2.2.1 测点布设及测定方法
在林网内垂直于主林带方向均匀布设5个观测
点, 观测点的布设如图1所示, 等距分布在林网内。
以无林网, 但耕作技术、抚育管理技术等相同的梯
田茶园为对照地, 在观测点与对照点同时进行各指
标参数观测, 以5个观测点的平均值作为测定结果。
采用目测法测定各林网的林带疏透度; 采用轻便
三杯风向风速仪(DEM-6, 上海隆拓仪器设备厂, 上
海)测定各林带背风林缘1 m处的冠层中部、树高1/2处
和离地表1 m处3个高度的平均风速, 与对照茶园相同
高度处3个风速平均值的比值, 即为林带透风系数。
分别在2013年4月、8月和12月选择晴朗天气进
行设点观测, 6:00至18:00点每2 h观测一次, 观测项
目有风速、空气温度、土壤温度、空气相对湿度和
土壤相对湿度。风速用轻便三杯风向风速仪
(DEM-6, 上海隆拓仪器设备厂, 上海)测定, 测定高
度1.5 m, 记录1 min的平均风速, 测量3次, 取平均
值; 空气温度用通风干湿表(DHM2, 天津市凯隆达
仪器仪表有限公司, 天津)观测, 观测高度1.5 m, 测
量3次, 取平均值; 用土壤温度表和曲管温度计测
定0、5、10、15和20 cm深处的土壤温度, 计算0–20
cm深处土壤温度的平均值; 采用ST-DHM2型通风
干湿表对距地表1.5 m处的空气相对湿度进行定位
观测, 测量3次, 取平均值; 利用烘干法, 对0–5 cm、
5–10 cm、10–15 cm、15–20 cm深处的土壤含水量进
行定位观测, 计算0–20 cm深处的土壤含水量及田
间持水量, 土壤含水量与田间持水量的比值, 即为
土壤相对湿度。
2.2.2 数据处理方法
防风效能E的计算: E = (u0 – ux) / u0 × 100%, 其
中, E表示防护林内的平均风速比对照茶园减少的
百分数, 即防风效能; ux为茶园防护林内的平均风
速; u0为同一高度对照茶园的平均风速。
用Excel 2003进行初步整理, 分析野外调查数
据和气象数据, 并绘制相关图表, SPSS 17.0进行相
关分析和单因素方差分析, 用Duncan法进行多重比
较, 显著性水平为0.05; 风速、气温、土壤温度、空
气相对湿度和土壤相对湿度均取3个测定时期的平
均值, 将数据进行标准化(余新晓等, 2010)处理后,
用SPSS 17.0进行主成分分析。
3 结果和分析
3.1 茶园防护林网的防风效应
防护林有减弱风速的作用, 当气流通过林带时,
由于枝叶摩擦而消耗一部分动能, 此外, 穿过林带
的气流在背风林缘处形成湍流, 气流摩擦又消耗部
分动能(范志平等, 2002)。山东茶区的冻害多是由大
风降温引起的(朱秀红等, 2012), 因此, 风速的降低
对茶树生长极为有利。4月、8月和12月, 纯茶园的
风速分别为4.77、3.67和4.10 m·s–1, 由图2可知, 4种



图2 茶园防护林防风效能(平均值±标准误差)。I, 8 m × 80 m; II, 12 m × 80 m; III, 20 m × 80 m; IV, 40 m × 80 m。不同的小写字
母表示不同网格之间的差异显著(p < 0.05); 不同的大写字母表示不同月份之间的差异显著(p < 0.05)。
Fig. 2 Wind-break potencies of shelterbelt of tea gardens (mean ± SE). I, 8 m × 80 m; II, 12 m × 80 m; III, 20 m × 80 m; IV, 40 m ×
80 m. Different lowercase letters indicate significant differences among shelterbelt of tea gardens (p < 0.05); different capital letters
indicate significant differences among months of measurements (p < 0.05).

1208 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2014, 38 (11): 1205–1213

www.plant-ecology.com
网格面积的茶园防护林均有一定的防风效能, 且在
3个测定时期防风效能的差异表现出相同的规律,
其中I减小风速的效果最为显著, 而II、III之间无显
著差异, IV的防风效果较差。因此从防风效能来看,
防护林I具有一定的优越性。
在4月和12月, I、II防护林的防风效能无显著差
异, 且4月和12月的防风效能均显著大于8月的防风
效能; 而III、IV防护林12月的防风效能显著大于4
月和8月的, 且4月和8月的防风效能之间无显著差
异。总体看来, 4种不同面积防护林的防风效能在12
月时均较高, 分别为26.74%、26.19%、26.02%、
25.44%; 8月最小, 分别为24.85%、23.81%、23.54%、
22.42%; 4月份分别为26.98%、25.23%、23.35%、
22.15%, 此现象可能与防护树种和风向有关, 12月
林带走向与主害风方向垂直, 且针叶树种在冬季具
有较高的防护效应。
3.2 茶园防护林网的温度效应
3.2.1 茶园防护林网对空气温度的影响
气温关系到茶叶的生长周期、生长量及品质, 4
月、8月和12月, 纯茶园的气温分别为10.03、24.47
和–1.37 ℃, 由图3可知, 不同网格面积对气温的调
节作用以I为最大, IV最小。4月气温与对照相比分别
增加1.52、1.51、1.49和1.47 ℃; 12月气温与对照相
比分别增加1.46、1.44、1.44和1.43 ℃; 8月气温分
别比对照减少了2.50、2.35、2.26和2.10 ℃, 说明不
同网格茶园防护林对气温均有一定的调节作用。冬
春季林带的存在使茶园内空气温度升高, 这种效应
不仅对茶树根系的提前萌动有益, 而且能够防止倒
春寒及冻害对茶树的伤害; 在夏季, 防护林的遮阴
作用有效地避免了高温、高光强对茶树的不利影响。
所以防护林使茶园微环境向着适宜茶树生长的温度
范围发展, 满足了茶树喜温暖的生长特征。
8月, I和II的气温降低值之间无显著差异, 但二
者均与III和IV有显著差异; 在4月和12月时, 防护
林I均与其他3种防护林之间差异显著, 4月时II和III
的气温调节效应差异不显著, 12月时, II、III和IV防
护林温度调节效应差异也不显著, 由此可知: 网格
面积较小(I和II)的防护林对气温的调节作用更为明
显。总之, 4种防护林, 8月份对气温的调节效应较大,
而12月份对气温的调节效应总体较小, 这是由于气
温与风速有直接关系, 8月份林带的防风效能较差,
强烈的气流运动使林内气温降低, 加之, 8月份正值
植物生长茂盛期, 林带的遮阴作用使气温明显下降。
3.2.2 茶园防护林网对土壤温度的影响
4月、8月和12月, 纯茶园的土壤温度分别为
13.33、25.43和1.90 ℃, 将不同网格面积茶园防护林
0–20 cm土层内的土壤温度与对照进行比较(图4)发
现, 4月和12月茶园防护林内土壤温度与对照相比均
有所增加, 8月份林内土壤温度有一定的降低, 其中,
4月份土壤温度增加值分别为1.13、0.98、0.90和0.72
℃, 12月份土壤温度增加值分别为0.97、0.82、0.74
和0.58 ℃, 8月份土壤温度降低值分别为1.13、1.03、
0.85和0.71 ℃。土壤温度通过影响根系的生长直接
影响茶树的生长、茶叶产量和品质, 土壤温度过高
或过低, 对茶树根系生长都是不利的, 因此, 茶园
防护林在冬春季提高土壤温度、夏季降低土壤温度
的效应, 使茶树根际土壤温度维持在茶树适宜生长
的范围内, 有利于茶树生长及茶叶品质的提升(肖



图3 茶园防护林空气温度调节效应(平均值±标准误差)。I, 8 m × 80 m; II, 12 m × 80 m; III, 20 m × 80 m; IV, 40 m × 80 m。不同
的小写字母表示不同网格之间的差异显著(p < 0.05)。
Fig. 3 Regulation effects of air temperature in shelterbelt of tea gardens (mean ± SE). I, 8 m × 80 m; II, 12 m × 80 m; III, 20 m × 80
m; IV, 40 m × 80 m. Different lowercase letters indicate significant differences among shelterbelt of tea gardens (p < 0.05).

杨菲等: 鲁东沿海丘陵茶园防护林的小气候特征 1209

doi: 10.3724/SP.J.1258.2014.00116


图4 茶园防护林土壤温度调节效应(平均值±标准误差)。I, 8 m × 80 m; II, 12 m × 80 m; III, 20 m × 80 m; IV, 40 m × 80 m。
不同的小写字母表示不同网格之间的差异显著(p < 0.05)。
Fig. 4 Regulation effects of soil temperature in shelterbelt of tea gardens (mean ± SE). I, 8 m × 80 m; II, 12 m × 80 m; III, 20 m ×
80 m; IV, 40 m × 80 m. Different lowercase letters indicate significant differences among shelterbelt of tea gardens (p < 0.05).


润林等, 2006; 王广铭, 2012)。
在3个测定月份中, 土壤温度调节作用均表现
为茶园防护林I的最好; IV的土壤温度调节作用显著
低于其他防护林; 4月和12月时, II、III防护林的土壤
温度调节值之间无显著差异, 但在8月份两者差异
显著, 因此, 防护林I比II、III、IV的土壤温度调节
效应好。土壤温度的变化受气温的影响, 故不同网
格面积防护林的土壤温度月均值大小顺序与气温相
似, 总体而言, 4种防护林的土壤温度调节效应以8
月份的最好, 12月份的最差。
3.3 茶园防护林网的湿度效应
3.3.1 茶园防护林网对空气相对湿度的影响
防护林能降低林内风速, 改善林内气温, 从而
提高空气湿度, 防护林内气流交换较弱, 空气中水
分在林内停留的时间比较长, 因此防护林内空气相
对湿度通常比旷野高(宗萍萍等, 2005)。4月、8月和
12月纯茶园的空气相对湿度分别为 48.67%、
84.67%、67.00%, 将4种茶园防护林的空气相对湿度
与对照相比, 结果如图5所示, 不同网格面积防护林
的空气相对湿度均较对照茶园有所增加, 其中4月
份空气相对湿度增加值分别为8.10%、7.97%、
7.83%、7.54%, 8月份增加值分别为2.73%、2.52%、
2.46%、2.23%, 12月份林内空气相对湿度增加值分
别为4.53%、4.38%、4.24%、4.02%。防护林I的空
气相对湿度调节效应除在4月份与II的无显著差异
外, 在8月份和12月份均与其他3种防护林差异显
著; 4月份和8月份II、III的空气相对湿度调节效应无
显著差异; IV在4月份、8月份和12月份的空气相对
湿度调节效应均显著小于其他3种防护林。空气相对
湿度有利于茶叶品质的提升, 因此防护林I能为高
品质茶叶的生产提供良好的环境条件。
在不同的测定月份中, 空气相对湿度的调节效
应差异显著, 表现为4月>12月>8月, 同时, 绝对温
度也表现出相同的规律。4月和12月天气较干旱时,
林带对空气相对湿度的调节作用更明显, 能在空气
干燥的冬春季给茶树生长提供有利的微环境。
3.3.2 茶园防护林网对土壤相对湿度的影响
4月、8月和12月, 纯茶园的土壤相对湿度分别
为43.67%、83.67%、61.67%, 4种网格面积防护林
0–20 cm土层内土壤相对湿度与对照相比(图6), 在4
月和12月有所增加, 而8月份则有所降低, 其中, 4月
份林内土壤相对湿度增加值分别为8.46%、8.27%、
8.19%、8.11%, 12月份林内土壤相对湿度增加值分
别为3.00%、2.78%、2.63%、2.36%, 8月份林内土壤
相对湿度降低值分别为12.43%、12.35%、11.87%、
11.55%。
防护林I的土壤相对湿度调节效应除在8月份与
防护林II的无显著差异外, 在4月与12月均与其他3
种防护林差异显著; 防护林II和III在4月和12月时无
显著差异, 而在8月份时差异显著; 防护林IV除在4
月份时与III无显著差异外, 8月和12月均显著小于其
他3种防护林。因此网格面积较小的防护林具有较好
的土壤相对湿度调节效应。综上所述, 防护林I的土
壤相对湿度调节效应较好。
3.4 茶园防护林内小气候因子的主成分分析
4种茶园防护林小气候因子建立的标准化矩阵
如表1所示, 主成分分析结果如表2所示。前两个主
分量的累计贡献率已达到99.06%, 保留了足够的信
1210 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2014, 38 (11): 1205–1213

www.plant-ecology.com


图5 茶园防护林空气相对湿度调节效应(平均值±标准误差)。I, 8 m × 80 m; II, 12 m × 80 m; III, 20 m × 80 m; IV, 40 m × 80
m。小写字母为不同网格之间的差异显著(p < 0.05)。大写字母为不同月份之间的差异显著(p < 0.05)。
Fig. 5 Regulation effects of relative air humidity in shelterbelt of tea gardens (mean ± SE). I, 8 m × 80 m; II, 12 m × 80 m; III, 20
m × 80 m; IV, 40 m × 80 m. Different lowercase letters indicate significant differences among shelterbelt of tea gardens (p < 0.05).
Different capital letters indicate significant differences among months of measurements (p < 0.05).




图6 茶园防护林土壤相对湿度调节效应(平均值±标准误差)。I, 8 m × 80 m; II, 12 m × 80 m; III, 20 m × 80 m; IV, 40 m × 80
m。不同的小写字母表示不同网格之间的差异显著(p < 0.05)。
Fig. 6 Regulation effects of relative soil moisture in four shelterbelt of tea gardens (mean ± SE). I, 8 m × 80 m; II, 12 m × 80 m;
III, 20 m × 80 m; IV, 40 m × 80 m. Different lowercase letters indicate significant differences among shelterbelt of tea gardens (p <
0.05).


表1 不同茶园防护林内小气候因子数据标准化矩阵
Table 1 The means matrix of microclimate factors in different shelterbelt systems
网格面积
Network area
风速
Wind speed
空气温度
Air temperature
土壤温度
Soil temperature
空气相对湿度
Relative air humidity
土壤相对湿度
Relative soil moisture
8 m × 80 m –1.250 93 –1.181 59 1.269 18 1.112 76 1.200 96
12 m × 80 m –0.288 68 –0.322 25 –0.152 30 0.332 68 –1.200 96
20 m × 80 m 0.481 13 0.322 25 0.050 77 –0.172 08 0.240 19
40 m × 80 m 1.058 48 1.181 59 –1.167 65 –1.273 37 –0.240 19


息, 随机因子干扰也不大, 取前两个主分量的特征
根、特征向量计算因子的负荷量。
如表2所示, 在第一主分量对标准化变量的系
数中, 风速和空气温度是负数中绝对值较大的, 土
壤温度和空气相对湿度在正数中较大, 表明茶园防
护林内小气候因子主要由风速、空气温度和土壤温
度、空气相对湿度决定。在第一主分量中, 空气温
度具有较大的负向负荷量, 土壤温度则具有较大的
正向负荷量; 第二主分量主要由土壤相对湿度决
定, 表明防护林内小气候因子差异的15.67%是由土
壤相对湿度的差异性引起的。这表明4种不同网格面
积防护林小气候因子的差异主要是由空气温度和土
壤温度决定的, 而气温和土壤温度受植被盖度影
响。在实践中, 为了提高茶园防护林的效应, 除了要
杨菲等: 鲁东沿海丘陵茶园防护林的小气候特征 1211

doi: 10.3724/SP.J.1258.2014.00116
表2 不同茶园防护林内小气候因子的主分量和因子负荷量
Table 2 The principal component coordination and factor load values of microclimate factors in different shelterbelt systems
气候因子
Microclimate factors
项目
Items
风速
Wind speed
空气温度
Air temperature
土壤温度
Soil temperature
空气相对湿度
Relative air
humidity
土壤相对湿度
Relative soil
moisture
特征根
Eigenvalue
累计贡献
Accumulative
contribution
主分量1
Principal component 1
–0.233 –0.235 0.236 0.234 0.142 4.169 0.833 9
因子负荷量
Factor load value
–0.971 –0.978 0.986 0.974 0.590
主分量2
Principal component 2
0.234 0.262 0.142 –0.271 1.030 0.783 0.990 6
因子负荷量
Factor load value
0.183 0.205 0.111 –0.212 0.806


调节防护林网格面积外, 还应注意防护林的林带结构
和树种栽植密度, 将茶园内的遮阴效果调整到适宜的
温度范围才是提高茶园小气候效应的最佳途径。
4 讨论
据Rapp和Silman (2012)研究, 低空急流引起的
区域水分通量和太阳角引起的太阳辐射差异性导致
小气候的季节性变化, 因此防护林对小气候的调节
效应是随季节的变化而变化的。本研究中, 气温和
土壤温度在冬春季都较对照有所增加, 夏季减少,
与多数研究者的结论相同(曹新孙, 1983; 黄寿波等,
1994; 宗萍萍等, 2005; 叶晶等, 2013)。这表明防护林
带对防护区内空气和土壤温度起缓冲作用, 可防止
冻害、避免高温灼伤。此外, 从本研究数据中还可以
看出, 在各测定时段防风效应均表现为8 m × 80 m >
12 m × 80 m > 20 m × 80 m > 40 m × 80 m, 这与相关
研究结果(王礼先等, 2000; 朱廷曜, 2001)一致, 跟大
网格相比, 小网格林带的防风效益明显较好。
但在空气湿度方面, 本研究数据显示, 在非生
长季的增湿作用较为明显, 4月份增湿作用增幅为
16.2%, 12月份增幅为6.4%, 而在生长季仅为2.9%,
这与多数研究结果(张红利等 , 2009; 孔东升等 ,
2014)相反。由这一点可以推断, 除了试验地选在了
气候较为湿润的沿海地区外, 防护林带以蒸腾较弱
的针叶树种为主也可能是导致这一差异的原因。但
通过对土壤相对湿度的监测, 8月份防护林内的土壤
相对湿度较纯茶园有明显降低, 如果产生这种现象
的原因与防护林带的蒸腾有关, 就会与之前对空气
湿度的推论相悖。故该地区茶园防护林的蒸腾作用
可能对茶园内湿度的季节性变化影响不大, 而更多
的是其他环境因素的影响。夏季时主风向并非垂直
主林带, 防护林防风效能较低也可能是出现这一现
象的原因之一, 具体哪些环境因素对防护林内空气
湿度的季节变化起主导作用, 还需要进一步研究。
单就4种防护林对小气候的总体调节效应来看,
8 m × 80 m的防护林优于其他3种防护林。但防护林
在维持茶园小气候的同时, 还伴随着一定程度的负
效应, 其中, 胁地作用对其影响最为明显(范志平
等, 2002), 而小网格更容易引起林内光照强度减
弱、根系抢夺养分等现象的发生。有研究(赵凌泉等,
1992; 尚静原等, 2006)发现, 杨树(Populus)等阔叶
树种胁地范围较大, 大致为林带高度的0.7–1.6倍,
而部分针叶树种胁地范围相对较小, 约为林带高度
的0.3–0.7倍。因此在实际应用中, 可根据林内作物
的不同, 适当扩大网格面积, 灵活选用12 m × 80 m
网格, 或做断根处理。
不同的林带配置结构会影响林内小气候, 本研
究的主成分分析结果表明, 气温和地温是决定不同
网格面积防护林内小气候因子的主要因素, 其因子
负荷量分别为–0.978和0.986。气温和土壤温度可以
通过改变防护林的垂直结构和立体结构进行调节
(彭方仁等, 2001), 因此还需要进一步研究温度对茶
叶产量和品质的影响。相关分析结果表明, 风速与
空气温度呈极显著正相关关系(p < 0.01), 与土壤温
度无显著的线性关系(p > 0.05), 因此风速可能通过
改变林内气温来间接影响林内气候变化。在此基础
上, 通过改变林带结构的规划设计、防护树种选择、
空间结构配置、造林技术等(朱教君, 2013), 对防护
林配置进行进一步优化。
5 结论
4种茶园防护林均能有效地调节茶园内风速、空
1212 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2014, 38 (11): 1205–1213

www.plant-ecology.com
气温度、土壤温度, 对空气相对湿度和土壤相对湿
度也有一定影响。防护林对小气候的调节效应随季
节而变化, 冬春增温, 减轻冻害; 夏季降温, 有效
地避免高温胁迫。总体来看, 8 m × 80 m在小气候调
节方面的防护效应优势较为明显, 能使茶园小气候
向着更有利于茶树生长的方向变化。
基金项目 世界银行贷款山东生态造林项目“干旱
瘠薄山地造林树种及造林模型选择研究” (SEAP-
KY-1P112759)。
参考文献
Cao XS (1983). Shelterbelt for Farmland. China Forestry Pub-
lishing House, Beijing. (in Chinese) [曹新孙 (1983). 农
田防护林学. 中国林业出版社, 北京.]
Duan YC, Liu JX, Dong SQ, Xue HY (2010). Preliminary re-
search of developing pattern of Shandong Province eco-
logical tea garden. Chinese Agricultural Science Bulletin,
26, 281–286. (in Chinese with English abstract) [段永春,
刘加秀, 董书强, 薛花余 (2010). 山东生态茶园建设模
式初探. 中国农学通报, 26, 281–286.]
Fan ZP, Zeng DH, Zhu JJ, Jiang FQ, Yu XX (2002). Advance
in characteristics of ecological effects of farmland shelter-
belts. Journal of Soil and Water Conservation, 16,
130–140. (in Chinese with English abstract) [范志平, 曾
德慧, 朱教君, 姜凤岐, 余新晓 (2002). 农田防护林生
态作用特征研究. 水土保持学报, 16, 130–140.]
Huang SB, Fan XH, Fu MY, Fu JH (1994). Study on microcli-
mate effects in different tree-tea intercropping models and
pure tea plantation. Forest Research, 7, 93–100. (in Chi-
nese) [黄寿波, 范兴海, 傅懋毅, 傅金和 (1994). 不同
林-茶栽培模式小气候特征研究 . 林业科学研究 , 7,
93–100.]
Jiang FQ, Zhu JJ, Zeng DH (2003). Management for Protective
Plantations. China Forestry Publishing House, Beijing. (in
Chinese) [姜凤岐, 朱教君, 曾德慧 (2003). 防护林经营
学. 中国林业出版社, 北京.]
Kong DS, Jin BW, Jin M, Lu YF, Sheng JX (2014). Microcli-
mate effects of farmland shelterbelt in middle reaches of
Heihe basin. Journal of Arid Land Resources and Envi-
ronment, 28(1), 32–36. (in Chinese with English abstract)
[孔东升, 金博文, 金铭, 鲁艳芳, 盛吉兴 (2014). 黑河
流域中游农田防护林小气候效应. 干旱区资源与环境,
28(1), 32–36.]
Liu ZL, Fang JM, Yu MK, Wang C, Liu HJ (2009). Study on
diurnal variation of microclimate characteristics of three
forest-tea compound systems. China Forestry Science and
Technology, 23(2), 55–59. (in Chinese with English ab-
stract) [刘志龙, 方建民, 虞木奎, 王臣, 刘洪剑 (2009).
3种林茶复合系统小气候特征日变化研究. 林业科技开
发, 23(2), 55–59.]
Peng FR, Li J, Huang BL, Zhang JL (2001). The microclimate
characteristics in different agroforestry systems of sea-
coast. Journal of Plant Resources and Environment, 10,
16–20. (in Chinese with English abstract) [彭方仁, 李杰,
黄宝龙, 张纪林 (2001). 海岸带不同复合农林业系统的
小气候特征. 植物资源与环境学报, 10, 16–20.]
Rapp JM, Silman MR (2012). Diurnal, seasonal, and altitudinal
trends in microclimate across a tropical montane cloud
forest. Climate Research, 55, 17–32.
Shang JY, Zhao HC, Wang BZ (2006). Shading effects of
farmland shelter-belt and countermeasures. Protection
Forest Science and Technology, (4), 71, 97. (in Chinese)
[尚静原, 赵焕成, 王宝珠 (2006). 农田防护林胁地效
应及其解决对策. 防护林科技, (4), 71, 97.]
Teng HZ, Chen XF, Wang C, Dong SQ, Zheng HT (2012). The
development trend and suggestions of the tea industry in
Shandong Province. Chinese Horticultural Abstracts, (3),
179–180. (in Chinese) [滕怀泽, 陈秀峰, 王超, 董书强,
郑海涛 (2012). 山东省茶叶产业发展趋势与建议. 中国
园艺文摘, (3), 179–180.]
Wang GM (2012). Effects on chestnut-tea intercrop pattern of
Xinyang tea garden on the ecological environment. Hubei
Agricultural Sciences, 51, 2207–2211. (in Chinese with
English abstract) [王广铭 (2012). 信阳茶区栗茶间作模
式对生态环境的影响. 湖北农业科学, 51, 2207–2211.]
Wang LX, Wang BR, Zhu JZ (2000). Forestry Ecological En-
gineering. China Forestry Publishing House, Beijing. 223.
(in Chinese) [王礼先, 王斌瑞, 朱金兆 (2000). 林业生
态工程学. 中国林业出版社, 北京. 223.]
Xiao RL, Peng WX, Song TQ, Wang JR, Xia YJ, Tang Y
(2006). Ecological regulation effects of straw mulching in
tea plantation in subtropical hilly red soil region. Chinese
Journal of Ecology, 25, 507–511. (in Chinese with English
abstract) [肖润林, 彭晚霞, 宋同清, 王久荣, 夏艳珺,
汤宇 (2006). 稻草覆盖对红壤丘陵茶园的生态调控效
应. 生态学杂志, 25, 507–511.]
Ye J, Wu JS, Yan XJ, Lin L, Wang GY, Qiu ZM (2013). Ef-
fects of tea-persimmon interplanting on the ecological en-
vironment of tea plantations and tea quality. Northern
Horticulture, (16), 39–41. (in Chinese) [叶晶, 吴家森, 颜
晓捷, 林丽, 王国英, 邱智敏 (2013). 茶-柿复合栽培对
茶园生态环境及产品品质的影响 . 北方园艺 , (16),
39–41.]
Yu XX, Wang CL, Niu LL (2010). Para Allocation of Water-
shed Protection Forest System. Science Press, Beijing.
42–45. (in Chinese) [余新晓, 王春玲, 牛丽丽 (2010).
流域防护林体系对位配置. 科学出版社, 北京. 42–45.]
杨菲等: 鲁东沿海丘陵茶园防护林的小气候特征 1213

doi: 10.3724/SP.J.1258.2014.00116
Zhang HL, Zhang QL, Ma LQ (2009). Study on microclimate
effect of different deploy structure of farm land sheltbelt in
Ulanbuh Desert. Journal of Arid Land Resources and En-
vironment, 23, 191–194. (in Chinese with English abstract)
[张红利, 张秋良, 马利强 (2009). 乌兰布和沙地东北
缘不同配置的农田防护林小气候效应的对比研究. 干
旱区资源与环境, 23, 191–194.]
Zhang YP, Liu Y (2005). A comparative research on microcli-
mate characteristics between ancient tea plantation and
conventional tea plantation in Yunnan Province. Journal
of South China Agricultural University, 26, 17–21. (in
Chinese with English abstract) [张一平, 刘洋 (2005). 云
南古茶园与常规茶园小气候特征比较研究. 华南农业
大学学报, 26, 17–21.]
Zhao LQ, Li CL, Zhao L, Wang QP, Fan ZZ (1992). The inves-
tigation of soil coerced status of farmland protection forest
in Yinhe Township. Protection Forest Science and Tech-
nology, (1), 1–5. (in Chinese) [赵凌泉, 李成烈, 赵岭, 汪
庆平, 范忠志 (1992). 音河乡农田防护林胁地状况的调
查研究. 防护林科技, (1), 1–5.]
Zhu JJ (2013). A review of the present situation and future
prospect of science of protective forest. Chinese Journal of
Plant Ecology, 37, 872–888. (in Chinese with English ab-
stract) [朱教君 (2013). 防护林学研究现状与展望. 植
物生态学报, 37, 872–888.]
Zhu TY (2001). Farmland Shelterbelt and Ecological Engi-
neering. China Forestry Publishing House, Beijing. 8–16.
(in Chinese) [朱廷曜 (2001). 农田防护林生态工程学.
中国林业出版社, 北京. 8–16.]
Zhu XH, Yuan HG, Zheng HT (2012). Analysis of tea freeze
climate causes in the past 45 years of Shandong. China
Tea, (3), 11–13. (in Chinese) [朱秀红, 袁洪刚, 郑海涛
(2012). 近45年山东茶树冻害气候原因分析. 中国茶叶,
(3), 11–13.]
Zong PP, Bao YH, Yang JH, Sun CN, Wang L (2005). Study
on protective effects of small network farm-shelter forest
in sandy area of Yellow River. Journal of Soil and Water
Conservation, 19, 110–130. (in Chinese with English ab-
stract) [宗萍萍, 鲍玉海, 杨吉华, 孙成楠, 王力 (2005).
黄泛沙地小网格农田防护林网防护效应的研究. 水土
保持学报, 19, 110–130.]


责任编委: 王政权 责任编辑: 王 葳