全 文 ：第 36 卷 第 6 期
2014 年 11 月
北 京 林 业 大 学 学 报
JOUＲNAL OF BEIJING FOＲESTＲY UNIVEＲSITY
Vol． 36，No． 6
Nov．，2014
DOI:10． 13332 / j． cnki． jbfu． 2014． 06． 011
藏东南色季拉山冷杉林林隙与非林隙小气候比较
罗大庆 张晓娟 任德智
(西藏农牧学院高原生态研究所)
摘要:通过藏东南色季拉山急尖长苞冷杉林典型林隙与非林隙的旷地和林内小气候观测，从昼间总辐射、气温、相
对湿度、地表温度和 5 ～ 15 cm层土壤温度指标，分析夏季林隙与非林隙小气候的异同。结果表明，冷杉林林隙总辐
射年变化呈双峰曲线，峰值分别出现在 5 和 8 月;林隙总辐射的日变幅和年变幅均小于旷地，年总辐射量为
1 173. 28 MJ /m2，总辐射量显著低于旷地(P ＜ 0. 01)。夏季昼间，林隙与非林隙气温变化曲线均呈倒 S 型，林隙气
温日变幅小，介于旷地与林内之间，接近林内而低于旷地;林隙相对湿度高于旷地和林内，且日变幅较小。林隙和
非林隙的地表温度日变化趋势与气温基本一致，旷地地表及土壤各层温度显著高于林隙和林内;土壤温度随土层
深度增加而递减，10 cm及以下土层无明显日变化;地表温度受夏季太阳辐射影响，其日变幅显著高于土壤温度。
关键词:旷地;总辐射;气温;相对湿度;土壤温度
中图分类号:S718. 5 文献标志码:A 文章编号:1000--1522(2014)06--0048--06
收稿日期:2013--12--20 修回日期:2014--06--22
基金项目:国家自然科学基金项目(31060113)、西藏林芝森林生态系统国家观测站资助项目。
第一作者:罗大庆，研究员。主要研究方向:森林生态。Email:dqluo0894@ 163． com 地址:860000 西藏林芝地区八一新村学院路 8 号西
藏农牧学院高原生态研究所
本刊网址:http:journal． bjfu． edu． cn
LUO Da-qing;ZHANG Xiao-juan;ＲEN De-zhi． Comparative research on microclimate between
forest gaps and non-gaps of Smith fir forests in the Sejila Mountains，southeastern Tibet． Journal
of Beijing Forestry University (2014)36(6)48--53［Ch，22 ref．］Ｒesearch Institute of Plateau Ecology，
Tibet Agriculture and Animal Husbandry College，860000，P． Ｒ． China．
Through the microclimate observation of gaps and non-gaps (under-canopy and open spaces)of
Abies georgei forest in the Sejila Mountain，southeastern Tibet，we monitored daytime total radiation，air
temperature，relative humidity，surface temperature and 5 － 15 cm layer soil temperature，and analyzed
the similarities and differences of microclimate between forest gaps and non-gaps in summer time． The
results showed that，the annual change of total solar radiation to fir gaps presented bimodal curve and the
peak values appeared in May and August． The diurnal and annual variation ranges of total solar radiation
in forest gaps were less than that of open spaces，and meanwhile，the annual total solar radiation of gaps
was 1 173. 28 MJ /m2，which was significantly lower than that of the open spaces (P ＜ 0. 01)． The
changing curves of air temperature in gaps and non-gaps during summer daytime were of inverted S，and
the diurnal variation range of air temperature in gaps was small，ranging between open spaces and under-
canopy，and it was closed to that in under-canopy and significantly lower than that in the open spaces．
The relative humidity of gaps was higher than that of open spaces and under-canopy，meanwhile the
variation range of it was small． The diurnal variation trend of surface temperature in forest gaps and non-
gap was basically consistent with the change of air temperature． The temperatures of land surface and soil
layers in open spaces were significantly higher than that in gaps and under-canopy． The soil temperature
decreased with the increase of soil depth，and there was no obvious diurnal variation under 10 cm layer．
Due to the influence of solar radiation to the surface temperature，the diurnal variation amplitude of it was
much higher than that of the soil temperature．
Key words open spaces;total radiation;air temperature;relative humidity;soil temperature
第 6 期 罗大庆等:藏东南色季拉山冷杉林林隙与非林隙小气候比较
林隙是森林遭受干扰后所形成的异质空间，广
泛存在于森林生态系统中。林隙的出现改变了森林
内部环境、物种组成以及多样性等，进而对森林群落
的结构和功能、演替进程甚至演替方向产生影
响［1
--2］。研究林隙的形成、变化和发展动态过程，是
揭示森林动态与森林更新和演替的重要基础［3］。
林隙小气候特征及其时空变化是环境异质性的重要
组成部分之一，林隙中光照、温度、湿度等对森林植
物的生长发育及其他多种生态条件有着深刻影响，
对其开展研究有助于诠释林隙形成后其内部生态环
境的时空分布格局及其生态学意义，因而在森林生
态环境异质性影响研究中备受关注［4
--8］。近 10 年
来我国在热带、温带森林中涉及林隙光照、气温、土
温等小气候因子的时空变化研究逐渐增多［9
--12］。
藏东南是西藏森林的主要分布区，也是我国重
点林区之一，其生态地位与安全屏障作用极为重要。
以云(Picea)、冷杉(Abies)属为主的暗针叶林分布于
藏东南亚高山地带，约占该区域森林总面积的
40%。通过多年的定位研究，我们相继对冷杉林林
隙特征、更新动态方面进行了研究报道［13--15］。为了
进一步探讨林隙生态因子的变化规律及其与植物生
命活动关系，近年开始在该类型森林林隙中开展小
气候观测研究，旨在为揭示原始冷杉林的更新、物种
共存和物种多样性的维持机制提供科学依据。
1 研究地区概况与研究方法
1. 1 研究区概况
研究区色季拉山属于念青唐古拉山向南延伸的
余脉，位于西藏东南部林芝县境内，地处南迦巴瓦西
侧，为尼洋曲与帕隆藏布的分水岭，山体垂直海拔大
致在 2 100 ～ 5 300 m之间。研究样地设在东坡海拔
3 800 m附近林芝生态站急尖长苞冷杉(Abies georgei
var． smithii)林长期固定标准地内(1. 0 hm2)。该海
拔地带属亚高山寒温带湿润气候区，根据林芝生态
站多年观测显示，该地带年平均气温 3. 5 ℃，最暖月
(7 月)平均气温 11. 15 ℃，最冷月(1 月)平均气温
－ 4. 1 ℃;年降水量 1 095. 4 mm，主要集中于 6—9
月;年平均相对湿度 83%。林分乔木树种组成仅急
尖长苞冷杉 1 种，主林层平均高度 35 m;下木主要
有峨眉蔷薇(Ｒosa omeiensis)、柳叶忍冬(Lonicera
lanceolata)、杯萼忍冬(L． inconspicua)、白毛小叶栒
子(Cotoneaster microphyllus var． cochieatus)、山育杜
鹃(Ｒhododendron oreotrephes)等;草本包括凉山悬钩
子 (Ｒubus fockeanus)、草 莓 凤 仙 花 (Impatiens
fragicolor)、无翅兔耳风(Ainsliaea aptera)、糙野青茅
(Deyeuxia scabrescens)、光 茎 四 川 堇 菜 (Viola
szetschwanensis)、五裂蟹甲草(Cacalia pentaloba)等，
层间植物为防己叶菝葜(Smilax menispermodes)［16］。
土壤类型为酸性棕壤，土层平均厚度 60 cm，土壤发
育程度低，腐殖质化过程不明显。
1. 2 研究方法
1. 2. 1 观测场地选取
根据本研究区冷杉林林隙调查结果，扩展林隙
面积主要在 600 m2以下，其中以 300 ～ 400 m2的扩展
林隙居多［13］。因此，在 1. 0 hm2固定标准地内选取
面积相当的林隙作为观测样地，林隙投影形状不规
则，大致呈椭圆形，长轴长度为 26. 7 m、短轴长度
17. 5 m，面积为 366 m2，林隙周边主林层平均胸径
50 cm，优势木胸径 110 cm，平均树高 31. 6 m，优势木
树高 51. 6 m。林隙灌木层植物主要有柳叶忍冬、峨
眉蔷薇、山育杜鹃等，平均盖度 20%，草本层植物主
要有巨伞钟报春(Primula florindae)、箭叶橐吾
(Ligularia sagitta)、粗根苔草(Carex pachyrrhiza)、藓
类等，平均盖度 90%。非林隙的林内和旷地观测样
地为同海拔范围、相同坡向附近的林芝生态站 2008
年设置的急尖长苞冷杉林林内长期观测场和冷杉林
采伐迹地长期观测场［16］。林内观测场乔木层平均
胸径 48. 6 cm，平均树高 27. 8 m，郁闭度 65%左右;
灌木层植物主要有山育杜鹃、柳叶忍冬、杯萼忍冬
等，平均盖度 15%;草本层植物主要有五裂蟹甲草、
凉山悬钩子、粗根苔草、平均盖度 15%;藓类盖度
85%。旷地观测场灌木层植物主要有峨眉蔷薇、西
南花楸(Sorbus rehderiana)等，平均盖度 10%;草本
层植物主要有五裂蟹甲草、西南草莓(Fragaria
moupinensis)、多穗蓼(Polygonum polystachyum)等，
平均盖度 85%［14］。观测样地其他信息详见表 1。
表 1 林隙与非林隙观测样地信息表
Tab． 1 Information sheet of gaps and non-gap observation plots
样地名称 地理位置 海拔 /m 坡向 /(°) 坡度 /(°) 样地面积 /m2 形成方式
林隙 29°3850″N，94°4249″E 3 816 ES70 35 366 自然
林内 29°3858″N，94°4252″E 3 830 ES70 30 2 500 自然
旷地 29°3904″N，94°4255″E 3 826 ES70 30 2 500 采伐
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1. 2. 2 小气候观测方法
在林隙中心点位置安装一套全自动气象观测系
统，观测项目包括总辐射、气温、相对湿度、土壤温
度。空气温湿度传感器为 CS215(相对湿度传感器
量程:0 ～ 100% ＲH，精度:± 2%;温度传感器量程:
－ 40 ～ 70 ℃，精度:± 0. 3 ℃) ;风向风速，传感器为
Ｒ． M Young 公司 03002 (风速量程:0 ～ 50 m /s，精
度:± 0. 5 m /s，风向量程:360°，精度:± 5°) ;5、10、
15 cm 土壤温度，采用 Campbell 公司 109SS 传感器
(温度量程:－ 40 ～ 70 ℃，可交换性误差:± 0. 3
℃) ;地表温度为 SI--111 红外探头(精度:± 0. 2
℃) ;总辐射为 CS300 总辐射仪(绝对精度:日照辐
射量的 ± 5%，量程:0 ～ 2 000 W/m2) ;数据采集器为
Campbell公司 CＲ1000--XT型。小气候观测从 2010
年 10 月—2012 年 12 月连续进行，数据记录时间分
别有 10 min、1 h 和 1 d。林内和旷地全自动观测系
统均为 Campbell 公司 CＲ3000，传感器均与林隙
一致。
1. 3 数据处理
总辐射年变化过程按月总辐射值统计;总辐射
日变化以夏季典型晴天(8 月 13 日，昼间无云量)和
典型阴天(8 月 17 日，昼间云量 100%)08:00—
20:00时的整点值进行统计;气温、相对湿度、地表温度、
5、10、15 cm土壤温度的月变化分别以 5、7、9 月每日
的 06:00—19:00 整点数据平均值统计分析。数据
的计算分析、图表绘制均采用 Microsoft Excel。
2 结果与分析
2. 1 总辐射
2. 1. 1 林隙与旷地总辐射年变化
在森林环境特征各要素中，太阳辐射分布及变
化对森林小气候的形成及环境影响极大。藏东南地
处中低纬度，太阳高度角大，加之海拔抬升作用，太
阳辐射强度应比同纬度的低海拔区高，但夏季受云
雨的影响，其年总辐射还低于高原南部的雨影
区［17］。对亚高山暗针叶林林隙和旷地的总辐射分
析结果显示(图 1) ，林隙与旷地的总辐射季节变化
趋势基本一致，以夏季(5—9 月)最大，春季和秋季
次之，冬季最小;年变化呈双峰曲线，峰值出现在 5
月和 8 月，以 5 月最高，林隙为 139. 57 MJ /m2，林外
旷地为 543. 28 MJ /m2;2 次峰值之间，恰逢雨季盛
期，受云量影响，6—7 月出现明显的峰谷区，其辐射
值与春秋季相当;林隙与旷地的总辐射最低值分别
出现在 12 月(57. 26 MJ /m2)和 1 月(311. 37 MJ /
m2)。从年进程比较来看，林隙各月的总辐射量均
显著低于旷地(P ＜ 0. 01) ，5 月峰值时林隙与旷地相
差 403. 71 MJ /m2，12 月峰谷时林隙与旷地相差
274. 96 MJ /m2;林隙的年总辐射量为 1 173. 28 MJ /
(m2·a) ，林外旷地为 5 100. 66 MJ /(m2·a) ，年较差
3 927. 38 MJ /(m2·a) ，差异明显。
图 1 林隙与旷地总辐射年变化
Fig． 1 Annual variation of total solar radiationin in
forest gaps and open spaces
2. 1. 2 林隙与旷地总辐射日变化
从总辐射年变化的分析可知，藏东南亚高山地
带的总辐射季节变化与同纬度其他地区一样均为夏
季最高。因此，选择夏季典型晴天和无雨阴天的总
辐射日进程进行分析并与旷地比较。由图 2 可见，
林隙的总辐射日变化趋势与旷地基本一致，均呈单
峰曲线，早晚低、正午高，晴天 13:00 时的峰值为
534. 23 W/m2;阴天峰值出现时间约滞后 1 h，为
144. 66 W/m2，仅是晴天峰值的 27%。晴天的林隙
总辐射日总量为 8. 60 MJ /m2，阴天为 5. 57 MJ /m2，
比旷地的日总量低 68%;日进程的方差分析显示，
晴天和阴天时林隙的日总辐射量均显著低于旷地
(P ＜ 0. 05) ，晴天正午时可相差 575. 02 W/m2，峰值
相差 49%，阴天的峰值相差 69%。
图 2 林隙与旷地典型天气总辐射日变化
Fig． 2 Diurnal variation of total solar radiation at typical
weather in forest gaps and open spaces
2. 2 气温与相对湿度
2. 2. 1 林隙与非林隙夏季气温日变化
通过夏季 5、7 和 9 月急尖长苞冷杉林林隙与非
林隙昼间气温变化过程分析(如图 3 所示) ，林隙与
林内、旷地夏季各月的昼间气温变化曲线均呈倒 S
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第 6 期 罗大庆等:藏东南色季拉山冷杉林林隙与非林隙小气候比较
型，07:00—08:00 时的气温低，14:00—16:00 时气
温升至最高。夏季气温以 7 月最高，9 月次之，5 月
最低。最热月 7 月平均气温以旷地最高(12. 9 ℃) ，
林隙次之(11. 8 ℃) ，林内最低(11. 4 ℃)。昼间气
温变化最大为 5 月，其日较差旷地为 9. 4 ℃、林隙为
8. 1 ℃、林内为 7. 7 ℃。从昼间气温最大值及出现
时间来看:5 月，林隙与旷地、林内的最高气温均出
现在 15:00 时左右，介于 10. 1 ～ 11. 0 ℃之间，相差
不大;7 月，林隙与旷地的最高气温出现在 14:00
时，比林内提前 1 h 左右，林隙与旷地相差 1. 7 ℃，
与林内相差 0. 5 ℃;9 月，林隙最高气温值仍出现在
14:00 时，而旷地和林内延后 2 h 出现，林隙与旷地
相差 1. 7 ℃，与林内相差 0. 1 ℃。
图 3 林隙与非林隙气温与相对湿度日变化
Fig． 3 Diurnal variations of air temperature and relative humidity in forest gaps and non-gaps
2. 2. 2 林隙与非林隙夏季相对湿度日变化
藏东南地区 5 月初进入夏季，气温逐渐回升的
同时降雨增加、水汽压升高，空气湿度亦随之增大，
已有研究显示，该区域同期的相对湿度在西藏范围
内属于较高水平［17］。分析夏季 5、7 和 9 月昼间的
相对湿度，由图 3 可见，无论在林隙还是非林隙，相
对湿度日变化曲线均呈反 S型。进一步分析林隙与
非林隙夏季各月相对湿度的日进程:5 月，林隙与非
林隙相对湿度日变化趋势基本相近，但相对湿度的
日变幅在夏季各月中较大，林隙的变幅为 30. 59%、
旷地为 33. 59%、林内为 36. 93%，比较而言，林隙的
日变幅要小于旷地和林内。7 月的相对湿度在夏季
各月中最高，林隙与旷地的日较差达极显著(P ＜
0. 01) ，14:00 时林隙的相对湿度比旷地高出 12%，
比林内高 4%，林隙的昼间变幅最小。9 月，林隙与
非林隙的相对湿度日较差虽未达显著水平，但各时
段林隙的相对湿度高于旷地和林内，而日变幅低于
旷地和林内。
2. 3 林隙与非林隙土壤温度日变化
生长季随着太阳辐射的变化林地土壤温度也随
之产生周期性变化，其变化特征通常以土壤温度的
时间和空间差异体现;林地浅层土壤温度的变幅对
于种子的萌发以及幼苗的生长发育具有深刻的影
响［18
--19］。图 4 为夏季 5、7、9 月林隙与非林隙地表、
5、10、15 cm 各层土壤温度的日变化曲线。从图中
可以看出，林隙与非林隙的地表温度日振幅最大，曲
线呈倒 S型;而 10 cm以下土壤温度日变幅极小，无
明显的日变化。温度随土层深度的增加而降低，林
隙和林内的土壤温度显著低于旷地(P ＜ 0. 01)。进
一步分析土壤温度的日变幅，在太阳辐射量最大的
5 月，地表温度的日变化也最剧烈，旷地日变幅达 19
℃，林隙为 10 ℃，林内为 11 ℃;5 cm 处的日均温较
地表有明显下降，变幅趋缓，虽然旷地仍高于林隙和
林内，但该层的土壤温度变幅则是林隙略高于旷地
和林内;10 和 15 cm处林隙与非林隙的土壤温度变
化范围在 3. 7 ～ 11. 1 ℃之间，日均温仍是旷地显著
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北 京 林 业 大 学 学 报 第 36 卷
高于林隙和林内，但日变幅均小于 1 ℃。7 和 9 月，
地表温度的日变幅比 5 月明显减小，地表温度仍是
旷地大于林隙和林内;5 ～ 15 cm 各层的土壤日均温
降低，日变幅进一步缩小，10 cm以下土壤温度基本
维持在 8. 6 ℃左右，无明显日变化。
图 4 林隙与非林隙浅层土壤温度日变化
Fig． 4 Diurnal variations of shallow soil temperatue in forest gaps and non-gaps
3 结论与讨论
1)冷杉林林隙的年总辐射量为 1 173. 28 MJ /
m2，相当于该海拔地带年总辐射量的 23%，总辐射
年变化呈双峰曲线，峰值分别出现在 5 和 8 月，5 月
的总辐射量 139. 57 MJ /m2，占全年总辐射量的
12%。夏季典型晴天和阴天时林隙的日总辐射量仅
是旷地的 32%，相对于旷地而言，林隙的总辐射日
变幅和年变幅较小且相对平缓。林隙周边树木的遮
蔽作用，有效减弱了其内部的太阳直接辐射，改善了
林地微环境，有利于幼苗生长。
2)林隙与非林隙的夏季昼间气温变化趋势相
同，且相差不大，最热月(7 月)时林隙的气温较林内
和旷地低 0. 4 和 1. 1 ℃。这是由于藏东南地区夏季
与雨季重叠，减弱了热量水平，加之亚高山地带气温
相对较低，因此昼间气温总体变幅小［16，21］。比较而
言，冷杉林林隙的气温日变幅较旷地和林内更稳定，
介于旷地与林内之间，更接近于林内。
3)林隙的夏季相对湿度介于 61% (5 月)～
99%(7 月)之间，日变化规律与非林隙基本一致，早
晚湿度高，午后(14:00—15:00 时)湿度最低，这与
东北阔叶红松(Pinus koraiensis)林和海南热带雨林
25
第 6 期 罗大庆等:藏东南色季拉山冷杉林林隙与非林隙小气候比较
的研究结果相似［12，20］。各月份的相对湿度均以林
隙最高，7 月时林隙与旷地间的日较差可达极显著
水平(P ＜ 0. 01)。通常情况下，林内由于树冠遮盖
作用，水气不易向外扩散，其相对湿度要高于旷地和
林隙，但藏东南亚高山冷杉林林隙的昼间相对湿度
要高于林内和旷地，且日变幅也较小。这一研究结
论，还有待获取更长时期的观测数据进行分析验证。
4)不同深度土壤温度的日变化分析表明，林隙
与非林隙的浅层土壤温度日变化明显，且振幅较大。
5 月份的太阳辐射最强，地表温度变化也剧烈，旷地
的日变幅相可达 19 ℃，林隙为 10 ℃;进入雨季后，
地表温度随太阳辐射减弱逐渐减小，这种变化也随
土壤深度逐渐缩小，10 cm 以下土层无明显日变化。
在亚高山地带，由太阳辐射引起的浅层土壤变温作
用，对于冷杉林土壤种子库的种子萌发和幼苗生长
具有积极的意义［22］，而林隙与非林隙由于有无树冠
遮蔽以及地被物、土壤干湿程度等不同，使得土壤温
度的时间变化振幅，浅层土壤热通量的输送发生分
异，由此产生的林地异质环境为冷杉树种的更新提
供了多样的生境，也是冷杉树种选择林隙进行天然
更新的重要生态因素。
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(责任编辑 赵 勃)
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