全 文 ：桂皮紫萁生长地小气候特征分析1)
姚渝丽　于　英　万保成　赵淑春　胡全德
(吉林农业大学 ,长春 , 130118)
　　摘　要　通过对长白山区西南坡桂皮紫萁生长地环境小气候考察 ,分析了该植物生长地的小气候特征 , 并对
比了 3个样地的光照 、温度 、空气相对湿度的分布状况和垂直分布形式。结果表明:桂皮紫萁生长盛期适宜光照度
范围为 2.16 万～ 4.48 万 lx 。气温的水平分布表现为复层林组成的样地 , 林内气温高于单层林的样地;复层林内
气温的垂直变化规律是在活动层以下气温低于林外 ,活动层以上气温高于林外。仿生栽培区应选择由多种林分组
成的复层林。山区平坦地泥炭土的热力特性优于山坡地暗棕壤土 ,对植物生长和植物营养积累有利。桂皮紫萁生
长地的空气相对湿度范围在 65%～ 90%。
关键词　长白山区;桂皮紫萁;小气候;仿生态栽培
分类号　Q948.4
Analysis on the Microclimate Characteristics in Growth Location for Osmunda cinnamomea var.asiatica/ Yao Yuli ,
Yu Ying , Wan Baocheng , Zhao Shuchun , Hu Quande(Jilin Ag ricultural University , Changchun 130118 , P.R.Chi-
na)// Journal of Northeast Forestry University.-2004 , 32(3).-29～ 32
The microclimate characteristics of Osmunda cinnamomea var.asiatica were analy zed by investigating the microcli-
mate fo r Osmunda cinnamomea var.asiatica g rown in the southw est slope of Changbai Mountains , and the distribution
conditions and vertical distribution patterns of light , temperature , air relative humidity of three sample plots were com-
pared.The result showed that the suitable light intensity range in the g rowth booming phase of Osmunda cinnamomea
var.asiatica was 21.6×105 ～ 44.8×105lx.Temperature horizontal distribution show ed that the temperature in the
sample plot composed of irregular forests was higher than that in the sample plot with regular forest.The temperature
ver tical change in the stand with irregular forests w as that the temperature under the activ e layer was lower than that out-
side the stand , and the temperature above the active layer w as higher than that outside the stand.The emulational culture
area should be loca ted in composite stands.The thermodynamic characteristic of the mountain histosols w as superior to
that of dark-brown soil of hillside, w hich w as beneficial fo r plant grow th and nutrient accumulation.The air relative
humidity range in the g row th location for Osm unda cinnamomea var.asiatica was 65%～ 90%.
Key words　Changbai Mountains;Osmunda cinnamomea var.asiatica;Microclimate;Emula tional culture
　　桂皮紫萁(Osmunda cinnamomea L.var.asiatica.Fer-
nald)又名分株紫萁 、薇菜 、牛毛广等 ,为紫萁科(Osmundaceae)
植物[ 1 , 2] 。两千年前我国就有采薇的记载 , 其嫩叶供蔬食 , 质
脆少纤维;营养丰富 , 含有多种人体必须的氨基酸 、维生素 、纤
维素以及多种无机元素。其根茎和叶柄残基尚可入药 , 有清
热解毒 、利尿镇痛 、止血杀虫之功效[ 3] 。桂皮紫萁通常制干菜
作为出口商品 ,在国际市场上被称为“中国红薇干” , 是吉林省
的传统出口商品 ,在国际市场上享有很高的声誉。由于其野
生资源被过度采摘 ,资源趋于枯竭和退化。近年来产区已开
始小面积引种栽培 ,但有关影响桂皮紫萁生长的小气候环境
未见报道。为了保护和恢复 、扩大资源量 , 掌握桂皮紫萁在其
小气候环境影响下的生长发育规律 ,我们在 2002 年对长白山
区西南坡桂皮紫萁生长区域的小气候特征进行了考察。 2003
年又做了补充观测 ,其目的是为野生资源林下规范化仿生态
栽培技术的研究提供依据。
1　研究区域自然环境与研究方法
1.1　自然条件
1)吉林省科技发展计划基金项目(长白山区山野菜仿生态栽培
模式的研究),课题编号:20010232。
第一作者简介:姚渝丽 , 女 , 1956年 10月生 , 吉林农业大学农学
院 , 副教授。
收稿日期:2004年 2月 26日。
责任编辑:戴芳天。
　　研究地区为长白山临江市(126°11′～ 127°35′E , 41°27′～
42°04′N)。海拔 333 m , 年平均温度 4.6℃, 7 月份平均温度
22.1℃ , 1月份平均温度-18.0℃;全年无霜期 100 ～ 150 d ,
≥10℃有效积温为 1 600～ 3 200℃。年降水量 883.4 mm , 全
年降水量 80%集中在 6 ～ 8 月份。 全年日照时数为 2 559.3
h。本地区自然地理区域位于张广才岭—龙岗山脉连线以东 ,
地势起伏 , 大部分区域被东北—西南向平行山脉所占椐 , 多海
拔 500 ～ 1 000 m 的山地。 地带性气候属温带大陆性季风气
候 , 森林覆盖率达 84.3%。
在山地间 , 有众多的河流 ,常切割山地 ,形成许多河谷盆
地和台地。山区的原始森林生长茂密 ,林下遮阴 , 湿度大 , 土
壤有机质含量高 , 土质疏松 ,属于良好的森林生态系统。林下
野生资源极为丰富。低山多次生落叶阔叶林地 ,适于林业经
济植物生长。低海拔山地主要分布暗棕壤土 、泥炭土。主要
植被类型为针阔混交林 、落叶阔叶林 、落叶灌木丛和草丛。我
们根据临江市气象站和附近地区气象资料对山地气候条件进
行了推算[ 4] ,其结果如表 1。其中温暖指数为月平均气温高
于 5℃的总和 , 寒冷指数为月平均气温低于 5℃的总和[ 5] , 在
研究森林植被中被广泛应用。
1.2　研究方法
在该地区经过实地调查选择了 3 个样地 , 以便揭示桂皮
紫萁林下最佳生长地和一般生长地小气候环境及其差异。
样地 1位于六道沟镇黑瞎子沟山地北坡 , 海拔 500 m , 土
壤结构为暗棕壤土 , 群落类型为落叶阔叶林 , 优势树种为核桃
楸(Juglans mandshurica)、紫椴(T ilia am urensis), 白桦(Be-
第 32 卷 第 3 期 东　北　林　业　大　学　学　报 Vol.32 No.3
2004 年 5 月 JOURNAL OF NORTHEAS T FORES TRY UNIVERSITY May 2004
DOI :10.13759/j.cnki.dlxb.2004.03.009
tula platyphylla), 水曲柳(Fraxinus mandshurica), 黄檗
(Phellodendron amurense)等。 林中稀疏分布东北溲疏(A-
murensis)、黄花忍冬(Lonicera chrysantha)等植物。林下层分
布着山茄子(Brachybotrys paridi fovmis)、小叶芹(Aegopodium
alpestre Ledeb)、尖齿蹄盖蕨(Athy rium spinulosum)、东北延
胡索(Ambigua chamet Schlecht)等为主的草本植物。林中有
两个活动面 ,林冠为外活动层 , 植被与地表为内活动层。桂皮
紫萁分布于林下湿地 ,但分布很稀少 , 根状茎短细 ,叶柄瘦弱。
样地 2 位于桦树镇林中平坦地边缘低洼地中 ,海拔 720 m ,土
壤结构为泥炭土。样地四周为人参种植地。群落类型为高山
疏林草甸 ,主要活动层在以蓝靛果忍冬(Lonicera caerulea L.
var.edulis Turez.ex Herd)、柳叶绣线菊(Spiraea salici foli-
a)、茶条槭(Ginnala)、鸡树条荚 (Viburnum sargentii
Kochne)等为主的密集落叶灌木丛;下层分布水金凤(Noli-
tangere)、毛缘苔草(Campy lohina)、落新妇(Astilbe chinensis
F ranch.et Sav)、尾叶香茶菜(Plectranthus excisus)等 , 并混生
一些小型耐阴植物。桂皮紫萁生长于灌木丛下沼泽地的“塔
头”上 ,分布密集。样地 3 位于桦树镇天然林中平坦地 , 海拔
740 m ,土壤结构亦为泥炭土。 该群落类型为针阔混交林且
层次明显 ,上层优势树种为水曲柳 、白桦 、紫椴 、胡桃楸 、春榆
(Ulmus japonica),黄檗等乔木;中层为东北山梅花(Philadel-
phus schrenkii Rupr)、柳叶绣线菊(Spirata salici folia)、暴马丁
香(Syringa reticulata)、鼠李(Rhamnus davurica Pall)等灌木
丛;下层为毛缘苔草 、落新妇 、猴腿蹄盖蕨(Athyrium multi-
dentatum)、白花碎米荠(Cardamine lecucantha)、蚊子草(Fil-
ipendula palmata)等草本植物。桂皮紫萁生长在林下湿地 ,
分布也很密集(见表 2)。样地 2 和样地 3 可视为桂皮紫萁生
长的最佳区域 ,样地 1 可视为桂皮紫萁生长的环境下限。小
气候观测项目有光照强度 、(2F-2 型照度计), 温 、湿度(TR
-71 型温自记仪 ,天津海洋气象仪器厂生产的通风干湿表)、
土壤温度 、土壤湿度(采用烘干法)、郁闭度(YBD-1 型郁闭
度测定器)。每一个样地设一个基本点和一个对照点 , 另设若
干辅助点。光照观测密度增加 , 观测时间选择在桂皮紫萁旺
盛生长期的 7 月下旬的晴朗天 , 观测方法按小气候观测规范
的要求进行[ 6 , 7] 。
表 1　长白山西南坡不同海拔高度的气候条件推算结果
海拔
/m
1月份均
温/ ℃
7月份均
温/ ℃
年均
温/ ℃
年降水
量/mm
温暖指数
/ ℃·月
寒冷指数
/ ℃·月
330 -18.0 22.1 5.0 883.4 60.0 -79.0
440 -17.5 16.3 4.5 894.4 57.4 -81.7
600 -16.7 15.4 3.7 902.1 52.2 -87.1
700 -16.2 14.8 3.2 913.1 49.6 -89.8
表 2　桂皮紫萁生长状况调查
样地 株高/ cm
密度
/株·m-2
叶柄长
/ cm
叶长
/ cm
叶宽
/ cm
鲜质量
/ g
1 61.5 0.3 25.6 38.4 25.6 40.3
2 96.6 0.9 38.2 58.8 38.2 66.3
3 99.8 1.1 40.1 61.2 40.1 70.2
　　注:叶柄长 、叶长 、叶宽采 10枚完全伸展叶片取平均值。采 10枚
20 cm 叶 ,称鲜质量。
2　结果与分析
2.1　群体内光照分布
我们测定了 200 cm 高度不同样地的光照度分布情况。
样地 1 和样地 3 的自然光照在林中空隙地观测 , 样地 2 自然
光照在林外裸地观测。
表 3　林内光照度和自然光照度之比较
样地 林冠郁闭度%
林内光照度
/万 lx
自然光照度
/万 lx
透光率
%
1 89.5 0.11 6.47 1.7
2 31.0 4.48 9.92 45.2
3 65.8 2.16 8.09 26.7
　　注:平射—镜面水平向上 ,林内光照度取平均值。
由表 3可看出 , 林下 200 cm 处的透光率与林冠郁闭度有
关。样地 1 为阔叶林且郁闭度大 , 故透光率差 , 林下光照弱。
样地 2 为人工间伐针阔混交林 , 样地 3 为针阔混交林 ,林冠郁
闭度较样地 1 小 ,故透光率均高于样地 1。桂皮紫萁顶端优
势强 , 林内的漏射光和透射光能满足植株生长发育的需要 , 有
利于植株对光的吸收和利用。观测表明 , 当光照度低于 0.11
万 lx 时 ,则不能充分满足桂皮紫萁光合作用和积累有机物质
的需要 , 不利于桂皮紫萁的生长发育和繁殖。
图 1　相对光强随高度的分布
—△—样地 2　　—□—样地 3
图 1 表明样地 2 和样地 3 林下相对光强随高度的分布趋
势是一致的 , 其中衰减速率最快出现在林内主要活动层即低
矮灌木林丛 , 直至林下 30 cm 左右处趋于稳定。同时此高度
光照度仅为 250 cm 处的 7%, 且在生长期林中 30 cm 以下高
度没有桂皮紫萁分布。
2.2　群体内温度和湿度的分布
2.2.1　调查样地温度的分布
根据调查 , 不同样地间气温随时间的分布有差异(见图
2)。在正午前后差异最大 , 早晚差异逐渐减小。就昼间温度
值来看 ,样地 2>样地 3>样地 1 , 其中样地 2与样地 3 的温度
条件相近, 这是由于样地间的林相差异造成的。昼间 , 样地 1
之所以温度最低 , 是因为其外活动层为乔木林冠 , 郁闭度为
89.5%,且位于北坡。由于太阳入射辐射被林冠截获 , 加之北
坡太阳辐射量少 ,故林内气温最低。样地 2为山区平坦地中的
洼地 ,林中上层为稀疏针阔混交林, 郁闭度为 31.0%。低矮灌
木和草本层为该样地的外活动层 ,太阳辐射透过稀疏针阔混交
林可到达低矮灌木层。此高度接受太阳辐射最大 , 同时四周
为林间参地 , 辐射的边缘效应明显 ,所以在 150 cm 高度上样
地 2 气温最高。样地 3 与样地 2 情况类似 , 只是样地 3 位于
天然林中 , 有 3 个活动层(林冠 、低矮灌木层 、贴地层)主要活
动层仍为低矮灌木层;但由于林冠郁闭度(65.8%)高于样地
2 ,接受的太阳辐射少于样地 2 , 所以林内气温略低于样地 2。
此外 , 充分发育的落叶阔叶林冠能够明显地减缓林内气温波
动和振幅。所以气温日振幅是样地 1 为最小[ 8 , 9] 。
30 　　　　　　　　　　　东　北　林　业　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　　　第 32 卷
图 2　调查样地气温的水平分布日进程
—○— 样地 1;—△—样地 2;—□—样地 3
正午前后林地温度的垂直分布比较明显(见图 3)。样地
2 外活动层为灌木丛林冠 , 内活动层为贴地层。由于林木的
遮阴作用 ,外活动层以下气温逐渐降低 , 且明显低于林外参地
对照点。林中气温最高值出现在 150 cm 高度左右的灌木层
林冠 , 这是因为该层接受太阳辐射量多 ,通风状况差的缘故。
在 150 cm 高度以上 , 气温随高度的增加而减少。在外活动层
以上高度 ,对照点气温逐渐低于林内 , 这是由于对照点通风状
况好于林内和离贴地层较远的缘故。地温垂直分布类型对照
地为日射型 , 随土壤深度的增加温度逐渐下降 , 林内土深 15
cm 以上为日射型 , 15 cm 以下为辐射型 , 表明林中土壤温度
的变化落后于林外[ 10] 。其主要原因是与样地 2 的土壤含水
量有关。
图 3　样地 2温度随高度/深度的垂直分布
—△—样地 2;—★—林外参地对照点
2.2.2　土壤温度的分布
不同样地间土壤温度随深度的分布见图 4。正午样地 1
土壤温度随深度的分布基本为日射型 ,随着土壤深度的增加 ,
温度降低。样地 2 和样地 3 上层为日射型 ,下层为辐射型 ,说
明该样地土壤温度的变化较样地 1 平缓。 此外 , 温度值是样
地 1>样地 2>样地 3 , 这与气温分布有所不同 , 主要原因是
样地 1、样地 2、样地 3 之间的林相和土壤含水量有差异。样
地 2、样地 3 的主要活动层为低矮灌木林丛 , 高度在 150 ～ 200
cm。故 150 m 处气温是样地 2>样地 3>样地 1。由于灌木
林冠和草丛的遮阴作用 , 地面接受的辐射量少 , 加上样地 2
(92.2%)、样地 3(56.4%)的土壤含水量高于样地 1(23.3%),用
于水分蒸发的热量较多 ,用于土壤增温的热量少 , 所以土壤温
度相对较低。
2.3　土壤热通量的比较
为了使考察结果更具有代表性 , 我们计算了样地 1 和样
地 3的土壤热通量 ,样地 2 因土壤湿度太大而没有计算。土
壤温度的观测是正午在林中空隙地中进行的。根据热平衡台
站规范法计算土壤热通量[ 11 , 12] 。
　　∫t 2t
1
Hdt=Cm∫h 20 [ θ(z , t 2)-θ(z , t 1)] m(z)dz-
CmK
H-h ∫t 2t 1[ θ(h2 , t)-θ(h1 , t)] dt 。
式中:m(z)=
1　　　　 0≤z≤h1
h2-z
h2-h1　　h1≤z≤h2
。
根据 0 ～ 20 cm 土壤温度观测值 ,采用上式的近似式 ,即
∫t2t
1
Hdt=Cm S1- Kh2-h1 S2 ,
这里取 h1=10 cm , h2=20 cm。
图 4　不同样地土壤温度随深度的分布
—○—样地 1;—△—样地 2;—□—样地 3
对于时段 t1～ t 2 的平均热通量 ,就有
H= Cm
t2-t1[ S 1-10KS 2] ,
按г.Х.采金近似计算式规定:
　　S 1=0.2(0.082Δθ0+0.333Δθ5+0.175Δθ10+
0.156Δθ15+0.004Δθ20。
式中 Δθ0、Δθ5 、Δθ10 、Δθ15 、Δθ20 , 分别为 0、5 、10、15、20 cm 深
处相邻两次观测时间内的地温差。
　S 2= t2-t12 [ θ(20 , t 1)-θ(10 , t1)+θ(20 , t2)-
θ(10 , t 2)] 。
式中:Cm ———土壤容积热容量;
θ(z , t)———时刻 t土壤深度 z 处的土温;
t2-t1———相邻两次观测的时间差。
取 C1=1.84×106J/(m3·℃), C3=2.13×106J/(m3·℃);K 1
=0.42×10-6m2/ S , K 3=0.12×10-6m2/S[ 12 ,13] 。
由此计算出 H 1=68.52(W/ m2); H3=110.96(W/m2)。
结果表明该时段经由地面流向土壤深层的平均土壤热通量是
样地 3 大于样地 1。另外也说明样地 3 的土壤热量状况优于
样地 1 ,对桂皮紫萁根系的发育和植物营养积累非常有利。
考察中得知植株地上部分生长量与地下根系生长量及根长呈
正比。桂皮紫萁的采收对象是春天萌发的第一茬 、第二茬幼
茎。按照保护资源 、合理采收的原则 ,第三茬幼茎应保留 , 为
日后植物生长的营养积累提供条件 , 以保证在整个生长期中
植物营养积累的需要 , 也有利于孢子茎的生长 , 而桂皮紫萁的
更新主要是靠孢子繁殖。总之 , 良好的植物生长环境对该植
物的资源保护和来年的采收量都有密切关系。
2.4　调查地空气湿度的分布
林中空气湿度的分布比较复杂(见图 5), 但林内空气湿
度明显高于林外。林内空气湿度随高度的分布规律是在贴地
层样地 1 与样地 2 的空气湿度最大 , 这主要是因为样地 1 位
于坡度较高的北坡温度较低的缘故。样地 2 位于低洼地 , 土
壤水分含量高 , 由于地面蒸发近地层空气湿度较大 , 地面水分
向上扩散 , 空气湿度逐渐减少。样地 1 空气相对湿度随高度
31第 3 期　　　　　　　　　　　　　　　姚渝丽等:桂皮紫萁生长地小气候特征分析　　　　　　　　　　
增加而减少。此外 ,样地 3 与样地 2 在 40 cm 左右 , 空气湿度
随高度的增加而逐渐增加。这主要是灌木林上层叶片逐渐增
多 ,群体的蒸腾作用和呼吸作用加强 , 加之通风状况差 , 群体
内扩散阻力增大 ,使灌木林冠层空气湿度增加。在 150 ～ 200
cm 以上 , 由于群体通风透光状况的改善 , 蒸腾水汽向外扩散 ,
空气湿度迅速降低。其中样地 2 空气相对湿度递减速度高于
样地 3 , 这主要是样地 3 在天然林中 , 通风状况较样地 2 差所
致。就整个状况看 ,群体空气相对湿度在 65%～ 90%的高湿
范围。
3　结论和讨论
桂皮紫萁生长区域分布在海拔 500 ～ 700 m 范围内的落
叶阔叶林和针阔混交林地带。喜温凉 、高湿 , 喜林下漏射光和
透射光 ,忌强光照 , 同时也忌林下全遮荫。生长盛期适宜光照
度在 2.16 万～ 4.48 万 lx 范围。生长期中光照度在 0.11 万
lx 左右植株表现为根状茎短细 ,叶片黄绿 , 叶柄瘦弱。
山区平地和台地泥炭土的热量状况优于山坡暗棕壤土 ,
在初春季节具有增温效应 ,有利于桂皮紫萁幼茎生长和采收。
在生长季具有保温作用 , 有利于植株根系生长和植物营养积
累及孢子茎的生长。
图 5　不同样地空气湿度随高度的分布
—○—样地 1;—△—样地 2;—□—样地 3
仿生栽培区域应选择在由多种林分组成的复层林中 , 以
达到光 、温 、湿的协调组合的目的。复层林上层的稀疏林冠既
可以调节林内的光照强度 , 为下层阴生植物的光合作用提供
能量 , 又有利于林内温度的提高和为土壤水分蒸发 、植物蒸腾
提供能量 , 以保持林内高温高湿环境。群体内空气相对湿度
在 65%～ 90%的范围为宜。
栽培区域的土壤以土层深厚 、肥沃疏松 、透气性良好的泥
炭土为宜 , 土壤 pH 值在 5.0 ～ 6.5 , 有利于桂皮紫萁根系的生
长和发育 , 使地上植物生长茂盛 ,为保护和扩展植物资源及春
季采收奠定基础。在坡地暗棕壤土区域 ,可选择森林覆盖率
较高的向阳坡地段 , 以提高林内空气湿度。
仿生栽培措施之一是采集桂皮紫萁孢子人工育苗后移
栽。移栽后植物的繁殖以自身的孢子繁殖为主要途径 ,故仿
生栽培区域不宜选择在风口地段 , 以免降低地表单位面积的
孢子量 , 而不利于植物的繁殖。
致谢:吉林农业大学野生植物资源专业 99 级毛林灿 、刘
洪科等同学参加野外考察观测工作。
参　考　文　献
1　戴宝合.野生植物栽培学.北京:农业出版社 , 1997.141～ 143
2　李建东.吉林植被.吉林:吉林科学技术出版社 , 2001.144～ 153
3　严仲铠.中国长白山药用植物彩色图志.北京:人民卫生出版社 ,
1997.91～ 92
4　王惠清.吉林省气候.北京:气象出版社 , 1997.42
5　徐文铎.吉良的热量指数及其在中国植被中的应用.生态学杂志 ,
1985 , 4(3):35～ 39
6　段若溪 ,姚渝丽.农业气象实习指导.北京:气象出版社 , 2001.64～
71
7　王振非.森林气象学.北京:中国林业出版社 , 1982.10～ 11
8　周晓峰.中国森林与生态环境.北京:中国林业出版社 , 1999.66～
70
9　林海涛.暖温带山地森林的小气候研究.植物生态学报 , 1999 , 23
(2):139～ 147
10　黄寿波.农业小气候学.浙江:浙江大学出版社 , 2001.134～ 136
11　潘守文.小气候考察的理论基础及其应用.北京:气象出版社 ,
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12　刘东义.土壤物理学基础及其研究方法.沈阳:东北大学出版社 ,
1998.240～ 251
13　吉林省土壤肥料总站.吉林土壤.北京:中国农业出版社 , 1998.
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32 　　　　　　　　　　　东　北　林　业　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　　　第 32 卷