全 文 ：火烧和放牧影响下羊草草地微气
候的比较研究*
王仁忠　祝廷成　(东北师范大学国家草地生态工程实验室,长春 130024)
E. A . Ripley　 (萨斯卡切温大学作物与植物生态学系, 加拿大)
【摘要】　对羊草草地火烧、未火烧、过度放牧和禁牧区植物群落温度、土壤温度、土壤湿
度、大气温度、相对湿度进行了测定.结果表明,白天火烧区群落温度比未火烧区低 2. 5～
5℃,而夜晚则高于未火烧区 0. 1～1℃. 白天火烧区土壤温度比未火烧区高 5～7. 5℃,夜
晚为 1～2. 5℃. 过牧区群落温度与禁牧区差异不显著, 但过牧区土壤温度基本高于禁牧
区, 土壤湿度小于禁牧区. 同一区中, 白天群落温度变化为低处大于高处, 夜晚则相反,而
白天土壤温度为表层大于深层,夜晚则基本为深层大于表层.
关键词　火烧　过度放牧　微气候　羊草草地
Comparative study on microclimate of Aneurolepidium chinense grassland under burning
and grazing. Wang Renzhong , Zhu T ingcheng (N ortheast Normal Univer sity , Changchun
130024) , E. A . Ripley (Univer sity of Saskatchew an, S askatchew an, Canada) . -Chin. J . Ap-
p l. Ecol. , 1996, 7( sup. ) : 45～50.
The canopy temperature , so il temperat ur e, so il humidit y, a ir t emperatur e and relative
humidity are measur ed at burned, unburned, ov er gr aing and ungr azing plots of A neurole-
p idium chinense gr assland. The r esults show that at daytime, the canopy temperatur e at
burned plo t is about 2. 5～5℃ low er than that at unburned one, but about 0. 1～1℃ high-
er at night. T he soil temperat ur e at burned plot is about 5～7. 5℃ higher than t hat at un-
burned one at dayt ime, but about 1～2. 5℃ higher at night. No significant differ ence of
canopy temperatur e is found between overg razing and ungr azing plot s, but so il tem pera-
ture at o ver gazing plot is higher than that at ung razing one. A t the same plot , the tem-
peratur e of low er canopy is higher than t ha t o f higher one at daytime, but low er at night .
Soil sur face layer has a higher temperat ur e than t he deeper lay er s at dayt ime, but has a
low er one at night .
Key words　Burning , Over gr azing , M icr oclimate, Aneurolep idium chinense g rassland.
　　* 国家自然科学基金资助项目.
1995年 5月 18日收到, 1996年 3月 20日改回.
1　引　　言
天然草地是在一系列气候条件作用下
形成的, 并具有其独特的微气候. 但在放
牧、火烧、刈割等条件下, 草地承受着与其
在自然条件下完全不同的压力, 其结果使
植物赖以生存的微环境发生变化. 因此研
究不同条件下草地微气候的变化对揭示草
地变化规律、保护环境具有重要意义.国内
外关于草地微气候的报道较多[ 1～3] , 而国
内有关羊草( A neur olep idium chinense ) 草
地微气候的研究尚属空白. 本研究利用加
拿大产 data-logger 自动气象设备, 比较研
究了初夏时期( 6 月份) 火烧和放牧等条
件下羊草草地微气候的变化规律, 目的在
于揭示这一时期不同利用条件下草地微气
候的变化特点,为合理利用草地、发展畜牧
应 用 生 态 学 报　1996年 6月　第 7卷　增　刊 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHINESE JOU RNAL OF APPLIED ECOLOGY, June 1996, 7( sup. )∶45～50
业生产提供依据, 同时,为草地微气候理论
的深入研究提供可靠的研究方法.
2　自然概况与研究方法
2. 1　自然概况
本研究在吉林省长岭种马场腰井子羊草草
原自然保护区及其附近的放牧场上进行.其地理
位置为 44°30′～44°45′N; 123°31′～124°10′E. 该
地区为冲积平原, 地势平坦,草场辽阔, 海拔高度
138～140 m. 植被类型为以羊草为优势种的羊草
草甸, 草群高 45 cm. 由于利用方式和程度的不
同, 草场有不同程度的退化. 气候属于温带半湿
润、半干旱的大陆性季风气候, 冬季严寒少雪, 夏
季炎热多雨, 年平均气温 4. 6～6. 4℃, > 10℃年
积温 2545～3374 ℃, 年降水量在 318～581 mm
之间, 无霜期平均为 141 d.
2. 2　研究方法
　　1993 年 6 月上旬测定了保护区内纯羊草草
地火烧和相邻未火烧区的微气候. 火烧样地选在
1 块约 2 hm 2的火烧草场内, 其死地被物和立枯
体都已消失, 地表覆盖率为 45% . 在距火烧边缘
40～50 m 处设 2 个样点, 测定火烧区微气候指
标; 未火烧区选在与火烧区相邻的一片草地上,
其内有大量死地被物和立枯体, 地表覆盖率在
80%以上. 在距火烧边缘40～50 m 处设立 2 个样
点测未火烧区微气候指标. 在各个样点上将带有
防辐罩温度探头分别安装在距地面 10 cm 和 20
cm 高处测定群落温度[ 3] ,将土壤温度探头埋放在
距地面 5 cm 和 10 cm 深层处, 测土壤温度.大气
温度和相对湿度探头(带防辐罩)安装在距地面
2m 高处. 所有探头都与 data-logger 相连, 1 min
自动测定 1 次,连续测定 3～5 d. 数据均自动储存
在 CR-10 数据库中. 取 2 个样点平均值.
　　1994 年 6 月下旬测定了放牧区和禁牧区的
微气候.放牧区样地选在常年自由放牧牛和羊的
过牧区, 载畜量为 6. 43 羊单位·hm- 2 .由于过度
放牧, 羊草数量大幅度下降, 草群高度只有 5 cm,
其中糙隐子草 ( Cleistogenes squar rosa )、虎尾草
( Chloris v irg ata)占优势,地表覆盖率 40～50% .
禁牧区样地选在已禁牧 3 个多月的一片 75 m×
100 m 的围栏内. 放牧区样点与禁牧区样点相距
50 m.虽然禁牧区植被类型与放牧区没有明显差
异, 但草群高度为 10 cm, 地表覆盖率为 60～
70% .在 2 个样区内同时测定 5 和 10 cm 高处的
群落温度, 5、10、20、50 深层土壤温度, 5 cm 处土
壤湿度.每个指标重复 1次. 同时测 1m 高处大气
温度、大气相对湿度, 所有设备及安装基本与
1993 年相同. 实验结束后将所有数据输入
IBM 386计算机, 进行分析处理.
3　结果与分析
3. 1 火烧区和未火烧区微气候的变化
3. 1. 1 植物群落温度的变化　观测表明火
烧对羊草草地微气候有重要影响, 火烧减
少了死地被物和立枯体, 降低了地表覆盖
率,群落吸收太阳辐射减少,抗风保温能力
下降,从而改变群落温度.连续 3 d 的测定
结果(图 1)可以看出火烧对群落温度的影
响非常显著.总体来看,无论火烧区还是未
火烧区群落温度的变化都与大气温度( 2
m 高处)变化有相同的趋势,但变幅更大.
这表现在白天温度更高, 夜晚温度更低.火
烧区与未火烧区群落温度有较大差异.
白天,未火烧区群落温度高于火烧区.
中午时,未火烧区 10和 20 cm 处温度比火
烧区相对处分别高 5和 2. 5℃. 同时未火
烧区 10 cm 处温度比 20 cm 处高 4℃, 而
火烧区两处温差仅 1℃或更小. 夜晚火烧
区与未火烧区的温差减小, 而且未火烧区
温度低于火烧区.在同一区中, 20 cm 处温
度大于 10 cm 处温度.未火烧区与火烧区
之间及同一区不同高处之间温度的昼夜交
替变化约发生在晚 17时和早 6时,即日落
日出时,这说明群落温度变化与太阳辐射
和土壤热交换密切相关. 白天,未火烧区稠
密的植被吸收大量太阳辐射,群落温度高
于火烧区,但土壤吸收辐射少于火烧区,因
此,夜晚土壤与大气热交换少于火烧区,群
落温度下降.
3. 1. 2土壤温度的变化　土壤温度的变化
46 应　用　生　态　学　报 7卷
图 1　火烧和未火烧羊草草地群落温度
Fig. 1 Canopy temperatu re in burned and unbu rned A . chinense grasslan d.
Ⅰ.火烧区 5 cm 处温度 T emperatu re at 5 cm depth of burned plot ;Ⅱ. 火烧区 10 cm 处温度 T em perature at 10 cm
dep th of burned plot ;Ⅲ.未火烧区 5 cm 处温度 T emperature at 5 cm depth of un burned plot ;Ⅳ.未火烧区 10 cm 处温
度 T emperature at 10 cm depth of unburn ed plot ;Ⅴ.空气相对湿度 Relative air hum idity;Ⅵ.空气温度 Air temper a-
ture.下同. T he s ame b elow .
与地表覆盖率、大气温度等生态因子紧密
相关.从图 2可以看出,土壤温度随大气温
度的变化而变化. 火烧区地表覆盖率低,土
壤吸收太阳辐射多, 因此土壤温度一直高
于未火烧区. 白天温差大,火烧区各层土壤
温度比未火烧区高 5～7. 5℃; 夜晚温差变
小,只有 1～2. 5℃. 同一区内, 白天表层温
度大于深层温度, 火烧区5 cm 深处土壤温
度比 10 cm 处高 2～3℃, 未火烧区的温差
为 2℃; 夜晚, 由于土壤与大气热交换, 导
致表层温度下降,因此深层土壤温度高于
表层, 火烧区 10 cm 处温度比 5 cm 处高
0. 5～2℃,未火烧区温差只有 0. 5℃.值得
注意的是,未火烧区 10 cm 与 5 cm 深处温
度发生交替的时间( 21 时) 比火烧区( 18
时)几乎晚 3 h, 这可能是稠密的植被能够
图 2　火烧和未火烧羊草草地土壤温度
Fig. 2 S oil temperature in b urned and unburn ed A . chinensis gras sland.
Ⅰ,Ⅲ:火烧区 5、10cm 处温度 Tcmpcraturc at 5, 10 cm depth of bruned plot ; Ⅲ,Ⅳ:未火烧区 5、10 cm 处温度 T cm-
pcraturc at 5, 10 cm depth of u nburned p lot ; v.空气相对温度 Rclativc air humidity; Ⅵ.空气温度 Air temper ature.
47增刊　　　　　　　王仁忠等: 火烧和放牧影响下羊草草地微气候的比较研究　　　　
保持群落温度的缘故. 当早 6时时,由于太
阳辐射增加, 两样区的 5 cm 处温度几乎同
时高于 10 cm 处.
3. 2　放牧区与禁牧区微气候的变化
3. 2. 1 植物群落温度的变化　如前所述,
由于禁牧区封育的时间短, 植物群落的组
成与放牧区差异不大,以致群落温度变化
不显著(图 3) .无论是放牧区还是禁牧区 5
cm 高处与 10 cm 高处的温度都有明显差
异.白天 5 cm 处温度比 10 cm 处高0. 5℃,
但夜晚则差异完全消失. 放牧区与禁牧区
同一高度的温度差异不显著,只是在测定
的后期, 禁牧区 5 cm 处温度比放牧区高
0. 5℃.
图 3　放牧和禁牧草地群落温度
Fig. 3 Canopy temperatu re on g razed and ung razed gras slands .
Ⅰ. 5 cm 禁牧;Ⅱ. 5 cm 放牧;Ⅲ. 10 cm 禁牧;Ⅳ. 10 cm 放牧.Ⅰ and Ⅱ in dicate th e temperatu re at 5 cm depth of un-
graz ed an d gr azed p lot s.Ⅲ and Ⅳ indicate the tem perature at 10 cm depth of u ngrazed an d gr azed plot s.
　　从 4 d 的测量中, 可以看出, 1m 高处
的温度波动颇大(图 4) , 白天为 32～35℃,
夜晚为 22～24℃; 白天相对湿度为 50～
75%, 夜晚大于 90% , 虽两区之间温度和
相对湿度差异很小,但从测定数据看,白天
放牧区有稍高的温度和较低的相对湿度.
3. 2. 2 土壤温度和土壤湿度的变化　放牧
区与禁牧区土壤温度变化非常显著 (图
5) ,两区各层土壤温度呈相同的变化趋势.
两区之间白天温度差异明显.在测量前期,
禁牧区 5 cm 深处土壤温度高于放牧区,但
后期却低于放牧区, 测量结束时温差近
1℃. 放牧区10 cm 深层的土壤温度高于禁
牧区,测量结束时温差为 1. 5℃.禁牧区 20
cm 深层温度在开始时比放牧区高 0. 5℃,
但结束时,几乎没有差异.放牧区 50 cm 深
层温度比禁牧区稍高. 在同一区中由于受
白天太阳辐射和晚间土壤与大气热交换的
影响,表层的昼夜温差较大,各层之间白天
的温差变化大于夜晚. 白天表层温度高于
深层.但夜晚则不同, 温度的高低顺序为:
20 cm> 10 cm> 5 cm . 这是由于白天表层
48 应　用　生　态　学　报 7卷
图 4　放牧和禁牧草地空气温度与相对湿度
Fig. 4 Air tem perature and relat ive hum idity in grazed and ungrazed grass lands.
Ⅰ.禁牧地温度 T em perature in ungrazed plot s ;Ⅱ.放牧地温度 Temperature in grazed plot s ;Ⅲ.禁牧地相对湿度 Rel-
at ive humidity in un graz ee plot s ;Ⅳ.放牧地相对湿度 Relat ive hum idity in grazed plot s .
图 5　放牧和禁牧草地土壤温度
Fig. 5 S oil temperature in gr azed and ungr azed gras slands .
Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ分别代表禁牧地 5、10、20和 50 cm 深处的温度 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ and Ⅳ indicate respect ively the temperatur e at
5, 10, 20 and 50 cm depth of ungrazed plot s; a、b、c、d 分别代表放牧地 5、10、20和 50 cm 深处的温度 a, b, c and d indi-
cate respectively the temp erature at 5, 10, 20 and 50 cm depth of grazed plot s. .
49增刊　　　　　　　王仁忠等: 火烧和放牧影响下羊草草地微气候的比较研究　　　　
吸收的太阳辐射大于深层, 而夜晚表层失
去的热能大于深层.值得注意的是,在整个
观测过程中, 温度逐渐升高(白天从 33 ℃
到 36. 5℃) , 透过土壤的辐射也增加, 地下
温度逐渐上升, 这种趋势在放牧区表现更
为明显.
放牧区与禁牧区, 土壤湿度具有相同
的变化趋势 (图 6) ,只是放牧区比禁牧区
更干燥些. 由于湿度探头安装后的第一个
晚上降了大雨,土壤水份趋于饱和,因此测
定结果不明显,但总体来看,放牧区土壤干
燥稍快一些.
图 6　放牧和禁牧草地土壤湿度
Fig. 6 S oil humidity in graz ed an d un graz ed grassland .
Ⅰ.禁牧地土壤湿度 S oil h umidity at ungrazed plot ;Ⅱ.放牧地土壤湿度 Soil hum idity at grazed p lot .
4　结　　论
4. 1　初春火烧减少草地覆盖率,群落吸收
太阳辐射减少. 白天火烧区群落温度低于
未火烧区,但夜晚高于未火烧区.由于白天
火烧区土壤吸收大量太阳辐射, 土壤温度
高于未火烧区. 白天群落内低处温度大于
高处,表土层温度大于深层,夜晚则相反.
4. 2　过度放牧改变草地微气候,虽然本项
研究中放牧区与禁牧区之间群落温度差异
不显著,但土壤温度却有明显差异.放牧区
土壤温度基本高于禁牧区, 放牧区比禁牧
区土壤干燥. 由于放牧对草地的影响是一
个持续的过程, 因此设立固定样地长期连
续测定将会取得更好的结果.
致谢　李建东教授和钟秀丽博士参加部分测试
工作,一并感谢.
参考文献
1　李胜功等. 1994.内蒙古奈曼草地热量平衡的研究.
应用生态学报, 5( 2) : 214～216.
2 Ripley, E . A. 1991. Grass land climate. Chap. 2. In:
Natural Gras sland-Int rodut ion and Wes tern Hemi-
spher e. Els evier , Ams terdam, 7～24.
3 Ripley, E. A. and S au gier, B. 1974. M icroclimate and
p rod uct ion of a native grassland . A micrometeoro-
log ical study. Oecol. Plant. , 9: 333～363.
50 应　用　生　态　学　报 7卷