全 文 ：
\摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 18 期摇 摇 2011 年 9 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
高寒矮嵩草草甸冬季 CO2释放特征 吴摇 琴,胡启武,曹广民,等 (5107)………………………………………
开垦对绿洲农田碳氮累积及其与作物产量关系的影响 黄彩变,曾凡江,雷加强,等 (5113)……………………
施氮对几种草地植物生物量及其分配的影响 祁摇 瑜,黄永梅,王摇 艳,等 (5121)………………………………
浙江天台山甜槠种群遗传结构的空间自相关分析 祁彩虹,金则新,李钧敏 (5130)……………………………
大兴安岭林区不同植被对冻土地温的影响 常晓丽,金会军,于少鹏,等 (5138)…………………………………
樟子松树轮不同组分的稳定碳同位素分析 商志远,王摇 建,崔明星,等 (5148)…………………………………
内蒙古不同类型草地叶面积指数遥感估算 柳艺博,居为民,朱高龙,等 (5159)…………………………………
杭州西湖北里湖荷叶枯落物分解及其对水环境的影响 史摇 绮,焦摇 锋,陈摇 莹,等 (5171)……………………
火干扰对小兴安岭落叶松鄄苔草沼泽温室气体排放的影响 于丽丽,牟长城,顾摇 韩,等 (5180)………………
黄河中游连伯滩湿地景观格局变化 郭东罡,上官铁梁,白中科,等 (5192)………………………………………
黄土区次生植被恢复对土壤有机碳官能团的影响 李摇 婷,赵世伟,张摇 扬,等 (5199)…………………………
我国东北土壤有机碳、无机碳含量与土壤理化性质的相关性 祖元刚,李摇 冉,王文杰,等 (5207)……………
黄土旱塬裸地土壤呼吸特征及其影响因子 高会议,郭胜利,刘文兆 (5217)……………………………………
宁南山区典型植物根际与非根际土壤微生物功能多样性 安韶山,李国辉,陈利顶 (5225)……………………
岩溶山区和石漠化区表土孢粉组合的差异性———以重庆市南川区为例 郝秀东,欧阳绪红,谢世友 (5235)…
夏蜡梅及其主要伴生种叶的灰分含量和热值 金则新,李钧敏,马金娥 (5246)…………………………………
苏柳 172 和垂柳对 Cu2+的吸收特性及有机酸影响 陈彩虹,刘治昆,陈光才,等 (5255)………………………
导入 TaNHX2 基因提高了转基因普那菊苣的耐盐性 张丽君,程林梅,杜建中,等 (5264)………………………
空气湿度与土壤水分胁迫对紫花苜蓿叶表皮蜡质特性的影响 郭彦军,倪摇 郁,郭芸江,等 (5273)……………
黄土高原旱塬区土壤贮水量对冬小麦产量的影响 邓振镛,张摇 强,王摇 强,等 (5281)…………………………
咸阳地区近年苹果林地土壤含水量动态变化 赵景波,周摇 旗,陈宝群,等 (5291)………………………………
苗药大果木姜子挥发油成分变化及其地理分布 张小波,周摇 涛,郭兰萍,等 (5299)……………………………
环境因子对小球藻生长的影响及高产油培养条件的优化 丁彦聪,高摇 群,刘家尧,等 (5307)…………………
不同基质对北草蜥和中国石龙子运动表现的影响 林植华,樊晓丽,雷焕宗,等 (5316)…………………………
安徽沿江浅水湖泊越冬水鸟群落的集团结构 陈锦云,周立志 (5323)……………………………………………
黑胸散白蚁肠道共生锐滴虫目鞭毛虫的多样性分析与原位杂交鉴定 陈摇 文,石摇 玉,彭建新,等 (5332)……
基于熵权的珠江三角洲自然保护区综合评价 张林英,徐颂军 (5341)……………………………………………
专论与综述
中小尺度生态用地规划方法 荣冰凌,李摇 栋,谢映霞 (5351)……………………………………………………
土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展 陈摇 朝,吕昌河,范摇 兰,等 (5358)………………………………
海洋浮游植物与生物碳汇 孙摇 军 (5372)…………………………………………………………………………
多年冻土退化对湿地甲烷排放的影响研究进展 孙晓新,宋长春,王宪伟,等 (5379)……………………………
生源要素有效性及生物因子对湿地土壤碳矿化的影响 张林海,曾从盛,仝摇 川 (5387)………………………
生态网络分析方法研究综述 李中才,徐俊艳,吴昌友,等 (5396)…………………………………………………
研究简报
不同群落中米氏冰草和羊草的年龄结构动态 金晓明,艾摇 琳,刘及东,等 (5406)………………………………
主题分辨率对 NDVI空间格局的影响 黄彩霞,李小梅,沙晋明 (5414)…………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*314*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄09
封面图说: 在树上嬉戏的大熊猫———大熊猫是中国的国宝,自然分布狭窄,数量极少,世界上仅分布在中国的四川、陕西、甘肃
三省的部分地区,属第四纪冰川孑遗物种,异常珍贵。 被列为中国国家一级重点保护野生动物名录,濒危野生动植
物种国际贸易公约绝对保护的 CITES附录一物种名录。 瞧,够得上“功夫熊猫冶吧。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 18 期
2011 年 9 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 18
Sep. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:全球变化研究国家重大科学研究计划项目 (2010CB951402);国家自然科学基金 (40701031 );国家自然基金创新群体项目
(40821001);冻土工程重点实验室专项子课题(SKLFSE鄄ZT鄄01);冻土工程国家重点实验室开放基金课题(SKLFSE200902)共同资助
收稿日期:2010鄄10鄄01; 摇 摇 修订日期:2011鄄03鄄29
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: changxiaoli2002@ 163. com
常晓丽,金会军,于少鹏,孙海滨,何瑞霞,罗栋梁,孙广友,吕兰芝. 大兴安岭林区不同植被对冻土地温的影响 . 生态学报,2011,31 (18):
5138鄄5147.
Chang X L,Jin H J,Yu S P,Sun H B, He R X,Luo D L,SUN G Y,Lu L Z. Influence of vegetation on frozen ground temperatures the forested area in the
Da Xing忆anling Mountains, Northeastern China. Acta Ecologica Sinica,2011,31(18):5138鄄5147.
大兴安岭林区不同植被对冻土地温的影响
常晓丽1,*,金会军1,于少鹏1,2,孙海滨3,何瑞霞1,罗栋梁1,孙广友4,吕兰芝1
(1. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 冻土工程国家重点实验室, 兰州摇 730000; 2. 哈尔滨学院 地理系,
哈尔滨摇 150086;3. 根河市气象局, 根河摇 022350;4. 中国科学院 东北地理与农业生态研究所, 长春摇 130062)
摘要:植被常常通过反射太阳辐射、遮阳、蒸腾散热、阻风挡雪、保水吸水等来影响下伏多年冻土。 但是不同的植被类型,对下伏
冻土热状况的影响也不尽相同。 为了探讨大兴安岭林区不同植被对冻土的影响,选取大兴安岭森林生态站实验区杜香鄄真藓鄄
落叶松林、真藓鄄落叶松林、塔头鄄落叶松林、柴桦落叶松林和伊图里河镇原冻土观测场塔头湿地 5 种典型林型,分析不同林型对
冻土的温度和冻融作用的影响。 研究发现不同林型的不同组分,由于反射率、覆盖度和根系吸水能力的差别,使得各种林型下
的地面温度也不相同。 在夏季,月平均地面温度从高到低依次为真藓鄄落叶松林、杜香鄄真藓鄄落叶松林、伊图里河塔头湿地、柴桦
落叶松林和塔头落叶松林。 由于塔头落叶松林存在乔木层和灌木层,与伊图里河塔头湿地相比,8 月份平均地面温度差值低 10
益以上。 柴桦落叶松林两个钻孔的对比实验表明,铲除地表植被会使活动层 0. 8 m 以上部分的地温升高,并且主要发生在 8、
9、10 月份。 对冻土而言,林区植被暖季降温的贡献大于冷季增温的贡献。 另外,塔头鄄落叶松林根系吸水能力最强,这种林型下
的土壤开始融化和冻结的日期最晚,冻结初期地面降温速率为 0. 1 益 / d,而 0. 2 m以下降温速率几乎为零。 同样柴桦落叶松林
的塔头根系吸水能力使得其 0. 5 m和 0. 8 m的降温速率低于除塔头落叶松林外的其他林型,但是地面上植物的凋零和枯萎会
加快地面的冻结速率。 真藓鄄落叶松林的乔灌木层发育不好,地面降温速率大于杜香鄄真藓鄄落叶松林和伊图里河塔头湿地,而伊
图里河塔头湿地由于没有乔灌木层的庇护,地面以下的降温速率高于其他林型。
关键词:大兴安岭林区;不同林型;多年冻土温度;冻结速率
Influence of vegetation on frozen ground temperatures the forested area in the Da
Xing忆anling Mountains, Northeastern China
CHANG Xiaoli1,*,JIN Huijun1,YU Shaopeng1,2,SUN Haibin3, HE Ruixia1,LUO Dongliang1,SUN Guangyou 4,
LU Lanzhi1
1 State Key Laboratory Frozen Soils Engineering, Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences,
Lanzhou 730000, China
2 Department of Geography, Harbin College, Harbin 150086, China
3 Genhe Meteorological Administration, Genhe, Inner Mongolia 022350, China
4 Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130062, China
Abstract: In the Da Xiang忆anling Mountains, vegetation has relatively high albedo, surface coverage, and capability for
water holding and retention, which have large impacts on the thermal regime in soils and permafrost hydrology. In order to
understand the influences of different types of forests on frozen ground temperatures and the freeze鄄thaw processes, five
respresentative forests, including a Ledum palustre var. dilatatum鄄Bryum鄄Larix dahurica forest , a Bryum鄄L. dahurica
forest, Betula fruticosa L. dahurica forest , and a Carex tato鄄L. dahurica forest in the experimental area at the China Forest
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Ecological Research Network (CFERN) Station near Genhe in the Da Xing忆anling Mountains, and a Carex tato swamp in
the nearby Yitulihe, were chosen for monitoring ground temperatures in the active layer with depths from ground surface to
1. 6 m and at shallow depths in permafrost.
Ground surface temperatures vary considerably due to the combined influences of albedo, coverage and capability of
water holding and retention in these five types of forest. In summer, the mean monthly ground surface temperatures decline
in the order of the Bryum鄄L. dahurica forest, the Ledum palustre var. dilatatum鄄Bryum鄄L. dahurica forest , the Carex tato
swamp, the Betula fruticosa L. dahurica forest, and the Carex tato鄄 L. dahurica forest. Due to the shading effect of larch
stands and shrubs, the mean monthly ground surface temperature of the Carex tato鄄 L. dahurica forest is about 10 益 lower
than that of the Carex tato swamp. In addition, ground temperature monitoring was carried out in the Betula fruticosa L.
dahurica forest between two boreholes. At one of which the aboveground vegetation was reaped in July 2009. The vegetation
at the other was undisturbed for comparison. The comparisons indicate that the vegetation clearance has a major impact on
ground temperatures in the active layer (shallower than 0. 8 m in depth) in August, September and October. In summary,
vegetation in forest area mainly cools the soils in warm season, but it serves as an insulator in cold season. Moreover, the
cooling effect in warm season more than offsets the insulation in cold season, resulting in an overall cooling effect in the
active layer.
Moreover, the Carex tato鄄 L. dahurica forest with the highest water retention capability by plant roots system was the
latest for ground freezing and thawing, simultaneously with the slowest ground surface cooling rate of 0. 10 益 / d and nearly
0 益 / d below 0. 2 m. Since its soils was covered mostly by herbaceous plants, usually withered more rapidly than the Bryum
covered surfaces, ground surface cooled faster too in the Betula fruticosa L. dahurica forest, with the value of 0. 96 益 / d
higher than that in the Ledum palustre var. dilatatum鄄Bryum鄄L. dahurica forest (0. 75 益 / d) and the Carex tato swamp
(0. 76 益 / d), but soil at the depth of 0. 5 m and 0. 8 m froze slowly as a result of the high water retention capability by the
roots of Carex tato. Due to poor鄄grown larch and shrubs, the cooling rate at the ground surface in the Bryum鄄 L. dahurica
forest reaches 1. 22 益 / d. And for lack of larch and shrubs in the Carex tato swamp, the underground cooling rate is higher
than other forest types.
Key Words: Forested areas in the Da Xing忆anling Mountains; various forest types; permafrost temperatures; cooling rate
大兴安岭林区位于我国最北部边疆,它的北面和东北面以黑龙江和俄罗斯为界,西面与呼伦贝尔草原相
连,东部与松嫩平原毗邻,向南呈舌状延伸到阿尔山一带。 跨北纬 46毅18忆—53毅34忆,东经 119毅19忆—127毅15忆,行
政分属内蒙古自治区和黑龙江省。 这里地处欧亚大陆中高纬度地带,又叠加大兴安岭山脉海拔高度的影响,
多年冻土比较发育,大片连续多年冻土和岛状多年冻土集中分布。 植被与多年冻土的现代环境条件是距今约
7—1. 3 万年末次冰期时的植被与多年冻土古环境长期演变所形成的,二者之间相互影响,相互制约[1鄄5]。
植被常常通过反射太阳辐射、遮阳、蒸腾散热、阻风挡雪、保水吸水等来影响下伏多年冻土,不过不同的植
被类型,对冻土热状况的影响也不尽相同[6鄄8]。 有研究表明在南极 Signy 岛,裸地的年平均地面温度为-2 益
时,簇花石萝地衣(Usnea)下为-1. 9 益,柳叶藓下(Sanionia)的为-2. 6 益 [9鄄10]。 另外植被鄄冻土之间的平衡常
常会遭到森林火灾、病虫害以及砍伐森林等自然或人为行为扰动,使得植被物种组成、厚度、盖度、密度等发生
变化,从而改变了下伏多年冻土的水热过程[11鄄15]。 Iwahana等[16]比较了东西伯利亚雅库茨克过火区和天然林
区的活动层状况后指出,在火灾后的起初阶段过火区由于反射率增大,净辐射量减少,但活动层厚度、地面热
通量和蒸散发量却显著增加,之后随着植被的恢复净辐射量逐渐增加而地面热通量和活动层厚度逐渐减少。
陈亚明等[17]研究表明,森林采伐后,皆伐迹地气候趋于林中空地的气候,气温、风速、蒸发量都高于天然林地,
而相对湿度低于天然林地,造成皆伐迹地 0—20 cm深度的地温比天然林地高 5 益左右,最大季节融化深度比
天然林地增加了约 10—20 cm。
9315摇 18 期 摇 摇 摇 常晓丽摇 等:大兴安岭林区不同植被对冻土地温的影响 摇
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目前国内关于植被鄄冻土关系的研究也很多,但大都集中在青藏高原植被与冻土关系上[18鄄24],对于大兴安
岭植被鄄冻土研究的却不多[3鄄4,25],特别是不同植被影响下的冻土研究,再者还缺乏长期的观察研究和对比实
验研究。 针对上述情况,在国家自然科学基金“兴安岭型冻土与沼泽湿地生态系统的共生关系及退化机制研
究冶项目的支持下,于 2008—2009 年在内蒙古大兴安岭落叶松林生态系统定位研究站(以下简称大兴安岭森
林生态站)和伊图里河原冻土观测场考察并打钻,希望通过长期的监测,掌握这些区域冻土的活动状态,并通
过对比实验分析植被与冻土的依存关系,为下一步研究工作提供有用的信息和依据。
1摇 研究区概况
大兴安岭森林生态站、根河市及伊图里河原冻土观测场(50毅37忆—50毅56忆N,120毅32忆—121毅30忆E,海拔:
720—1116 m)均位于大兴安岭西北坡中部地带,相互间距约 30 km,以根河市区为中心南北向分布。 这里属
于寒温带湿润气候区,逸10 益年积温 1403 益,年平均气温-5. 4 益,最低气温-47. 7 益,最高气温 33. 2 益
(2009 年资料);年降水量 450—550 mm,60%集中在 7、8 月份,9 月末至第 2 年 5 月初为降雪期,降雪厚度
20—40 mm,降雪量占全年降水量的 12% ;全年地表蒸发量为 800—1200 mm,年均日照 2594h,无霜期 80
d[26]。 从多年冻土分区上看,该区属于大片连续多年冻土带,根河年平均地温为-1. 3 益,伊图里河年平均地
温为-0. 8益,冻土下限为 40 m[27]。
0 100 m
N
杜香真藓落叶松林
柴桦落叶松林
真鲜落叶松林
塔头落叶松林
河流
道路
钻孔位置
5 4
3
2
1
1
5
5
5
1 1 E
图 1摇 实验区内林型及钻孔位置分布
Fig. 1摇 Distribution of forest types and boreholes in the experimental area
大兴安岭森林生态站位于根河市北 30 km左右,这里几乎不受人类活动的影响,保持着原始林景观,是典
型的寒温带针叶林区。 主要成林树种为兴安落叶松林,混有少量白桦;主要林型有杜鹃鄄落叶松林、杜香鄄落叶
松林、柴桦落叶松林和藓类鄄落叶松林等。 生态站实验区共有 5 个地温孔,分布在杜香鄄真藓鄄落叶松林、真藓鄄
落叶松林、塔头鄄落叶松林和柴桦落叶松林中(图 1);还有一个地温孔分布在伊图里河右岸的一级阶地的伊图
0415 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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里河镇原冻土观测场的塔头湿地中。 5 个孔的植被情况如表 1。
表 1摇 钻孔植被情况调查表
Table 1摇 Vegetation featuresin the vicinity of boreholes
林型及钻孔位置
Forests and sites of boreholes
乔木
Larch stands
下木
Shrubs
地被物
Ground cover
杜香鄄真藓落叶松林
(50毅 56. 116忆N; 121毅 30. 460E;
820 m asl;1 号孔)
兴安落叶松,混生少量白桦,树
高 15—18 m,盖度为 70%
主要有杜香、柴桦,还有散生的
山刺枚、绣线菊等,盖度为 70%
真藓占绝对优势,厚 15—20 cm,还
有少量的小叶章、红豆越橘,苔草
等,盖度为 100%
真藓落叶松林
(50毅 56. 157忆 N;121毅 30. 414E;
821 masl;2 号孔)
兴安落叶松纯林,树高 8—15 m,
盖度为 60%
发育不良,散生少量杜香、柴桦
等,盖度为 20%
真藓同样占绝对优势,散生有越
橘、苔草等,盖度为 100%
塔头落叶松林
(50毅56. 004忆N;121毅 30. 195忆E;
805 masl;3 号孔)
兴安落叶松林,稀疏团状分布,
树高 7—12 m,盖度 55%
主要有柴桦、沼柳、绣线菊等,数
量不多,盖度为 40%
塔头鄄修氏苔草为优势种,厚 35 cm,
有极少量的鸢尾、林奈草等,盖度
为 100%
柴桦落叶松林
(50毅55. 991忆N;121毅 30. 162忆E;
803 masl;4、5 号孔)
兴安落叶松林,混生白桦,树高
10—20 m,盖度 80%
柴桦为主,还有绣线菊、大叶蔷
薇、金老梅、 珍珠梅等, 盖度
为 70%
塔头、红豆越橘、莎草、羊胡子草、
鹿蹄 草、 林 奈 草 等 都 有, 盖 度
为 100%
塔头湿地(伊图里河)
(50毅37. 767忆N;121毅 32. 938忆E;
721 masl)
无 无 塔头为主,还有鸢尾、林奈草、莎草、羊胡子草等,盖度为 95%
2摇 研究方法及数据
2008 年 8—9 月,在根河和伊图里河选取如上所述的 6 个地点进行浅孔钻探,并进行岩芯样品采集和描
述。 考虑到钻孔时钻机的可进入性,6 个点均位于山体之间同一侧的缓坡(<5毅)和平地,因此坡度和坡向的影
响在此次研究中可以忽略。 同时,还进行了树高、植物种类和盖度方面的调查分析,调查数据如表 1。 终孔后
三个月即 2009 年 1 月,地温基本恢复至打钻前的状态,开始正式监测地温。 所用的温度计为中国科学院寒区
旱区环境与工程研究所冻土国家重点实验室特制的电阻式温度计,量程为-30—30 益,精度为依0. 05 益,30—
50 益或者-45—-20 益时,精度为依0. 1 益。 主要采取人工监测,每周六 12:00 监测 1 次,目前已经获得 2009
年的全部地温数据。
0:00 2:00 4:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20 :0 0 22:00
净辐
射通
量
Net r
adiat
ion/(
W/m
2 )
冠层上部辐射通量 冠层下部辐射通量
时间 Time/h
1000
800
600
400
200
0
-200
图 2摇 林冠上与林冠中净辐射通量日变化[26]
摇 Fig. 2摇 Diurnal variations in the net radiation fluxes above and
in forest canopy[26]
另外,为了进行植被有无对冻土影响的对比实验,在柴桦落叶松林中钻取 2 个孔,相距 20 m左右,这样保
证了 2 孔的初始植被、地层岩性及气候条件基本一致。 2009 年 7 月上旬,对其中一孔(4 号孔)进行地表植被
铲除,铲除面积为 36 m2(以孔为中心的圆);而 5 号孔保持原状植被不变,并同时监测。
3摇 研究结果与分析
3. 1摇 植被类型对地表温度的影响
植被与冻土层的关系十分密切,它对冻土温度的影
响主要是通过制约土层和大气间热量交换的变化来实
现的[28鄄29]。 植被反射率大,可以将大量太阳辐射反射
到大气中去,从而减少了地面吸收的太阳辐射。 图 2 给
出的是生态站内 6 月中上旬林冠上和林冠中一天内的
净辐射通量对比图[30],可以看出 8:00—18:00 冠层下
部的净辐射通量仅为冠层上部的 60%左右,将近 40%
的能量被冠层反射和吸收。
根据获得的 2009 年地温数据,将各个钻孔地面的
月平均数据比较,得到如图 3 所示的大兴安岭森林生态
站与伊图里河不同植被类型条件月平均地面温度图。
1415摇 18 期 摇 摇 摇 常晓丽摇 等:大兴安岭林区不同植被对冻土地温的影响 摇
http: / / www. ecologica. cn
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
月份 Month
杜香-真藓落叶松林
真藓落叶松林
塔头-落叶松林
柴桦落叶松林
塔头-湿地
20
16
12
8
4
0
-4
-8
-12
-16
温度
Tem
perat
ure/
C
图 3摇 2009 年不同植被类型条件下月平均地面温度
摇 Fig. 3摇 Monthly mean ground surface temperatures for different
forest types in 2009
初步分析是由于不同植被类型的反射率不同[31]造成
的。 从图上可以看出,从 4 月份开始不同植被类型之间
的地面温度差值开始增大,一直持续到 10 月初。 其中
7、8、9 三个月的地面温度差别最大,这时也是兴安落叶
松林和其它植物生长的最旺盛时期[32]。 所有林型中,
真藓鄄落叶松林这 3 个月的地面平均温度最高,尽管它
的藓被层很发达,但由于兴安落叶松林较为稀疏,而灌
丛和草本植物又发育不良,造成其反射太阳辐射的能力
不如其它林型。 杜香鄄真藓鄄落叶松林的乔木和灌丛都
比真藓鄄落叶松林发达,但草本植物稀少,反射太阳辐射
的能力稍有改善,地面平均温度其次。 伊图里河塔头湿
地 7、8、9 月的地面温度位居第三,而冷季时它的地面温
度最低,这与乔木层和灌木层的缺失有密切关系;但是
由于塔头湿地反射率(0. 23—0. 28)很大,根系吸水能
力又强,所以相对来说地面温度低于杜香鄄真藓鄄落叶松
林。 柴桦落叶松林的乔木层,除兴安落叶松林之外,还混有少量的白桦和其它树种,林木生长旺盛,柴桦、绣线
菊和金老梅等组成 1. 0—2. 0 m 的灌木层,层盖度达 70% ,草本层也很发达,以苔草莎草和羊胡子草等为主,
盖度 100% ,整个林型反射率很高,地面平均温度也比较低。 温度最低的是塔头落叶松林,这里除了落叶松林
和塔头的反射率大之外,更得益于根系的吸水能力,高含量的水分大大延缓了地面增温速率并减小了增温幅
度,因此它的地面温度月平均变化曲线最平缓。
伊图里河塔头湿地和塔头落叶松林的草本层差异不大,但由于伊图里河塔头湿地没有落叶松林的庇护,8
月的平均地面温度比塔头落叶松林高将近 10 益,说明植被在夏季主要起降低土壤温度的作用。 再结合其它
林型地面温度情况可以得出,不同林型的组分不同,反射率也不同,夏季时候对土壤的降温幅度不相同。 另
外,伊图里河塔头湿地 1 月的平均地面温度比塔头落叶松林低 6 益多,说明植被在冬季可以起提高土温的作
用。 不过从图 2 和表 2 发现,冬季时候不同林型对地面温度影响的规律性不明显,这主要是因为冬季土壤温
度受雪盖的影响更多[33]。
3. 2摇 铲除植被对地温的影响
森林开发、砍伐植被都会对冻土产生一系列的影响[34]。 为了探讨铲除植被对地温的影响,在柴桦落叶松
林中做了对比实验,实验结果如图 4 所示,即 2009 年铲除植被与原状植被相同深度处月平均地温比较图。
从地表温度的比较可以看出,铲除植被前两孔相同深度的地温基本一致,但在 7 月份铲除植被后却发生
了很大的变化。 4 号孔的升温和降温幅度明显大于 5 号孔,温差最大值出现在地面,达 4. 1 益;但随着深度增
加,温差值越来越小,到 0. 8 m 时两孔温度基本一致。 这说明地表植被主要影响土层中 0. 8 m 以上部分的
温度。
3. 3摇 植被对土层冻结和融化作用的影响
土壤冻结和融化作用实质上就是土壤中水分发生相变的过程。 由于植被层具有隔热作用、阻风挡雪及根
系吸水作用,对土壤的水热周转过程有较大的影响[35],所以它对土的冻结和融化作用也起着重要作用。 在寒
冷季节来临时,林冠、灌丛、苔藓和地衣覆盖层能阻止冷气流进入土壤,且土层上部的根系积水冻结放出大量
热能,延缓了冻结作用的发生;暖季气温上升时,植被隔热层同样阻止暖气流进入土壤,林中积雪和土层上部
中的冰融化消耗大量热能,阻碍融化过程的进行。
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铲除植被 原状植被
月份 Month
0 m
0.2m
0.8m
0.1m
0.5m
3.2m
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
151050
-5
-10
-15
10
5
0
5
10
15
4
0
8
12
151050
-5
-10
-15
4
-4
-8
-12
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
0
温度
Tem
perat
ure/
C
°
图 4摇 2009 年 4 号孔(人工铲除植被)和 5 号孔(原状植被)相同深度处月平均地温变化
Fig. 4摇 Variations in thhe monthly mean ground surface temperature at the same depth for Borehole No. 4 with vegetation reaped and
Borehole No. 5 with vegetation undisturbed
摇 摇 表 3摇 2009 年不同林型条件下土壤表面开始融化和冻结的日期
Table 3摇 Starting dates of ground surface thawing and freezing for
different forest types in 2009
林型
Forest types
融化日期
Thawing date
冻结日期
Freezing date
杜香鄄真藓鄄落叶松林 4 月 4 日 10 月 24 日
真藓鄄落叶松林 4 月 11 日 10 月 26 日
塔头鄄落叶松林 5 月 10 日 10 月 30 日
柴桦落叶松林 4 月 12 日 10 月 24 日
伊图里河塔头湿地 4 月 11 日 10 月 22 日
摇 摇 在大兴安岭森林生态站和伊图里河试验区,不同
林型及植被不同组分对表层土壤水分吸持能力不同,
所以对土壤冻融作用影响也有些差别。 上面已经讲
过,塔头-落叶松林根系吸水能力非常强,土体含冰量
高,这种林型下土壤开始融化的日期比其它林型晚了
一个月,开始冻结的日期晚一个星期(表 3)。
尽管不同植被类型下土层开始冻结的日期差不
多,冻结速率却大不相同。 图 5 为生态站 2009 年 10
月 23 日和 30 日 4 种林型下地温随深度变化情况,可
以看出 23 日 4 种林型的地温基本为正值,处于冻结
前期,30 日时杜香鄄真藓鄄落叶松林、真藓鄄落叶松林和柴桦落叶松林都已冻结到 0. 5m 处,而塔头鄄落叶松林仅
仅冻结了不到 0. 2 m。
不同林型冻结初期的降温速率如表 4 所示,各种林型下的降温速率基本是随深度递减的。 从 23 日至 30
日,降温速度最快的是乔灌木层都发育不太好的真藓鄄落叶松林,地面的平均速率为 1. 22 益 / d。 其次为柴桦
落叶松林,地面降温速率为 0. 96 益 / d,这是因为柴桦落叶松林的地被物主要是塔头、莎草等草本植物,秋季时
枯萎的速度远大于藓类植物,保温效果也降到最低,与具有相近乔木和灌木层的杜香真藓落叶松林相比,地面
降温速率更快;但是由于其地被物根系吸水性较强,随深度增加降温速率低于除塔头落叶松林外的其他林型。
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2009-10-232009-10-30
杜香-真藓-落叶松林 泥炭藓-真藓-落叶松林
深度
Dep
th/m
深度
Dep
th/m
深度
Dep
th/m
-4 -3 -2 -1 0 1 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
3
柴桦落叶松林
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0
0.2
0.4
0.6
0.8
深度
Dep
th/m
-1.0 -0.5 0 0.5
塔头-落叶松林
0
0.2
0.4
0.6
0.8
温度 Temperature/ C° 温度 Temperature/ C°
图 5摇 冻结初期 4 种林型地温随深度变化曲线
Fig. 5摇 Curves of ground temperatures versus depths at the initial freezing stage for different forest types
伊图里河塔头湿地受地表积水的影响,降温速率为 0. 66 益 / d,不过由于没有乔灌木层的庇护,0. 1 m和 0. 2 m
深度处的降温速度比其他林型的稍快。 降温最慢的是塔头落叶松林,地面降温速率为 0. 1 益 / d,这主要得益
于塔头落叶松林植被根系吸水保水能力,大量的水延缓了冻结过程的进行,导致整个冻结过程的降温速率很
小,0. 2 m以下地温几乎不变。
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表 4摇 不同林型各个深度处降温速度 / (益 / d)
Table 4摇 Cooling rates at various depth for different forest types
深度 / m
Depth
杜香鄄真藓鄄落叶松林
Ledum palustre var.
dilatatum鄄Bryum鄄Larix
dahurica forest
真藓鄄落叶松林
Bryum鄄L.
dahurica forest
塔头鄄落叶松林
Carex tato鄄L.
dahurica forest
柴桦落叶松林
Betula fruticosa鄄
L. dahurica forest
伊图里河塔头湿地
Carex tato
swamp in Yitulihe
0 0. 75 1. 22 0. 10 0. 96 0. 66
0. 1 0. 40 0. 60 0. 03 0. 45 0. 62
0. 2 0. 22 0. 30 0. 004 0. 20 0. 43
0. 5 0. 09 0. 06 -0. 004 0. 02 0. 08
0. 8 0. 05 0. 03 0. 003 0. 01 0. 03
4摇 结论与讨论
作为大气圈与岩石圈水热周转的重要参与者,植被对冻土的影响很大。 在大兴安岭林区,植物种类丰富,
林型繁多,不同林型对冻土的影响也不一样。
研究区内不同林型的不同组分,由于反射率、覆盖度和根系吸水能力的差别,使得各种林型下的地面温度
也不相同,特别是暖季,月平均地面温度从高到低依次为真藓鄄落叶松林、杜香鄄真藓鄄落叶松林、伊图里河塔头
湿地、柴桦落叶松林和塔头落叶松林。 伊图里河塔头湿地和塔头落叶松林的比较说明,由于乔木层和灌木层
的存在,会使两者的月平均地面温度差值最大达 10 益以上。
人工铲除植被的对比实验结果显示,铲除地表植被后 4 号孔的地温增加幅度大于原状植被 5 号孔的增温
幅度,尤其是活动层 0. 8 m以上的部分增温最明显。 从时间上来看,4 号孔与 5 号孔较大的温差值主要发生
在 8、9、10 月份,但随着时间的推移差值逐渐减小,11 月份时两孔温度基本接近,说明植被对地温的影响主要
集中在夏秋季———暖季。 冬季即冷季,植被可以提高土壤温度[36],但是受积雪的影响,这种作用的规律性在
大兴安岭林区表现的不明显。 总之,植被在暖季可以反射大量的太阳辐射,减少到达地面的太阳辐射,从而能
够避免地面升温过快,相对起到降低土温的作用。 不过这个影响的深度值可能有些偏小,首先是因为铲除面
积不够大,一天中太阳高度角发生变化时周围林木的影子等会使 4 号孔及其周围土壤接受不到足够的太阳辐
射;另外由于只铲除地面植被部分,而地下根系和植被残体等具有良好的隔热作用,能够减慢热量传递[37鄄38]。
除此之外,土壤温度的变化和土中热量的传输还会受到含水量和岩性的影响,因此不同地方植被对地温的影
响深度可能是不一样的。 总的来说,对于冻土,林区植被暖季主要起降温作用,冷季起保温作用,且暖季降温
的贡献大于冷季增温的贡献。
不同林型及植被不同组分的隔热和吸水保水能力不同,对土壤中水热周转过程影响也有所差别。 塔头-
落叶松林根系吸水能力最强,这种林型下的土壤开始融化和冻结的日期最晚,冻结速率也最慢,地表初始的降
温速度为 0. 1 益 / d,0. 2 m以下降温速率几乎为零。 其次植物生长期的变化,特别是植物的凋零和枯萎,会加
快地表的冻结速率。 柴桦落叶松林的地被物主要是草本植物,秋季枯萎后,保温效果下降,地表平均降温速度
为 0. 96 益 / d,但是凋零植被较强的根系吸水能力使得其 0. 5 m和 0. 8 m 的降温速率低于除塔头落叶松林外
的其他林型。 另外,不同林型的组分以及层片结构对冻结过程影响也很大,真藓鄄落叶松林的乔灌木层发育不
好,地面降温速率为 1. 22 益 / d,大于杜香鄄真藓鄄落叶松林和伊图里河塔头湿地,而伊图里河塔头湿地由于没
有乔灌木层的庇护,地面以下的降温速率高于其他林型。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 18 September,2011(Semimonthly)
CONTENTS
CO2 emission from an alpine Kobresia humilis meadow in winters WU Qin, HU Qiwu, CAO Guangmin, et al (5107)………………
Effect of cultivation on soil organic carbon and total nitrogen accumulation in Cele oasis croplands and their relation to crop yield
HUANG Caibian, ZENG Fanjiang, LEI Jiaqiang, et al (5113)
…
……………………………………………………………………
Biomass and its allocation of four grassland species under different nitrogen levels
QI Yu, HUANG Yongmei, WANG Yan, et al (5121)
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Small鄄scale spatial patterns of genetic structure in Castanopsis eyrei populations based on autocorrelation analysis in the Tiantai
Mountain of Zhejiang Province QI Caihong, JIN Zexin, LI Junmin (5130)………………………………………………………
Influence of vegetation on frozen ground temperatures the forested area in the Da Xing忆anling Mountains, Northeastern China
CHANG Xiaoli,JIN Huijun,YU Shaopeng,et al (5138)
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Analysis of stable carbon isotopes in different components of tree rings of Pinus sylvestris var. mongolica
SHANG Zhiyuan, WANG Jian, CUI Mingxing, et al (5148)
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Retrieval of leaf area index for different grasslands in Inner Mongolia prairie using remote sensing data
LIU Yibo, JU Weimin, ZHU Gaolong, et al (5159)
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Decomposition of lotus leaf litter and its effect on the aquatic environment of the Beili Lake in the Hangzhou West Lake
SHI Qi, JIAO Feng, CHEN Ying, et al (5171)
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Effects of fire disturbance on greanhouse gas emission from Larix gmelinii鄄Carex schmidtii forested wetlands in XiaoXing忆an
Mountains, Northeast China YU Lili, MU Changcheng, GU Han, et al (5180)…………………………………………………
Wetland landscape transition pattern of Lianbo Beach along the Middle Yellow River
GUO Donggang,SHANGGUAN Tieliang,BAI Zhongke,et al (5192)
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Effect of revegetation on functional groups of soil organic carbon on the Loess Plateau
LI Ting, ZHAO Shiwei,ZHANG Yang, et al (5199)
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Soil organic and inorganic carbon contents in relation to soil physicochemical properties in northeastern China
ZU Yuangang, LI Ran, WANG Wenjie, et al (5207)
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Characteristics of soil respiration in fallow and its influencing factors at arid鄄highland of Loess Plateau
GAO Huiyi, GUO Shengli, LIU Wenzhao (5217)
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Soil microbial functional diversity between rhizosphere and non鄄 rhizosphere of typical plants in the hilly area of southern Nixia
AN Shaoshan,LI Guohui,CHEN Liding (5225)
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Differences in the surface palynomorph assemblages on a karst mountain and rocky desertification areas: a case in Nanchuan
District,Chongqing HAO Xiudong, OUYANG Xuhong,XIE Shiyou (5235)………………………………………………………
Ash content and caloric value in the leaves of Sinocalycanthus chinensis and its accompanying species
JIN Zexin, LI Junmin, MA Jine (5246)
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Uptake kinetic characteristics of Cu2+by Salix jiangsuensis CL J鄄172 and Salix babylonica Linn and the influence of organic acids
CHEN Caihong, LIU Zhikun, CHEN Guangcai, et al (5255)
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Introduction of TaNHX2 gene enhanced salt tolerance of transgenic puna chicory plants
ZHANG Lijun,CHENG Linmei,DU Jianzhong,et al (5264)
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Effects of air humidity and soil water deficit on characteristics of leaf cuticular waxes in alfalfa (Medicago staiva)
GUO Yanjun, NI Yu,GUO Yunjiang, et al (5273)
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Influence of water storage capacity on yield of winter wheat in dry farming area in the Loess Plateau
DENG Zhenyong, ZHANG Qiang, WANG Qiang, et al (5281)
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Research of dynamic variation of moisture in apple orchard soil in the area of Xianyang in recent years
ZHAO Jingbo, ZHOU Qi, CHEN Baoqun, et al (5291)
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Volatile oil contents correlate with geographical distribution patterns of the miao ethnic herb Fructus Cinnamomi
ZHANG Xiaobo,ZHOU Tao,GUO Lanping,et al (5299)
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Effect of environmental factors on growth of Chlorella sp. and optimization of culture conditions for high oil production
DING Yancong, GAO Qun, LIU Jiayao, et al (5307)
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The effects of substrates on locomotor performance of two sympatric lizards, Takydromus septentrionalis and Plestiondon chinensis
LIN Zhihua, FAN Xiaoli, LEI Huanzong, et al (5316)
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Guild structure of wintering waterbird assemblages in shallow lakes along Yangtze River in Anhui Province, China
CHEN Jinyun, ZHOU Lizhi (5323)
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Phylogenetic diversity analysis and in situ hybridization of symbiotic Oxymonad flagellates in the hindgut of Reticulitermes chinensis
Snyder CHEN Wen, SHI Yu, PENG Jianxin, et al (5332)………………………………………………………………………
An entropy weight approach on the comprehensive evaluation of the Pearl River Delta Nature Reserve
ZHANG Linying, XU Songjun (5341)
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Review and Monograph
On planning method of mesoscale and microscale ecological land RONG Bingling, LI Dong, XIE Yingxia (5351)……………………
Effects of land use change on soil organic carbon:a review CHEN Zhao,L譈 Changhe,FAN Lan,et al (5358)………………………
Marine phytoplankton and biological carbon sink SUN Jun (5372)………………………………………………………………………
Effect of permafrost degradation on methane emission in wetlands: a review
SUN Xiaoxin, SONG Changchun, WANG Xianwei, et al (5379)
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A review on the effects of biogenic elements and biological factors on wetland soil carbon mineralization
ZHANG Linhai, ZENG Congsheng, TONG Chuan (5387)
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A review of studies using ecological network analysis LI Zhongcai, Xu Junyan, WU Changyou, et al (5396)…………………………
Scientific Note
Dynamics of age structures on Agropyron michnoi and Leymus chinensis in different communities
JIN Xiaoming, AI Lin, LIU Jidong, et al (5406)
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The impact of thematic resolution on NDVI spatial pattern HUANG Caixia, LI Xiaomei, SHA Jinming (5414)………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 18 期摇 (2011 年 9 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 18摇 2011
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