全 文 ：第l9卷第1期
1999年1月
]
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生 态 学 报
ACTA ECoI OGICA SINICA
Vo1．1 9，N o．1
Jan．，1 999
． ／ Z ＼7／
青冈常绿阔叶林内的小气候特征
堂 杰 遥噎杀 葛 滢 陈增鸿 刘 珂 陈启常
(浙江大学生命科学学院 抗州 310012)
摘要 分析我国中亚热带东部青冈(Qu~cus glauca)常绿阏 叶林内的小气候特征，1993～1995年的研究结果
表明：①到达青 同林的总太阳辐射为3344780kJ，(m ，a)，四季中群落的反射率 透射率和吸收率分别为16
～ 22 ，9 ～12 和67 ～74 。②林冠外上方及群落上层气温在白天高于群落下层，瘦同低于群落下层，
可相差3～5C，夏季差异最大 ⑨林 内外空气相对湿度的 日动态呈 L『 型变化，林内夜间湿度高达90 左右，
午同鞍低，在∞ 左右 在四季的晴天中，林冠上方的空气相对湿度均低于林 内，相差5 ～22 ，夏季和冬季
差异最大 。@#中的 CO。浓度在林冠层最低，近地面层最高 ，各季节始终低于林外，其中夏 、秋两季最明显。@
在春 、夏 秋3季中 ，土壤温度为白天高于夜间，而冬季刚为夜间高于白天 }土壤湿度以冬、春季较高(31．9 和
28 5 )，夏季最低(14．2 ) 由于青冈次生林的叶面积指数较小，群落结构较简单 ，因而整个群落的透光 系
数较大 ，群落内外空气温湿度的差异也鞍小，体现出幼年林 向中年林过渡阶段的特 点
关t调
．宣旦(Ou~c⋯gla c ) 常绿阍叶林，林内小气候。
FEATURES 0F THE M ICR0一CLIM ATE IN THE EVERGREEN
BR0AD—LEAVED FOREST D0MINATED BY Quercus glauca
CHANG Jie PAN Xiao—Dong GE Ying CHEN Zeng—Hong Liu Ke CHEN Qi—Chang
(College of厶 Science，Zluejiangu⋯ rn ，Hangzhou，310012一c^ M )
Abstract The main features of the micro—climate in the evergreen broad—leaved forest
dominated by Ouercus gl＆“cd in the east of mid subtropical zone of China were studied．Re—
suits of 1 993～1 995 showed that：①The amount of the total solar radiation reached the
forest WaS 3344780 kJ／(m ·a)．In a year，the reflection rate，transmission rate and ab—
sorbent rate of the community were 16 ～22 ．9 ～12 and 67 ～74 ．②The air
temperature in day was：above tree canopy2>in tree canopy> lower layer in the forest，but
in night was on the contrary to the day．The air tem perature above the canopy had 3～ 5℃
of difference to that in the forest，and the greatest diference occured in summer．③The di—
urnal variations of air relative humidity (RH )was in the shape of⋯U ．In night．the RH
was as high as 90％ while in the day it was only 50 ．In the clear days of 4 seasons，the
R月。above the tree canopy was lower than that in the forest and the difference between in
and out the forest was 5 ～ 22 ．The greatest difference also occured in summer and win—
ter．④CO，concentration in the forest was Iower than that out the forest，the lowest was in
* 国家自然科学基叠资助项 目，编号39270141
收穑 日期：1996一o8—1O，修改稿收到 日期 1 997 03 l4
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1期 常 杰等 ：青冈常绿阔叶林 内的小气愤特征 69
the t}ee canopy．the highest was near the ground surface in the forest．especially in the
summer and autumn．⑤In spring，summer and autumn，the soil temperature in day was
higher than in night，while in winter it was reverse．The soil water status was higher in
winter and spring(31：9 and 28．5 of dry soil)，and was the lowest in summer(14．2)．
Since the LAI of the forest dominated by Quercus glauca in Zhejiang was low nowadays．
the structure of the community was simple，so the transmission of light*as high，and the
differences of the temperature and humidity between in and out the forest were not so
great．That reflected it was in the transitional peroid from young growth to the middle—
aged forest．
Key words evergreen broad leaved forest，Quercus glauca，micro—climate．
青冈常绿阔叶林指以青冈(Quercus glauca)为建群种(或优势种)与其它树种所组成 的森林群落类型。
它集 中分 布在湘中丘 睦以东 ．一直到东海岸海拔2004lO00m 的丘陵坡地 山脊、沟各等处 。关于青 冈常绿
阔叶林的群落组成 结构等 已有报道 ]。
自本世纪初开始．国外许多学者研究了多种森林群落的环境特征“叫]。我国学者近年来在温带阔叶林、
针叶林以及南亚热带季风常绿阔叶林等生态系统中也做过研究工作 叫 ．但总的来说 ，关 于我国许 多森林
类型的小气候特征的研究报道并不多见．特别是对于 中国东部亚热带常绿阔叶林 小气候特征的详 细研究 ，
尚属空白。
本文以多路传感器 同步观测的方式，研完 了青冈常绿林内的小气候特征 。其结果为了解 中亚热带常绿
林的碳循环提供 丁基础资料。
1 样地概况与研究方法
根据“典型性 、代表性和一致性 ”的原则 ，并考虑到青 冈林生态系统研究的连续性 ，本研究选择 了浙江
省建德市林场泷江分场内的青冈常绿阔叶林作为研究拌地 ．地理位置约为北纬29。24 ，东经119。31 该分场
内共有常绿阔叶林~20km ．均 为发育良好、保存较完整的天然次生林
研究地区的青冈常绿阔叶林主要 为1958年大炼钢铁烧炭砍伐后封育而成．林龄仅40a左右 ，树高和 叶
面积指数较低，群落结构较简单。但无论在种类组成 、还是在群落外貌和结构上都具有我 国典型亚热带常
绿闻叶林的基本性质 ，在亚热带原生常绿阔叶林 已不多见的今天 ．具有广泛的代表性 。
群落内结构复杂 ，成层现象明显 ，可划分为乔木层、亚乔木 层、下(灌 )av层和草本层 以及层间植物和地
被层。乔木层高度1O～1 3m，胸径1O～15cm，部闭度0．6～0．8，植株密度约2000株／hm ，主要由壳斗科、山茶
科和樟科的大、中高位芽植物组成。亚乔木层高度4～7m，胸径5～8cm，基径>lcm，郁目j度0．3～0．5，其中
乔术层大、中高位芽植物的幼树占一半以上 ，另有樟科、山茶科、杜鹃花科、山矾科等的常绿小高位芽植物
下木层高度在2rn以下 ，部闭度0 2～0．4，组成种类以常绿小高位芽植物 为主，且大部分种类已在亚乔木层
中出现过 。草本层鞍 稀疏，盖度在10 下，以常绿的蕨类地面芽植物 占优势，其次为常绿的地面芽植物。
林中藤本植物 以常绿的木质藤本居多。地被层多枯枝落叶，厚度一般在3～5cm左右。。。
本区地处我 国东部 中亚热带 的湿澜季风气候区 ，受大陆 东岸季风影响 明显，春 、秋两季温 暖湿润 ，夏季
炎热 ，有暂时性伏旱，但受台风影响，雨量充沛 ，冬季较寒冷．降水量稍低
在样地内建立 了14m 高的气象观测塔1座。从林冠上方至地表每隔2m 高度在观测塔东、西、南、北4个
方位(距塔心向2m左右)设置温度和湿度传感器；在塔 四周地 中15、30和50cm深度设置温 度传感器 。自林
蔻 方 向下，每2m设置一个大气采样 口。太阳辐射强度用天空辐射表测定 ；温度和湿度用 自行组装的便携
式 多路环境数据 自动采集系统 自动观测；土壤湿度用电导法配台供干法测定 ；co。浓度用红外线气体分
析仪测定；风速用热球式 电风速计测量
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观测工作在1993年10月～1995年1月间进行．在四季 的中间月份．分别选择3～5d测定 。在林冠上方至
林内地表0．5m高处 ，每1h测量1次太 阳总辐射、群落的反射辐射和透射辐射，取6次平均 ；每0．5h测量1次
温 湿度 ；在林冠上方2m 和林中每 2h测1次风速；每2h测量1次O~50cm 土壤层的台水率。
温、湿度数据取4个方位的数据平均 。另外 ，考虑到四季以及 与同类其他工作的可 比性 ，本文仅选择了
各次观测 中晴天条件的结果进行 了分析
2 结果与分析
2．1 青冈林太 阳辐射的时空分布特征
2．1．1 辐射通量的 日动态夏季节差异 青 冈林林冠表面所刊达的太 阳总辐射 ，其 日动态在四季 晴天中均
为以中午为最高点的正态分布 (图1)。反射 透射和吸收辐射通量的 日动态与总辐射相似 。吸收辐射在总辐
射中所占比捌最大 ，其 日振幅在3个辐射分量 中也最大 ．透射辐射的 日振幅晟小，表明在群落底部太阳辐射
强度 的 日变化最平缓 。在各时刻辐射分量的大小顺序均为吸收>反射>透射 。
ASR A RSR TSR ·GSR
8o- 4月 AptiI
．
图1 青冈韩的太阳总辐射(GSR)、嗳收辐射(ASR) 连射辐射 (" R)和反射辐射(船 R)的 日动态
F ．1 Diurnal variations of the total solar radiation，absorbent，ref[eetion and ~ansmisslon radiation of the forest
由于太阳高度角和方位角在全年中的周期性变化，刊达青冈林的太阳总辐射通量的大小也发生季节
性变化 ，一天中的最大值 以夏季最高 ，达68．Z4kJ／(m min)，其次为春、秋两 季 ，分别 为46-89和53-17kJ／
(m ·rain)，冬季最 低，只有35．69kJ／(m”。rain)。其它3个辐射分量通量的季节变化与太 阳总辐射相似 ，其中
透射通量的季节变化最小，一天 中的最大值在4．55kJ／
(m ·min)(春)～6．16kJ／(m ·min)(夏)范围内
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描绘了夏季晴天从 日出刊 中午各时刻青 冈林不同高度 1 r一 一 。
的辐射强度变化状况 各垂直高度上的辐射随太阳高 盖
度角的增大而增强，其中林冠表面的辐射日振幅最大， q1} -9 30
越到下部，辐射的日振幅越小 瑚 3 0。
由图2可见，林冠层对辐射的衰减最大，从林冠表 ‘『lfI『 一12 如
面到林冠底部 ，辐射可衰减70 ～80％，在群落 中部以 。 20辐射 R d ．。n( o。
下，辐射的垂直梯度很小。这种衰减特征与群落结构密
切相关 ，青 冈常绿林的林冠层枝叶繁茂 ，叶面积指数较 图2 夏季晴天各时刻群落内辐射强度的垂直变化
大(7．05)，吸收和反射了大部分光能；另外+受亚乔木 Fig-2 Vertical variation ofthe‘“te~itY 0{ adiatie“
层的影响 ．在6～8m处也有 比较明显的辐射衰减 +而在 。n the community ar da
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1期 常 杰等：青同常绿阔叶林内的小气候特征 71
6m 以下 ，由于下木层的叶面积指数很小(0．60)，对光的阻挡报少，草本层更加稀疏 (LA1=0．1)t因而在6m
以下辐射的衰减不显著。全天平均到达灌木层和地面的辐射分别相 当于林冠上方辐射的5．73％和5．30 。
在不同太阳高度角的情况下+群落对光的衰减率不同 随高度变 化最明显的是林冠层+随太 阳高度角
的增大 ，衰减率渐增 在 日出对 。林冠的辐射衰减率较小 ，为8O ，而中午的衰减率较大 ，可达89 。
2．2 青冈林内气温的时空动态
2．2．1 林内不同高度层气温的时间变化 青冈林气温的日动态明显受太阳辐射的影响 日出后t气温随
太阳辐射的增强而升高，但是虽高温度出现的时间一般比太阳辐射的峰值迟滞2h左右，从林冠上方到群落
底部 ，各高度层的最高气温出现的时问逐渐延迟 (图3)。
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图3 四季晴天青冈林气温的日进程
F妊 3 “ 咖 l vAT】at】o踮 the aⅡtemp盯aturein{orest dominate6 gf m cka d s o“ o⋯ e B
2．2．2 群落 中气温的垂直分 布 林冠上方和群落上层气温 在白天高于群落 下层，一般 由上至下逐渐变
化 ，夜间与白天正相反。林冠 上方的气温 与林 中可相差3～5c(图4)，其中夏季差异最大 ．冬季其次 。林冠层
以下气温的变化明显变小。
2．3 青 冈林 内空气湿度的时空动态
2．3．1 林 内不同高度层空气湿度的时间变化 四季 中青 冈林空气相对湿度的 日动态均呈“U”型变化 (图
5)，夜间林 内相对湿度高 达90 左右 ，日出前常出现一较高值，日出后湿度迅速下降，在气温最高 、太阳辐
射最强时+相对湿度最低 ，日落时湿度又迅速上升
2．3．2 空气湿度的垂直分 布 在四季的晴天中+林冠上方 的空气相对湿度均低 于林 内，林内外相差幅度
为5 ～22 ，同气温相似 ，湿度也以夏季和冬季差异最 明显，不同的是秋季差异也较大。在群落中，一般 白
天 自高 向低逐渐增加 ，越接近地面则湿度越大 。在夜 间、早晨和 晚上 ，群落 中部的空气湿度高于地面 。白天
各高度上的湿度差大于夜间。另外 ，秋季在3m左右高度上的空气湿度有一较明显的低谷 ，这十高度正是 灌
木的冠层分布的高度+对比图4可以发现，此高度气温较其它高度略高+这可能是此高度空气相对湿度较低
的主要原因
2．4 群落中 cO 的垂直梯度
青冈林中的CO 浓度在各季节始终低于林外。其中夏季和秋季最明显，冬季差异较小。夏秋季节，在群
落中， 乔木冠层高度的CO 浓度最低，自冠层向下逐渐增高，这是冠层光合消耗 CO 的结果。在灌木层附
近由于灌木的光合作用 ，CO。浓度也略有降低 在地面附近 ，由于有机物的分解和土壤 的呼吸作用，CO 浓
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图4 四季晴天群落中气温的垂直分布
Fig 4 Vertica]distribution o the air temperature in the community in clear days 0f four seasO【
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图5 四季 晴天 青 瞬林 内空气 湿度 时 日动态
F ．5 Diurnal variations in air re Lative humidity in~orest dominated by‘ 一 g~uca in clear days。¨ 0u⋯ a
Soils
度迅速增高。冬季由于光台作用较低，并且由于低温．徽生物不活跃，因而土壤也无明显的呼吸，因而群落
中的CO 浓度 自上而下几乎没有变化 。
2．5 群落中土壤温湿度分布
土壤 温度的 日动态在 四季中不同 (图8)。在春、夏 、秋3季中，土壤温度 为白天高于夜 同，各深度处的温
度一般在午后至 日落时选到较高值 ，而 冬季则不 同，上午 日出之后土壤温度非但不升高 t反而下降t直至 中
午以后才开始升高 ，全天 为夜 间温度高于 白天 下层土壤 的温度变化比上层延迟 土壤温度在夏季全天均
为上层高于下层 ，冬季与夏季正相反 ，春 、秋两季 白天上层温度高于下层，夜间与白天相反。土壤温度的 日
振幅和季节振幅都 以上层为大 ，越向下层振幅越 小。土壤温度 的变化规律表 明一方面受太阳辐射 的影响 ，
另一方面由于热量传递引起的温度变化 滞效应，它的日变化和季节变化又有其自身的规律．与太阳辐射
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l期 常 杰等 ：青冈常绿 闻叶林 内的小气候特征 73
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圈6 四季晴天群落内空气湿度的垂直丹布
Fig．6 Vertical distribution of the air relative humidity in the community in clear davs of f0ur seas。ns
或气温的变化不同步。
土壤湿度的 日变化较小(表I)，从早到晚呈下降的
趋势，但时有波动，有时夜间湿度稍有升高 在四季中，
春季土壤含水率最高+夏秋两季最低+冬季 的土壤含水
率也较高
3 讨论
由于研究地 区地处中亚热带北缘 +冬季气温偏低，
限制 了植物的分 布、群落前结构建成和树 木生长 ，因而
与同样林龄的南亚热带季风常绿阔叶林相比l9]，其叶
面积指数较低+群落结构也较简单。其郁闭度甚至低于
不到 10年龄的托里桉 林 ，叶面积指数低于较成熟的
温带辽东栎落 叶阔叶林 (表2)。
由于青冈次生林叶面积指数较小+群落结构较简
单+因而整十群落透光系数较大，透过乔木层到达灌木
层 的辐射占群落上方辐射的5．73 +高于南亚热带季
风常绿阏叶林 (4．2O )+但低于亚热带马尾松林(幼龄
林 7．3，≤，中 龄 林 22．4％)和 温带 辽 东 栎 闻 叶林
(9．68 ) 青冈林中透射到地面的光量也有群落上方
的5．30 ，林 内光强 (灌木 层和草本 层上方 为3．26klx
和2 97klx)远远高于林下植物光合作用的光饱和点 ．并
且还有一定量的直射光斑 。所 在青 冈次生林 内+各种
植物的光台和生长基本上不受光量的限制，林下植物
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图7 冬、夏、社季晴天群落内 COz浓度的垂直丹布
Fig．7 Vertical distribution of the CO2 concentration
in the community 1n clear d~
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在群落结构中所占比重将继续增加 林冠下部受光量较大，乔本层光台作用较强+整个群落处于迅速生长
阶段 。群落 内外空气温湿度的差异也还较小 这种小气候体现出幼年林到中年林过渡阶段 的特点
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74 叶三 态 学 报
毪
蹋
19卷
图8 青冈林 内土壤四季土温的日进程
Fig．8 Diurnal variatio~ cl the soil temperature in forest dominated
by Q c gla~a ln clear days of four seasons
表1 青冈林下四季中土壤含水率的 日动态( 干土)
Table 1 Diurnal variations of the soil tem peratmre in the forest dom inated
by Quercus glauca in clear days of four seasons
季风常绿闻叶林
温带落叶阔叶林
托里桉混交林0
马尾捡幼林
青冈常绿阔叶林
15
5 9
4
l2
一 张祝平，199o[9]
一 孙雪峰，陈灵芝，1995[10]
0．95 谭绍满、黄金龙．198518]
0 68 洪启法等．1963111]
0 70 本 丈
①Mo~oon broad一[~ved evergreen forest F~Deciduous broad—leaved summergreea fOrest~：~Mixed forest of Euca
tm"elliansa}④Young forest of P mas~ ianal：~Broad teared forest dominated by Quercus glauva
^ j¨，； 0 _ =鼻
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l期 常 杰等 ：青 冈常绿I可叶林 内的小气候特征
参 考 文 献
阵启常．青冈林生产力研究．杭州：杭州大学出版杜 ，1993
Hirose T ，,gt at·Canopy$txucture and photon flux paftitioning among pecies i㈣ he b eOus Pl
ant唧 Ⅲ unJty．E ．
1995，76(2)：486～ 474
Mon。l M aI1d Seeki T·Uber den Lichtt~tion ln pfla~ ngese llsichaften und seine Bed㈣ t ng f㈣ di stoffproduktiOⅡ．
da／,一J．Bot．1953t14，22～ 52
Federer C A·Spatial Variation of net radiation albedo and㈣urfa temperature of Iof t
． J．Appt．M eteom ，1968，7，
789～ 795
GarrettH E·Spatia1 aI1dtemperal~ iationin carbon dioxidein⋯ oak hlckryf~rest ravine
． For．Sci 1978。24(2) 180
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