全 文 ：第 v|卷 第 w期
u s s v年 z 月
林 业 科 学
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∏¯ qou s s v
鄂尔多斯地区两种典型沙质荒漠化阶段
微气象特征的比较研究
孙鹏森 刘世荣
k中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 北京 tsss|tl
摘 要 } 本文旨在研究鄂尔多斯地区的两种典型的沙质荒漠化阶段的下垫面微气象特征k净辐射 !土壤水
分 !土壤温度 !降水量 !风速l的变异性规律与沙质荒漠化之间的关系 ∀两种典型沙质荒漠化阶段的群落类型
分别为油蒿群落和牛心朴子群落 ∀结果表明 o由于沙质荒漠化不同阶段的下垫面的植被群落组成 !结构和盖
度的差异 o引起净辐射 !土壤含水量 !近地层风速等产生较大差异 ∀油蒿群落的太阳净辐射能明显比牛心朴子
群落高 ~油蒿群落与牛心朴子群落的不同深度土壤水分差别很大 o当降雨量在 wx °°以下时 o只能影响 s ∗ ws
¦°土深的土壤水分状况 o而这一深度恰好是大部分植物根系分布的区域 ∀油蒿群落比牛心朴子群落更有利
于维持土壤温度的恒定 ∀油蒿群落对近地面风速有明显的削减作用 ∀
关键词 } 鄂尔多斯 o沙质荒漠化阶段 o微气象 o油蒿 o牛心朴子
收稿日期 }ussu p sv p tt ∀
基金项目 }国家自然科学基金重大项目kv|||sw|sl和杰出青年基金项目kvstuxsvyl资助 ∀
ΧΟΜΠΑΡΙΣΟΝ ΟΦ ΜΙΧΡ ΟpΜΕΤΕΟΡ ΟΛΟΓΙΧΑΛ ΧΗΑΡΑΧΤΕΡΙΣΤΙΧΣ ΟΦ
∆ΙΦΦΕΡΕΝΤ ΣΤΑΓΕ ΙΝ ∆ΕΣΕΡΤΙΦΙΧΑΤΙΟΝ ΑΡΕΑ ΕΡ∆ΥΟΣΙ
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k Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Φορεστ Εχολογψ ανδ Ενϖιρονµεντo Χηινεσε Αχαδεµψοφ Φορεστρψ Βειϕινγtsss|tl
Αβστραχτ} ≥¬±¦¨ ·«¨ °¬¦µ²p°¨ ·¨²µ²¯²ª¬¦¤¯ ¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶¬±¦¯∏§¬±ª ±¨·¶²¯¤µµ¤§¬¤·¬²±o¶²¬¯ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ o¶²¬¯ °²¬¶·∏µ¨ o
³µ¨¦¬³¬·¤·¬²±o¤±§º¬±§¶³¨ §¨¤µ¨ µ¨¶³²±¶¨ ©¤¦·²µ¶²©§¨¶¨µ·¬©¬¦¤·¬²±o¶²²∏µ¶·∏§¼ º¤¶©²¦∏¶¨§²±·º²¦²°°∏±¬·¬¨¶²©§¨¶¨µ2
·¬©¬¦¤·¬²±¶·¤ª¨ } Αρτεµισια ορδοσιχα ¤±§ χψνανχηυµ κοµαροχιι q ‘¨·¶²¯¤µµ¤§¬¤·¬²±o¶²¬¯ °²¬¶·∏µ¨ ¤±§ º¬±§¶³¨ §¨ º¨ µ¨
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¤·¬²± k Ρ±l ²© Αρτεµισια ορδοσιχᦲ°°∏±¬·¼ º¤¶«¬ª«¨µ·«¤±·«¤·²© Χψνανχηυµ κοµαροχιι ¦²°°∏±¬·¼ ¤±§¤§¬©©¨µ¨±¦¨ ²©
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°²¶·²©·«¨ µ²²·¶¼¶·¨° º¤¶§¬¶·µ¬¥∏·¨§q Αρτεµισια ορδοσιχα ¦²°°∏±¬·¼ «¤¶°²µ¨ ¶·¤¥¯¨¶²¬¯ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ·«¤± Χψνανχηυµ
κοµαροχιι ¦²°°∏±¬·¼ ¤¶º¨ ¯¯ ¤¶°²µ¨ ©¨©¬¦¬¨±¦¼¬± º¨ ¤®¨ ±¬±ªº¬±§¶³¨ §¨q
Κεψ ωορδσ} ∞µ§∏²¶¬o⁄¨ ¶¨µ·¬©¬¦¤·¬²±¶·¤ª¨ o ¬¦µ²p°¨ ·¨²µ²¯²ª¬¦¤¯ o Αρτεµισια ορδοσιχαo Χψνανχηυµ κοµαροχιι
沙质荒漠化是在自然 !生物和人为因素等多种驱动力交互作用下产生的土壤沙化及生产力和土地
退化的过程 o是生物地球物理过程和生物地球化学循环产生的物流 !能流过程变化所形成 !演变的结果 ∀
因此 o研究沙质荒漠化过程中的生态学过程 o特别是水分及能量的转化与平衡规律对揭示沙质荒漠化的
形成 !演变机制和植被对沙质荒漠化过程的响应至关重要 o这是沙质荒漠化过程基础理论研究的核心内
容 ∀ ‹²¥¥¶kt||wl !…µ¼¤±·kt||sl 和 ≥¤¯¤kt||zl曾就热带干草原土壤水分的垂直分布和温带草原植物功
能类型进行过研究 o认为土壤水分梯度和持久性决定了植被演替的方向 o草本趋向于利用土壤上层 s ∗
xs ¦°的水分 o而多年生木本植物则较多利用下层水分 ∀ °«¬¯¯ ¬¯³¶kt||vl曾就这一现象提出假设 }旱地的
土壤水分直接与植被覆盖度 !降雨量和水蚀成正相关 o而与反射率 !温度和风蚀成负相关 ∀国内相关研
究很少 o李胜功kt|||l认为 }沙化地区的微气象特征中反射率是区别不同沙漠化土地发展进程的重要指
标 o随着沙漠化的发展 o净辐射和潜热交换趋于减少 o风速分布有偏离分布的趋势 ∀
t 研究地区概况
研究地点位于中国科学院植物研究所鄂尔多斯沙地草地生态研究站及其周围地区 o东经 ts|βxtχ o
北纬 v|βsuχ ∀海拔 t vxx ° o地处内蒙古鄂尔多斯高原毛乌素沙地北缘伊金霍洛旗霍洛苏木石灰油大队 ∀
伊金霍洛旗地处鄂尔多斯高原特殊的地理景观多层次生态过渡带 ∀属暖温带干旱 !半干旱大陆性季风
性气候 !年均降水量 vxv1y °° o年均蒸发量 u v{{1z °° o其特殊的环境条件适合于灌木和半灌木的生长
和发育 ∀在所有的灌木 !半灌木中 o尤其以半灌木油蒿k Αρτεµισια ορδοσιχαl最占优势 o其分布面积占鄂尔
多斯高原总面积的 wz1v h o为鄂尔多斯高原植被的优势种和建群种 o正向演替可形成地带性植被本氏
针茅k Στιπα βυνγεναναl群落 ∀但是 o经过度放牧破坏后 o退化为油蒿 n牛心朴子k Χψνανχηυµ κοµαροχιιl群
落和牛心朴子群落k王庆锁等 ot||zl ∀
为阐明沙质荒漠化过程的演化机理 o在鄂尔多斯地区选取沙质荒漠化过程中的两个典型阶段 ) ) )
油蒿群落和牛心朴子群落进行了连续的定位观测 ∀在沙质荒漠化类型上 o两者都属于风蚀沙质荒漠化 o
土地类型分别属于硬梁地草场和软梁地草场 o油蒿群落的植被盖度达 ys h ∗ zs h o牛心朴子仅为 us h
∗ vs h o牛心朴子的出现是该地区沙质荒漠化程度由中度向重度转化的重要标志 o因此了解两者的水分
与能量特征的变化对于分析沙质荒漠化的驱动与成因有着非常重要的意义 ∀
图 t 油蒿群落和牛心朴子群落的所接受的
太阳净辐射比较kusss ∗ usstl
ƒ¬ªqt ≤²°³¤µ¬¶²± ²©±¨ ·¶²¯¤µµ¤§¬¤·¬²±k Ρ±l ¬±
Αq ορδοσιχα ¦²°°∏±¬·¼ Χq κοµαροχιι ¦²°°∏±¬·¼
kusss ∗ usstl
¤}月净辐射最大值 ²±·«¯¼ °¤¬¬°∏° Ρ±
) ) ) 油蒿 Αq ορδοσιχα 222牛心朴子 Χq κοµαροχιι
¥}月平均净辐射之差 ⁄¬©©¨µ¨±¦¨ ²© °²±·«¯¼ ¤√¨ µ¤ª¨ Ρ±
u 研究方法
分别在典型的油蒿和牛心朴子群落样地内安装全自
动气象站 o进行不同沙质荒漠化阶段的对比观测研究 ∀群
落斑块面积不小于 t ®°u o两站相距 t1x ®°左右 ∀自动气
象站 k≤²°³¥¨¯¯ ≥¦¬¨±·¬©¬¦oŒ±¦ql o配备 ≤• ts÷ 数据采集装
置 ∀微气象因子梯度观测的配置设定如下 }大气降雨量
Π!太阳总辐射 Ρ·o净辐射 Ρ± o空气温度 Τ¤ o相对湿度
ΡΗo分 u °高处和 w °高处 o风速 ςº o风向 Ω§ ~土壤温度
Σ·和湿度 Σ° 的测定深度分别为 }ts ¦°ous ¦°ows ¦°o{s
¦°∀利用自动气象站配置程序 o设定采样频率 o所有观测
因子 ts °¬±同步采样 t次 o每隔 vs °¬±作 t次平均值 o存
入系统 ∀观测时间为 usss年 x月 ) usst年 |月 ∀
数据分析采用 ≥°≥≥ ts1s统计分析软件包 ∀
v 结果与讨论
311 油蒿群落和牛心朴子群落的辐射收支状况
下垫面所接收的净辐射能 Ρ± € ΛΕ n Η n Γ o其中 ΛΕ
为潜热 oΗ为显热交换 oΓ为土壤热通量 ∀其中显热交换
项与潜热项的比值k波文比 oΒ€ ΗΠΛΕl o是利用微气象法
求算群体水平蒸散的一个很重要的参数 o也是衡量局域小
气候的一个综合指标 ∀另外 o根据辐射平衡式 }Ρ± € Ρ·p
Ρµp Ιk Ρµ反辐射 oΙ 为净长波辐射 o即地表向上长波辐射
减去大气向下长波辐射l o反射率 ΑkΑ€ ΡµΠΡ·l则由下垫
面的性质直接影响 o因此 o在相同的太阳总辐射条件下 o下垫面不同 o所接收的 Ρ± 值不同 ∀研究区夏季
植物生长旺盛 o形成一定的地表覆盖率 o因此 o反射率降低 o净辐射所占比例较大 o约占太阳总辐射的
xz1y h o冬季 o随着太阳总辐射的降低 o净辐射也随着降低 o但是由于植被枯萎 o地表覆盖率降低 o反射率
st 林 业 科 学 v|卷
Α增高 o所以 o净辐射的比率降低至 wv1u h o从全年平均值看 o净辐射占总辐射的 xy1x h ∀净辐射最高值
在 z月 o可达 t stx • #°pu o最低 tu月 o为 vyv • #°puk图 t2¤l ∀研究区油蒿群落具有相对较好的盖度
kys h ∗ zs h l o反射率低 oΡ± 值较高 ~而牛心朴子群落高度退化 o植被盖度低k仅为 us h ∗ vs h l o裸露的
沙面对太阳的反射较强 o因而下垫面所接收的 Ρ± 值较低 ∀k图 t2¤l为两种下垫面净辐射 Ρ± 的比较 o油
蒿群落比牛心朴子群落吸收更高的净辐射能 o特别是在辐射强度较高时 o二者的差距更大 ∀生态系统的
能量流动首先应当从其接收的净辐射能开始 o因此我们可以认为 o沙质荒漠化过程的产生 o首先是由于
改变了生态系统中下垫面的性质 o因而改变了系统中的能量分配 o而能量的分配与生态系统中最重要的
物质循环 ) 水分的循环密切关联的 ∀将二者净辐射的差值进行研究 o可以明显看出以下规律 }tlts月
到第二年 x月份 o两者差别较小k ? tss • #°pu以内l o但油蒿的 Ρ±减去牛心朴子的 Ρ±基本为正值 ~x ∗
|月份 o二者差别较大k ? uss • #°pu变动l o虽然出现个别负值 o但仍以正值为主k图 t2¥l ∀
ts¦° us¦° ws¦° {s¦°
图 u 不同深度土壤含水量的季节动态kusss ) usstl
ƒ¬ªqu ≥ ¤¨¶²±¤¯ √¤µ¬¤·¬²± ²©¶²¬¯ °²¬¶·∏µ¨ ¬± §¬©©¨µ¨±·§¨³·«¶
²©·º²¦²°°∏±¬·¬¨¶kusss ) usstl
¤}油蒿群落 Αq ορδοσιχα
¥}牛心朴子群落 Χq κοµαροχιι
312 土壤水分含量的变化趋势
根据两台自动气象站在 usss年 x月 uy日至 usst
年 |月 uu日的测定记录 o该区降雨总量平均为 twx1|
°° o两站的降雨量观测并无显著差异k表 ul ∀图 w是每
日降雨的累计值 o可以看出 o该区降雨最大月份出现在
z !{两个月 o总降雨为全年的 yy h o最高 {月份累计降雨
量 wv1u °° o低的不及 t1s °°∀w月份观测到的降水量
达 tv1v °° o可能是由于雨量筒中的雪融化所致 o这些水
分应当包括 tu月到来年 v月期间的降雪融化水分k图
vl ∀
土壤含水量的垂直梯度非常明显 o就总体而言 o牛
心朴子群落的土壤含水量在 {s ¦°深度维持在 s1s{ ª#
ªpt的水平 o低于其他各层 o土壤含水量的大小次序是 us
¦°  ts ¦° ws ¦° {s ¦°~油蒿 {s ¦°的土壤含水量明
显高于其他各层 o其次为 ts ¦°ous ¦°和 ws ¦°∀影响土
壤含水量因子较多 o植被因素只是其中之一 o由于所选
择的研究地点相距较近 o可以基本排除降雨量的影响
k经检验 o降雨无差异 o表 ul ∀因此 o植被和土壤的物理
结构是影响含水量的重要因子 ∀经过野外初步调查发
现 o油蒿群落主要分布在固定和半固定沙地 o牛心朴子
基本分布在半流动沙地 o其土壤的蓄水作用明显不同 o
油蒿群落的土壤含水量略高于牛心朴子 ∀另外 o由于两
个群落分别处于不同的梁地上 o下层水分含量差别也很
大 o油蒿的硬梁地深层具有一定的保水作用 o降雨后水
分不易透过 o因此 o{s ¦°处的土壤水分明显高于其他各
层 ∀而牛心朴子的软梁地沙层较厚 o降水后水分迅速入渗 o而表层由于蒸发作用迅速干化 o因此总体来
说土壤含水量较低 ∀
从土壤水分稳定性来看 o越往深层 o土壤含水量越稳定 o土壤表层 o尤其是 s ∗ us ¦°之间的土层土
壤水分变动幅度大 ∀首先 o降水是影响表层土壤水分的关键因素 o从 usss年 x月开始观测至 usst年 |
月 o最大的一次降雨过程发生在 usst年 {月 o月降雨总量达 wx1u °° o各层土壤水分均发生不同程度的
上升 ∀而其它时间 o月降水都低于 ux °° o土壤水分只在 ws ¦°的深度发生变化k图 ul ∀另外 o融雪也会
对土壤含水量有某种程度的影响 ∀从 u月中旬到 w月初 ots ¦° !us ¦°土层含水量有缓慢回升的趋势 o
但此时并没有降雨k图 vl ∀ts月中旬到翌年 u月中旬 o土壤含水量基本保持平稳 o而且各层相差不大 ∀
tt 第 w期 孙鹏森等 }鄂尔多斯地区两种典型沙质荒漠化阶段微气象特征的比较研究
图 v 月降雨在两年内的分配kusss ∗ usstl
ƒ¬ªqv ²±·«¯¼ ³µ¨¦¬³¬·¤·¬²± ªµ¤³«¬±·«¨
¶·∏§¼ ¤µ¨¤§∏µ¬±ªusss ∗ usst
因此可以得出这样的结论 o如果一场降雨低于 wx °° o则基
本上只能影响到 s ∗ ws ¦°土壤的含水量 o而且持续时间较
短 o但对 {s ¦°的深层几乎没有影响 ~而当月累计降雨超过
wx °° o{s ¦°深层的土壤含水量也会大幅度提高 o并且持
续时间较长 ∀早春的融雪可以使 us ¦°以内的土壤水分提
高 s1su ∗ s1sw ª#ªpt ∀这一点非常重要 o沙质荒漠化地区
的降水普遍偏少 o但对土壤水分的有效层次及降水作用深
度决定了沙漠中植被的分布k≥¤¯¤ot||zl ∀在这一点上两
群落表现的规律基本一致 o只是在基本相同的降水条件
下 o牛心朴子表层土壤水分波动明显大于油蒿 o主要原因
是油蒿地上生物量和盖度小 o降雨时植物层截留蒸发少 o
全部水分都补充到表层土壤中 o所以土壤水分上升很快 ~
而晴天蒸发又快 o所以水分下降也快 ∀另外两者的根系分
布深度对土壤水分含量也有影响 ∀牛心朴子根系的范围明显浅于油蒿k表 tl o很难发挥对深层土壤水
分的调蓄作用 ∀
表 1 油蒿 !牛心朴子群落生物量的垂直分布 ≠
Ταβ . 1 Τηε ϖερτιχαλ διστριβυτιον οφ τηε βιοµ ασσιν τηε Α . ορδοσιχα ανδ Χ . κοµαροχιι χοµ µ υνιτιεσ kª#°pul
深 度
⁄¨ ³·«Π¦°
油蒿群落
Αq ορδοσιχα
百分比
°¨ µ¦¨±·¤ª¨Πh
牛心朴子群落
Χq κοµαροχιι
百分比
°¨ µ¦¨±·¤ª¨Πh
s ∗ us vu|1x {y1u tus1{ tss
us ∗ ws ww1z tt1z s s
ws ∗ ys {1t u1t s s
≠程晓莉等 ousst k≤«¨ ±ª ÷¬¤²¯¬ετ αλqousstl
尽管观测时段正值欠水年 o但总的说来 o该区土壤水分并不低 o尤其是深层土壤水分 ∀从油蒿群落
的土壤水分图可以看出 o植物生长可利用的水分都在深层 o而这样的深度是许多现存的灌木和草本根系
达不到的 o根据调查 o油蒿群落最深根系可达 ys ¦° o而牛心朴子群落根系全部分布在 s ∗ us ¦°的深度
k表 tl ∀因此 o油蒿群落能够充分利用大部分降水输入的水分 o而牛心朴子群落却只能利用较小雨量的
降水 ∀另外 o牛心朴子群落盖度低 o大部分净辐射用于土壤水分的蒸发 o可能是引起深层土壤含水量降
低的原因之一 ∀
313 土壤温度
土壤温度的时间序列规律除了日周期外 o还有明显的年变化周期 ∀从测定之日kx月 uy日l起到 z
月 uv日 o虽然还有个别的降温天气 o土温也呈现相应的波动 o但总的来说 o各层的温度是呈现上升趋势
的 o表层kts ¦°l月平均土温最高可达 uz1z ε ∀z月以后 o各层温度逐渐下降 o一直到来年 t月上层kts
¦°l的月均土温已经降到最低点 p y1w ε 左右 o之后又开始回升 ∀其他各层大致规律也是如此 o只是峰值
大小及出现的时间有明显的差别 o从时间上看 ots !us !ws !{s ¦°日平均土温最高值出现的时间依次是 }z
月 ut日 !z月 ut日 !z月 uu日 !z月 ux日 ~大小分别为 }vu1| ε !vt1y ε !u{1x ε !uv1z ε ∀日平均土温最
低值出现的时间依次是 t月 u{日 !t月 u{日 !t月 u|日 !t月 vt日 ~大小分别为 }p {1z ε !p z1| ε !
p x1t ε !p t1y ε ∀可见 o深层土温的峰值变化要比表层晚 t ∗ u §o高温差值为 |1u ε o低温为 z1t ε ∀从
各层比较来看 o越往表层 o土壤温度的变化越剧烈 o越往内层 o越趋于稳定 o这在图 w中可以很明显的看
出来 ∀注意两个重要的转折点 }|月 uy日以后 o表层土温开始低于深层 o虽然还有个别温度回升的天
气 o但总的说来温度高低的次序已经完全逆转 ∀从第 u年 v月 tz日开始 o地温又逐渐从表层开始升高
k图 wl ∀
ut 林 业 科 学 v|卷
) ) )τ ts ¦° ) ) )ϖ us ¦° ) ) )ο ws ¦° ) ) )≅ {s ¦°
图 w 不同深度月平均土壤温度的季节变化规律kusss ) usstl
ƒ¬ªqw ∂ µ¨·¬¦¤¯ ≤«¤±ª¨ ²©¶²¬¯ ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ¬± §¬©©¨µ¨±·¦²°°∏±¬·¬¨¶} Αq ορδοσιχα
¤±§ Χq κοµαροχιι ¦²°°∏±¬·¼ kusss ) usstl
¤}油蒿群落 Αq ορδοσιχα ¥}牛心朴子群落 Χq κοµαροχιι
牛心朴子和油蒿日均最低温度相比 o以牛心朴子减去油蒿来看 ots !us !ws !{s ¦°差值依次为 p
s1uu ε !p s1t{ ε !s1ty ε !s1ww ε ~日均最高温度 o同样以牛心朴子减去油蒿来看 ots !us !ws !{s ¦°差值
依次为 s1{{ ε !t1vw ε !s1zx ε !p s1s| ε ∀这些数据表明 o油蒿群落更有利于维持地温的恒定 ∀从地温
极大值和极小值出现的时间来看 o两者是完全一致的 ∀
油蒿群落 Αq ορδοσιχα
牛心朴子群落 Χq κοµαροχιι
图 x 近地面层k地上 u °l平均风速的
季节规律kusss ) usstl
ƒ¬ªqx „√¨ µ¤ª¨ º¬±§¶³¨ §¨²© Αq ορδοσιχα ¤±§ Χq
κοµαροχιι ¦²°°∏±¬·¼ou ° ·¨¨µ¶¤¥²√¨ ªµ²∏±§kusss ) usstl
314 风速
通过对近地面风速k地上 u °l的精确测定可以看
出 }两群落的风速略有差异 o差值变动在 s1u ∗ s1x °#
¶pt之间 o牛心朴子高于油蒿群落 ots月至翌年 w月份
差值明显 o而 x ∗ |月的生长季差别相对较小 ∀这说
明 o油蒿对近地面风速的削减作用大于牛心朴子群
落 o并且这一作用在秋冬季节略大于生长季k图 xl ∀
风是该区沙质荒漠化的最重要的成因 o因而 o削
减风速能够大大减轻沙质荒漠化的进程 ∀而近地面
层风速受下垫面的性质影响很大 o即下垫面粗糙度的
影响 o在相似的地貌类型下 o地表植被是影响粗糙度
的主要因子 ∀粗糙度可以通过植被高度近似计算k Ζ
Υs1t ΗoΗ为植被高度l ∀因此 o植被高度与下垫面
的粗糙度呈正比的关系 ∀根据调查 o油蒿群落地上部
分的生物量可以分布到 ys ¦° o而牛心朴子的生物量则主要集中在 vs ¦°k程小莉 ousstl ∀
自零位移高度起 o风廓线一般为对数分布k翁笃鸣 ot|{tl o通过选取不同季节典型天气的风速 u °
和 w °进行比较 o就很容易看出不同下垫面粗糙度对风速的影响 ∀牛心朴子地上 u °和 w °之间的风
速差别非常小 o通常小于 s1t °#¶pt o而油蒿群落的风速差异则很明显 o削减风速在 s1u ∗ s1x °#¶pt之
间 o并且这一规律在不同季节都表现一致 o即在各季节 o油蒿群落都有着比牛心朴子群落更强的削减近
地层风速的作用 o从而更有效的防止了风蚀沙质荒漠化的发生k图 y ¤∗ «l ∀
315 两种沙质荒漠化阶段微气象因子的总体的差异性分析
以上分析分别从不同角度阐述了不同沙质荒漠化阶段 o即油蒿群落阶段和牛心朴子群落阶段不同
微气象因子的差异 o而多因变量线性方差分析k„‘’∂ „l的检验结果表明 o两群落除气温 !降雨量 !ws
¦°土温不存在显著差异ks1sst水平l外 o其余各因子包括净辐射 !风速 !相对湿度 !土壤各层水分及 ts
¦° !us ¦° !{s ¦°土壤含水量均存在明显差异k表 ul ∀ „‘’∂ „分析表明 o四种检验方法下两群落气象
因子总体上存在显著性差异k表 vl ∀
vt 第 w期 孙鹏森等 }鄂尔多斯地区两种典型沙质荒漠化阶段微气象特征的比较研究
u °高 u °¨ ·¨µ¶¤¥²√¨ªµ²∏±§ w °高 w °¨ ·¨µ¶¤¥²√¨ ªµ²∏±§
图 y 油蒿k¤∗ §l和牛心朴子群落k¨∗ «l不同高度风速的比较
ƒ¬ªqy ≤²°³¤µ¬¶²± ²© º¬±§³µ²©¬¯¨ ¬± Αq ορδοσιχα k¤∗ §l ¤±§ Χq κοµαροϖιι k¨∗ «l
表 2 变量间 Φ检验结果
Ταβ . 2 Μυλτιϖαριατε τεστσ οφ βετωεεν2συβϕεχτσ εφφεχτσ
误差来源
≥²∏µ¦¨ ²© µ¨µ²µ
因变量
⁄¨ ³¨ ±§¨ ±·√¤µ¬¤¥¯¨
自由度
§©
均方差
 ¤¨± ¶´∏¤µ¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
差异显著性
≥¬ªq
油蒿与牛心朴子群落
Αq ορδοσιχα ¤±§
Χq κοµαροχιι ¦²°°∏±¬·¼
风速 ςº t t vz|1| uwv1{ s1sss
气温 Τ¤Πku °l t vyz1z u1v s1tu|
相对湿度 ΡΗΠku °l t uy x|u1v v|1y s1sss
降雨量 Π t y1x∞p su {1| s1ssv
净辐射 Ρ± t t uuz vyt1y u{1u s1sss
土壤水分 Σ°Πkts ¦°l t u1w∞p su wt1{ s1sss
kus ¦°l t s1y t vzu1| s1sss
kws ¦°l t s1x t ysw1x s1sss
k{s ¦°l t utu1t tt{ |v|1z s1sss
土壤温度 Σ·Πkts ¦°l t w {uv1z u|1{ s1sss
kus ¦°l t w syw1v u{1s s1sss
kws ¦°l t x{|1y x1u s1suv
k{s ¦°l t t tw|1| tx1| s1sss
表 3 两群落总体差异性分析结果
Ταβ . 3 Μυλτιϖαριατε τεστσ βετωεεν Α . ορδοσιχα ανδ Χ . κοµαροχιι χοµ µ υνιτψ
差异性
≥²∏µ¦¨
检验方法
 ·¨«²§¶
Τ值
Τ √¤¯∏¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
自由度
‹¼³²·«¨¶¬¶§©
误差自由度
∞µµ²µ§©
显著性
≥¬ªq
两群落微气象总体差异性
Αq ορδοσιχα ¤±§ Χq κοµαροχιι
¦²°°∏±¬·¼
°¬¯¯¤¬¶ s1{ ty zvu1v tv wy wxs s1sss
• ¬¯®¶ s1u ty zvu1v tv wy wxs s1sss
‹²·¨¯ ¬¯±ª¶ w1z ty zvu1v tv wy wxs s1sss
•²¼¶ w1z ty zvu1v tv wy wxs s1sss
显著性水平 s1sx k≥¬ª1 s1sxl
wt 林 业 科 学 v|卷
w 结论
通过对不同沙质荒漠化阶段的油蒿群落和牛心朴子群落的总辐射 !净辐射 !土温 !土壤含水量 !风
速 !降雨量等微气象因子的分析 o可以得出以下结论 }
油蒿群落比牛心朴子群落吸收更高的净辐射能 o特别是在辐射强度较高时 o二者的差距更大 ∀
总体上看 o油蒿群落的土壤含水量略高于牛心朴子 ∀在基本相同的降水条件下 o牛心朴子表层土壤
水分波动明显大于油蒿 ∀牛心朴子根系的范围明显浅于油蒿 o很难发挥对深层土壤水分的调蓄作用 ∀
从各层土壤温度的变动规律来分析 o油蒿群落更有利于维持地温的恒定 ∀
油蒿对近地面风速的削减作用大于牛心朴子群落 o并且这一作用在秋冬季节略大于生长季 o从而某
种程度上防止了风蚀沙漠化的发生 ∀
 „‘’∂ „分析表明 o两群落气象因子总体上存在显著性差异 o而气温 !降雨量 !ws ¦°土温不存在显
著差异 ∀
草地沙质荒漠化的过程 o总是伴随着生态系统能量和物质运动的变化 o而这种变化 o在很大程度上
通过生态系统的微气象特征显现出来 ∀本文分析的几个特征是其中变化比较明显的 ∀而由这些气象特
征的变化所引起的群落水分蒸散的变化 !地下水的变动等 o以及由此引发的大尺度上植被格局的演变形
式 o是需要进一步探明的重要课题 ∀
参 考 文 献
程小莉 o安树青 o陈兴龙等 q鄂尔多斯草地荒漠化过程与植被生物量变迁的关系 q林业科学 ousst ovzkul }tv p us
李胜功 o何宗颖 o申建友 q奈曼沙漠化对草地微气象特征影响的研究 q大气科学 ot||w ot{kyl }zx{ p zyv
李胜功 o赵哈林 o何宗颖等 q不同放牧压力下草地微气象的变化与草地荒漠化的发生 q生态学报 ot||| ot|kxl }y|z p zsw
林业部科技司编 q森林生态系统定位研究方法 q北京 }中国科学技术出版社 ot||w }uwy p ux|
王庆锁 o梁艳英 q油蒿群落植物多样性动态 q中国沙漠 ot||z otzkul }tx| p tyv
翁笃鸣 o陈万隆著 q小气候和农田小气候 q北京 }农业出版社 ot|{t
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xt 第 w期 孙鹏森等 }鄂尔多斯地区两种典型沙质荒漠化阶段微气象特征的比较研究