文章编号:1000-694X(2005)05-0668-07
收稿日期:2004-03-08；改回日期:2004-04-28
基金项目：中国科学院/引进杰出人才0课题(2003401)；中国科学院知识创新工程项目(KZCX 1-09-03)；国家重点基础研究发展规划项目
(G 199904230601)共同资助
作者简介：司建华(1979))，男(汉族)，甘肃会宁人，博士生，主要从事干旱区水文水资源研究。E -mail:jianhuas @lzb.ac
司建华
1,2
，冯起1，张小由1，苏永红
1,2
，吉喜斌
1,2
(1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，甘肃兰州 730000;2.中国科学院研究生院，北京 100039)
摘 要：在内蒙古额济纳旗运用微气象学方法以多路传感器同步观测的方式对极端干旱区荒漠河岸林小气候进行了观测。对我国极端干旱区荒漠河岸林胡杨和柽柳落内的小气候特征与空旷地的差异进行了初步的探讨，并分析了产生这些差异的原因。结果表明：荒漠河岸林具有独特的小气候作用。具有改变太阳辐射、调节近地层地表及地下温度、缩小温差、降低风速、增加土壤湿度和提高空气湿度等重要生态作用。(1)胡杨和柽柳落均起到了改变太阳辐射的作用，林冠层顶部的太阳总辐射量月平均值分别为341172MJ #m -2、345114MJ #m -2，林冠遮蔽使胡杨和柽柳林内总辐射比林外分别减少4918%、4913%;(2)生长季胡杨和柽柳林内的气温均低于林外，胡杨林平均比对照低1162e ，柽柳林平均比对照低0183e ，而且森林覆盖率越高降温作用越明显；落上层气温高于落下层，气温随高度增加而增加;(3)林内平均大气相对湿度均高于林外，胡杨林生长季比对照平均高815%，柽柳林平均比对照大412%。胡杨林地空气相对湿度各月值高于柽柳林地，平均湿度比柽柳高4133%;(4)柽柳林月平均土壤温度(19143e )高于胡杨林地(18120e );(5)林内风速低于林外，胡杨林地平均风速为0133m #s -1，比林外降低了217m #s -1；柽柳林平均风速为0172m #s -1，比林外降低了2131m #s -1。胡杨林 比柽柳林对风的阻挡作用强。关键词：极端干旱区；荒漠河岸林；胡杨；柽柳；小气候中图分类号:P 463.2
文献标识码:A
小气候是生物生长发育最重要的环境因子，不同的植物落形成不同的小气候环境，而各异的小气候生境又构成了不同的生物落[1]
。生物落和其周围环境每时每刻都在进行物质和能量的交换，森林的水热状况等气象要素既是这一交换的结果，又构成这一交换的未来条件。一方面，树木各组织器官的生长发育、光合蒸腾等生理活动受到生境微气象因子的限制。另一方面，植被反映下垫面局部特征，并通过辐射、蒸腾、屏障等作用，影响近地面层的小气候特征，调节系统内部水、热等小气候环境，使系统产生热量平衡和水量平衡的差异。这些差异对人类的生活和生产活动十分重要[2,3]。因此，要协调生物与环境的关系，离不开小气候的研究。森林小气候研究是国内外关注的研究领域[4~9]，自20世纪初开始，国外许多学者研究了多种森林落的环境特征。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[10~12]，得出了一些有益的结果。但对极端干旱区植物落小气候特征的研究报道并不多。荒漠河岸林作为干旱荒漠环境条件下的重要森林资源，是西北干旱地区维持生态的天然屏障，分布于荒
漠河流两岸的胡杨(Popu lu s euphr a tica Oliv.)与其伴生的柽柳(Ta m a r ix r a m osissim a )形成了荒漠河岸林生态系统的宏观景观格局，作为干旱荒漠区的特殊区域，与周围荒漠区合成一个相互作用、相互制约的系统[13]。干旱区植物落小气候和生态环境的研究将更好地阐明干旱区生态环境状况和环境因子影响生态环境的变化趋势[14~17] ；为了解极端干旱区植物落的生态功能和估价其环境效益提供基础资料；为合理经营利用森林和营造人工林生态系统提供科学依据；对于恢复与重建受损的荒漠河岸林生态系统，完善绿洲系统的天然防护体系，实现山地、绿洲及荒漠系统的协调发展具有重要意义。
1 研究区域概况与研究方法
1.1 研究区域概况
研究区位于黑河下游内蒙古额济纳地区，该地区深居内陆，气候极端干旱，是中国最干旱的地区之一。具有降水稀少，蒸发强烈，风大沙多，日照时间长等特点。据额济纳旗气象站1957)2002年资料，多年平均降水量42mm，年最大为103mm，最小为
第25卷 第5期
2005年9月
中 国 沙 漠
JO U RN A L O F DESERT R ESEA RCH
V ol.25 No.5S ep.2005
7mm；多年平均蒸发量为3755mm，最高达4035 mm。蒸发量是降水量的89倍。降水多集中在每年的6~9月，约占全年降水量的70%~80%。植被以分布于荒漠河流两岸的乔木胡杨和与其伴生的灌木柽柳为主。两种树种都具有耐盐碱、水湿，抗干旱、风沙，具有维护分布区内的生态平衡，保障绿洲农牧业生产和为居民生活提供用材等作用，具有较高的生态、经济和社会效益。
2002年5月至2003年10月间的生长季，我们在该地区对极端干旱区荒漠河岸林胡杨林和柽柳林进行小气候梯度观测。胡杨林小气候观测区位于额济纳旗达镇东南的七道桥胡杨林保护区内，距额济纳旗达来呼布镇(旗政府所在地)东20km处，地理坐标为42b21c N,101b15c E，高程920146m，面积1333hm2。林龄20~25a，属于幼林，郁闭度018，密度在500株#hm-2、平均高10m左右，平均胸径12cm。林下有柽柳、苦豆子分布。土壤为胡杨林土,115m土壤质地粘壤土至砂土。0~30cm有机质含量01724%,30~200cm为01127%。地下水埋深在315~115m之间。柽柳林小气候观测区位于额济纳旗达镇东南的二道桥柽柳林内，地理坐标为41b58c N,101b06c E。试验地是1988年作为牧业用地而围封起来的天然柽柳地，植被覆盖度为70%以上,1300丛#hm-2，植株平均高度约2m，林龄在20 a以上。
母质为河流冲积物，土壤为柽柳林土，局部有硫酸盐盐斑，地下水埋深在315~2m之间。
1.2研究方法
本试验仪器选用自动微气象站(澳大利亚ICT 公司生产)和波文比观测系统(美国CO MPELL公司生产)对照，在样地内建立了6m高的气象观测架。主要观测项目包括辐射(包括总辐射、净辐射、有效辐射)、空气温、湿度、风速、风向、土壤温度、土壤热通量、CO2浓度。辐射探头架设高度为115m，空气温湿度探头分3层布设，林地以上1m、2m和4m 处各布设一层。风速探头布设在1m、2m、3m、4 m、6m处，在6m处加风向标。地温分地表下0 cm、5cm、10cm、15cm、20cm、40cm六层布设, CO2测定仪架设高度为115m和315m两层。两个土壤热通量板分别埋设在地表以下5cm和10cm 处。所有观测项目的传感器以电缆同室内数据采集器相连,24h全天候观测，自动数据采集器(Ze-no3200-A-D)对以上观测项目每10min记录一次。林外对照地气象数据采用额济纳旗气象局2002) 2003年气象资料。在实际分析时把10min平均的资料平均成每小时、每日、每月的平均资料。
2结果分析
2.1太阳辐射
生长季节，由于林冠对太阳直接辐射强烈削弱(吸收、反射)，胡杨林和柽柳林冠层顶部的太阳总辐射
量月平均分别为341172MJ#m-2、345114 MJ#m-2,6月份最大分别为539159MJ#m-2、541105MJ#m-2,10月份最小分别为132171 MJ#m-2、140113MJ#m-2(表1)。同空旷地相比，胡杨林和柽柳林冠层顶部的太阳总辐射量月平均分别只有空旷地表面的5012%、5017%,6月份最大，分别为空旷地的6717%、6718%，最小为10月份，只有空旷地的2814%、3010%。太阳总辐射6月份最高，随时间的推移不断降低；柽柳林地太阳总辐射量各月均高于胡杨林地，生长季节平均高3142MJ#m-2。
表1胡杨和柽柳林地太阳辐射的月变化
Tab.1Monthly variations of solar radiation in the Populus euphratica and Tamarix ramosissima forests
林分辐射项5月6月7月8月9月10月平均胡杨林总辐射/(M J#m-2)480.44539.59407.24311.23179.12132.71341.72光合有效辐射/(M J#m-2)353.17385.52328.72212.26141.22108.22254.85净辐射/(M J#m-2)208.70242.56191.6158.5741.9933.97129.57柽柳林总辐射/(M J#m-2)482.19541.05410.54314.22182.69140.13345.14光合有效辐射/(M J#m-2)280.25312.18256.53182.69106.2281.47203.22净辐射/(M J#m-2)85.4891.8172.5577.29134.5569.5088.53林外总辐射/(M J#m-2)730.35797.66779.68720.11593.04466.73681.26
光合有效辐射是太阳辐射中能被绿植物用来进行光合作用的能量，它是形成生物量的基本能源，其大小对于植被生长和生态环境的转变有重要影响。生长季节胡杨林地光合有效辐射平均日总量为
669
5期司建华等：荒漠河岸林胡杨和柽柳落小气候特征研究
254185MJ #m -2，占总辐射的75%；柽柳林地光合有效辐射平均日总量为203122MJ #m -2
，占总辐射的58%，其所占比例大于50%(表1)。可见该地区植物用来进行光合作用的能量十分丰富。
净辐射决定大气和丛之间的辐射交换程度。在总辐射基本相同的情况下(胡杨林地平均日总量341172MJ #m -2，柽柳林地平均日总量345114MJ #m -2)，胡杨和柽柳林地净辐射平均日总量差异十分明显，净辐射占总辐射的比例分别为3719%、2517%。胡杨林地最高值出现在5、6、7月，占总辐射比例分别为4314%,4510%,4711%。柽柳林地最高值出现在9月、10月，占总辐射比例分别为7317%,4916%(表1)。可以明显看出，夏季胡杨林地净辐射远远大于柽柳林地，秋季胡杨林地小于柽柳林地。2.2 空气温度2.2.1 气温的月变化
胡杨林地和柽柳林地与林外空旷地的气温差异
如表2所示。胡杨林、柽柳林在6~9月主要生长季里2m 高度处的气温均低于林外，胡杨林平均比对照低约1162e ，柽柳林平均比对照低0183e 。胡杨林在夏季林冠枝叶茂盛，阻挡太阳辐射的能力比柽柳林强，所以在6~9月各月均低于柽柳林，四个月月平均低0179e ，而在5月和10月情况有所不同,5月乔木树种胡杨进入枝叶速生期，对风的阻挡作用强，而灌木树种柽柳枝叶开始萌发，并且在2m 高度处对风的阻挡很小。因此，胡杨林内气温则高于柽柳林。10月气温降低幅度较大，空旷林外地由于没有植被阻挡和植物本身吸收热量而降温更低，其温度低于胡杨和柽柳林地。从总体来看，森林通过林冠对太阳辐射的作用，使林内的温度发生了显著变化。生长季节胡杨林地和柽柳林地气温均低于林外空旷地，表明森林具有降低温度、缩小温差的显著作用。胡杨林地气温低于柽柳林地说明森林的这种作用与森林覆盖率、地面状况以及树种有很大的关系，森林覆盖率越高森林降温作用越明显。
表2 胡杨和柽柳林地气温的月变化
Tab.2 Monthly variations of air temperature in the Populus euphratica and Tamarix ramosissima f orests
林分5月6月7月8月9月10月平均胡杨林地/e 柽柳林地/e 林外/e
24.0622.1720.30
25.3625.8626.50
27.3128.3228.90
25.3425.6227.30
15.1216.4816.90
10.1512.678.90
21.2221.8521.47
2.2.2 气温的垂直变化
生长季节，不论胡杨林还是柽柳林，林冠上方和落上层气温高于落下层，一般由上至下逐渐变化(图1)。5~10月，胡杨林上下温差均值为0197e ，柽柳林上下温差均值为0161e ，胡杨林差异最大值5174e 出现在8月，柽柳林差异最大值3149e 出现在10月。就各月气温垂直变化而言,5月胡杨林和柽柳林差异最大，胡杨林气温由地表向2m 处迅速增加,2m 向4m 迅速递减，柽柳林则相反，气温由地表向1m 处迅速递减,1m 到2m 处增加,2m 以上基本没有变化。6月胡杨林气温垂直变化不大，柽柳林气温垂直变化与5月一致。7月份由于太阳辐射最强，空气极端干燥，两林地气温垂直变化不明显。8月胡杨林气温垂直变化差异出现最大值，由于柽柳林植被覆盖度较胡杨林小得多，所以变化与7月相一致。9月胡杨和柽柳林气温垂直变化趋势基本一致，但两林地气温差值最大，高达6e ，说明胡杨林在9
月降温幅度最大。10月柽柳林气温垂直变化差异出现最大值。胡杨林变化由地
表向林冠层递减，柽柳林则递增。小结两种林地气
北京全景图
图1 胡杨和柽柳林地气温的垂直分布
Fig.1 V ert ical distributio n o f air temper atur e in the Pop ulus
eup hr atica and T amar ix r amos is sima fo rests
温的垂直分布:①林冠上方和落上层气温高于落下层，一般由上至下逐渐递减。②不论胡杨还是柽柳林地，气温垂直变化都具有地表到1m 高度处
670
中 国 沙 漠
25卷
气温变化幅度最大,2m 以上变化幅度小的特点。③在极端干燥的天气情况下，气温的垂直变化很小。2.3 大气相对湿度2.3.1 空气湿度的月变化
表3表明:①林内平均大气相对湿度均高于林
外。胡杨林生长季比对照平均高815%，柽柳林平均比对照大412%，且林内各月相对湿度均高于林外，林内由于林冠的遮盖作用使林内保持了较高的湿度，林内外湿度在5~6月相差较小，胡杨
林内比林外高419%~613%，柽柳林内比林外仅高4%~417%；在9~10月相差较大，胡杨林内比林外高913%~16%。林内外湿度变化趋势相同，湿度最高值均出现在8~10月，林内湿度变幅小于林外，说明在极端干旱区林分在维持植物生命最低需水方面起了独特作用。②不同林地类型对空气相对湿度的影响不同。胡杨属于阔叶乔木林，林冠的遮蔽作用较针叶灌木林柽柳强。因此，胡杨林地空气相对湿度各月值高于柽柳林地，平均湿度比柽柳高4133%。
表3 胡杨和柽柳林地空气相对湿度的月变化
Tab.3 Monthly variations of air relative humidity in the Populus euphratica and Tamarix ramosissima forests
林分5月6月7月8月9月10月平均胡杨林/%柽柳林/%林外/%
27.5025.2521.20
30.5030.3425.60
39.4034.3031.50
34.9034.2534.10
48.6036.4132.50
44.1038.3234.80
37.4833.1529.00
2.3.2 空气湿度的垂直分布
图2表明:①胡杨林和柽柳林林冠上方的空气
相对湿度平均值均低于林内(胡杨林10月例外)。②胡杨林空气相对湿度变化幅度大于柽柳林。从各月平均相对湿度分布范围来看，胡杨变化幅度为2518%~5816%，柽柳林变化幅度为2415%~3817%；垂直分布来看，胡杨变化幅度为118%~2718%，柽柳林变化幅度为118%~314%。③胡杨林内空气相对湿度以5月、10月变化最大，而且规律不太明显，这与阔叶林树种有关。另外,国天香门票多少钱一张温江
在胡杨林
图2 胡杨和柽柳林地湿度的垂直分布
F ig.2 Ver tical distr ibut ion of air relativ e humidity in the Pop ulus eup hr atica and T amar ix r amosiss ima for ests
气象站的架设高度没有达到胡杨冠层顶部。④柽柳林在1m 高度处各月的变化很小，可以发现在2m 处的相对湿度均大于4m 处，原因是这个高度正是灌木的冠层分布的高度。2.4 土壤温度
从胡杨和柽柳林地土壤温度的月变化(表4)可以看出，柽柳林地月平均土壤温度高于胡杨林地，这与植被的覆盖度关系极为密切。胡杨林在5~9月林冠枝叶茂盛，阻挡太阳辐射的能力比柽柳林强，所以在5~9月各月均低于柽柳林,10月胡杨落叶对太阳辐射的遮蔽能力减弱，表现为其平均土壤温度高于柽柳林地。
同林地土壤温度的垂直分布(图3)来看，林内地表和地下温度的总体变化表现为由地表向地下递减的趋势;20~40cm 处的地温变化微小；而且表现出胡杨林又低于柽柳林。胡杨地土壤温度垂直变化表现为5~8月变化不明显，但9~10月变化大，主要变化层为0~10cm 土层温度的剧变,10~40cm 土层5~8月呈递减趋势,9~10月递增，这与胡杨生长状况紧密相关,9~10月胡杨开始落叶，对太阳辐射的遮蔽作用减
弱的原因。柽柳地土壤温度垂直变化表现为5~10月变化趋势一致。0~5cm 递减,5~10cm 递增,10~20cm 土层又表现为递减,20~40cm 递增但变化并不明显。可见胡杨林在炎热的夏季，可显著降低地表及地下0~20cm 土层的温度，缓冲地表及地下0~20cm 土层温度的剧变，有利于土壤微生物的活动，并能降低土壤表层水分
671 5期司建华等：荒漠河岸林胡杨和柽柳落小气候特征研究
蒸发，增加降水的有效性，而柽柳林并不能很好地降低0~20cm土层的温度，起到缓冲作用。
表4胡杨和柽柳林地土壤温度的月变化
Tab.4Monthly variation of soil temperature in the Populus euphratica and Tamarix ramosissima forests 林分5月6月7月8月9月10月平均
胡杨林/e 柽柳林/e 15.67
17.60
20.29
21.95
22.17
22.67
19.07
22.70
16.43
17.74
15.58
13.90
18.20
19.
43
图3胡杨和柽柳林地土壤温度的垂直分布
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Fig.3V ert ical distributio n o f soil temper ature in the
Pop ulus eup hr atica and T amar ix r amosiss ima for ests
2.5风速的变化
风力的变化表现在林冠对风速的阻挡，使近地
层风速显著降低。5~10月胡杨林地平均风速为
0133m#s-1，比林外的3103m#s-1，降低了217
m#s-1；柽柳林5~10月平均风速为0172m#s-1,
比林外降低了2131m#s-1。胡杨林比柽柳林对风
山东两日游适合去哪里旅游度的阻挡作用更强。从各月来看，林外风速>柽柳
林>胡杨林。可见，在极端干旱区林分对风速的阻
挡作用是相当明显的(表5)。
胡杨和柽柳林地风速垂直变化的共同特点是随
高度的增加风速越大(图4)。胡杨林1m、2m、3
m、4m、6m处的平均风速分别为0123m#s-1、
0124m#s-1、0125m#s-1、0140m#s-1、0155
m#s-1。柽柳林1m、2m、3m、4m、6m处的平均风
速分别为0124m#s-1、0145m#s-1、0172m#s-1、
表5胡杨和柽柳林地风速的月变化
Tab.5Monthly variation of wind speed in the Populus euphratica and Tamarix ramosissima forests 林分5月6月7月8月9月10月平均
胡杨林/(m#s-1)
柽柳林/(m#s-1)
林外/(m#s-1)
0.35
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2.90
0.35
0.75
3.50
0.29
0.84
3.00
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0.69
3.20
0.25
0.76
2.60
0.29
0.45
3.00
0.33
0.72
3.
03
图4胡杨和柽柳林地风速的垂直分布
F ig.4Ver tical distr ibut ion of w ind speed in the Pop ul us
eup hr atica and T amar ix r amosissima forests
0191m#s-1、1128m#s-1。但胡杨林风速随高度
变化的幅度小，柽柳林风速随高度的变化幅度比较
大。胡杨林1~3m风速基本没有变化，而柽柳林
风速从1m到6m不断增大。
3结论与讨论
(1)比较荒漠河岸林胡杨和柽柳落与对照地
小气候特征有以下结论：落内太阳总辐射、气温低
于林外对照地，大气相对湿度、风速高于对照地。胡
杨和柽柳落均起到了改变太阳辐射，调节近地层
及地表、地下温度，缩小温差，以及降低风速，提高土
壤及大气湿度，减少风力侵蚀等重要生态作用。故
而能很好的保护着当地的水土资源，改善着环境，维
护生态平衡。
(2)胡杨和柽柳两种落间小气候差异在生长
季节表现为：太阳总辐射量胡杨林地各月都低于柽672中国沙漠25卷
