周和鋒邵學新房聰玲吳明孫海菁（浙江省慈溪市林特技術(shù)推廣中心 35300；中國林科院亞熱帶林業(yè)研究所 浙江富陽 3400）

杭州灣濱海生態(tài)綠地小氣候效應研究

周和鋒1邵學新2房聰玲1吳明2孫海菁2
（1浙江省慈溪市林特技術(shù)推廣中心 315300；2中國林科院亞熱帶林業(yè)研究所 浙江富陽 311400）

通過對杭州灣濱海生態(tài)綠地小氣候效應的實地調(diào)查和定位觀測，結(jié)果表明：生態(tài)綠地植物生長季節(jié)可提高空氣濕度，空氣相對濕度（平均為 85.25%）明顯高于無林荒地（平均為 80.32%）；濱海生態(tài)綠地的冠層截留效應明顯，林冠層全年截留降水量為226.2 mm，占全年降水量的16.92%；濱海綠地全年月平均大氣壓的變化呈S形，樹木在生長季節(jié)內(nèi)有降低大氣壓的作用，樹木停止生長后林木有增加大氣壓的作用；濱海生態(tài)綠地具有降低風速的作用，綠地內(nèi)可降低風速約 75.94%，防風能力較強，降低風速的效率為67.42%；濱海綠地對改變風向也有較大的作用。

濱海綠地；溫度；濕度；降雨；大氣壓；風速；風向

鹽堿地的綠化造林技術(shù)研究一直是我國林業(yè)領域重點開展的研究課題，雖然已經(jīng)取得一些成果，但大面積的推廣應用進展緩慢。杭州灣地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達，并擁有大面積已圍墾的海涂土壤，新圍海涂立地條件差，不利于進行大面積快速的綠化造林，從而影響環(huán)杭州灣沿海生態(tài)屏障的構(gòu)建。因而如何對新圍海涂進行快速改良和綠化造林成為相關(guān)部門和林業(yè)科學者關(guān)注的問題[1～3]。本研究針對杭州灣新圍海涂生態(tài)綠地，對大氣溫度、空氣濕度、降雨冠層截留量、大氣壓及風速風向等小氣候變化進行了定位觀測分析，為濱海生態(tài)綠地建設及生態(tài)效應評估提供參考。

1 試驗地點概況

慈溪市位于杭州灣南岸，是我國經(jīng)濟最發(fā)達的縣市之一。平原面積占陸地面積的82%，海岸線長達80公里，灘涂面積60多萬畝，而且逐年擴大。試驗地位于慈溪市新圍海涂地，地理位置為121°30ˊE，30°42ˊN，屬北亞熱帶季風氣候，四季分明，年平均氣溫 16.2℃，極端最高氣溫40.6 ℃，最低氣溫-9.3 ℃，平均年降水量1273 mm，日照2038 h，無霜期244 d，海拔高度50 m[7]。

土壤以粉細砂和沙質(zhì)泥等細顆粒物質(zhì)為主，地勢平坦。試驗區(qū)內(nèi)土壤鹽堿程度嚴重(pH值＞8.5，電導值＞2 ms/cm)，極不適合絕大多數(shù)園林植物的生長，是典型的海涂地。試驗區(qū)原有植被多為蘆葦、堿蓬。觀測區(qū)為2003年建設，目前己建為生態(tài)綠地試驗區(qū)，共引進品種132個，其中喬木80個，灌木33個，宿根花卉4個，草本8個，竹類4個，水生植物3個[1]。

2 試驗材料與方法

2003年市政府與中國林科院亞林所、上海園林研究所、省林科院等科研院校合作，在杭州灣跨海大橋西側(cè)新圍海涂地建設了占地508畝的杭州灣濱海綠地示范區(qū)，開展海涂地綠化樹種篩選、濱海鹽堿土改良和造林模式試驗。經(jīng)過近幾年的發(fā)展和完善，目前試驗區(qū)已擴大到1008畝，共引種試種樹種138種，成功篩選出50多個鹽堿地適生品種，并建立了耐鹽堿苗木擴繁基地，為慈溪市59.2公里（7067畝）的海防林工程的順利實施提供了技術(shù)支撐和種質(zhì)資源的貯備。

為了研究濱海生態(tài)綠地對小氣候影響情況，從2004年開始，在杭州灣濱海綠地試驗區(qū)果桑林內(nèi)和無林荒草地各設置一臺 Mornitor移動自動氣象站（澳大利亞生產(chǎn)），測量指標主要包括大氣溫度、空氣相對濕度、降雨量、大氣壓、風速和風向等。選擇2004年4月至2005 年3月近一年的觀測數(shù)據(jù)，進行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 大氣溫度

植物最重要的作用是降溫增濕，從而改變小氣候[8]。如圖 1所示，林內(nèi)年平均氣溫（16.40℃）與未造林的荒地（16.24℃）相差不大。在4月至11月份，林內(nèi)外月平均溫度幾乎完全相同，而12月至3月份，林內(nèi)溫度比對照點高出0.2-0.3 ℃。由于果桑林為2003年造林，2004年上半年還未形成完整的森林系統(tǒng)，郁閉度較小，因此與對照相比溫度沒有顯著差異，但在冬季還是顯示出一定的保溫能力。

圖1 試驗林內(nèi)與無林荒草對照月平均溫度變化

圖2 試驗林內(nèi)與無林荒草對照月最高溫度

盡管果桑林內(nèi)月平均溫度與對照點差異不大，但從月最高溫度來看，森林調(diào)節(jié)大氣溫度的效應還是非常明顯（圖2）。5月-10月之間，林內(nèi)月最高溫度低于無林荒草對照0.97-4.18 ℃，其中溫度最高的8月份效果最為明顯，林內(nèi)最高溫度低于林外4.18 ℃；而11月至次年 4月份林內(nèi)月最高溫度明顯高出對照0.76-8.63 ℃，在溫度最低的1、2月份效果最為明顯，充分說明森林在夏季可以調(diào)節(jié)降低高溫，而在冬季起到保溫的作用。這與其他地區(qū)的研究結(jié)論一致[9]。

3.2 空氣濕度

森林生態(tài)系統(tǒng)通過植物蒸騰和冠層遮蔭等方式改變系統(tǒng)內(nèi)部的溫濕條件，水分的蒸騰散發(fā)可吸收大量的熱，從而使系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境的溫度下降，濕度增加[8]。從圖3看出，果桑林內(nèi)空氣相對濕度與對照點變化趨勢基本相同，各月份間波動都比較?。ㄔ?5%-91.38%之間）。2004年4-10月，果桑林內(nèi)空氣相對濕度（平均為 85.25%）明顯高于對照點（平均為80.32%），經(jīng)方差分析發(fā)現(xiàn)兩者之間存在顯著差異（p＜0.05），表明果桑林在落葉前能明顯增加林內(nèi)空氣濕度；而11月份果桑林落葉后至次年長葉前，則無林荒草對照月平均空氣相對濕度大于果桑林，這可能是因為冬季海涂風較大，且以西北風為主，將海中大量的水汽帶入實驗區(qū)，而林地內(nèi)由于樹木的阻擋作用降低了風速，也阻擋了部分水汽的進入。

圖3 果桑林內(nèi)與對照空氣相對濕度

3.3 降雨量

森林植被對降水的截留作用主要包括林冠截留、樹干截留和枯落物截留[10]。森林冠層葉片和枝條可以有效地截留降水，從而改變降水在森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的分配。由于未涉及到樹干莖流，因此在本研究中將林外降水量和林內(nèi)降水量的差值定義為冠層截留量。

表1 果桑林內(nèi)與對照點降雨量

圖4 降雨量與冠層截留量的關(guān)系

圖5 果桑林內(nèi)與對照大氣壓動態(tài)

從表1可以看出，無林荒草對照點的年降水量為1336.5 mm，而林內(nèi)降水量為1110.3 mm，林冠層全年截留降水量為226.2 mm，占全年降水量的16.92%，冠層截留效應明顯。各月份內(nèi)降水量也存在較大差異，11月至次年4月份是降水量較少的月份，降水量均在100 mm以下；5月-10月各月份降水量都較大，基本上都在120 mm以上，占全年總降水來量的62.82%。

從冠層截留量來看（圖4），全年的冠層截留量均比較大（均在10 mm以上），這可能與本研究中未考慮樹干莖流有關(guān)。截留量隨著降雨量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的過程，即在降雨量較小時，截留量與降雨量成正比，當降雨量超過一定的閾值（約120 mm）后，截留量與降雨量成反比。同時還發(fā)現(xiàn)5-10月份（19.73）比11月-4月份（17.95）略大，但差異不顯著。而從冠層截留率來看，5月份截留率小于10%，這是因為5月份的降水量最大（187.2 mm），較其他月份均在10%以上；5-10月份由于降水量大，導致其冠層截留率明顯低于11-4月份。

3.4 大氣壓

有關(guān)森林對林內(nèi)大氣壓力的影響作用鮮見報道。從研究中可以看出（圖5），林內(nèi)外的大氣壓力存在著一定的差異。全年月平均大氣壓的變化雖也呈S形，但變化趨勢與大氣溫度的變化規(guī)律完全相反，即氣溫越高對應著越低的氣壓。通過線性擬合發(fā)現(xiàn)無論是林內(nèi)還是對照點大氣溫度與大氣壓間存在顯著的負相關(guān)，擬合方程分別為y = -1.0485x + 1036.7（R2= 0.8392）、y = -0.7595x + 1032.7（R2= 0.735）。

同時還可以發(fā)現(xiàn)，3、4月份林內(nèi)月平均大氣壓（1027.39、1020.45 hPa）與對照點（1026.03、1019.42 hPa）基本相同，5-10月則明顯低于對照2.98 hPa，11月兩者之間又基本相同，之后3個月內(nèi)則是高出對照1.91 hPa。這表明樹木在生長季節(jié)內(nèi)有降低大氣壓的作用，樹木停止生長后林木有增加大氣壓的作用。

3.5 風速風向

森林，尤其是防護林具有顯著的降低風速和保持沙土的作用[11, 12]。由圖6可以看出，果桑林內(nèi)風速（全年平均為1.54 km·s-1）僅為無林荒草對照風速的24.06%，即可以降低風速75.94%，經(jīng)方差分析發(fā)現(xiàn)兩者存在顯著差異（p ＜0.01）。從整年的數(shù)據(jù)來看，林內(nèi)84.29%的天數(shù)內(nèi)日平均風速在 3 km·s-1以下，而對照點85.57%的天數(shù)內(nèi)日平均風速都在3 km·s-1以上（如圖中橫線所示），充分表明防護林具有很強的防風減災的作用。

圖6 果桑林內(nèi)與對照點風速

圖7 林內(nèi)風速與對照風速的線性相關(guān)

林內(nèi)風速與對照風速間存在著顯著正相關(guān)（p＜0.01）（圖7），將林內(nèi)風速與對照點風速的比值看作為森林生態(tài)系統(tǒng)的降低風速的效率，則本研究果桑林降低風速的效率為1-32.58%=67.42%，可見濱海生態(tài)綠地防風能力較強。同時由圖8還可以看出，12月至次年的4月森林降低風速的效率較低，而5-11月份降低風速的能力明顯加強（平均 77.32%），這主要是因為5-10月份林內(nèi)枝葉繁茂，極大的增強了森林生態(tài)系統(tǒng)降低風速的能力，而在冬季，植物葉片凋落，降低風速的能力也大大降低。

圖8 果桑林降低風速效率季節(jié)變化

圖9 果桑林內(nèi)與對照點風向變化圖

森林對改變風向也有較大的作用。如圖9所示，無林荒草對照點的風向在全年內(nèi)變化多端，但60%的集中在180-360°之間，也就是說西南風和西北風為主風向。而林內(nèi)風向在2004年7月份之前的變化與對照點相差不大，也是各種風向并存，而7月份之后風向逐漸集中在80-130°之間（圖中兩曲線之間），與林外對照存在明顯差異。這主要是因為2003年造林，2004年7月份前果桑林較矮，高度還未超過自動氣象站的風向傳感器高度，進而對風向的影響不大，而隨著樹木高度在生長季節(jié)的快速增加，傳感器被完全包圍在森林內(nèi)部并開始影響風向，其風向主要受防護林種植行方向的影響，盡而集中在一定范圍內(nèi)，這與果桑林的種植方向是完全吻合的。

3 小結(jié)與討論

本研究表明，杭州灣濱海生態(tài)綠地建設小氣候效應顯著。生態(tài)綠地對大氣溫濕度具有一定的調(diào)節(jié)作用，相比無林荒地，森林在夏季可以調(diào)節(jié)降低高溫，而在冬季起到保溫的作用；生態(tài)綠地植物生長季節(jié)可提高空氣濕度，空氣相對濕度（平均為85.25%）明顯高于無林荒地（平均為80.32%）。

濱海生態(tài)綠地的冠層截留效應明顯，無林荒地對照點的年降水量為1336.5 mm，而林內(nèi)降水量為1110.3 mm，林冠層全年截留降水量為226.2 mm，占全年降水量的16.92%。濱海綠地全年月平均大氣壓的變化呈S形，樹木在生長季節(jié)內(nèi)有降低大氣壓的作用，樹木停止生長后林木有增加大氣壓的作用。

濱海生態(tài)綠地具有降低風速的作用，綠地內(nèi)可降低風速約75.94%，將林內(nèi)風速與對照點風速的比值看作為森林生態(tài)系統(tǒng)的降低風速的效率，則本研究果桑林降低風速的效率為67.42%，可見濱海生態(tài)綠地防風能力較強。此外，濱海綠地對改變風向也有較大的作用。

[1] 周和鋒, 黃一青, 范林潔. 慈溪杭州灣濱海生態(tài)綠地建設試驗初探[J]. 華東森林經(jīng)理, 2005, 19(4): 6-8.

[2] 何貴平, 陳益泰, 黃一青等. 杭州灣海涂造林后土壤鹽分和水分動態(tài)變化[J]. 林業(yè)科學研究, 2006, 19(2): 257-26.

[3] 陳旭君, 周和鋒, 婁厚岳, 等. 杭州灣南岸地區(qū)鹽堿地綠化造林技術(shù)初探[J]. 華東森林經(jīng)理, 2006, 20(1): 4-9.

[4] 王妹, 溫作民. 森林生態(tài)效益價值核算研究[J].世界林業(yè)研究, 2006, 19(3): 6-11.

[5] 王兵, 馬向前, 郭浩等. 中國杉木林的生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估[J]. 林業(yè)科學, 2009, 45(4): 124-130.

[6] 鄭錕, 葉功富, 徐俊森等. 福建東山木麻黃農(nóng)田防護林的小氣候效應[J]. 海峽科學, 2008, 10: 96-97.

[7] 范林潔, 邵學新, 吳 周等. 不同地被覆蓋對新圍海涂土壤性質(zhì)的影響[J]. 華東森林經(jīng)理, 2008, 22(1): 24-27, 32.

[8] 莫健彬, 王麗勉, 秦俊等. 上海地區(qū)常見園林植物蒸騰降溫增濕能力的研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學, 2007, 35(30): 9506-9510.

[9] 馮海霞, 侯元兆, 馮仲科. 山東省森林調(diào)節(jié)溫度的生態(tài)服務功能[J]. 林業(yè)科學, 2010, 46(5): 20-26

[10] 鮑文, 何丙輝, 包維楷等. 森林植被對降水的截留效應研究[J]. 水土保持研究, 2004, 11(1): 193-197.

[11] 劉章勇, 邱春鵬. 江漢平原湖區(qū)農(nóng)田防護林小氣候效應研究[J]. 湖北農(nóng)學院學報, 2002, 22(3): 219-221.

[12] 余坤勇, 劉健, 施聰智等. 基于RS技術(shù)的沿海防護林防風固沙效益研究[J]. 南京林業(yè)大學學報（自然科學版）, 2010, 34(1): 81-84.

Research on Micro-climate Effects of Hangzhou Bay Coastal Ecological Greenland

ZHOU He-feng1, SHAO Xue-xin2, FANG Cong-ling1, WU Ming2, SUN Hai-jin2
（Forestry Technology Promotion Center of Cixi, Cixi 314300, Zhejiang China; Research Institute of Subtropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Fuyang 311400, Zhejiang, China）

The micro-climate effects of Hangzhou Bay coastal ecological greenland were researched. The results indicated that ecological greenland has a role in regulating the temperature and humidity. Compared to non-forest land, the forests in the summer can adjust to reduce the temperature, and play an opposite role in the winter. The ecological greenland can increase the air humidity during the growing season of plants and have a significantly higher air relative humidity (average 85.25%) than non-forest land (an average of 80.32%). The retention effect of canopy is significant in ecological greenland, which can trap precipitation of 226.2 mm throughout the year, accounting for 16.92% of the annual precipitation. The Annual monthly average atmospheric pressure changes with S-shaped trend. The trees can lower atmospheric pressure in the growing season and increase atmospheric pressure when stop growing. The ecological greenland can lower 75.94% of the wind speed with the reduce efficiency of about 67.42%. It also plays a role in change the wind direction. Overall, the micro-climate effects of Hangzhou Bay coastal ecological greenland are significant.

Ecological Greenland; Temperature; Humidity; Precipitation; Wind

S716.3

A

1004-7743（2012）01-0034-05

2012-01-22