杭州灣濱海生態(tài)綠地小氣候效應(yīng)研究

周和鋒邵學(xué)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(yīng)研究

周和鋒1邵學(xué)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(duì)杭州灣濱海生態(tài)綠地小氣候效應(yīng)的實(shí)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(duì)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(yīng)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(fēng)速的作用，綠地內(nèi)可降低風(fēng)速約 75.94%，防風(fēng)能力較強(qiáng)，降低風(fēng)速的效率為67.42%；濱海綠地對(duì)改變風(fēng)向也有較大的作用。

濱海綠地；溫度；濕度；降雨；大氣壓；風(fēng)速；風(fēng)向

鹽堿地的綠化造林技術(shù)研究一直是我國林業(yè)領(lǐng)域重點(diǎn)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(yīng)用進(jìn)展緩慢。杭州灣地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，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(jìn)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(duì)新圍海涂進(jìn)行快速改良和綠化造林成為相關(guān)部門和林業(yè)科學(xué)者關(guān)注的問題[1～3]。本研究針對(duì)杭州灣新圍海涂生態(tài)綠地，對(duì)大氣溫度、空氣濕度、降雨冠層截留量、大氣壓及風(fēng)速風(fēng)向等小氣候變化進(jìn)行了定位觀測分析，為濱海生態(tài)綠地建設(shè)及生態(tài)效應(yīng)評(píng)估提供參考。

1 試驗(yàn)地點(diǎn)概況

慈溪市位于杭州灣南岸，是我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的縣市之一。平原面積占陸地面積的82%，海岸線長達(dá)80公里，灘涂面積60多萬畝，而且逐年擴(kuò)大。試驗(yàn)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(fēng)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(xì)砂和沙質(zhì)泥等細(xì)顆粒物質(zhì)為主，地勢平坦。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)土壤鹽堿程度嚴(yán)重(pH值＞8.5，電導(dǎo)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(yàn)區(qū)原有植被多為蘆葦、堿蓬。觀測區(qū)為2003年建設(shè)，目前己建為生態(tài)綠地試驗(yàn)區(qū)，共引進(jìn)品種132個(gè)，其中喬木80個(gè)，灌木33個(gè)，宿根花卉4個(gè)，草本8個(gè)，竹類4個(gè)，水生植物3個(gè)[1]。

2 試驗(yàn)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(shè)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(yàn)。經(jīng)過近幾年的發(fā)展和完善，目前試驗(yàn)區(qū)已擴(kuò)大到1008畝，共引種試種樹種138種，成功篩選出50多個(gè)鹽堿地適生品種，并建立了耐鹽堿苗木擴(kuò)繁基地，為慈溪市59.2公里（7067畝）的海防林工程的順利實(shí)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(duì)小氣候影響情況，從2004年開始，在杭州灣濱海綠地試驗(yàn)區(qū)果桑林內(nèi)和無林荒草地各設(shè)置一臺(tái) Mornitor移動(dòng)自動(dòng)氣象站（澳大利亞生產(chǎn)），測量指標(biāo)主要包括大氣溫度、空氣相對(duì)濕度、降雨量、大氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向等。選擇2004年4月至2005 年3月近一年的觀測數(shù)據(jù)，進(jìn)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(duì)照點(diǎn)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(duì)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(yàn)林內(nèi)與無林荒草對(duì)照月平均溫度變化

圖2 試驗(yàn)林內(nèi)與無林荒草對(duì)照月最高溫度

盡管果桑林內(nèi)月平均溫度與對(duì)照點(diǎn)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(yīng)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(duì)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(duì)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(duì)濕度與對(duì)照點(diǎn)變化趨勢基本相同，各月份間波動(dòng)都比較?。ㄔ?5%-91.38%之間）。2004年4-10月，果桑林內(nèi)空氣相對(duì)濕度（平均為 85.25%）明顯高于對(duì)照點(diǎn)（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(duì)照月平均空氣相對(duì)濕度大于果桑林，這可能是因?yàn)槎竞Ｍ匡L(fēng)較大，且以西北風(fēng)為主，將海中大量的水汽帶入實(shí)驗(yàn)區(qū)，而林地內(nèi)由于樹木的阻擋作用降低了風(fēng)速，也阻擋了部分水汽的進(jìn)入。

圖3 果桑林內(nèi)與對(duì)照空氣相對(duì)濕度

3.3 降雨量

森林植被對(duì)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(duì)照點(diǎn)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(duì)照大氣壓動(dòng)態(tài)

從表1可以看出，無林荒草對(duì)照點(diǎn)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(yīng)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(shí)，截留量與降雨量成正比，當(dāng)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(shí)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?yàn)?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(dǎo)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(duì)林內(nèi)大氣壓力的影響作用鮮見報(bào)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(duì)應(yīng)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(duì)照點(diǎn)大氣溫度與大氣壓間存在顯著的負(fù)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(shí)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(duì)照點(diǎn)（1026.03、1019.42 hPa）基本相同，5-10月則明顯低于對(duì)照2.98 hPa，11月兩者之間又基本相同，之后3個(gè)月內(nèi)則是高出對(duì)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(fēng)速風(fēng)向

森林，尤其是防護(hù)林具有顯著的降低風(fēng)速和保持沙土的作用[11, 12]。由圖6可以看出，果桑林內(nèi)風(fēng)速（全年平均為1.54 km·s-1）僅為無林荒草對(duì)照風(fēng)速的24.06%，即可以降低風(fēng)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(fēng)速在 3 km·s-1以下，而對(duì)照點(diǎn)85.57%的天數(shù)內(nèi)日平均風(fēng)速都在3 km·s-1以上（如圖中橫線所示），充分表明防護(hù)林具有很強(qiáng)的防風(fēng)減災(zāi)的作用。

圖6 果桑林內(nèi)與對(duì)照點(diǎn)風(fēng)速

圖7 林內(nèi)風(fēng)速與對(duì)照風(fēng)速的線性相關(guān)

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

圖8 果桑林降低風(fēng)速效率季節(jié)變化

圖9 果桑林內(nèi)與對(duì)照點(diǎn)風(fēng)向變化圖

森林對(duì)改變風(fēng)向也有較大的作用。如圖9所示，無林荒草對(duì)照點(diǎn)的風(fēng)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(fēng)和西北風(fēng)為主風(fēng)向。而林內(nèi)風(fēng)向在2004年7月份之前的變化與對(duì)照點(diǎn)相差不大，也是各種風(fēng)向并存，而7月份之后風(fēng)向逐漸集中在80-130°之間（圖中兩曲線之間），與林外對(duì)照存在明顯差異。這主要是因?yàn)?003年造林，2004年7月份前果桑林較矮，高度還未超過自動(dòng)氣象站的風(fēng)向傳感器高度，進(jìn)而對(duì)風(fēng)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(fēng)向，其風(fēng)向主要受防護(hù)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(shè)小氣候效應(yīng)顯著。生態(tài)綠地對(duì)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(duì)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(yīng)明顯，無林荒地對(duì)照點(diǎn)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(fēng)速的作用，綠地內(nèi)可降低風(fēng)速約75.94%，將林內(nèi)風(fēng)速與對(duì)照點(diǎn)風(fēng)速的比值看作為森林生態(tài)系統(tǒng)的降低風(fēng)速的效率，則本研究果桑林降低風(fēng)速的效率為67.42%，可見濱海生態(tài)綠地防風(fēng)能力較強(qiáng)。此外，濱海綠地對(duì)改變風(fēng)向也有較大的作用。

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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