城市廣場對水曲柳和樟子松人工林生長的影響

城市廣場對水曲柳和樟子松人工林生長的影響

國內(nèi)外非常重視城市森林的建設(shè)，特別是在城市河流、湖泊和池塘的沿岸，有許多景觀和保護(hù)（休息）的城市森林。這些水岸景觀防護(hù)林為城鎮(zhèn)居民提供各種生態(tài)服務(wù),但是人類在利用這些生態(tài)服務(wù)的同時也在影響森林生態(tài)系統(tǒng)。為此,人為活動對城市森林生態(tài)系統(tǒng)影響的研究受到重視。國外研究主要涉及踐踏、露營等不同類型與不同程度的人為活動對植被及土壤理化性質(zhì)的影響等,國內(nèi)研究主要集中在對林下植被組成的影響。但目前國內(nèi)外尚缺乏有關(guān)人為活動對城市森林氣候影響方面的研究。本文以哈爾濱市位于馬家溝河岸邊成片的水曲柳和樟子松人工林為研究對象,調(diào)查分析不同程度人為活動在不同樹種人工林的降溫增濕效應(yīng)的差別,以期為城市水岸景觀防護(hù)林造林樹種的選擇、管理和維護(hù)以及其生態(tài)功能提高等方面提供科學(xué)依據(jù)。1研究地與研究方法1.1植物生長特點及空間分布哈爾濱市位于東經(jīng)125°42′~130°10′、北緯44°04′~46°40′,地處中國東北北部地區(qū)、黑龍江省南部。本區(qū)為大陸性季風(fēng)氣候,夏季短暫而炎熱,冬季漫長而寒冷。研究地位于哈爾濱市馬家溝河岸邊的東北林業(yè)大學(xué)試驗林場(開放森林區(qū)域)及黑龍江省森林植物園。分別選取3塊水曲柳人工林和3塊樟子松人工林為試驗樣地進(jìn)行實地測定。6塊試驗樣地面積均為1000m2,植物群落結(jié)構(gòu)均為喬—灌—草結(jié)構(gòu),主要灌木有糖槭(Acernegundo)、黃花忍冬(Lonicerachrysantha)、鼠李(Rhamunsdavuricapall)、衛(wèi)矛(EuonymusalatusSieb)、金銀忍冬(Loniceramaackii)、暴馬丁香(SyringaamurensisRupr)、蒙古櫟(Quercusmongolica)、胡枝子(LespdezaconclorMichx)等,草本主要有寬葉苔草(Carexsiderosticta)、長穗鵝冠草(Agropyrumelongatum)。水曲柳和樟子松平均樹高為21m,平均胸徑19cm,郁閉度0.8,林齡為50年。選取位于哈爾濱市香坊區(qū)的動力廣場無林區(qū)域為對照樣地。廣場以硬質(zhì)鋪裝為主,有少量草坪和喬木,人車流量大。黑龍江省森林植物園是目前國內(nèi)唯一坐落在城市市區(qū)的國家級森林公園,其開放森林區(qū)域成為哈爾濱市的重要旅游開放綠地,游人數(shù)量很多,尤其是夏季,人為活動強度很大。東北林業(yè)大學(xué)試驗林場內(nèi)主要是學(xué)校師生的活動,人為活動強度次于植物園開放區(qū)域。人為活動最不頻繁的是植物園未開放區(qū)域。1.2溫度觀測及數(shù)據(jù)處理在晴朗無風(fēng)或微風(fēng)的天氣,采用Testo625溫濕度儀進(jìn)行測定。儀器溫度精度為±0.5℃,分辨率為0.1℃;相對濕度精度為±2.5%RH,分辨率為0.1%RH。試驗分別在6塊樣地水平方向上從樣地中心開始采取對角線布點法,定人、定點、定時、定儀器,在垂直高度為150cm處測定6塊樣地的溫濕度;每個樣地共6個觀測點,同時觀測、讀數(shù);每天8∶00-20∶00每隔2h讀數(shù)1次。每次連續(xù)觀測3天,作為重復(fù),觀測時間為夏季生長季的2010年7月(仲夏,生長旺盛期)和9月(晚夏,生長后期)。對照的城市廣場無林區(qū)域設(shè)1塊樣地6個觀測點。采用LSD法分析各試驗樣地不同人為活動及不同樹種間差異顯著性,顯著性水平設(shè)置在P=0.05,使用SPSS13.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理;使用MicrosoftExcel進(jìn)行平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差的計算;作圖采用SigmaPlot10.0。2結(jié)果與分析2.1森林區(qū)域溫濕度各樣地的日平均氣溫變化見圖1。在8∶00-14∶00,各樣地隨著時間的推移太陽輻射增強,溫度逐漸升高;在14∶00-20∶00,溫度逐漸下降,整體呈“∩”型變化。在整個檢測時段溫度高低基本為廣場無林區(qū)域>植物園開放森林區(qū)域>林場森林區(qū)域>植物園未開放森林區(qū)域,各水曲柳林試驗樣地的溫度與對照廣場的溫度差異顯著(P<0.05)。林場森林區(qū)域、植物園開放森林區(qū)域、植物園未開放森林區(qū)域早8∶00均處于最低溫度,且溫度相當(dāng);10∶00-18∶00,植物園開放森林區(qū)域溫度高于其他2個樣地。這是因為在10∶00-18∶00,公園游人數(shù)量增加,人為活動增強,影響了森林的降溫效應(yīng)。在20∶00植物園開放區(qū)已停止對外開放,而此時林場受學(xué)校師生散步、健身等人為活動的影響,因此植物園開放區(qū)溫度比林場低。由此說明水曲柳人工林具有降溫效應(yīng),其效應(yīng)大小受一定人為活動的影響。各樣地的相對濕度日變化見圖2。4塊樣地相對濕度均與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。早8∶00后,隨著氣溫升高,林內(nèi)空氣相對濕度逐漸下降,到14∶00出現(xiàn)最低值,之后逐漸升高,20∶00達(dá)到最高值,整體呈“∪”型變化。各水曲柳林試驗樣地的相對濕度與廣場無林區(qū)域的相對濕度差異顯著(P<0.05)。在8∶00-14∶00,3塊樣地中林場森林區(qū)域相對濕度一直最高,植物園開放森林區(qū)域相對濕度最低;在18∶00-20∶00,植物園開放森林區(qū)域相對濕度開始增加,20∶00時濕度最大。這說明水曲柳人工林具有增濕效應(yīng),其效應(yīng)大小受人為活動的影響不明顯。2.2溫度和濕度變化樟子松人工林各樣地的日平均氣溫變化規(guī)律與水曲柳人工林相似。在8∶00-14∶00,各樣地隨著時間的推移太陽輻射增強,溫度逐漸升高,14∶00達(dá)到最高值,14∶00-20∶00溫度逐漸下降,整體呈“∩”型變化。樟子松林試驗樣地的溫度與廣場無林區(qū)域的溫度差異顯著(P<0.05),而林場森林區(qū)域、植物園開放森林區(qū)域、植物園未開放森林區(qū)域3個樣地溫度差異不顯著(P<0.05)。這說明樟子松人工林具有降溫效應(yīng),其效應(yīng)大小受人為活動的影響不明顯。4塊樣地相對濕度均與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。各樣地相對濕度日變化規(guī)律均在8∶00-14∶00隨氣溫升高,林內(nèi)相對濕度逐漸降低,14∶00達(dá)到最低值,14∶00-20∶00相對濕度逐漸升高,整體呈“∪”型變化。樟子松林試驗樣地的相對濕度與廣場無林區(qū)域的相對濕度差異顯著(P<0.05),林場森林區(qū)域、植物園開放森林區(qū)域、植物園未開放森林區(qū)域相對濕度差異不顯著(P<0.05)。這說明樟子松人工林具有增濕效應(yīng),其效應(yīng)大小受人為活動的影響不明顯。2.3森林溫度和濕度從各試驗樣地水曲柳林和樟子松林溫度和相對濕度的比較可以看出,在人為活動相同情況下,水曲柳林和樟子松林溫度差異顯著(P<0.05)。10∶00時水曲柳林和樟子松林溫度開始升高,水曲柳林溫度升高速度較樟子松林要快;到12∶00時,水曲柳林溫度高于樟子松林;在14∶00-20∶00水曲柳林溫度低于樟子松林。由于水曲柳林樹葉密度大,保溫效果好,隨著林內(nèi)溫度的升高,到12∶00時,水曲柳林內(nèi)溫度高于樟子松林。森林的降溫效應(yīng)是樹種及外界環(huán)境共同作用的結(jié)果,起主導(dǎo)作用的是蒸騰作用;14∶00之后,樹木蒸騰作用加強,這段時間水曲柳林蒸騰速率可能較樟子松林高,因此降溫效果比樟子松林好。與溫度相比,水曲柳林和樟子松林相對濕度差異更顯著,除植物園開放森林區(qū)域外,在整個檢測時段,水曲柳林相對濕度均高于樟子松林,差異顯著(P<0.05)。森林增加的濕度主要來源于植物的蒸騰作用和林冠截留雨水的蒸發(fā)。水曲柳林由于樹葉密度大,蒸騰速率高,其增濕效果比樟子松林好。2.4溫度與濕度變化在各試驗林地,晚夏的氣溫、空氣相對濕度日變化規(guī)律趨勢與生長旺盛期基本一致,但氣溫、空氣相對濕度日變幅與生長旺盛期相差較大。在仲夏,氣溫日變異系數(shù)在6.37%~8.90%,空氣相對濕度日變異系數(shù)在9.57%~16.42%;進(jìn)入晚夏,氣溫日變異系數(shù)在17.47%~29.33%,空氣相對濕度日變異系數(shù)在22.41%~34.32%。不同時期林內(nèi)氣溫、空氣相對濕度日變幅晚夏大于仲夏。3結(jié)論與討論本研究表明,城市水岸水曲柳人工林與樟子松人工林具有明顯的降溫增濕效應(yīng),水曲柳人工林內(nèi)日平均氣溫比廣場無林區(qū)域日平均氣溫低3.87℃~4.48℃,日均相對濕度比廣場無林區(qū)域高19.09%~22.94%;樟子松人工林內(nèi)日平均氣溫低比廣場無林區(qū)域低3.69℃~4.16℃,日平均相對濕度比廣場無林區(qū)域高12.37%~15.95%;水曲柳人工林降溫增濕效應(yīng)比樟子松人工林明顯;林內(nèi)仲夏期氣溫、相對濕度日變幅小于生長后期。這與徐文鐸、何興元等研究城市森林小氣候特征的結(jié)論一致。城市森林能通過阻止太陽輻射對周圍建筑物及地表加熱和通過蒸騰作用冷卻空氣及降低風(fēng)速來改善環(huán)境。這種作用特別是在炎熱的夏季最為顯著,起著改善城市小氣候狀況、提高城市環(huán)境舒適度、提高生活質(zhì)量的作用。本試驗測得城市森林日平均溫度比對照廣場低2.6℃~3.4℃,與國內(nèi)外同類研究結(jié)果相一致。城市森林中喬木、灌木和草本復(fù)層結(jié)構(gòu)具有很好的調(diào)節(jié)城市氣候的作用。這是因為植物能通過對太陽輻射的反射、吸收和散射等明顯調(diào)節(jié)空氣溫度,同時也會使得環(huán)境中的濕度明顯提高。城市水岸人工林的降溫增濕效應(yīng)受人為活動的影響。本試驗測定分析了3個不同程度人為活動的城市水岸人工林,雖然結(jié)果顯示3處林地在降溫增濕效應(yīng)方面沒有表現(xiàn)出統(tǒng)計學(xué)的顯著性,但相互之間與人為活動程度有一定的相關(guān)性,人為活動強度越大,降溫增濕效果越不明顯。隨著城市旅游的快速發(fā)展,市民到公園、植物園等地游玩的人數(shù)增多,帶來了諸多人為活動,如踐踏、車輛尾氣排放、人為折枝等,造成森林生態(tài)環(huán)境的破壞。要保證森林生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展,必須在資源保護(hù)與利用之間尋求平衡點,即在保證森林生態(tài)環(huán)境健康安全的情況下所能承受的最大人為活動干擾限度。城市水岸人工林的降溫增濕效應(yīng)還取決于樹木的種類。相