田间小气候气象站对红树林湿地小气候效应研究

田间小气候气象站对红树林湿地小气候效应研究【摘要】采用浙江托普仪器的NL-5H型田间小气候气象站定点对比观测的方法对广州南沙区万顷沙镇十九涌内红树林小气候效应进行了研究，结果表明：红树林具有良好的遮荫效果，不同季节太阳辐射的日变化格局基本相同，但夏季遮荫效果可以达到64．98％，是其他季节的4倍以上；红树林的保温效果非常显著，秋冬季林内温度变幅小于林外，而春夏季则相反；红树林对提高林带湿度具有显著作用，全年林内空气相对湿度较林外高出5．40％以上；红树林具有很高的防风效应，平均可以降低风速73．92％，其中春夏季的效果更加显著。研究结果揭示了红树林湿地系统的区域小气候调节作用，并为评价红树林湿地围垦对环境的影响提供了重要参数。关键词：南沙；红树林；湿地系统；田间小气候气象站1引言(IntroduCtion)红树林是我国海岸湿地类型之一，自然分布于海南、广西、广东、福建、台湾等省区，包括真红树和半红树。研究表明红树林具有很高的生态服务功能【l捌，主要表现为：固定C02和释放02，积累有机物，为河口海湾生物提供食源；过滤陆地径流和内陆带出的有机物质和污染物，降解污染物、净化水体：通过网罗有机碎屑的方式促进土壤沉积物的形成，植株盘根错节抗风消浪，造陆护堤；为许多海洋动物、鸟类提供栖息和觅食的理想生境，保护生物多样性；具有独特的科学研究、文化教育、旅游、社区服务和环境监测的价值；具有减弱温室效应和净化大气、改善小气候的效应p¨。其中，红树林湿地小气候是研究红树林湿地生态系统功能的重要内容之一。研究红树林湿地小气候，对于揭示红树林湿地的生态功能，评价红树林湿地的环境效应以及合理利用红树林湿地有着重要意义【8】。近几年关于湿地小气候的研究已受到一些学者的关注【9J，但对人工红树林湿地系统，特别是湿地公园的区域调节功能研究还未见报道。本研究对广州南沙万顷沙红树林湿地公园的小气候特征进行了初步了解，旨在揭示该红树林湿地系统的区域小气候调节效应，进而为深入探讨该湿地生态系统的结构、功能以及正确评价湿地改善小气候的能力提供理论依据。2研究区概况(Researchareasuney)试验红树林湿地位于广州南沙区万顷沙镇十九涌，地处伶仃洋之滨，珠江口之畔，三面环海(东经113。35’，北纬22。36’)，面积约77hnl2。属南亚热带海洋性季风气候：年均温21．8℃，1月份平均气温为13．3℃，7月份为29℃；光照充足，年日照时间达19456．5h；年均降水l635．6mm，多集中于夏季。自然植被以红树科、禾本科、菊科植物为主，目前已有十多种红树植物。主要群落类型为：1)无瓣海桑(勋刀地m妇撇肠)为主的群落，约53hm2，芦苇(肋嘲衲切∞历所甜疗括)群落，约13hm2；2)河涌林带榕树(几淞所fc加∞巾搬)林群落：3)公园周边的蕉林、木瓜林、蔗林等。湿地公园是在原来滩涂上围筑而成的围垦地，区内海拔3．5～5m，地势平坦，除围堤和护堤少量的陆地外(10％)，主要为水面(90％)，土壤主要由海湾沉积物形成，属海滩盐土。由于独特的地理位置与自然环境，聚集了数量繁多的鱼类和鸟类。3研究方法(ResearChmethods)利用浙江托普仪器的NL-5H型田间小气候气象站进行定点对比观测，林内气象站放置在珠江口湿地生态系统6～7a生无瓣海桑林内(林冠下方，距水面1．5m处：林分均高8m，平均胸径11．6锄，林分密度250株·hnl．z)，林外气象站放置在外围滩涂的空旷堤坝上(距地面1．5m处)，主要观测太阳辐射强度(心，w·n一)、空气温度(T，℃)、空气相对湿度(风，％)和风速(W，km·h-。)等气象因子，观测频率为30miIl。数据分析中，春、夏、秋、冬各季节选出一个月取平均值做季节分析，每个月选择连续晴天，进行日进程分析。田间小气候气象站简介田间小气候气象站也称为田间小气候自动观测仪和田间环境记录仪，手持式气象站。是记录田间环境参数中温度、湿度、光照强度等参数的专用仪器。NL-5H田间小气候自动观测仪由托普仪器研发生产，其取得专利证书。仪器用途田间小气候气象站可实时采集空气中温度、湿度、光照强度、风速风向、降雨量等农业环境参数。广泛应用于气象、设施农业、林业、园艺、畜牧业等领域，实现对设施农业综合生态信息自动监控、对环境进行自动控制和智能化管理。功能特点、田间小气候气象站与计算机联接后，实现区域性气象数据的整点自动采集、处理和储存,具有数据屏幕显示，同时可将小气候数据导出到Excel进行编辑，按需要生成图表。、自动采集各种参数数据，通过接口可以将数据通过软件下载到计算机中。、NL-5H型主机大屏幕中文液晶显示，薄膜式按键，可实时显示采样日期和时间、组数、温度、湿度、光照强度、风速风向、降雨量等参数，仪器小巧美观，应用方便。、用户自行设定，可按要求关闭不需要的参数通道。、可扩展性强：系统程序采用模块化结构，方便功能扩展或屏蔽。、数据保存功能强大，最大可储存120000条数据，即可在主机上查看数据，也可导入计算机。上位机软件、显示每种参数过程曲线趋势，最大值、最小值、平均值显示查看，放大，缩小功能，清晰明朗。、具有设置超限区域着色功能，显示更直观，为客户带来更多便捷。、可将存储记录的数据以EXCEL格式备份保存，方便以后调用。、每种参数的报表、曲线图均可选择时段查询查看，并可通过计算机打印。、曲线坐标均可自行设置和移动，分析历史走向更清晰、时间把握更明朗。技术参数、测试时间：≤2秒；、记录容量：120000条数据（两参数即为60000组，三参数即为40000组，四参数即为30000组，以此类推）；、记录时间间隔：1分～99小时连续可调；、通讯接口：RS-485、USB接口。5、托普仪器的田间小气候气象站可选配的参数如下：数字温湿度传感器（含露点和不含露点两种）、数字气压传感器、数字光照强度传感器数字光合有效辐射传感器、数字CO2传感器、数字风向传感器、数字风速传感器、数字雨量传感器、数字地温传感器、数字土壤水分传感器、数字土壤盐分传感器、有效辐射总辐射、太阳能供电系统。4结果与分析(Resu随andanaIysis)4．1红树林对太阳辐射的影响4．1．1红树林对太阳辐射日变化的影响在晴天全光照条件下，不论林外还是林内，太阳辐射日变化(以2006年6月4日～7日为例)均表现为以中午(12：00)为最高点的单峰曲线趋势(图1)，而由于林冠的遮挡，进入林内的太阳辐射则远远小于林外的太阳辐射，如6月6日，林外最大太阳辐射为756．Ow·m．2，而到林内则降为458．0w·m～，降幅达40％。由此可见红树林具有良好的遮荫效果，这为林下喜阴动植物的生长及生存提供了良好的条件。4．1．2红树林对太阳辐射季节变化的影响由表l可看出，各季节林内最大太阳辐射和月均太阳辐射都比林外小很多。太阳辐射最小的冬季(2007年1月)林外最大辐射为640．0w哪之，而红树林内则为594．1w．111‘2，下降了7．17％；从月平均太阳辐射来看，林内太阳辐射也远低于林外，降低效果可达53．04％。太阳辐射最高的夏季(2006年6月)，不论最大太阳辐射还是月平均太阳辐射，红树林对其的降低效果分别可达到37．99％和64．98％，均高于其他季节，尤其是最大太阳辐射降低量是其他季节的4倍以上。4．2红树林对空气温度的影响4．2．1红树林对空气温度日变化的影响空气温度的日进程明显受太阳辐射的影响，晴天全光照条件下不同季节气温日变化均呈单峰型(图2)，红树林内外的变化趋势基本一致。选择2006年2月21日～24日气温日进程进行分析，对于2月22日，0：00～8：00林外空气温度稳定在18．9℃左右，且高于林内(夜间平均比林内高0．8℃)，8：00之后，林内温度开始高于林外，直至下午17：00之后。林内日间温度(8：00～17：00)比林外温度平均高出1．9℃。其他几日具有相同规律，说明红树林具有较好的保温效果。4．2．2红树林对空气温度季节变化的影响从表2不同季节红树林内外月平均气温比较可以看出，除12月外，其他月份红树林内外的空气温度相差不大，总体是林内温度比林外低0．1～0．3℃，而12月则表现为林内温度比林外高1℃。从月最低温来看，春夏两季的林内温度均低于林外，尤其是4月份林内温度比林外低4．6℃；而秋冬两季则表现为林内温度高于林外温度，由此可以看出，在低温季节红树林有着较突出的保温效果。从月最高温来看，林内各月的最高气温都大于林外，其中夏季林内外的最高气温差值最大，7月份为3．4℃，6月份为2．1℃；春季次之，3月份为1．8℃；秋季和冬季则相差较小，分别为0．4℃，0．3℃。这进一步说明了红树林的保温效果是非常显著的。表2中同时可以看到，秋、冬季红树林内温度平均波动幅度小于林外，12月份林内温度波动幅度为13．9℃，林外为15．5℃，这是由于在低温季节林冠层的覆盖削弱了太阳辐射，也降低了地面长波辐射，导致林内接受太阳辐射时增温慢，林外降温时林内散热也慢，从而降低了林内最高气温，却提高了林内最气温。而春、夏两季林内空气温度的平均波动幅度却大于林外。说明红树林具有一定的控温能力，在高温季节降低最低温度，是积极的自我调节，可以防止外界高温对林内生物和红树林本身造成伤害，而拉大温差则有利于生物体更好的适应环境。4．3红树林对空气湿度的影响4．3．1红树林对空气相对湿度日变化的影响红树林内的空气相对湿度和太阳辐射有一定的关系，图3对2006年2月21日～24日红树林内外的空气相对湿度进行比较，结果表明树林内夜间空气相对湿度较高，从前日太阳落山后，林内湿度曲线呈微上升的趋势，而到翌日清晨6：00～8：oo达到最高点，此后由于太阳辐射影响，林内外的相对湿度急剧下降。2月22日，从10：30开始直到17：00，林内空气湿度均小于林外，而得到林内空气湿度变化幅度大于林外。2月22日全天，林内平均湿度比林外高7．55％，其中10：30～17：00林内湿度则比林外低7．07％。4．3．2红树林对空气相对湿度季节变化的影响表3可以看出，林内各月的最大空气相对湿度都达到100％，而林外则为87％一95％不等；而对于最小空气相对湿度，除1月外，林内各月均较林外为低，因此可知林内相对空气湿度的变幅要大于林外。同时林内各月平均空气相对湿度亦比林外大，其数值在5．4％～9．O％之间，所选月份林内相对空气湿度的平均值(81．85％)较林外(74．20％)高出了7．65％，说明红树林具有良好的保湿效果。另外由表中可看出，6月份林内平均空气相对湿度为94．6％，3月份为85．7％，明显大于其他月份，说明春、夏两季的空气湿度比秋、冬两季大，其中又以夏季的湿度最高。其原因在于春、夏两季雨水较充足，同时该期林内枝叶繁茂，蒸腾作用旺盛，相应提高了林内的空气湿度。4．4红树林对风速的影响不同季节分别选取大风天气对红树林的防风效应进行分析(表4)，结果表明，其防风效果在不同季节均十分突出：春季(2006年3月30日)林外最大风速为17．4km．h～，而同一时刻林内风速则为0km．h～，防风效应达到100％。夏季(2005年7月4日)林外最大风速为24．1km．h～，在林内则降到1．6km．h～，降幅达93．36％：而红树林对该日风速大于11．0km．h。1的大风的拦阻可达96．48％。秋季(2006年11月11日)林外最大风速为19．1km．h一，红树林的防风效应为83．25％，而林内风速全天几乎都在5．0km．h。1之下；对该天风速大于11．Okm．ho的大风的拦阻也达到了90．18％。冬季(2006年2月5日)林外最大风速达22．5km．h～，其林内风速下降了64．44％；对风速大于1lk”h．1的大风，平均防风效应为76．09％。因此可以判断，春季研究区风速不大(最高风速17．4km．hq)加之林内枝叶茂盛的情况下，红树林的防风效应最高，几乎是100％，冬季的防风效果则相对最差，而秋季明显小于夏季和春季。5结论(ConcIusions)(1)红树林具有良好的遮荫效果。冬季红树林内的最大太阳辐射比林外下降了7．17％，平