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草本植物改善小气候效应的文献综述
草本植物改善小气候效应的文献综述
摘要：
本文对近年来国内专家学者关于草本植物改善小气候的研究成果进行了整理研究，分析了草本植物对小气候影响的研究现状，并总结出国内对小气候的研究主要针对四个方面：
一是草本植物对光照的影响；二是草本植物对温度的影响；三是草本植物对湿度的影响；四是草本植物对风速的影响，其分别对应草本植物的光照效应，温度效应、湿度效应和风速效应。
关键词：
草本植物小气候
小气候是一个区域水、土、气、热、植被等各种自然要素综合作用的结果，它不仅是生物生长发育最重要的环境因子，还是一个地区生态环境的重要组成部分，直接影响着该区生态环境质量的优劣，直接反映该区生态建设所取得的成效。
近年来，随着我国退耕还林还草工程的开展，果园生草技术的实施，越来越多的学者将研究方向转移到草本植物对小气候的影响中来，草本植物改善小气候的作用在研究界引起了一定的关注。
一、小气候的含义
小气候是指由于下垫面性质以及人类和生物活动的影响而形成的近地层大气的小范围气候，通常用光强、温度、湿度和风等指标来表示。
徐丽萍（2008）提出，气候指近地表的气候，在气象学上近地表面空气层，也称地表界层（Surfaceboundarylayer），它延伸到几米高，通常表土层也包括在内，特别是土壤温度和湿度的分布。
小气候（Microclimate）又称微气候，它的效应综合了光、热、温、水等诸多气象因子和生态系统间的相互影响，形成了防风、遮光、调节温度、湿度等效应。
它与大气候的不同之处在于具有“范围小、差别大、很稳定”的特点。
小气候类型多样。
按照环境的不同可以分为农田小气候、森林小气候、草地小气候、保护地小气候、设施小气候、有限水域小气候等等。
本文中说的小气候主要指草地小气候。
二、我国对草本植物改善小气候效应的研究
笔者以“草”，并包含“小气候”为主题，在中国知网查找文献，共搜出486篇文献，经过筛选，共找出14篇与研究内容相符的文章。
表1国内草本植物改善小气候效应研究成果统计表
时间
期刊论文（篇）
硕士论文（篇）
博士论文（篇）
总篇数
1964
1
14
1991
1
2006
1
2008
1
2009
1
1
2010
3
2011
1
2012
1
2013
1
2014
2
这写文章均涉及到了草本植物对小气候的影响，包括沙漠中芨芨草对小气候的影响，梨园、苹果园、桃园、橘园等果园种植不同种类的草本植物后小气候的变化，黄土高原地区人工草地对小气候的影响，高速公路边坡不同防护模式下对小气候的变化，以及对麦田小气候和草田小气候的研究。
吴红敏、曾娇等（2014）夏季通过对柑橘园内套种黑麦草、藿香蓟、，香矢车菊、，柠檬罗勒、菊苣、及对照（裸地）小气候的观测分析了气温、空气、相对湿度、土壤温度和土壤含水率的日变化规律，旨在研究不同植草栽培对柑橘园小气候的影响，以期为优化柑橘园种植模式提供理论依据。
梅立新、李会科（2010）采用定位观测的方法,对渭北旱地苹果园生草气温、相对湿度等小气候因子进行了测定,同时以清耕果园为对照进行同步观测。
目前，国内学者对防护林改善小气候效应的研究较多，而针对草本植物改善小气候这一领域的研究比较少，这可能由于是近年大部分地区以退耕还林为主，还草的规模较小的原因。
通过对草本植物改善小气候效应进行综述，国内对草本植物改善小气候的研究大致有以下几个方面：
（一）关于草本植物光照效应的研究
田凤文（1964）通过对苜蓿草、紫穗槐两种不同地被物下小气候的研究，利用照度计对植株2/3处的照度进行记录，得出地被物对照度的影响非常明显。
照度因时间不同而异。
1—一14时最大,8、17时最小。
不论任何时刻,同一时间的照度都是裸地最大,苜蓿草地、紫穗槐地最小。
基于此项结论，仇化民、李怀德等（1991）以红豆草的草田小气候观测资料为依据,分析了太阳辐射在草田中随植株高度而变化的分布规律,研究了草田沮度在不同时段呈“受热型”和“放热型”等的独特变化特征，得出晴天,在作物层中,由于光斑和阴影的交错存在,植株层中光的分布有明显差异。
此愈接地面,光照就愈少。
并且牧草田光照的日变化,与大气中光照的日变化规律一样,是弱一强一弱,呈抛物线状，其中以植株表面的光照，变化最为强烈，其它层次由于植株茎、叶的反射、阻截、吸收等作用,光照的日变化比较平缓,愈接近底层,其日变化的幅度就愈少。
李会科、梅丽新等（2009）通过对黄土高原旱地苹果园的生草区进行研究，选择3依据生草年限及生草种类,采用典型抽样法,从生草区选设3块观测标准地,即:
T1:
3年生黑麦草区;T2:
4年生麦草区;T3:
4年生白三叶区,对照（CK）清耕园设置1块标准地。
采用相对照度本文采用透光率或相对照度（Sp）表示果园生草复合生态系统的透光情况,其表达式为:
Sp=（I/I0）×100%,式中:
I为生草复合生态系统中地表光强,I0清耕区地表光强,Sp为相对照度。
5-10月T3区平均透光率最低,仅为清耕区的47.37%,并且随着不同生草草种的阶段性发育其对果园相对照度影响程度不同。
与7月份相比,8月份相对照度升高，可能与该时期各生草草种覆盖度降低有关,8月后随着秋季分蘖的发育,覆盖度增加,9月T1、T2、T3区透光率比8月降低。
有研究表明（颜景义等1995；张艳敏等1996），小麦群体中光强的分布无论什么时间都表现为由上层向下递减。
在株顶附近由于叶片较少光强递减较慢，在活动层附近由于茎叶密集光强迅速减弱，再往下又递减缓慢。
光强的这种垂直分布和小麦叶面积的垂直分布有关。
黄承标、黄新颜等（2012）在南宁至友谊关高速公路边坡上选择代表性的护坡模式设置固定样地，对高速公路边坡不同防护模式的小气候特征进行了研究，研究结果表明，草本植物有一定的削弱太阳辐射的作用，同时，各防护模式的太阳辐照度均随着太阳高度角的升高呈递增趋势，至13:
00达到最大值，以后随着太阳高度角的降低呈递减趋势。
不同防护模式太阳辐照度的季节变化有所差异，经过经过对不同防护模式不同季节日均太阳辐照度的方差分析，结果春、夏、秋３个季节的方差达极显著水平，而冬季的差异不显著。
产生该现象的原因，可能在冬季时，许多植物落叶或枯死，使植被郁闭度或覆盖度下降，加上此季节的太阳辐照度较弱等因素的影响有关。
另外，徐丽萍（2008）提出人工植被的光照效应是由于植被冠层结构对太阳光直射的拦截和对太阳直接辐射的削弱，使透过的光强和光质发生了变化，使地面所受的太阳辐射强度降低，从而使光照强度的日均变化和日变幅降低（与对照相比），冠层的差异导致不同植被类型不同层次间光环境相对复杂和多变，其遮光效应混交林＞灌木林＞草地。
另外，范文波、雷雨等（2006）对古尔班通古特沙漠边缘芨芨草试验园区的防风固沙效果进行研究，发现从有效辐射和太阳总辐射变化来看,芨芨草地与沙漠地变化趋势极为相似,数值差异不大。
即说明芨芨草对太阳辐射影响不明显。
（二）关于草本植物温度效应的研究
温度效应又包括草本植物下垫面对大气温度的影响和对土壤温度的影响。
1.草本植物对大气温度的影响
范文波、雷雨等（2006）通过观测芨芨草地与沙漠地的气温日变化，发现在降温期间，芨芨草地较沙漠地气温降低幅度低11.29%,气温平均降低量小0.57℃/h。
说明沙漠里气温变化剧烈,芨芨草地相对较缓。
为探究不同梯度下草本植物对气温的调节作用，吴红敏、曾娇等（2014）通过对夏季柑橘园内套种黑麦草、藿香蓟、香矢车菊、柠檬罗勒、菊苣、及对照（裸地）小气候的观测，分析了离地20，50，100，150cm不同处理高度下气温的日变化规律，发现在20～150cm范围内，各处理高度下不同种类的草本植物均有一定的降温作用，各处理对气温具有一定的调节作用，说明夏季植草能在一定范围内降低大气温度，使得空气温度变化相对缓和。
另外，为研究草本植物对气温的年变化是否有影响，梅立新、李会科（2010）通过对渭北旱地苹果园生草气温小气候因子的测定,同时以清耕果园为对照进行同步观测。
得出生草区与清耕区果园气温月变化有较一致的规律,即4～7月气温较快上升,7月出现峰值,8～10月气温又较快下降，呈现明显的单峰型变化，与渭北区域气候的节律性变化特征一致。
但生草下垫面对果园气温具有调节作用,4月生草区果园气温较清耕区升高,说明生草在气温较低的春季具有增温效应,这可能与牧草地被群落减小了果园内乱流作用,削弱了空气热量上、下层交换有关。
5～10月生草区各标准地气温均比清耕对照降低,表明生草具有降温效应,主要是因为生草覆盖降低了地面温度,同时提高了果园的空气湿度,增加了空气热容量。
数据结果显示生草区的日振幅低于清耕区，表明生草缓冲了日温变化,气温日波动性减弱,这对于减轻不良气候对果树生产的影响具有重要作用。
2.草本植物对土壤温度的影响
田凤文（1964）对地表温度的极值变化情况进行调查，数据结果显示，裸地的地面最高温度远远高于苜蓿草地，并且裸地的日较差也高于苜蓿草地，该作者认为，造成土壤温度的极值现象主要是在白天太阳幅射可直达裸地表面,热量多用在地表增热上;而苜蓿草地、紫穗槐地，因有地被物阻挡了部分或大部分太阳辐射,地表获得的热量相对的减少了,故裸地的最高温度比苜蓿草地高，也比紫穗槐地高。
但最低温度两种地面几乎一致。
原因可能是因昼长夜短,裸地在白天蓄积的热量多,而损失热量时间短,所以裸地的最低温度不致太低。
而苜蓿草地、紫穗槐地在白天因被复作用,使地面得到的热量较少;夜间又因植物阻碍地面失热,.故裸地苜蓿草地、紫穗槐地的最低温度几乎表现一致。
同时，研究者通过对地面温度日变化的观测，发现裸地的峰最高,紫穗槐其次、苜蓿草地最次。
地面温度的日变化同样是受植被的影响,昼间获得的热量不同,夜间失热也各异,因而裸地地面温度变化得剧烈。
为探究不同土壤深度条件下植物对土温的影响，研究者测量了5、10、15、20、25、30cm六个不同深度层次的土温，发现在各个时间内,各个深度,裸地上的土壤温度皆比苜蓿草地、紫穗槐地高,其中以日间差别最大,夜间差别最小，但差异随深度增加而减小，在日振幅上，同一深度的日振幅裸地比有地被物的大，但各样地内的日振幅随着深度的增加而减小。
郑伟尉、徐凯等（2013）以盛果期“翠冠”梨为试材，研究了梨园自然生草和清耕条件下梨树气温和土壤温度的差异。
发现自然生草显著降低了夏季梨树冠层最高温度、平均温度和土壤温度。
从试验结果看出，自然生草栽培在梨园小气候内产生了较强的遮阴效果，生草区近地表温度下降，下降幅度随冠层的下降而增加，这一结论与田凤文（1964）的研究结果相似，同时，郑伟尉、徐凯等（2013）还指出，果园生草首先影响土壤对太阳辐射的吸收转化和热量传导，从而影响了不同深度的土壤温度，梨园生草可避免夏季高温严重抑制光合机构的光能吸收利用效率，缓和了叶片的光合“午休”现象。
严菊芳（2009）在对干旱条件下冷型小麦的农田热量平衡及小气候特征的研究中也指出，正常天气下，白天，作物群体下的地面温度低于裸地地表温度；夜间，冷空气被茎叶阻挡，地面温度比裸地偏高。
徐丽萍、杨改河（2010）利用定点观测的方法，对安塞县退耕地上建立的人工植被和撂荒形成的自然植被群落进行了大气温湿状况、土壤水热状况等小气候特征的观测分析，并以裸露农地为对照，比较人工植被和撂荒植被对小气候的影响效应。
他们指出土壤的热状况主要表现为土壤温度，其研究结果与上诉研究者的结论一致，即在植被生长季，日间各层温度变化各异，为不规则变化的单峰曲线，在地表温度表现得更加明显，其变化程度随着土层加深而减缓，并以位相落后的形式向下传递，这说明热量的传递具有一定的滞后性。
人工植被和撂荒植被的平均导温率均大于裸露农地，说明植被的存在使土壤的导热性能提高了。
为探究土温的月变化，李会科、梅立新等（2009）通过研究黄土高原旱地苹果园行间种植白三叶和多年生黑麦草对果园小气候的影响，发现4-7月气温上升时,生草区地表及5、10、15、20cm土层温度均比清耕区低,表明生草对不同深度土温具有降温效应,随着土层的加深,生草区土温降幅均表现出0cm>5cm>10cm>20cm,且随着气温的升高,各土层土温降幅有增大的趋势。
8-10月气温下降时,生草区地表及5、10、15、20cm土层土壤温度与清耕区的差值明显减少,说明生草在该时期具有一定的保温效应。
笔者通过分析此篇文章的数据发现，4—10月，清耕区气温均高于生草区，即在8—10月，气温下降时，生草区的气温低于清耕区，并未显示出秋季生草的保温效应，认为数据与结论不符。
（三）关于草本植物湿度效应的研究
湿度效应包括草本植物对大气湿度的影响和对土壤湿度的影响两个方面。
1.草本植物对大气相对湿度的影响
仇化民、李怀德（1991）选用半导体多点温度仪，分设草地、裸地（对照）测定了150cm，植株高度2/3处（活动面）和20cm三个不同高度的湿度。
他们从试验得知,草田中土壤蒸发比裸露地面少得多,而叶面蒸腾甚为可观由于草田燕散消耗大部分热量,在湍流热交换方面便相应减少。
与交换强度减弱的同时,蒸发和蒸腾使植株的湿度比裸地的空气湿度大,且愈到底层,湿度愈大。
在此基础上，严菊芳（2009）之处，小麦群体的湿度分布还与生长阶段有关，即在小麦生长初期，其湿度大小与裸地无差异；在小麦生长中期，作物群体蒸发和蒸腾旺盛，各高度的水汽压均比裸地高；在小麦生长后期，随着叶子变黄、脱落，蒸腾和蒸发减弱，作物活动面对小气候的影响逐渐减弱，其水汽压与裸地的差异渐趋不明显。
为探究大气湿度的年变化，梅立新、李会科（2010）采用定位观测的方法,对渭北旱地苹果园生草气温、相对湿度等小气候因子进行了测定，同时以清耕果园为对照进行同步观测。
4～10月，即牧草返青期至果实采收期生草区果园空气相对湿度均比清耕区升高,表明生草具有增湿效应且不同生草种类其增湿效果不同。
并且指出不同月份生草的增湿效果不同，说明生草的增湿效应具有时间上的异质性,这可能与所生牧草阶段性生长发育有关,不同生长发育阶段其所形成地被群落盖度、高度、蒸散量等随之发生变化，这与严菊芳（2009）的研究结果一致。
2.草本植物对土壤湿度的影响
吴红敏，曾娇（2014）通过测定5、10、15、25cm深度下土壤的含水率来分析草本植物对土壤湿度的影响，发现各植草处理在不同深度不同时间土壤含水率均高于对照组，在垂直方向上随土层深度的增加土壤含水率逐渐降低，水平方向上随着时间的增加土壤含水率逐渐降低。
植草栽培在一定范围内能够抑制土壤水分蒸发，提高土壤含水率。
在此基础上，吴红敏，曾娇（2014），将各土层土壤温度和土壤含水率进行相关性分析，进一步探究了土壤含水率与土温的关系，发现各土层土壤温度和土壤含水率相关性显著。
总体上，土壤温度和土壤含水率呈显著负相关，相关系数随着土壤深度的增加而减小。
（四）关于草本植物风速效应的研究
徐丽萍（2008）指出，风速是小气候研究中最具有随机性、多变性的指标，但植被的减风效果却是可以测定的。
通过对混交林、灌木林和草地的风速进行测定，结果表明，人工植被区风速比对照样地明显降低，平均风速降低了68.98%。
在近地层50cm～100cm处效果更为显著，平均风速仅相当于对照风速的33.33%左右，其减风效益混交林＞灌木林＞草地。
指出无论是混交林，灌木林还是草地，与对照相比，都在一定程度上降低了风速并使风速廓线发生变化，削弱了近地面层空气湍流交换作用的强度。
范文波、雷雨等（2006）通过对人工种植3年的古尔班通古特沙漠边缘芨芨草试验园区的防风固沙效果进行研究，结果表明：
从晚到晚风速依次呈小—大—小的变化趋势，芨芨草地与沙漠地有相似的变化规律,但芨芨草具有明显降低风速的作用，而且越接近地面风速的降低率越大，即芨芨草对风能的削弱程度越强。
指出种植芨芨草后对沙漠小气候有较好的改善作用,可以明显降低风速32.00%～85.77%。
为研究黄土高原旱地苹果园行间种植白三叶和多年生黑麦草对果园小气候的影响李会科、梅立新等（2009）采用定位观测的方法，对渭北旱地生草苹果园空气温度、相对湿度、土壤温度等小气候因子进行了测定,同时以清耕果园为对照进行同步观测。
结果表明，观测期无论那个月份,T1、T2、T3区风速均小于清耕区。
这与前面的研究结论一致。
三、总结及展望
在众多的研究之中，我们可以得知草本植物在缓冲日气温、年气温的波动性，增大空气湿度，减弱风速，削弱太阳辐射，缓解天气的骤然变化等方面具有重要作用。
但目前，学者们多以“果园生草”为主题，进行小气候的研究，即对于草本植物改善小气候的研究多局限在果园小气候内，而对于其它类型的小气候的研究涉及不多，因此在推广中不具备普遍性和重演性。
并且，研究时间多选在夏季，对于冬季草本植物对小气候影响的研究少有涉及，草本植物在夜间是否有保温作用还有待商榷，针对这些问题，由于我国的果园生草技术正在发展阶段，尚未成熟，可以预期未来会有更多的相关学术研究，而本文的综述报告希望能对后面的研究学者有所帮助。
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