河北坝上农田防护林防风效能及类型配置研究——以河北省康保县为例

通过野外试验观测,对比分析了不同种类和林网结构农田防护林的防风效能,在此基础上提出了区域防护林优化配置建议。结果表明:综合防风效应和有效防护距离因素分析,对乔木农田防护林的综合防风效应进行评价:疏透型农田防护林 > 通风型农田防护林 > 紧密型农田防护林护林;在垂直方向上,三种疏透度的乔木农田防护林在不同高度上大体遵循随高度的增加防风效能逐渐下降的趋势。乔灌混交林、灌木防护林平均防风效能:榆树+柠条的乔灌混交林带21.5% > 灌木防护林带20.5%,风速降低20%的有效防护距离分别出现在林后25H和12H。防护林建设方面乔灌木混交林应为首选;灌木防护林可布设在沙漠化严重的坡耕地或风口地带的农田;乔木防护林不是最佳的选择。     

前高后低型防风固沙林防风效应及其对风向的响应

[目的]研究由梭梭和柠条组成的前高后低型复合林带的防风效应及其对风向的响应,为荒漠绿洲、沙漠公路、沙漠铁路等防护区人工防风固沙林的营建提供理论依据。[方法]以具有不同个体特征的梭梭和柠条为原型制作仿真植物,配置成前高后低型林带,记作AmBn型,其中,"A"代表仿真植物梭梭,"m"代表其株行距为15cm×40cm,"B"代表仿真植物柠条,"n"代表其株行距为8.5cm×25cm。将其在反方向风作用时记为BnAm型。通过风洞模拟试验,在7,10,15m/s试验风速下,对两种类型林带主要影响区的风速变化、气流加速率和防风效能进行分析。[结果](1)气流到达林带前速度整体降低,到达林带后分化为上(30cm以上)、中(5—20cm)、下(3cm以下)3个特征层,下部气流层在AmBn型和BnAm型林带后的风速恢复点分别位于23和12.5H处。(2)AmBn型林带风影区的范围大于BnAm型林带;两种林带在A,B植物区的冠层高度处各形成一个风影核心区,形成双核模式。(3)在7,10,15m/s试验风速下,AmBn型林带考察区的平均防护效能分别为34.44%,34.98%和32.51%。BnAm型林带考察区的平均防风效能分别为22.62%,19.70%和19.41%。(4)垂直方向上,林带对约1.5H高度范围以下的气流起减速作用,对此范围以上的气流起加速作用;水平方向上,AmBn型林带的防风效能在带前、带中、带后均优于BnAm型林带。[结论]林带的防风效能与两种树种沿风向出现的先后顺序有关,从防护效能和防护距离考虑,建议在防护区外围营建AmBn型林带。     

干旱风沙区农田防护林网空间风速与地表风蚀特征

为准确了解和评价干旱风沙区在典型大风环境下农田防护林空间风速分布,以及林网内风蚀状况,分别利用三杯风速仪和诱捕法,对干旱风沙区盐池县农田防护林网空间风速与地表风蚀特征开展了林网内不同水平距离内的距地表50、200 cm高度风速分布与地表风蚀状况监测。研究表明:1)随着防护距离的逐渐增大,风蚀量呈先增加后减少的变化趋势,而风速变化规律正好相反;50和200 cm高度的风速变化规律均一致,均呈先逐渐降低后逐渐升高的变化,以12H处对风力减小作用最明显,50和200 cm高度的风速降幅分别达到了51%和46%;林带防风效益与距离呈先增加后减小趋势,以12H(12倍的防护林带树高,下同)处200 cm高度最佳,为53.65%;侵蚀模数由林带内的轻度、1H处的强度到3H、7H处的剧烈,12H处为极强度,以3H处最大,为21 944.62 t/km~2。2)沙粒粒径以73.99、87.99、104.6μm区间为主,其中82.53%~99.93%沙粒均集中在248.9μm以下,为细沙粒,而旷野对照组沙粒粒径主要集中在104.6~148μm,沙粒明显较粗。因此,干旱风沙区沙质农田防护林网在典型大风日内对风速的减缓非常有效。但由于林网内沙物质源丰富,风蚀现象依然严重,对当地沙尘暴发生影响较大。该研究对准确掌握当地林网风蚀,科学评价林网防护功能等有一定的借鉴作用。     

新疆托克逊县不同配置防护林的防风蚀效能

[目的] 对比分析不同配置防护林迎风林缘与背风林缘的防风蚀效能,为干旱区绿洲城市防护林建设、防沙治沙以及生态环境改善工作提供理论依据。[方法] 以新疆托克逊县城郊区不同配置防护林为研究对象,通过观测近地表风速、起沙风速、近地表粗糙度、输沙量、风沙流结构等指标,对比研究混交林1（胡杨68%+柽柳32%）、混交林2（柽柳65%+胡杨35%）、梭梭林迎背风林缘的防风蚀效能。[结果] 不同配置防护林的地表粗糙度、起沙风速、风速廓线、防风阻沙效能都有差异。不同配置防护林地面粗糙度从高到底依次为：混交林2（0.569 cm）>混交林1（0.378 cm）>梭梭林（0.123 cm）。起沙风速从高到低依次为：混交林2（6.17 m/s）>梭梭林（6.02 m/s）>混交林1（5.98 m/s）。防风效能从强到弱依次为：混交林2>混交林1>梭梭林。阻沙效能依次为：梭梭林（48.2%）>混交林2（45.6%）>混交林1（37.1%）,各林地0—10 cm,10—20 cm垂直高度上的集沙量所占比例较高。[结论] 混交林2有效降低不同垂直高度的风速及输沙量,混交林2的防风蚀效能较高。     

塔克拉玛干西南缘风沙前沿防护林对条田的防护作用

[目的] 研究不同疏透度防护林对塔克拉玛干沙漠绿洲边缘条田的防风效能,为当地网格条田可持续发展提供理论指导。[方法] 选取塔克拉玛干南缘县城——新疆叶城县恰其库木管理区城郊防护林为研究对象,通过野外实地观测,对比研究不同疏透度防护林对塔克拉玛干沙漠绿洲边缘条田的防风效能。[结果] ①叶城县恰其库区防护林内条田里离防护林10—15 m范围是防风效果最佳区域,可种植防风能力较差农作物。②3种结构防护林总体而言,防护林1.5 m高处防风效能最佳,2 m处防风效能最低。本研究区条田内,种植生长期总株高小于1.5 m以下的农作物,可有效避免风害导致的损失。③疏透结构林带固沙效率最佳,通风结构次之,紧密结构林带固沙效率最差,其固沙效率排列顺序为：58.39%＞57.99%＞36.29%。[结论] 要发挥防护林的固沙作用,林带疏透度应控制在疏透结构为宜,可以使其达到较好的防风效果。疏透结构防护林周围的条田内可种植抗沙能力较弱农作物。     

延庆县人工植被的防风蚀效应研究

通过野外调查与实验观测,对延庆县两种类型人工植被在春季对风沙阻滞规律进行分析研究,结果表明农田防护林带风速在林带后7H处降低最大,防风效能最大,杨树片林风速在9H处最小,防风效能最大;杨树片林的粗糙度最大,农田防护林的粗糙度较小,片林的粗糙度比林内道路提高了1.65倍,比裸地提高了4.81倍;农田防护林带阻沙作用主要在林带背风面,占总阻沙量的82.3%,而杨树片林的阻沙作用主要在林内,占总阻沙量的87.1%.平均阻沙量片林＞林带防护林.     

延庆县人工植被的防风蚀效应研究

就延庆县两种类型人工植被在春季对风沙阻滞规律进行分析研究,通过野外调查与实验观测,研究结果表明农田防护林带风速在林带后7H处降低最大,防风效能最大,杨树片林风速在9H处最小,防风效能最大;杨树片林的粗糙度最大,农田防护林的粗糙度较小,片林的粗糙度比林内道路提高了1.65倍,比裸地提高了4.81倍;农田防护林带阻沙作用主要在林带背风面,占总阻沙量的82.3%,而杨树片林的阻沙作用主要在林内,占总阻沙量的87.1%。平均阻沙量片林〉林带防护林。     

和田地区绿洲外围农田防护林带的防护效益

在和田地区新垦农地外围的流动沙地种植新疆杨乔木+沙拐枣灌木复合防护林,通过布设风速风向观测仪、沙尘通量梯度仪、温湿度和辐射等测定仪于林带前后,研究防护林网的防护效益,为营建绿洲外围防护林和合理开发利用荒漠区的土地资源提供理论依据。结果表明,防护林带的防风效能随着高度的增加而减弱,大于起沙风速(6m/s)时,新疆杨林带、沙拐枣林带在0.5m处的防风效能分别为67.2%和94.5%,在3m处的防风效能分别为31.3%和33.7%。随着风速的增大,沙拐枣林带和新疆杨林带的防风效能均减弱,新疆杨林带的减弱更为明显。防护林带有效地降低了地表风速,减轻地表风蚀。林带内的输沙量仅为外围的10%左右。此外,林带内的太阳辐射强度下降,温度降低,湿度显著增加。由此可见,防护林可以有效地起到防风固沙,改善区域小气候的作用。     

乌兰布和沙漠东北缘人工梭梭林防风效能分析

[目的]测定乌兰布和沙漠东北缘不同林龄各坡位的风速,揭示梭梭林防风效能随林龄的变化规律以及与梭梭空间构型的关系。[方法]以乌兰布和沙漠东北缘种植3,5和8a的人工梭梭林为研究对象,通过测定林内及CK不同坡位距地表10,20,50,100,200cm高度处风速,对比不同年限梭梭林的防风效能。[结果]随着林龄的增加,梭梭林对近地表风速减弱作用增强;同一坡位下,3a梭梭林防风效能主要作用在0—100cm高度内,防风效能为48.19%,100—200cm高度内风速迅速恢复。5,8a梭梭林对0—200cm高度范围均有很好的防护作用,防风效能分别为69.72%,71.93%,二者间减弱效果差异不明显。相关分析显示梭梭林空间构型与防风效能显著相关,梭梭盖度、高度、冠幅与防风效能的相关性分别达到0.935,0.930,0.942。[结论]3a梭梭林迎风坡底、背风坡的防风效能优于迎风坡中、迎风坡顶,5,8a梭梭林与之相反。     

旷野风速对林网内风速分布及防风效能的影响

为了揭示旷野风速对农田林网内风速分布及防风效能的影响,通过空间多点实地观测,利用传统统计分析、Surfer软件、地统计学等方法对3种风速(5.4,7.2和10.3m/s)条件下的林网内风速分布及防风效能进行了分析。结果表明,3种旷野风速下主林带的背风面均形成一个较大范围的降风区;3种旷野风速下林网平均降低风速效能为26.1,23.3和25.7%,平均有效防护面积比为50.8%,41.7%和47.7%,林网的总体防护效能在风速为5.4m/s时为最大,风速为7.2m/s时为最小;3种不同旷野风速下林网风速空间变异函数均可以较好地拟合为球状模型,3种旷野风速下网格内风速块金值与基台值的比值较小,均小于25%,林网内风速均具有强烈的空间自相关性。旷野风速对林网内风速分布及防风效能的影响比较复杂,并不是单一的随着风速的增大而增大或减小,受林带结构及疏透度的影响较大。     

上海市郊林带的防风效应分析

用夏季台风影响期间上海市东南沿海南汇海塘边林带防风观测资料和冬季冷空气影响时北面嘉定浏岛林带防风观测资料分析上海市郊林带的防风效应。结果表明：无论是夏季台风还是冬季冷空气影响时，林带的防风效应是非常明显的。台风影响期间，离林带越近，减风效应越大，随高度增加，减风效果减小；而远离林带处的减风率较小，随高度升高，减风效果增大；而且林带的减风效应还与风速有关，风速越小减风效果越明显。冬季由于受两条交叉林带的影响，两个测点的防风效应基本一致。试验结果可为上海市郊林带布局提供参考。     

两种不同配置灌木林防风固沙效益

[目的]探讨退化梭梭(Haloxylon ammodendron)林和仿真灌木+梭梭灌木林对风沙流的风速、输沙通量及其沙粒的分布影响,为干旱区退化的防风固沙林功能恢复和建立提供参考。[方法]同时测定不同高度下裸沙地、仿真灌木+梭梭林和梭梭林的风速、输沙通量及其沙粒径,比较分析其风速消减率、输沙通量变化及沙粒度随高度分布。[结果]在风速3.0~8.9m/s范围,仿真灌木+梭梭林内的20cm高度的风速平均削减率达到61.35%。梭梭林的输沙通量是仿真灌木+梭梭林的1.5倍,裸沙地平均输沙通量是仿真灌木+梭梭林输沙通量的4.13倍。梭梭林与仿真灌木+梭梭林的输沙通量随高度变化都呈指数递减,其风沙流含沙量及沙粒度的空间变化在10cm以下较大。[结论]仿真灌木+梭梭林降低了林地风沙流中黏粉粒(≤0.02mm)向空气中输送量,改变了风沙流的沙粒度空间结构,迫使风沙流的输沙集中在较低层。     

埋土防寒区葡萄冬剪后挂枝的防风效果

为了改善葡萄传统栽培方式冬春季地表裸露导致的风蚀状况,该文研究了"爬地龙"栽培模式下,葡萄冬剪后枝条悬挂在铁丝上形成风障的防风阻沙效果。结果表明:此防护措施的透光疏透度值75.6%分布在0.48~0.68,均值0.58,确定为通风结构;分析风速与防护长度的关系,得到1 m高度处风速在途经风障时变化过程:遇风障减弱、集流加速、迅速减弱、恢复和背风侧消减;在风障中距迎风侧边缘34 m处风速达到最低值,较旷野风速值减小84.20%,防风效能达80.72%;从背风侧风障边缘到距离边缘34 m处,均属于相对有效防护距离以内,防风效能均值达40.94%;该研究中葡萄园的输沙量沿高度分布遵循幂函数,输沙量均集中在近地面。挂枝的距地表5~150 cm高度的总输沙量比对照高39.0%。该研究可为中国葡萄埋土防寒区的防风阻沙工作提供参考。     

利用PIV系统对防护林不同配置模式防护效益的研究

农田土壤风蚀沙化是北方农牧交错区农业生产发展的主要限制因子,为了研究防护林带防沙机理和防护效益,利用PI V(particle image veloci metry)系统,在风洞中对陕北靖边县3种不同的防护林模式进行了模拟实验研究。试验结果表明,从起动风速、风蚀强度和流场特征三方面来看,两行乔木中间夹两带灌木的防护林模式能达到最佳的防护效益,是3种防护林模式中最佳的。乔灌结合的防护林模式防沙效果较好的原因是能显著降低近地表层风速。     

西北防护林防风效应研究

风沙灾害是中国西北地区普遍存在自然灾害之一.为探查西北防护林的防风效能.,选取甘肃民勤和宁夏盐池2个典型的风沙灾害区,采用样地调查、统计分析、回归模型等方法,对农田片状林不同距地高度和不同疏透度在有效距离内的防风效能进行观测与分析,并对防风固沙林对地表粗糙度的影响进行了研究.结果表明,在防护林树冠以下有效防风距离内,随距地高度的增加防风效能逐渐增加;防护林的疏透度与其防风效能晕极显著负相关,相关系数达-0.941;防风固沙林随其郁闭度的增加,地面粗糙度逐渐增大,并给出防护林郁闭度和地面粗糙度之间的函数关系式.并且对产生这些结果的因为进行了初步的讨论.     

古尔班通古特沙漠南缘梭梭固沙林土壤粒度的分异规律

[目的]分析梭梭林地的防风固沙效果,为当地的沙漠化防治提供基本的资料,为生态建设提供可靠的依据。[方法]以古尔班通古特沙漠南缘莫索湾地区的梭梭(Haloxylon ammodendron)林地为研究区,按照距离沙源远近,分别选取了4种典型的梭梭样地,进行土壤样品采集,分析其粒径分布特征。[结果]位于沙源处的梭梭林由于沙尘来自古尔班通古特沙漠,沙源均一性以及分选性良好。土壤粒径主要受植被盖度的影响,使得沙地表层细粒成分增加;在一定的植被覆盖下,随着沙源距离的增大,表层土壤平均粒径依次减小,主要是因为植被拦截沙尘物质,使得表层土壤粒径产生差异;表层土壤平均粒径相对于下层呈增大趋势,且距离沙源越近变化幅度越大,但是土壤粒径峰度、偏度差异不大。[结论]表层土壤粒度特征存在差异反映了各梭梭林在不同的植被覆盖下风沙活动强度对其的影响,自然植被带与人工梭梭林能够有效拦截和固定大量的风蚀物质,但由于自然植被生长状况不如人工林,在植被大量衰退和强风蚀作用下对风沙的拦截作用较弱,因此,在自然植被带外围人工造林对当地风沙的阻挡作用起到至关重要的作用。