林网内作物光合作用生理生态过程特征

通过测定林网网格内不同作物光合作用生理生态过程中主要指标,发现农田防护林网对农田上不同区域内作物的光合作用过程存在着不同程度的影响,林带的影响尺度主要在林带边缘农田上0～2H的区域内表现最为强烈。同时在网格内不同时间、不同方位、不同走向林带的影响范围有着明显的差异,这种差异主要是由于林带的存在,使林网内不同区域光辐射强度不同,且作物叶面积获得的光辐射总量发生了变化所致,引起作物生产力的不同。研究结果表明,农田防护林是农田生态系统中作物界面环境因子异质性形成的主要因素。由于不同配置方式所构成的这种带状网络树木群体引起了一定范围内作物生长发育过程中生理活动所依赖的环境因子的变化,这种变化对作物的生理生态过程产生了相应的影响。     

河西绿洲农田防护林多样性分析与评价

运用生态经济和生态景观学的原理，对河西绿洲农田防护林树种选择、林带配置及林网景观布局进行多样性分析与评价，提出防护林多样性构建框架及其更新改造措施．为今后农林复合生态系统中防护林的建设和发展提供了一定的科学依据。     

宁夏地区农田防护林结构与小气候效应

 为研究宁夏地区农田防护林体系的生态效益,于2002年和2003年8月,对宁夏地区农田防护林体系的疏透度、林网内风速、温度、湿度、农作物增产量等多项生态因子,进行了全面调查。采用综合疏透度和农作物增产量的综合权重指标分析表明:大林网、多林带、多树种混交,利于防护林体系综合效益的提高,应是今后防护林建设的重点。对该地区农田防护林体系的生态效益研究表明:农田防护林的防风效能在35%～45%时较高,偏高或偏低时,防护效能都将下降,农田防护林体系特征,决定了林网内风速变化规律;农田防护林体系通过对太阳辐射的再分配,在地面、树体、树叶及作物表面使温度下降40%～60%,这种温度效益在宁夏地区具有防止作物被灼伤的作用;农田防护林网具有增加空气相对湿度和土壤含水量的生态效益,其作用机制与林带的防风功能密切相关。     

土地整治过程中农田防护林的生态景观设计

如何快速有效地提高农田防护林的生态景观效益是土地整治绿色基础建设中亟待探讨的命题。该文在野外实地调查的基础上,定量计算了现有防护林带的疏透度、有效防护距离和占地面积,并基于农田防护林生态化建设标准,分析了现有林带乔灌木结构配置、林带间距以及林带宽度的合理性,且对不合理的林带结构进行了生态化设计。同时,定性分析了项目区现有防护林带的优势景观空间、景观节点、重要景观轴线和功能区的景观建设需求。最后,结合生态化和景观化两个过程进行了防护林带空间结构和植物景观配置的综合设计。结果表明,综合了生态化和景观化的土地整治农田防护林设计,提高了项目区林带生态和景观结构的合理性。该研究为实现快速化农田防护林生态景观设计提供方法。     

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。     

黄泛平原小网格农田林网的风场特征

有效控制黄泛平原风沙危害对于农业增产增收具有重要的意义,以山东省菏泽市鄄城县黄河滩区3种主林带林龄(分别为4 a、6 a和8 a)的等面积小网格(分别记为网格1、2、3)农田林网为研究对象,通过空间多点观测,研究网格内风场的空间分布特征及其防护效能。结果表明:主林带树高或林龄对林网内风速的变化有较大影响,防风效能和防护面积随着主林带树高的增加而增大。林网内风速的半方差函数分析表明,3种网格内风速理论变异模型分别为高斯模型、球型模型和球型模型,而且有强烈的空间自相关性,其自相关性大小和空间连续性与主林带林龄密切相关,表现为网格1<网格2<网格3。以降低风速30%～50%为标准确定有效防护面积,3种网格的平均有效防护面积比分别为31.0%、40.7%和46.7%。总体上,相同面积林网的防护效能随林带树高增大而增大。研究成果可为农田林网的可持续经营提供理论依据。     

三种网格的农田防护林防止土壤风蚀的效应研究

在山东省夏津县黄河故道冲积沙地建立土壤风蚀试验区,采用标尺法对3种网格的农田防护林和对照地的土壤风蚀量进行观测,测定结果表明:农田防护林网可明显减少风蚀损失,其中,130m×300m林网相对于对照减少土壤风蚀量81%,260m×300m林网相对于对照减少78%,300m×400m林网相对于对照减少75%,即随着网格面积的增加对风蚀量的影响越来越小。同时,土壤风蚀程度与测定期间日平均风速>4 m/s的出现频率有密切关系,土壤风蚀量与风速之间的最佳拟合关系为幂函数关系,二者之间呈正相关关系,相关系数在0.95以上。黄河故道冲积沙地农田防护林网对5.0~5.9 m/s范围内的风速引起的土壤风蚀防治效果最好。     

农田防护林对田间地表节肢动物分布的影响——以昌图县为例

提升农田生物多样性是当前生态农业研究的热点问题。为探讨农田防护林的生物多样性保护功能，本研究在辽宁省昌图县金家镇选取8个农田-防护林单元（每个单元即为1个田块），使用陷阱法调查了不同类型林带（完整型、残缺型、消亡型）相邻的农田中，距林带不同距离处（0 m、50 m、100 m、150 m、200 m）地表节肢动物的分布情况，同时记录林带内的植被群落特征。采用方差分析以及群落排序的方法，分析了林带类型、距离梯度以及林带植被结构对农田地表节肢动物分布的影响。研究结果表明：1）与消亡型相比，完整型和残缺型林带相邻的农田物种多度显著较高，物种多样性在各类型林带农田间无显著差异，与完整型及残缺型林带相邻的农田维持着区别于消亡型林带的地表节肢动物群落结构。2）完整型和残缺型林带相邻的农田物种多度梯度变化显著，随距林带距离的增加均呈由低到高的变化趋势；不同类型林带农田中，物种多样性随距林带距离的增加逐渐递减，边缘效应显著。3）林带中草本层物种多度和乔木层盖度是影响农田地表节肢动物群落分布的主要因子，共解释了35.4%的节肢动物数量变异；不同节肢动物物种对林带植被结构的响应存在差异，步甲和蜘蛛作为当地农业景观中主要的天敌类群，与上述林带植被结构因子关系密切：林带内较高的草本层物种多度有利于增加农田中某些步甲常见种的多样性，而较高的乔木层盖度有利于增加蜘蛛目常见科的多样性。研究结果表明，农田防护林作为研究区主要的非耕作生境类型，能够显著提升相邻农田中地表节肢动物的多度，对于物种多样性的提升作用则不明显；林带内草本层物种多度以及乔木层盖度对蜘蛛、步甲等多类天敌多样性保护具有积极作用。因此，加强农业景观中现有林地的改造和提升，如营造适宜盖度的上层林木以及丰富的林下植被，能够提升现有林地的生境质量，进一步发挥其对农田生物多样性的保育功能。     

防护林对农田水分过盈吸收的防治措施

农田防护林多以旁侧根系庞大的杨树为主 ,导致林带两侧的农作物严重缺水 ,造成减产。在距林带两侧边行 2m处开一条与林带平行的梯形断沟 ,并对其进行生物养护 ,可切断林带伸向农田的侧根 ,截断其与农作物争夺水分的通道 ,大幅度提高农作物产量 ,而且能减少水土流失。同时 ,还可利用沟底、沟埂种植优良灌木和牧草 ,提高农民收入     

干旱半干旱区落叶期农田防护林防风效果的风洞试验研究

探究落叶期不同结构乔灌木农田防护林带的空气动力学特征,合理配置林带结构对于减轻风季(10月-翌年5月)干旱、半干旱区农田土壤风蚀灾害具有重要意义。该研究利用风洞模拟技术,以"2行1带"式乔灌木林带为研究对象,按照1:100的缩尺比例,设计了不同疏透度、不同行距的林带模型,分析不同结构林带的风速廓线、防风效能和有效防护比,揭示落叶期不同结构林带空气流场特征和防风效果。结果表明:乔、灌木林带对空气流场垂直结构产生了不同影响,乔木林带对气流具有分层作用,风影区位于林带后5倍树高处(5H),灌木林带对气流具有抬升作用,风影区紧邻林带;疏透度较低的林带风速削弱作用更明显,疏透度45%、58%的乔木林带主要防风效能区间分别为20%～25%和15%～20%,疏透度36%、54%的灌木林带主要防风效能区间分别为10%～20%和5%～15%;在疏透度相近的条件下,行距对乔木林带防护效果的影响较小,在相同防风效能下不同行距乔木林带的累积有效防护比相差不到5个百分点,行距对灌木林带防护效果能产生较明显的影响,4cm行距灌木林带相比2.5cm行距林带在相同防风效能下的累积有效防护比高18～25个百分点;本研究中,乔木林带和灌木林带最优配置均为低疏透度(乔木45%、灌木35%)宽行距(乔木6 cm、灌木4 cm)模式。因此,在干旱、半干旱地区构建农田防护林带时,应当充分考虑林木落叶期的结构特征,针对乔木、灌木各自的特点有针对性地进行搭配,在合理的林带疏透度范围内,适当增大林带行距,以提高林带的防风能力,保障林木的健康生长。     

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。     

和田地区绿洲外围防护林体系的防风阻沙效益

通过对2010年和2011年和田地区策勒县、皮山县、和田县吉亚乡3个绿洲外围靠近沙漠边缘的防护林防风阻沙效益进行野外实地调查及对防护林内小气象站和配套积沙仪定点观测数据分析,发现和田地区绿洲外围防护林体系树种较单一,由于垦荒天然防护林面积在日益缩小,导致新的幼小新疆杨防护林防风阻沙效果不是很理想;在相同的水分灌溉条件下,沙拐枣防护林生长较新疆杨、梭梭、柽柳防护林成活率高,并且生长迅速,需水量少,且疏透度较小,防风阻沙效果更为理想。为有效提高和田地区绿洲外围防护林防护效益,应合理垦荒保护好绿洲-沙漠过渡带的天然植被,从流沙前沿至绿洲内部合理设计天然草灌带-人工防护林带-农田小方格防护网,防护林树种的选择不仅需考虑其耐水性、疏透度,还应适当考虑防护林经济效益。通过对和田县吉亚乡防护林示范区BSNE积沙仪不同高度水平输沙量、输沙率及其粒度样分析,表明从流沙前沿进入防护林内不同高度的输沙量都有很大程度的降低,并且风蚀沙粒平均粒径变细,随高度增加输沙沙粒分选性变差,峰态变窄,引起新开垦农田地表风蚀沙粒主要为极细沙。     

基于灰色系统理论的挠力河流域净耕地面积预测

[目的] 研究如何精准提取净耕地利用信息,为农田管理与耕地科学利用提供理论支持。[方法] 基于灰色系统理论提出净耕地预测思路,以典型粮食产区挠力河流域为研究区,在土地利用变更调查数据支持下,运用净耕地系数、突变检测模型、灰色动态模型（GM）等数理模型,提取并验证净耕地（包括旱地和水田）利用信息。[结果] 挠力河流域土地利用斑块面积变化表现出显著的“灰色”特征,对20 hm²等额面积区间的非旱地和非水田斑块面积累加处理,可增强数据列的规律性特征;GM （1,1）灰色系统模型和多项式预测方法均可较为准确地提取非旱地和非水田面积信息。2018年,挠力河流域旱地和水田的净面积分别是1.06×10⁶ hm²和3.87×10⁵ hm²,对应的净系数为97.65%和98.07%。[结论] 耕地斑块面积变化具有灰色特征,可采用灰色系统理论进行净耕地面积预测。     

Quantifying farmland shelterbelt impacts on catchment soil erosion and sediment yield for the black soil region,northeastern China

As one part of the ‘Three Norths’ forest protection system, dense farmland shelterbelt networks in northeastern China could greatly modify water and sediment flows. In this paper, catchment soil erosion rate and sediment yield (SY) that are impacted by farmland shelterbelts were estimated using WaTEM/SEDEM model. The shelterbelts reduced catchment soil erosion and SY to some extent. The mean soil erosion rate and specific sediment yield (SSY; defined as the ratio of SY to catchment area; t km^?2 yr^?1) of the 25 reservoir catchments decreased from 351.6 and 93.9 t km^?2 yr^?1 under the supposed scenario without shelterbelts to 331.1 t km^?2 yr^?1 and 86.3% t km^?2 yr^?1 under the current situation with shelterbelts. The sediment trap efficiencies (STEs) varied from 0.01% to 23.6% with an average value of 7.6%. The STEs were significantly correlated with shelterbelt density, catchment perimeter, topographic factors, RUSLEP‐factor and land use patterns including patch density (PD), patch cohesion index (COHESION), Shannon's diversity index (SHDI) and aggregation index (AI). The multiple regression equation involving factors of catchment's topography and morphology and land use pattern has a satisfactory performance, and mean slope gradient (MSG) and AI explained most of the variability of shelterbelts’ STE. This information can help land managers to better design shelterbelts and to reduce water‐derived soil loss at catchment scale.     

基于防护保证率的农田防护林林带间距调控

农田防护林林带间距的设置关系到防护林防护效益和农田单位经济效益的权衡。该文以新疆南疆枣树防护林为例,引用水文学中防护保证率的概念和方法,以枣树受风害危害的概率特征为基础,兼顾防护林防风生态效益和经济效益最大为目标,建模分析和野外试验相结合,研究了农田防护林林带间距调控方法。结果表明:1)运用防护保证率的方法能够实现对农田防护林防风生态效益与经济效益权衡的优化;2)枣树防护林的防护保证率在95%,林带间距为132.1 m左右时,单位经济价值达到最优,高出常规防护林间距经济产量6.2%;3)林带疏透度为0.34大于疏透度为0.49的防护效益。该研究可为农田防护林林带间距定量调控提供参考。     

气候变化和人类活动对吴起土壤侵蚀的影响

通过分析GIMMS和SPOT VEGETATION的NDVI数据,1997年和2007年TM卫星数据,以及吴起降水、径流、输沙量等资料,利用相关分析,回归分析,并建立数学模型,得出结论。发现吴起1999-2007年9 a中NDVI增加了24.4%,退耕前后NDVI比较,冬季的变化较小,植被生长季节的4-10月NDVI有明显的差值,平均相差0.039,9月相差最为明显,达到0.062,其次是5月、10月和8月。与1997年相比,到2007年吴起县有75.15%耕地不再耕种,退出的耕地主要变为草地、林地和果园;林草覆盖率增加显著,由1997年的37.06%提高到2007年的80.60%;高坡度耕地绝大部分实现退耕,>25°的坡耕地80%～90%实现了退耕;低植被覆盖度的土地面积在大幅度减少,相反高植被覆盖度的土地面积在大幅度增加,退耕还林（草）的成绩是显著的,生态环境有了明显的改善。模型计算表明,退耕还林工程产生了较明显的水土保持效益,平均减水效益32%,减沙效益53.6%,土壤侵蚀明显降低。人类活动因素的贡献率远大于降水因素。