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。     

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.     

农田防护林防风效能的遥感评价

防护林是农田生态系统的重要组成部分,在农田生态系统中扮演着重要的角色。疏透度是一个重要的森林结构参数,被广泛应用于农田防护林防风效能的评价研究。遥感技术具有高空间分辨率和重复对地连续观测的特点,可以弥补野外调查工作的不足。该研究以疏透度为研究对象,利用高空间分辨率遥感数据实现农田防护林疏透度的定量估算,得到研究区防护林网疏透度的空间分布。然后根据估算的疏透度,将研究区防护林网分成紧密型,疏适型和稀疏型3类,以此对其防风效能进行评价。研究结果表明,林带结构参数中平均冠高、叶面积指数和林带宽度的变量组合与防护林疏透度相关性最好,相关系数达到-0.941。利用此变量建立的估算防护林疏透度的统计模型平均精度达到85.413%。疏透度分类统计结果表明,研究区内防护林网多以疏适型防护林为主,占研究区防护林网面积的60.733%,疏适型防护林具有最优的防风效能。相关研究可以为利用遥感手段进行农田防护林的防风效能评价提供参考依据。     

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。     

行带式配置柠条林防风效益风洞试验研究

柠条(Caragana korshinskii)是我国重要的固沙灌木造林种,在沙区植被重建中被广泛使用.为了使柠条防护林更加稳定高效的发挥防护效应,需要对其空间配置结构进行研究.针对柠条防护林空间配置的问题,该研究设计了风洞模拟试验.试验结果表明:柠条林的空间结构分布对其防护效益具有重要影响.疏透度是影响防护林的防风效果的重要参数,低矮灌木防护林疏透度以0.5左右为优.盖度对防护林的防风效果具有更重要的意义,盖度在20%左右就能有效的降低风速,且连续的行带式配置中林带对气流具有逐级削弱的能力.     

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。     

不同配置乔灌混交林防风效益的风洞试验

防护林对减轻风沙灾害,改善和恢复干旱区生态环境意义重大。为优化干旱区防护林配置,该研究以旱柳、梭梭和油蒿为研究对象,设计A型(高密度)、B型(中密度)、C型(低密度)3类乔灌混交林模型,每类林带依据林龄(5、10和20a)设计3种高度,共9种乔灌混交林模型。在12m/s风速条件下进行风洞试验,分析不同配置乔灌混交林的风速频数、风速流场、有效防护面积。结果表明:不同配置的乔灌混交林背风面风速流场差异显著,等密度林带高度增加,带后相同位置的风速减小、气流越平稳,树龄5 a的中密度和低密度林带风速分别集中在7.2～7.6、7.5～8.5 m/s,树龄20 a的中密度和低密度林带风速分别集中分布在4～5、4.5～5 m/s;树龄10 a的中密度和低密度带后最大风速与高密度林带相似,但最小风速分别为高密度林带的5.88、7.27倍,说明高密度林带降低风速作用明显,但风速随着林带距离的增加恢复迅速;不同密度林带的防风效能最佳区随带高的增加而向后移动,林带高度增加,林带密度优势减弱。因此,中高林龄的中密度乔灌混交林生态效益、经济效益最优。     

河北省坝上地区牧场防护林的防风效能研究

[目的]揭示河北省坝上地区御道口牧场防护林林带的防风效能,为牧场防护林建设提供理论依据。[方法]以樟子松防护林林带为研究对象,运用空间多点观测法观测。[结果]当旷野风速为3.84m/s时,在林后1(H为林带平均高度)H处,风速最小,同时防风效能最大,但随着水平距离的增加风速在逐渐升高而防风效能呈逐渐下降趋势。旷野风速越大,林带防风效能增大,有效防护距离变大。当旷野风速为5~6级时,在林内,1H,5H处的防风效能最好,防风效能范围为67.97%~94.27%。不同垂直高度上防风效能的变化趋势由大到小为:30,50,150,300cm,风速的分布规律变化趋势与防风效能正好相反,由大到小为:300,150,50,30cm。[结论]牧场防护林林带后的1~10H区域是林带的最佳保护区和作用范围,其中林后1H的防风效能最好,但会随着风速和垂直高度的变化而有一定的差异。     

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。     

仿真固沙灌木防风积沙效应的风洞模拟研究

仿真固沙灌木是一种由抗老化的高分子化合物聚合而成并具有与油蓠、沙蒿等沙生灌木相似外部形状的新型防风固沙材料.在风洞内对不同疏透度(β)的仿真固沙灌木,在7,9,12,15 m/s的实验风速下进行模拟研究,测定其防风与积沙效应,探讨输沙量与风速和疏透度之间的关系.结果表明:仿真固沙灌木在不同风速条件下,整个风速流场过程可分为灌木前部、灌木内部、灌木后部3个区域,形成6个减速区和4个加速区,共10个新能区.其中,障前H、0.5H区域和障后0.5H～3H区域为主要的风速削减区.不同疏透度的仿真固沙灌木在不同风速条件下其水平风速降低趋势一致,平均降幅在35%～46%之间,其中,枝条数20根、疏透度(β)为36%～41%的仿真固沙灌木降幅最大.不同疏透度仿真固沙灌木障后输沙量随风速增加而增大,但其阻沙效益差异显著,疏透度(β)为36%～41%的仿真植物在不同风速下阻沙效益稳定,表现好.从仿真植物的构型设计与生产成本、防护效应及实际设置等方面综合考虑,初步确定仿真固沙灌木最佳疏透度(β)应在30%～40%之间,枝条数量在16～20根之间较为合适.     

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。     

风沙区不同配置农田防护林防护效应及其对农田土壤水分的影响

[目的] 明确风沙区不同配置农田防护林产生的防护效果差异以及影响田间土壤含水率的作用因子,为该地区水分管理和土地利用提供理论依据。 [方法] 选择南疆阿拉尔市十团3种典型配置的农田防护林,研究不同配置防护林内土壤含水率、风速、光照强度、空气温湿度等因素,综合分析土壤含水率变异性决定因子。 [结果] 疏透度为41%的5行新疆杨对田间小气候改善作用在0～1 H范围最显著,疏透度为47%的1行胡杨+2行新疆杨的林内有效防护距离最长,且田间土壤含水率显著大于5行新疆杨且大于4行新疆杨。5行新疆杨林内土壤含水率主要受空气温度、湿度、光照强度的影响,4行新疆杨和1行胡杨+2行新疆杨土壤含水率与防护林距离和土层深度有关。总体来看,林带疏透度对土壤含水率有直接负向作用,同时土壤容重随土层深度变化间接对含水率产生负向影响。 [结论] 合理调整农田防护林配置结构,能够提高防护林防护效益,为风沙区作物生长提供有利条件,同时促进当地水资源合理利用和可持续发展。     

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。     

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。     

且末绿洲沙漠过渡带防护林工程小气候效应研究

为了探讨沙漠绿洲过渡带不同林龄的防护林对区域内小气候的影响,揭示风速、温度、湿度等气象要素的时空变化规律,针对且末绿洲边缘区块状防护林生态屏障,设置了5个观测点,采用小型自动气象站对防护林区和裸露流沙区的风速、空气温度、湿度进行连续同步观测。结果表明:(1)相对裸露流沙地,梭梭林(2a,5a,7a林龄),17a林龄混交林防风效能分别为5.26%,31.57%,42.10%,78.94%。混交林(17a)的防风效能显著高于梭梭林(2a,5a,7a林龄),但各防护林防风效能随着风速的增大有所下降。(2)防护林可以降低区域内的日均气温,且林龄越大,降温效果越明显;但达到一定年限后,降温效应不再增强。(3)夜晚裸露流沙区气温高于防护林区,白天混交林(17a)区气温显著高于裸露流沙区。(4)防护林可以增加空气湿度,林龄越大,增湿效应越强,防护林区夜晚的增湿效应高于白天。     

植株高大的目标作物对防护林防风效应影响的风洞模拟试验

防护林对降低风害,促进农作物稳产高产具有重要作用,但目前防护林配置研究仅注意到防护林本身,忽视了果树等植株高大作物对风速的影响。该文选取1种果树（枣树）,3种疏透度林带（30.12%、25.01%和20.92%）,在3种风速下（8、10、和14 m/s）进行风洞模拟,研究种植枣树等植株高大目标作物时,防护林风场特征及防风效应。结果表明：不同风速和林带疏透度下,枣树对林带前后流场均具有显著影响,特别是林带后近地面风速削减程度较大。1）随风速增大,无枣树林带防风效应减小,有枣树林带变化较小,但增量增大,在8、10、和14m/s风速下分别增大16.40%、23.65%和29.05%;2）疏透度为30.12%时,有枣树林带综合防风效应最佳。随疏透度减小,无枣树林带防风效应增大,有枣树林带变化较小,但增量减小,在3种疏透度下分别增加22.72%、15.22%和1.28%。因此总结认为在集约化和精准农业要求下,进行枣树等植株高大作物防护林带配置时,应考虑目标作物的防风效应,如此可减少防护林面积,显著提高目标作物的经济效益。     

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。     

广西北海—合浦沿海防护林带(网)气象要素效应的研究

通过对广西北海——合浦沿海防护林带(网)气象效应的观测,分析了紧密、疏透和通风三种结构防护林带背风面不同距离的风速、气温、空气湿度、蒸发和地温等森林气象要素效应,得出它们的相对风速、防风效能、防护距离和有效防护距离,以及在强台风和常凤影响下的风速预报模式。并提出建设和改造防护林带(网)的具体建议。     

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。     

毛乌素沙地农田防护林结构配置研究

通过对毛乌素沙地不同类型地农田防护林结构配置与防护效益关系的调查测定与分析，结果表明：毛乌素沙地农田防护林类型可分为林带林多状、小片林、团块状林、复合型林等４种，最佳的农田防护林结构配置应该是林带向同道路、渠系相结合，主带结合采用稀疏型或低度疏透型，副带结构采用低度疏透型或低度通风型，带距在不同类型地风沙危害程度树木生长及农业要求上的差异而不同。