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。     

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。     

克拉玛依农田防护林带的有效防护距离与面积研究

对克拉玛依农业综合开发区农田防护林林带有效防护距离和面积进行了研究。结果表明,开发区现有林网规划不合理,在达到防护成熟时,林带树高不能满足对所需防护的空间范围形成有效防护的要求。如果要形成有效防护,就需增加主、副林带的密度。一般风速条件下,中等立地条件主林带的间距应为270m,副林带间距以400m为宜。并得出开发区防护林网在降低风速20%~50%的条件下,有效防护面积百分比分别为16.55%,13.54%,10.65%,7.54%,4.87%,2.59%和1.12%。     

乌兰布和沙漠绿洲4种灌木片林防风效果研究

选取了乌兰布和沙漠绿洲边缘4种灌木防风阻沙林地为研究对象,对4种林地的地表粗糙度、防风效能及其风速变化规律进行了观测和研究。结果表明：4种灌木均能够有效地减小风速,并随着高度的增加风速均呈增加的趋势。与林前相比,林内5H处的风速明显降低。4种灌木林的粗糙度均显著高于迎风面旷野处;2 m高度处,在林内距迎风侧1H~5H范围内,其防风效能花棒最大为24.79%;在20 cm高度处4种灌木的防风效能比较,花棒〉沙棘〉柠条〉柽柳,其防风效能分别为73.78%、57.64%、27.68%和21.78%,花棒的防风效果好于其他3种灌木。     

浑善达克沙地南缘风蚀量的研究

在对浑善达克沙地南缘多伦县沙漠化土地调查中,就其风蚀地貌进行了详细的研究,不仅论证了风蚀地貌的形成、类型和分布,而且实测了不同类型区的风蚀量数据。并采用克拉瓦洛维克的风蚀强度公式计算了该地区风蚀量的理论值。以测定数据为基础,研讨了增加地表粗糙度的方法及防止或减缓风蚀的有效途径,并且具有在同类地区示范推广作用。     

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。     

Effects of sand-fixing and windbreak forests on wind flow: a synthesis of results from field experiments and numerical simulations

Sand-fixing and windbreak forests are widely used to protect or/and improve the ecological environments in arid and semi-arid regions. A full understanding of wind flow characteristics is essential to arranging the patterns of these protective forests for enhancing the effectiveness. In this study, the wind velocity over the underlying surface with sand-fixing forests and windbreak forests at the heights of 1–49 m was monitored from two 50-m high observation towers in an oasis of Minqin, Gansu Province of China. The wind velocities were simulated at different locations over these protective forests between those two towers by a two-dimensional Computational Fluid Dynamics(CFD) model. The results showed that at the heights of 1–49 m, the wind velocity profiles followed a classical logarithm law at the edge of the oasis and a multilayer structure inside the oasis. With increasing number of sand-fixing forest and windbreak forest arrays, the wind velocity at the heights of 1–49 m generally decreased along the downstream direction of the prevailing wind. Specifically, below the height of windbreak forests, the wind velocity decelerates as the airflow approaches to the windbreak forests and then accelerates as the airflow passes over the windbreak forests. In contrast, above the height of windbreak forests, the wind velocity accelerates as the airflow approaches to the windbreak forests and then generally decelerates as the airflow passes over the windbreak forests. Both the array number and array spacing of sand-fixing and windbreak forests could influence the wind velocity. The wind protection effects of sand-fixing forests were closely related to the array spacing of windbreak forests and increased with the addition of sand-fixing forests when the array of the forests was adequately spaced. However, if the array spacing of windbreak forests was smaller than seven times of the heights of windbreak forests, the effects were reduced or completely masked by the effects of windbreak forests. The results could offer theoretical guidelines on how to systematically arrange the patterns of sand-fixing and windbreak forests for preventing wind erosion in the most convenient and the cheapest ways.     

景电灌区防风治沙体系建设效果研究

通过实地调查和试验观测资料，分析研究了景电灌区防风治沙体系的结构特征、体系各组成部分的防风固沙效果、以及各主要造林树种的适应性和生长速度，据此提出了加强防风固沙林体系建设、优化结构模式、发展生态经济型防风治沙体系的几点建议。     

挡沙堤—固沙砖综合型体系防风固沙效果的数值模拟

[目的] 针对河北省张家口市坝上地区风沙流对公路造成的沙埋问题,建立了挡沙堤—固沙砖综合型防风固沙体系,并对其防风固沙效果进行分析,以期为公路风沙灾害防治提供相关技术参数。[方法] 利用ANSYS软件对挡沙堤周围流场变化、沙粒运动轨迹、固沙砖沙障间距以及固沙砖沙障周围积沙情况进行数值模拟研究,评价挡沙堤—固沙砖综合体系的防风固沙效果。[结果] ①风沙流经过挡沙堤时,会在其周围形成减速区、加速区、紊流区和恢复区,通过风沙流减速区流场分析得到,边坡率为1∶1.2的挡沙堤防风固沙效果最佳。②利用离散相模型(DPM)模拟了沙粒跃移挡沙堤的运动轨迹。当风速为12～20 m/s时,沙粒落点在距挡沙堤11～21 m的位置,进而确定铺设固沙砖沙障的相对位置。③当固沙砖起始位置距离挡沙堤11 m,铺设成11排,1 m×1 m的方格形式时,固定地表流沙效果最佳。[结论] 挡沙堤—固沙砖综合体系通过“远阻近固”的方式来降低风速,阻挡地表流沙,固沙砖沙障能有效防止翻越挡沙堤沙粒的再次起动,改善公路沙埋现象,保证风沙灾害区域的行车安全。     

以作物残茬为生物篱在裸露农田营建防风带技术的研究

根据农田防护林等生物篱网防治农田风蚀的原理,把作物残茬作为生物篱间隔插入马铃薯裸露农田,形成以残茬为生物篱的农田防护篱网,可以解决北方旱作马铃薯生产基地农田严重风蚀问题,核心技术是利用残茬把连片的裸露农田间隔分成宽7.2m以下的带田,形成留茬带与裸露带间作的农田,不仅使留茬带的风蚀量降低80%以上,其裸露带的风蚀量也降低50%以上,取得防治马铃薯裸露农田的风蚀沙化,保护和提高耕地质量的实效。总结提出在北方旱作区采用麦类/油菜等条播作物留茬与马铃薯等根茎类作物间作轮作营建裸露农田防风篱网的保护性耕作技术。