不同生長發(fā)育階段木麻黃海岸林的防風(fēng)效應(yīng)

[摘要] 為探討海岸木麻黃林分的風(fēng)速變化規(guī)律和空間分布，從2006年11月到2007年3月在福建東山島測定了不同發(fā)育階段木麻黃林分內(nèi)外多點(diǎn)的風(fēng)速。應(yīng)用等值線圖法進(jìn)行分析，結(jié)果表明：木麻黃林分各測點(diǎn)風(fēng)速呈開口向上的拋物線，從空曠地到林分內(nèi)10h之間風(fēng)速呈下降趨勢，在10h之后風(fēng)速呈增長趨勢；空間分布呈向上的V形曲面，其中有部分凸出和下凹區(qū)域；等值線分布疏密相間，有部分閉合區(qū)域。

[關(guān)鍵詞] 沿海防護(hù)林 木麻黃 風(fēng)速 等值線圖

自上世紀(jì)50年代以來，福建省沿海建立了以木麻黃（Casuarina equisetifolia）為主要樹種的沿海防護(hù)林[1]，現(xiàn)已基本形成了以基干林帶、片林及農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)相結(jié)合的沿海防護(hù)林體系，在防災(zāi)減災(zāi)、保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全、防風(fēng)固沙、阻擋風(fēng)暴潮等自然災(zāi)害的侵襲，改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，穩(wěn)定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面發(fā)揮了明顯作用 [2]。木麻黃片林一般配置在前沿基干林帶與農(nóng)田防護(hù)林之間的過渡區(qū)域，與基干林帶和農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)相互配合，起到非常重要的作用[3]。但是目前，木麻黃沿海防護(hù)林已進(jìn)入衰退期，為了實(shí)現(xiàn)防護(hù)效益的可持續(xù)發(fā)展，必須對現(xiàn)有老化林帶進(jìn)行更新。因此，有必要對現(xiàn)林帶的防護(hù)效應(yīng)進(jìn)行評估，深入了解防護(hù)林體系各組成部分發(fā)揮的作用，進(jìn)一步探索風(fēng)速在防護(hù)林體系各組成部分之間變化和空間分布規(guī)律[4，5]。

本研究通過測定2006年11月至2007年3月大風(fēng)期間，對不同發(fā)育階段木麻黃林分內(nèi)外不同測點(diǎn)的風(fēng)速進(jìn)行測定，并應(yīng)用等值線圖法對測定結(jié)果進(jìn)行分析[6]，揭示了林分內(nèi)外的風(fēng)速變化規(guī)律和空間分布，為林帶的優(yōu)化配置提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)設(shè)在福建省沿海南部東山縣赤山林場，位于東經(jīng)117°18′，北緯23°40′。屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫20.8℃，絕對最高氣溫36.6℃，絕對最低氣溫3.8℃，年均降水945mm，年均蒸發(fā)1056mm，大部分的降水集中于臺風(fēng)多發(fā)的月份5~9月。全年干濕季節(jié)明顯，每年的11月至翌年的2月為旱季。主要自然災(zāi)害為臺風(fēng)，多發(fā)生在7~8月份，年均臺風(fēng)5.1次。秋冬東北風(fēng)強(qiáng)盛，8級以上的大風(fēng)天達(dá)105d，年平均風(fēng)速7.0m/s，最大風(fēng)速32.6m/s。土壤以濱海沙土為主，還有均一性風(fēng)積沙土，潮積沙土，紅壤性風(fēng)積，泥炭性風(fēng)積沙土等。天然植被稀少，林下常見零星植被有木豆（Cajanus）、鼠刺（Spinifex littoreus）和牡荊（Verbena negando）等。主要適合栽植木麻黃、濕地松（Pinus elliottii）、厚莢相思（Acacia crassicarpa）、剛果桉（Eucalyptus 12 ABL）等樹種。

2 材料與方法

2.1 材料

在東山縣赤山林場附近選擇幼林、中幼林、中林、成熟林和過熟林的木麻黃農(nóng)田防護(hù)林為研究對象。對樣地進(jìn)行林帶基本情況調(diào)查，調(diào)查結(jié)果見表1。

2.2 方法

用上海風(fēng)云氣象制造廠制造的FYF-1便攜式測風(fēng)儀從2006年11月到2007年3月大風(fēng)季節(jié)定點(diǎn)多次測量不同點(diǎn)的

風(fēng)速，測量高度為2m。在長寬大約70-100m的木麻黃林分內(nèi)布置三條測線，每條測線相隔20米。布置測點(diǎn)分別為：木麻黃林分1內(nèi)1h、2h、5h、10h，林分后1h、2h、5h、10h，林分2內(nèi)1h、2h、5h和10h。從2006年11月到2007年3月大風(fēng)季節(jié)不定期多次測量取平均值。

制圖過程中使用了Suerfer8.0中的Kriging插值法和制圖功能。Surfer是由美國Golden Software公司在Windows環(huán)境下開發(fā)的等值線繪圖軟件。該軟件的工作原理是通過數(shù)據(jù)網(wǎng)格化（插值）將離散的X，Y，Z空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為分布規(guī)則的空間數(shù)據(jù)，并以多種形式的圖形表達(dá)出來。Surfer的主要功能是繪制等值線圖(countermap)，此外還可以繪制高質(zhì)量的張貼圖(post map)、線框圖(3D wireframe map)、三維表面圖(3D surface map)、向量圖(vector map)、影像圖(image map)、漸變地形圖(shaded relief map)等[6]。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同發(fā)育階段木麻黃林帶后風(fēng)速調(diào)查

本試驗(yàn)中，從2006年11月到2007年3月對兩塊木麻黃林分內(nèi)外各測點(diǎn)風(fēng)速進(jìn)行了調(diào)查，調(diào)查風(fēng)速數(shù)據(jù)見表2。

圖1表示林帶后不同發(fā)育階段木麻黃林分測點(diǎn)風(fēng)速。由圖看出在木麻黃林分各測點(diǎn)風(fēng)速呈開口向上的拋物線。從空曠地到木麻黃林分內(nèi)10h之間風(fēng)速一直呈下降趨勢，在10h之后風(fēng)速成增長趨勢。分布模式為：y = 0.3676x2 - 3.6636x + 10.764，R2=0.9237。

3.2 不同發(fā)育階段木麻黃防護(hù)林帶后風(fēng)速空間分布分析

圖2、圖3是林帶后不同發(fā)育階段木麻黃林分各測點(diǎn)風(fēng)速的表面圖和等值線圖。圖中橫坐標(biāo)2-4、4-6、6-8、8-10和10-12分別表示幼林、中幼林、中林、成熟林和過熟林。在縱坐標(biāo)上，0-12分別表示：空曠地、木麻黃林分1內(nèi)1h、2h、5h、10h；林分后1h、2h、5h、10h；木麻黃林分2內(nèi)1h、2h、5h和10h。Z軸分別表示風(fēng)速值和風(fēng)速變化率。

由圖2可看出，林分內(nèi)外各測點(diǎn)風(fēng)速的空間圖呈連續(xù)的波浪狀，風(fēng)速變化整體比較和緩，曲面比較光滑，中間有些突出和下凹的區(qū)域，表明這里風(fēng)速有比較大的變化。

圖3中林帶內(nèi)等值線比較平直且分布比較均勻，在林后一定區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)閉合區(qū)域，等值線分布不太均勻，表明這些區(qū)域風(fēng)速變化比較劇烈，有一定的波動(dòng)性。

4 結(jié)論

各種不同發(fā)育階段的木麻黃林分，風(fēng)速分布為開口向上的拋物線。從空曠地到林內(nèi)10h處風(fēng)速一直處于下降狀態(tài)，并且風(fēng)速降低速率差異不大，其大小順序?yàn)椋河琢?gt;中幼林>中林>成熟林>過熟林，在10h后風(fēng)速開始增加，增加速率為成熟林最大，中林最小。

林分后風(fēng)速最小值大部分都出現(xiàn)在林后1h處，但隨著距離的增加風(fēng)速在逐漸升高。從幼林到過熟林，風(fēng)速升高的幅度在逐漸降低。林內(nèi)外風(fēng)速值的過渡也由劇烈到和緩，在幼林內(nèi)10h的風(fēng)速已經(jīng)接近于0，但隨著林分的增長和發(fā)育，在10h處的風(fēng)速有逐漸增大的趨勢。這主要是由于密度降低和枝下高增大所致。在2m范圍內(nèi)阻擋物的減少，必然會(huì)影響林內(nèi)空氣分布和流動(dòng)速度。

木麻黃林分各測點(diǎn)的風(fēng)速空間分布呈連續(xù)的波浪狀曲面，其中的凸出和下凹區(qū)域表示風(fēng)速增長和下降率較大的區(qū)域。等值線分布的稀疏與緊密表明了風(fēng)速值的變化快慢，中間的閉合等值線表示這個(gè)區(qū)域形成了一個(gè)脊或者槽。

參考文獻(xiàn)

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[3] 葉功富，張水松.木麻黃防護(hù)林的樹冠規(guī)律和林分結(jié)構(gòu)特征的研究[J].防護(hù)林科技.2000(s1):29-32.

[4] 李國旗，安樹青，張紀(jì)林，等.海岸帶防護(hù)4種樹木的風(fēng)壓應(yīng)力分析[J].南京林業(yè)學(xué)報(bào)，1999(4):76-80.

[5] 葉功富，徐俊森，等.木麻黃基干林帶多樹種混交造林技術(shù)及防風(fēng)效能研究[J].防護(hù)林科技，2000(s1):111-115.

[6] 王波雷，馬孝義，苗正偉.基于Sufer軟件的噴灌水量分布均勻性研究[J].人民黃河，2008.30[3]:62-63.