不同生長發育階段木麻黃農田防護林的防風效應

[摘要] 為了探討農田防護林的防風效果，2006年11月對東山島單條木麻黃農田防護林帶和兩條林帶內外區域的風速進行了測定。結果表明：農田防護林內外風速呈拋物線狀變化，最小值出現在單條林帶后10h處，兩條林帶后15h處，距離后移了5h，而且風速值在逐漸降低。空間表面圖為波浪狀曲面，等值線分布比較均一，彎曲不大，中間出現一些小的閉合區域。

[關鍵詞] 木麻黃 農田防護林 風速 空間分布 等值線圖

農田防護林作為生態建設的重要措施，是農田生態系統的屏障，對生態安全與人類生存環境質量的提高有重要的意義[1，2]，尤其是對處在立地條件惡劣的沿海農田防護林來說，其地位和意義顯得尤為重要。木麻黃是我國東南沿海營造防護林的主要樹種，木麻黃天然分布于澳大利亞、東南亞和太平洋群島，現已廣泛引種栽培于熱帶、亞熱帶地區，以其優良的適應性和抗逆能力，尤其是在海岸風口生境條件十分困難的地段，使林帶具有良好的防護功能，產生了良好的防護效果，發揮了巨大的生態效益和經濟效益[3]。但是目前防護林網出現不同程度的老化現象，防護效能減弱，因此，有必要對當前木麻黃農田防護林網的防風效果進行評價，深入了解林帶對風速變化的影響以及空間分布規律，為今后的防護林帶優化配置提供參考依據[4-6]。

本文針對福建省沿海地區木麻黃農田防護林帶內以及林帶之間的風速進行測定，并應用等值線圖法對測定結果進行分析[7]。

1 研究區概況

研究區設在福建省沿海南部東山縣赤山林場，位于東經117°18′，北緯23°40′。屬南亞熱帶海洋性季風氣候，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1056mm，大部分的降水集中于臺風多發的5~9月。全年干濕季節明顯，每年的11月至翌年的2月為旱季。主要自然災害為臺風，多發生在7~8月份，年均臺風5.1次。秋冬東北風強盛，8級以上的大風天達105d，年平均風速7.0m/s，最大風速32.6m/s。土壤以濱海沙土為主，以及均一性風積沙土，潮積沙土，紅壤性風積，泥炭性風積沙土等。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。

2 材料與方法

2.1 材料

在東山縣赤山林場附近選擇中林、成熟林和過熟林的木麻黃農田防護林為研究對象。對樣地進行了基本情況調查，如表1所示。

2.2 方法

用上海風云氣象制造廠制造的FYF-1便攜式測風儀從2006年11月到2007年3月大風季節定點多次測量2m高處各點風速。木麻黃農田防護林里布置三條測線，每條測線的測點分別為：空曠地（-10h）、農田防護林前（-5h），林帶1內、林后5h、林后10h、林后15h、林后20h、林后25h、農田防護林帶2內、林后5h、林后10h、林后15h、林后20h、林后25h。從2006年11月到2007年3月大風季節不定期多次測量取平均值。

在數據的制圖過程中使用了Suerfer8.0中的Kriging插值法和制圖功能。Surfer是由美國Golden Software公司在Windows環境下開發的等值線繪圖軟件。該軟件的工作原理是通過數據網格化（插值）將離散的X，Y，Z空間數據轉化為分布規則的空間數據，并以多種形式的圖形表達出來。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[7]。

3 結果與分析

3.1 不同發育階段木麻黃農田防護林對風速的影響

調查了木麻黃農田防護林帶和林帶之間各測點的風速，調查和統計結果見表3、表4。林帶之間種植有蘿卜、洋蔥、馬鈴薯等農作物。林網之間距離在300m左右。

表3數據表明，在木麻黃農田防護林帶1后10h處風速達到最小值，且中林＜成熟林＜過熟林。在林帶2后，風速最小值出現在林帶后15h處，且中林＞成熟林＞過熟林。

圖2為木麻黃農田防護林兩條林帶內外各測點風速曲線圖。從圖2可看出，木麻黃農田防護林之間風速呈連續的波浪線狀。從空曠地到林帶1后10h附近風速逐漸降低，在10h附近達到最小值，10h到林帶2之前在逐漸上升。在林帶2內風速有所下降，到15h附近達到最小值，隨后風速又上升，逐漸恢復到空曠地風速值。兩條林帶風速變化規律為單條林帶風速變化規律的周期性組合模式。圖2表明兩條林帶風速最小值點比單條林帶延長了5h，這表明農田林網可以大大削減風對農田的影響范圍。由圖2可看出，在農田防護林帶1內后各測點的風速值大小順序為：過熟林＞成熟林＞中林。林帶2后過熟林風速最大，而中林和成熟林規律不固定。這表明隨著距離的增加，中林和成熟林對風的防御能力差異不大。

3.2 不同發育階段木麻黃林對風速空間分布的影響

圖3和圖4為兩條木麻黃農田防護林帶各測點風速的空間表面圖和等值線圖。圖中橫坐標1-3、3-4、4-6分別表示中林、成熟林和過熟林。縱坐標中1-14分別表示空曠地（-10h）、林前5h處（-5h）、林帶1內、林后5h、10h、15h、20h、25h、林帶2內、林后2h、5h、10h、15h、20h和25h。Z軸為風速值。

由圖3看出，農田防護林網風速變化成波浪狀空間曲面，在防護林帶左右一定距離內風速呈下降趨勢，超過了一定距離，風速又呈上升趨勢。從圖4可以看出，風速在林帶內不同測點的分布和空間風速形式。等值線緊密區為風速變化較大區，而稀疏區為風速變化較小區。

3.3 不同發育階段木麻黃農田防護林對風速影響的規律分析

由以上圖表分析得出，木麻黃農田防護林的風速變化呈開口向上的拋物線狀。即y=0.2327x2-2.3387x+9.6018，R2=0.877。風速最小值出現在林后10h處，從空曠地到林帶后10h風速呈連續的下降趨勢。從林帶后10h到林帶后25h處風速呈連續的上升趨勢。兩條農田防護林帶各測點的風速變化為連續的波浪狀曲線，風速在林帶后10h附近達到最小值。在林帶5h內再次達到最大值，在下一條林帶10h附近又出現最小值。如果有多條林帶存在，則風速變化形成連續的波浪狀形式，有波峰，也有波谷。在波谷風速達到最小值。在波峰，風速值可恢復到空曠地處的值。

4 結論

4.1 不同發育階段木麻黃防護林中，防護效果:過熟林<成熟林<中林，表明隨著林帶的老化，防護效果是逐漸減退的，有必要對林帶進行更新，實現林帶防護效果的可持續發展。

4.2 復層林帶的防護效果較好，風速最小值出現在林帶后15h處，單層林帶最小值出現在10h處；有效防護效果增大。

4.3 風速在單層林帶后分布的變化符合y=0.2327x2- 2.3387x+9.6018的變化規律，風速最小值出現在林后10h處，從空曠地到林帶后10h風速呈連續的下降趨勢。從林帶后10h到林帶后25h處風速呈連續的上升趨勢。復層農田防護林帶各測點的風速變化為連續的波浪狀曲線，風速在林帶后10h附近達到最小值，在林帶5h內再次達到最大值，在下一條林帶10h附近又出現最小值。

參考文獻

[1] 蔣恒昌. 農田防護林的環境效益研究綜述.現代農業科技[J].2008（2）:236-237.

[2] 范志平，曾德慧，朱教君．農田防護林生態作用特征研究[J].水土保持學報，2002，16(4)：130-133.

[3] 林武星，洪偉，曾國強，等.濱海沙地木麻黃基干林帶不同更新方式綜合評價研究[J].江西農業大學學報，2004（26）:540-544.

[4] 葉功富，譚芳林，徐俊森，等。木麻黃基干林帶的防風效應及其與林帶結構的關系[J].防護林科技，2000，專刊1

[5] 葉功富，肖勝生，郭瑞紅.海岸生態學——探究海岸生物與環境相互作用的生態學分支[J].生態科學，2006，24(5):462-466.

[6]林武星.閩南海岸帶不同結構木麻黃林分防風效果研究[J].林業科技通訊，2000(4):27-28.

[7] 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.