不同結構木麻黃農田防護林帶的防風效果

[摘要] 為研究林帶結構對防風效能的影響，從2006年11月到2007年3月在東山島木麻黃農田防護林中用定點多次測量的方法對不同結構的林帶進行了風速測定。研究結果表明：20h內疏透結構的林帶防護效果最好，通透結構的最弱；防風效能隨林帶寬度的增加有所下降；隨著林帶的增高，防護距離相應增大。

[關鍵詞] 木麻黃 防風效能 林帶結構 林帶寬度

農田防護林作為森林資源的一種特殊形式，其經營的最高目標是建立效益(尤其是生態效益)最大且穩定、可持續發展的農林復合生態系統[1-3]。正如用材林的結構與其生產力密切相關一樣，林帶結構直接影響其防護效益，而林帶結構又直接受制于林帶樹木個體在林帶中的空間搭配方式、樹種組成形式，同時受制于單條林帶方向的設置和多條林帶或林網的帶間距離以及大面積或區域防護林體系的空間配置與景觀布局形式。因此，農田防護林在從樹木個體到整個防護林體系應盡量使其配置最佳。農田防護林(林帶)結構是指林帶樹冠上下組成的層次、林帶寬度、縱斷面形狀、干、枝、葉的分布狀況、林木密度和透光(透風)狀況的綜合狀態[4，5]。不同林帶密度、林帶寬度、樹種組成，構成防護效能不同的林帶結構。因此，研究林帶空間配置與布局優化方式，進而通過改變防護林體系的配置、結構，盡可能地增加農林復合系統的物種多樣性，提高系統的可塑性和彈性及抵抗外來災害的能力，以達到生態、經濟效益最大化并可持續發展的目的。

上世紀60年代營建的木麻黃農田防護林有效地改善了當地農業生態環境，為農作物生長提供了相對穩定的生長環境，取得了很大的成功。但是目前大部分農田防護林帶已進入了衰老期，防護效能下降，有必要對現有林帶進行更新，以實現防護效果的可持續性[6]。

本文通過調查福建省東山島木麻黃農田防護林的疏密結構、林帶寬度、高度和帶距，對現存農田防護林的防風效能進行評估，總結經驗，以期為林帶更新提供參考依據。

1 試驗地概況

試驗地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，年均臺風5.1次。秋冬東北風強盛，8級以上的大風天達105天，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。主要適合栽植木麻黃、濕地松（Pinus elliottii）、厚莢相思（Acacia crassicarpa）、剛果桉（Eucalyptus）等樹種。

2 材料與方法

林帶結構調查：調查農田林網各標準地的地貌類型、樹高、胸徑、枝下高、冠幅、林分密度和林帶寬度等。

風速因子的測定：用FYF-1便攜式測風儀定期在樣地同一條測線上觀測各測點的風速，多點同時進行觀測，連續觀測5次，取其平均值。防風效能的計算：

式中：E為防風效能； 為對照地平均風速(m/s)； 為林帶后平均風速(m/s)。

3 結果與分析

農田防護林是為防止自然災害，改善氣候、土壤、水文條件，創造有利于農作物和畜牧生長繁育的環境，以保證農牧業高產，并對人民生活提供多種效用的人工林生態系統[6]。

位于基干林帶后的木麻黃農田防護林主要起著削弱風速、保護果樹和作物生產的作用，在沿海防護林體系中起著不可替代的功能[7]。

3.1 不同林帶結構木麻黃農田防護林的防風效能

對沿海后沿沙地三種林帶結構的12年生木麻黃農田防護林的防風效果進行觀測，結果見表1。

從表1可以看出，不同結構的林帶防風效能相差懸殊。從20H內的風速平均降幅來看，以疏透結構林帶的防護效果最好，通風結構林帶的防護功能最弱。疏透結構林帶背風各測點風速由近到遠依次緩慢增大，5H與20H相差14.1%，緊密結構林帶背風面各測點風速恢復由近到遠依次增加幅度較大，5H與20H處的風速降幅相差26.5%。也就是說緊密結構的林帶，在林帶背風面近林帶處，防風作用較疏透結構林帶強，但在大于10H的各測點風速降幅均比疏透結構小，因而總體防風功能差。對于高度透風結構的林帶而言，林帶背風面各測點風速均較高，故防風效能差。

3.2 不同林帶寬度木麻黃農田防護林的防風效能

林帶的疏透度和透風系數是影響防護效益的直接結構特征指標，林帶的寬度則是一個間接因素，林帶寬度的大小直接影響到林帶的透風系數。相關研究表明，在林帶透風系數相近且結構特征、天氣條件及地體因子等條件相同的情況下林帶寬度對防風效應影響不大。觀測疏透型樹高相近，帶寬約為0.5H、0.5-1H、1-2H的三條主林帶，其防護效能如圖1所示。

從圖1可以看出，三種林帶的防護效能很接近，林帶背風面在3H之前不同林帶寬度對風速減弱差異不明顯，在3H之后差異有所增大。在三種不同林帶寬度中，0.5H林帶寬度的最低風速出現在4H附近，0.5H~1H和1~2H的最低風速出現在3~4H之間，三種林帶最低風速均為45%左右，總的趨勢是隨林帶寬度的增加，防風效能稍微有所下降。

3.3 不同林帶高度木麻黃農田防護林的防風效能

林帶高度是影響林帶結構的重要參數，選取林齡為12年，平均樹高為6.2m、8.5m和11m，透風系數在50%左右的三種農田防護林帶，測定各林帶后不同樹高處的風速，結果見表2。

從表2、圖2可以看出，林帶防護距離的絕對值的增大與樹高的增加成正比，而相對值則變化不大。根據觀測，隨著林帶的不斷長高，林帶后風速降低最大值的出現點也在后移，這表明林帶的防護距離絕對值在增大。

3.4 不同林帶間距木麻黃農田防護林的防風效能

適當的林帶間距能使氣流通過林帶后還未恢復到曠野風速，又遇到下一個林帶阻擋，從而使風速逐漸降低，如果間距過大，氣流通過一定距離后很快恢復到曠野風速，林帶防風效能就會下降。選擇150×100m、200×150m和80×250m三種不同規格的林網，測定主林帶背風面不同樹高處的風速變化情況，如表3所示。

從表3可看出，在林帶疏透度、帶高相同的條件下，主林帶間距小的林帶防風效果好。1號主林帶間距比2號林帶小100m，防風效能增加12.5%；小網格防風效果優于大網格，1號小網格防風效能顯著高于2號大網格，3號小網格也高于2號大網格的防風效能。

4 小結

研究表明，疏透結構林帶的防護效果最好，通風結構林帶的防護功能最弱。疏透結構林帶背風面各測點風速由近到遠依次緩慢增大。緊密結構林帶背風面各測點風速恢復由近到遠增加幅度依次增大。

林帶寬度對風速的影響在林帶背風面3H內不明顯，3H之后作用增大。林帶寬度對防風效能的作用規律是一定范圍內隨著林帶寬度的增加防護效能在減小。

林帶防護距離的絕對值的增大與樹高的增加成正比，而相對值則變化不大。根據觀測，隨著林帶的不斷長高，林帶后風速降低最大值的出現點也在后移，這表明林帶的防護距離絕對值在增大。在林帶疏透度、帶高相同的條件下，主林帶間距小的林帶防風效果好。

參考文獻

[1] 曹新孫．農田防護林學[M]．北京：中國林業出版社，1996.

[2] 朱廷曜，關德新，周廣勝，金昌杰.農田防護林生態工程學[M].北京:中國林業出版社， 2001.

[3] 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.

[4] 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.

[5] 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.

[6] 羅美娟.沿海木麻黃防護林生態作用研究進展[J].防護林科技.2002， (3):46-47.

[7] 葉功富.濱海沙地濕地松與木麻黃混交林構建和調控技術研究[J].林業科學研究， 2002，(4):463-468.