農(nóng)墾區(qū)公路風吹雪防雪林的效果探討

高 智

(新疆兵團勘測設(shè)計院(集團)有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830002)

1 引 言

在兵團農(nóng)墾區(qū)公路往往是采取種植防雪林的方法來治理風吹雪災(zāi)害，其防治風吹雪機理是通過防雪林來減小風雪流強度，并降低公路上的飛雪量和積雪量，提高道路能見度和行車安全性，從而來達到防害減災(zāi)的目的，同時還可以改善公路沿線的自然環(huán)境，具有良好的生態(tài)效益。由于兵團的大部分團場地處農(nóng)墾區(qū)，為了改造自身的生存條件，每年春秋兩季都要大面積的植樹造林，合理利用這一條件就可以把植樹造林與公路風吹雪雪害的防治工程、改造生態(tài)環(huán)境有機的結(jié)合起來，因此，研究農(nóng)墾區(qū)公路風吹雪防雪林的效果具有十分重要的工程意義。

2 農(nóng)墾區(qū)公路防雪林類型

根據(jù)實地調(diào)查數(shù)據(jù)可知，農(nóng)九師額敏農(nóng)墾區(qū)公路風吹雪防雪林包括窄林、寬林片林和片林等4種類型，其中片林又可劃分為稀疏片林和緊密片林，具體如見表1所示。

表1 農(nóng)九師額敏農(nóng)墾區(qū)防雪林主要樹種類型

3 農(nóng)墾區(qū)公路防雪林效果分析

3.1 防雪林防風效果分析

在農(nóng)墾區(qū)公路防雪林的林帶斷面布置風速監(jiān)測點(林前40 m和林后5～20 m)，來研究防雪林的防風效果，同時把防雪林前500 m的空曠位置視作風速參照點。風速監(jiān)測方法為“同步觀測”，并根據(jù)實際風速監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制了風速在不同監(jiān)測位置的變化趨勢，如圖1所示。

圖1 風速沿近地面變化圖

由現(xiàn)場風速監(jiān)測數(shù)據(jù)可知：相對于參照點的風速而言，風穿過防雪林帶后，林前風速出現(xiàn)了一定程度的降低，在防雪林后0～10 m內(nèi)風速降低幅度最大，即監(jiān)測點距離防雪林越近，風速越小。同時，公路防雪林林后風速平均減少了4.3 m/s，降低率達到47.3%，這表明公路防雪林減弱風速效果是非常明顯的。

3.2 防雪林積雪效果分析

農(nóng)墾區(qū)公路防雪林積雪厚度的測量可采用直尺垂直測量的方法，測量位置分別取林帶后與林帶內(nèi)，研究對象為窄林、寬林、稀疏林，防雪林各個位置的積雪厚度測量結(jié)果如圖2所示。

圖2 防雪林各監(jiān)測位置積雪厚度

量測結(jié)果表明：窄林、寬林、稀疏林各位置的積雪厚度分布差異較大，其中窄林積雪量最大(積雪量是寬林的2.3倍，是稀疏林的1.6倍)，林內(nèi)與林后積雪厚度相差不大，其平均積雪厚約1.1 m；寬林林內(nèi)和林后積雪厚度差異性明顯，其林內(nèi)和林后積雪厚度平均平均值分別為0.8 m、0.5 m；稀疏林的積雪厚度介于窄林、寬林之間。

3.3 防雪林涵養(yǎng)水源效果分析

由表2可知，農(nóng)九師額敏農(nóng)墾區(qū)的公路風吹雪防雪林積雪量大概在16 510 600 m3/年，假設(shè)雪密度是0.75×103kg/m3，則農(nóng)墾區(qū)每年的融雪水量約為1 238.3萬m3，融雪水量基本與1個中小型水庫蓄水量相等。這些淡水資源，可為近2萬畝耕地提供灌溉服務(wù)。該農(nóng)墾區(qū)積雪一般是從3月份開始融化，能基本滿足農(nóng)作物3～5月份需水量。反之，如果農(nóng)作物需水量由地下水提供，此時地下水下降深度為。

表2 農(nóng)九師額敏農(nóng)墾區(qū)防雪林積雪量估算

△H=△W/μ×F

式中：△H為某時段地下水位的下降值/m；△W為該時段地下水的提取量/m3；μ為給水度(體積比)；F為灌溉面積/m2。

以5月份農(nóng)墾區(qū)的農(nóng)作物灌溉為例來計算地下水下降深度和融雪水量用于灌溉節(jié)約的工程造價：5月份農(nóng)作物灌區(qū)面積為30 178 000 m2、灌溉水量為9 048 900 m3，地表水有1 911 000 m3，還應(yīng)供給7 137 900 m3地下水。假設(shè)給水度μ=0.15，則地下水位下降深度△H=1.58 m。如果降融化雪水農(nóng)作物灌溉，能減少灌溉費用大概174萬元/年。

3.4 防雪林土壤改良效果分析

在不同生長年限的農(nóng)墾區(qū)公路防雪林選擇有代表性的土樣，通過室內(nèi)試驗來分析土樣中的有機質(zhì)、pH值、各種礦物成分的含量，如表3所示。

表3 防雪林選土壤肥力指標

試驗結(jié)果表明：在公路防雪林的林帶生長初期，土壤中的有機質(zhì)及各種礦物成分都出現(xiàn)了一定程度的下降，主要原因在于：農(nóng)墾區(qū)的防雪林往往沒有施肥，林帶在生長時需要從土中吸收一定的養(yǎng)分。隨著公路防雪林地生長，林帶內(nèi)生物種類可能增加，會有土壤微生物產(chǎn)生，促進土壤有機質(zhì)礦化，提高有機質(zhì)、速效氮、速效鉀等養(yǎng)分含量，并促進土中的難溶性養(yǎng)分轉(zhuǎn)化。

農(nóng)墾區(qū)的公路風吹雪防雪林不同年份土壤的pH值均大于7，呈弱堿性狀態(tài)。同時，隨著防雪林種不斷生長，其pH值出現(xiàn)了一定程度的降低。土壤pH值降低的原因有兩個方面：第一，防雪林林帶中的枯枝落葉等有機質(zhì)被土壤中微生物分解而產(chǎn)生有機酸，中和土壤的堿性物質(zhì)，使得其pH降低。第二，公路風吹雪防雪林選擇榆樹、楊樹等，這些樹木的根系分泌物一般是酸性的。

相對于對照組土壤(無防雪林)土壤成分而言，隨著公路防雪林的不斷生長，土樣中鹽含量呈減少趨勢，減小了26.3%～32.5%左右。這是因為農(nóng)墾區(qū)公路在建設(shè)防雪林之后，會增加林帶內(nèi)土濕度，減小地下水礦化度(減緩鹽漬化)，改善農(nóng)田小氣候，并通過葉面向空中蒸騰，從而起到控制和降低地下水位作用。

3.5 防雪林土壤改造生態(tài)環(huán)境效果分析

農(nóng)九師額敏墾區(qū)公路在布置防雪林后，既降低了冬季風吹雪對行駛車輛的干擾，又改善了農(nóng)墾區(qū)自然環(huán)境，促進生態(tài)系統(tǒng)平衡。按照實際測算資料可知：農(nóng)墾區(qū)的防雪林植被覆蓋率為24.33%，積雪量大概在16 510 600 m3/年，每年的融雪水量約為1 238.3萬m3。和公路沿線空曠地帶相比，防雪林內(nèi)風速平均減少了30%～50%，氣溫振幅減少±1.5～30 ℃，空氣相對濕度增加了2%～5%，蒸發(fā)量減小了5%～20%。

防雪林內(nèi)土的有機質(zhì)和礦物成分含量提高，使得當?shù)貜暮瞪矟u漸過渡成更加豐富多樣性濕生植被，即植被群落更加豐富，含有植物111種，分屬27科、76屬。此外，通過防雪林的建設(shè)，確保防雪林林區(qū)不會遭受大風吹蝕，改善了土壤墑情，能促進當?shù)剞r(nóng)作物和牧草生長。

由于農(nóng)九師額敏農(nóng)墾區(qū)屬于缺水區(qū)，且年內(nèi)分布不均衡，水源成為該地區(qū)經(jīng)濟蓬勃發(fā)展的關(guān)鍵限制因素，額敏農(nóng)墾區(qū)防雪林用水量大概在15 363 000 m3/年。為能使后期農(nóng)墾區(qū)公路防雪林的順利建設(shè)，不僅要采用節(jié)水技術(shù)(如低壓管道輸水)高效充分的利用當?shù)厮Y源，還要盡量利用當?shù)氐姆e雪融水或?qū)ふ倚滤础?/p>

4 結(jié)束語

防雪林生物防治是治理農(nóng)墾區(qū)公路風吹雪、變害為利、應(yīng)用廣泛的防治措施，在工程中應(yīng)優(yōu)先考慮采用。防雪林防治公路風吹雪，既治理了雪害，又保護和改變了生態(tài)環(huán)境，防治水土流失，具有良好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。