不同生長發育階段木麻黃海岸林的防風效應

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

[關鍵詞] 沿海防護林 木麻黃 風速 等值線圖

自上世紀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林[1]，現已基本形成了以基干林帶、片林及農田防護林網相結合的沿海防護林體系，在防災減災、保障人民生命財產安全、防風固沙、阻擋風暴潮等自然災害的侵襲，改善當地生態環境，穩定農業生產等方面發揮了明顯作用 [2]。木麻黃片林一般配置在前沿基干林帶與農田防護林之間的過渡區域，與基干林帶和農田防護林網相互配合，起到非常重要的作用[3]。但是目前，木麻黃沿海防護林已進入衰退期，為了實現防護效益的可持續發展，必須對現有老化林帶進行更新。因此，有必要對現林帶的防護效應進行評估，深入了解防護林體系各組成部分發揮的作用，進一步探索風速在防護林體系各組成部分之間變化和空間分布規律[4，5]。

本研究通過測定2006年11月至2007年3月大風期間，對不同發育階段木麻黃林分內外不同測點的風速進行測定，并應用等值線圖法對測定結果進行分析[6]，揭示了林分內外的風速變化規律和空間分布，為林帶的優化配置提供參考依據。

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月份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，還有均一性風積沙土，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 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田防護林為研究對象。對樣地進行林帶基本情況調查，調查結果見表1。

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不同點的

風速，測量高度為2m。在長寬大約70-100m的木麻黃林分內布置三條測線，每條測線相隔20米。布置測點分別為：木麻黃林分1內1h、2h、5h、10h，林分后1h、2h、5h、10h，林分2內1h、2h、5h和10h。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。

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[6]。

3 結果與分析

3.1 不同發育階段木麻黃林帶后風速調查

本試驗中，從2006年11月到2007年3月對兩塊木麻黃林分內外各測點風速進行了調查，調查風速數據見表2。

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

3.2 不同發育階段木麻黃防護林帶后風速空間分布分析

圖2、圖3是林帶后不同發育階段木麻黃林分各測點風速的表面圖和等值線圖。圖中橫坐標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。在縱坐標上，0-12分別表示：空曠地、木麻黃林分1內1h、2h、5h、10h；林分后1h、2h、5h、10h；木麻黃林分2內1h、2h、5h和10h。Z軸分別表示風速值和風速變化率。

由圖2可看出，林分內外各測點風速的空間圖呈連續的波浪狀，風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域，表明這里風速有比較大的變化。

圖3中林帶內等值線比較平直且分布比較均勻，在林后一定區域內出現閉合區域，等值線分布不太均勻，表明這些區域風速變化比較劇烈，有一定的波動性。

4 結論

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

林分后風速最小值大部分都出現在林后1h處，但隨著距離的增加風速在逐漸升高。從幼林到過熟林，風速升高的幅度在逐漸降低。林內外風速值的過渡也由劇烈到和緩，在幼林內10h的風速已經接近于0，但隨著林分的增長和發育，在10h處的風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范圍內阻擋物的減少，必然會影響林內空氣分布和流動速度。

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

參考文獻

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

[2] 薛萬華.沙質海岸風口地段建立防護林關鍵技術研究[J].防護林科技，2006，(3): 1-4.

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

[4] 李國旗，安樹青，張紀林，等.海岸帶防護4種樹木的風壓應力分析[J].南京林業學報，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及防風效能研究[J].防護林科技，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.