木麻黃農田防護林的風速變化規律和空間分布

[摘要] 為探討木麻黃農田防護林對風的作用規律和空間分布，從2006年11月到2007年3月在福建東山島對三種不同發育階段的木麻黃農田防護林進行了風速測定。結果表明：木麻黃農田防護林風速變化規律表現為開口向上的拋物線，從空曠地到林后10h呈下降趨勢，10h后為上升趨勢；空間分布為V字形，有部分凸起和下凹，等值線分布為疏密相間，有部分閉合區域。

[關鍵詞] 木麻黃 農田防護林 風速 空間分布圖 等值線圖

農田防護林是我國東南沿海防護林體系的重要組成部分[1，2]，配置在基干林和荒漠片林之后，是保護沿海農田基礎設施的最后一道屏障。由于地理位置特殊，沿海農田防護林本身不僅要克服惡劣的立地條件，同時還承擔著提高農田生態系統抗御(強)熱帶風暴、風沙等自然災害能力，減輕農作物因受災而減產的程度，改善生態環境，保障農業高產穩產的功能和效益的任務[3，4]。因此對沿海防護林進行研究具有非常重要的意義。

木麻黃自從引種作為沿海防護林主要樹種以來，以其優良的抗風沙、耐極薄抗鹽堿的特性表現出良好的適應性，取得了顯著的防護效果。但是目前上世紀六十年代木麻黃農田防護林已經進入衰老期，防護效果減弱。為保持林帶防護功能和防護效益的永續性，當務之急是進行林帶的優化配置，營建一條防護功能強，防護效益永續、可持續發展的新林帶。尤其是近年來，生態安全與糧食安全已成為與人類生存質量密切相關的問題，賦予了沿海農田防護林更深刻的歷史使命。因此有必要對沿海木麻黃農田防護林的防風效應進行綜合評價，為農田防護林帶的優化配置提供依據[1，5-6]。

本文針對福建省沿海地區農田防護林的防風效應進行了調查和研究，并應用等值線圖法進行分析[8]，以期客觀形象地展示出風速在木麻黃沿海防護林中的分布和變化規律。

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。對養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[8]。

3 結果與分析

3.1 木麻黃農田防護林的風速調查和變化規律分析

從2006年11月到2007年3月對生長階段為中林、成熟林和過熟林的木麻黃農田防進行了風速調查，表2為所調查各測點風速。

由表2可看出，所調查樣地從空曠地到林后10h這段距離內風速呈下降趨勢，風速值在林后10h處達到最小值，從林后10h開始風速呈上升趨勢，直到林后25h處接近于空曠地。

由圖1可看出，木麻黃農田防護林帶內外風速呈開口向上的拋物線，從空曠地到林帶后10h左右風速一直呈下降趨勢，在10h附近達到最小值，12h以后風速呈上升趨勢。在林帶后25h附近接近于空曠地處風速。在單條林帶內外各點的風速，過熟林最大，成熟林居中，中林最小。這表明中木林對風的阻擋作用最大。

3.2 木麻黃農田防護林的風速空間分布

將所調查風速數據經過空間插值和繪圖處理，得到木麻黃農田防護林風速的空間分布圖，圖2和圖3分別是風速的空間表面圖和等值線圖。

圖2中橫坐標1-3、3-4、4-6分別為中林、成熟林和過熟林。縱坐標中，1-8分別為空曠地（-10h）、林前5h處（-5h）、林帶1內、林后5h、10h、15h、20h、25h。Z軸為風速值。

圖2顯示，木麻黃農田防護林風速的空間表面圖為先下降、在林后10h左右又開始上升的空間V形圖。風速在林后10h附近達到最小值，大小順序為：過熟林>成熟林>中林，體現在圖中為在橫坐標1-3和縱坐標4-6處出現一個下凹區，而下凹的程度大于周圍所有區域。

由圖3看出，等值線在縱坐標1-4之間分布比較稀疏且彎曲度不大，而在4-6之間分布較密，且出現閉合區，在7-8之間分布比較稠密、彎曲度較小。圖中彎曲度大小表明不同發育階段的林帶之間風速的差異越大，等值線的稀疏程度表明風速變化的幅度大小。因此，在4-6之間風速變化比較劇烈，而在7-8之間風速不同發育階段的林帶之間風速差異較小。

4 結論

4.1 木麻黃農田防護林從空曠地到林帶后25h距離內，風速呈開口向上的拋物線，從空曠地到林后10h附近風速呈下降趨勢，最下值出現在10h附近。風速大小順序為：過熟林>成熟林>中林，這表明中林對大風的阻擋作用最大。從10h到25h風速成增長趨勢，25h處已經達到空曠地風速。

4.2 木麻黃農田防護林風速的空間表面圖為V字形。從空曠地到林后10h為下降區，10h后為上升區。在圖中橫坐標1-3和縱坐標4-6處為風速最小區，大小順序為：過熟林>成熟林>中林。等值線在縱坐標的1-4之間分布比較稀疏且彎曲度不大，而在4-6之間分布較密，且出現閉合區；在7-8之間分布比較稠密、彎曲度較小。

參考文獻

[1] 徐俊森， 施純淦， 姚慶瑞， 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(專輯): 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，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.

[4] Guan Wenbin，Cai Jingyan，Su Fanxing et al.Theory and Model for Protective Eco-Fields Around a Shelter-belt[C].IBFRA Conference，Climate Disturbance Interactions in Boreal ForestEcosystems，2004.

[5] 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)：6-80.

[6] 葉功富，張水松，等.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(專輯).

[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.