不同生長發(fā)育階段木麻黃農(nóng)田防護(hù)林的防風(fēng)效應(yīng)

[摘要] 為了探討農(nóng)田防護(hù)林的防風(fēng)效果，2006年11月對東山島單條木麻黃農(nóng)田防護(hù)林帶和兩條林帶內(nèi)外區(qū)域的風(fēng)速進(jìn)行了測定。結(jié)果表明：農(nóng)田防護(hù)林內(nèi)外風(fēng)速呈拋物線狀變化，最小值出現(xiàn)在單條林帶后10h處，兩條林帶后15h處，距離后移了5h，而且風(fēng)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(xiàn)一些小的閉合區(qū)域。

[關(guān)鍵詞] 木麻黃 農(nóng)田防護(hù)林 風(fēng)速 空間分布 等值線圖

農(nóng)田防護(hù)林作為生態(tài)建設(shè)的重要措施，是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的屏障，對生態(tài)安全與人類生存環(huán)境質(zhì)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(nóng)田防護(hù)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(hù)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(xiàn)已廣泛引種栽培于熱帶、亞熱帶地區(qū)，以其優(yōu)良的適應(yīng)性和抗逆能力，尤其是在海岸風(fēng)口生境條件十分困難的地段，使林帶具有良好的防護(hù)功能，產(chǎn)生了良好的防護(hù)效果，發(fā)揮了巨大的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益[3]。但是目前防護(hù)林網(wǎng)出現(xiàn)不同程度的老化現(xiàn)象，防護(hù)效能減弱，因此，有必要對當(dāng)前木麻黃農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)的防風(fēng)效果進(jìn)行評價(jià)，深入了解林帶對風(fēng)速變化的影響以及空間分布規(guī)律，為今后的防護(hù)林帶優(yōu)化配置提供參考依據(jù)[4-6]。

本文針對福建省沿海地區(qū)木麻黃農(nóng)田防護(hù)林帶內(nèi)以及林帶之間的風(fēng)速進(jìn)行測定，并應(yīng)用等值線圖法對測定結(jié)果進(jìn)行分析[7]。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)設(shè)在福建省沿海南部東山縣赤山林場，位于東經(jīng)117°18′，北緯23°40′。屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)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(fā)1056mm，大部分的降水集中于臺風(fēng)多發(fā)的5~9月。全年干濕季節(jié)明顯，每年的11月至翌年的2月為旱季。主要自然災(zāi)害為臺風(fēng)，多發(fā)生在7~8月份，年均臺風(fēng)5.1次。秋冬東北風(fēng)強(qiáng)盛，8級以上的大風(fēng)天達(dá)105d，年平均風(fēng)速7.0m/s，最大風(fēng)速32.6m/s。土壤以濱海沙土為主，以及均一性風(fēng)積沙土，潮積沙土，紅壤性風(fēng)積，泥炭性風(fēng)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(nóng)田防護(hù)林為研究對象。對樣地進(jìn)行了基本情況調(diào)查，如表1所示。

2.2 方法

用上海風(fēng)云氣象制造廠制造的FYF-1便攜式測風(fēng)儀從2006年11月到2007年3月大風(fēng)季節(jié)定點(diǎn)多次測量2m高處各點(diǎn)風(fēng)速。木麻黃農(nóng)田防護(hù)林里布置三條測線，每條測線的測點(diǎn)分別為：空曠地（-10h）、農(nóng)田防護(hù)林前（-5h），林帶1內(nèi)、林后5h、林后10h、林后15h、林后20h、林后25h、農(nóng)田防護(hù)林帶2內(nèi)、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(fēng)季節(jié)不定期多次測量取平均值。

在數(shù)據(jù)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(huán)境下開發(fā)的等值線繪圖軟件。該軟件的工作原理是通過數(shù)據(jù)網(wǎng)格化（插值）將離散的X，Y，Z空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為分布規(guī)則的空間數(shù)據(jù)，并以多種形式的圖形表達(dá)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(zhì)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(jié)果與分析

3.1 不同發(fā)育階段木麻黃農(nóng)田防護(hù)林對風(fēng)速的影響

調(diào)查了木麻黃農(nóng)田防護(hù)林帶和林帶之間各測點(diǎn)的風(fēng)速，調(diào)查和統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3、表4。林帶之間種植有蘿卜、洋蔥、馬鈴薯等農(nóng)作物。林網(wǎng)之間距離在300m左右。

表3數(shù)據(jù)表明，在木麻黃農(nóng)田防護(hù)林帶1后10h處風(fēng)速達(dá)到最小值，且中林＜成熟林＜過熟林。在林帶2后，風(fēng)速最小值出現(xiàn)在林帶后15h處，且中林＞成熟林＞過熟林。

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

3.2 不同發(fā)育階段木麻黃林對風(fēng)速空間分布的影響

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

由圖3看出，農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)風(fēng)速變化成波浪狀空間曲面，在防護(hù)林帶左右一定距離內(nèi)風(fēng)速呈下降趨勢，超過了一定距離，風(fēng)速又呈上升趨勢。從圖4可以看出，風(fēng)速在林帶內(nèi)不同測點(diǎn)的分布和空間風(fēng)速形式。等值線緊密區(qū)為風(fēng)速變化較大區(qū)，而稀疏區(qū)為風(fēng)速變化較小區(qū)。

3.3 不同發(fā)育階段木麻黃農(nóng)田防護(hù)林對風(fēng)速影響的規(guī)律分析

由以上圖表分析得出，木麻黃農(nóng)田防護(hù)林的風(fēng)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(fēng)速最小值出現(xiàn)在林后10h處，從空曠地到林帶后10h風(fēng)速呈連續(xù)的下降趨勢。從林帶后10h到林帶后25h處風(fēng)速呈連續(xù)的上升趨勢。兩條農(nóng)田防護(hù)林帶各測點(diǎn)的風(fēng)速變化為連續(xù)的波浪狀曲線，風(fēng)速在林帶后10h附近達(dá)到最小值。在林帶5h內(nèi)再次達(dá)到最大值，在下一條林帶10h附近又出現(xiàn)最小值。如果有多條林帶存在，則風(fēng)速變化形成連續(xù)的波浪狀形式，有波峰，也有波谷。在波谷風(fēng)速達(dá)到最小值。在波峰，風(fēng)速值可恢復(fù)到空曠地處的值。

4 結(jié)論

4.1 不同發(fā)育階段木麻黃防護(hù)林中，防護(hù)效果:過熟林<成熟林<中林，表明隨著林帶的老化，防護(hù)效果是逐漸減退的，有必要對林帶進(jìn)行更新，實(shí)現(xiàn)林帶防護(hù)效果的可持續(xù)發(fā)展。

4.2 復(fù)層林帶的防護(hù)效果較好，風(fēng)速最小值出現(xiàn)在林帶后15h處，單層林帶最小值出現(xiàn)在10h處；有效防護(hù)效果增大。

4.3 風(fēng)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(guī)律，風(fēng)速最小值出現(xiàn)在林后10h處，從空曠地到林帶后10h風(fēng)速呈連續(xù)的下降趨勢。從林帶后10h到林帶后25h處風(fēng)速呈連續(xù)的上升趨勢。復(fù)層農(nóng)田防護(hù)林帶各測點(diǎn)的風(fēng)速變化為連續(xù)的波浪狀曲線，風(fēng)速在林帶后10h附近達(dá)到最小值，在林帶5h內(nèi)再次達(dá)到最大值，在下一條林帶10h附近又出現(xiàn)最小值。

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