林帶結構對木麻黃海岸防護林的防風效能影響

[摘要] 為了探討林帶結構和空間層次對防護效能的影響，從2006年11月到2007年3月在東山島對不同林帶結構和空間層次的海岸木麻黃防護林進行了調查。結果表明：疏透結構的林帶防風效能明顯地優于通風結構和緊密結構；木麻黃與濕地松、厚莢相思組成的復層林比木麻黃單層林的防護效能提高了3.3%。

[關鍵詞] 木麻黃 林帶結構 防風效能 空間結構

林帶結構決定著林帶的生態穩定性及功能性。防護林的結構性常用疏透度作為區別結構優劣的重要標志之一。圍繞著最適疏透度，國內外學者利用林帶、野外模型和風洞等條件進行了大量的研究[1~5]，結果表明，具有最適疏透度的疏透結構林帶往往具有較為理想的防護效益。

隨著天然林的減少，人工林經營的面積將不斷擴大，但是實踐證明大面積人工純林是不可能持續發展的[6]。因此國內從上世紀70年代以來在開展人工混交林的同時開始進行了人工復層林的研究，如東北地區的落葉松與紅松[7]、華北地區刺槐與側柏[8]、南方的杉木與柳杉[9]、泡桐與杉木[10]等，均取得了很好的效果。葉功富等也對不同林帶結構的木麻黃沿海防護林防護效能進行了研究，結果表明：目前，我國上世紀50年代營造的木麻黃沿海防護林已經進入到衰老期，防護效果下降。為了建設一條防護效能強，可持續經營的新林帶，有必要對原有林帶的防護效果進行評價，為新林帶的建設提供參考依據。

本文通過調查不同結構的木麻黃基干林帶和不同層次的混交林對木麻黃基干林防風效能，分析了不同結構林帶防護范圍內風速的變化和空間分布規律。

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：調查木麻黃林帶樣地的地貌類型、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，用多次測定同一高度林帶背風面不同倍數樹高處降低風速占林帶前沿空曠地風速的比值之平均值來表示林帶的防風效能，即

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

3.1不同林帶結構木麻黃海岸防護林的防護效能

疏透度是標志林帶結構的最重要指標，是從林帶的結構上鑒定其透風狀況的重要參數。由于疏透度具有三維性，而三維疏透度的確定又極為困難，一般用透光稀疏度來表示林帶結構，透光疏透度是三維疏透度的一個二維代值。

透光疏透度（β）（簡稱疏透度，下同）是以林帶林緣垂直地面上和透光孔隙的投影面積（Se）與該垂直面上林帶投影總面積（St）之比，通常用小數或百分比表示為：

林帶疏透度可以作為劃分林帶結構的標準，林帶的三種基本結構可用疏透度表達 (見表1)。

木麻黃不同結構林帶的疏透度不同，從而影響到林帶的防風特性。本文通過調查福建東山縣沿海不同木麻黃基干林帶的疏透度和林帶內各測點的風速來研究林帶疏透度和基干林帶放風效能的關系。林帶結構調查和防風效能見表2和表3。

從圖1可以看出，緊密結構林帶枝葉密集，縱剖面上透光孔隙較小，中等風遇到林帶時，進入林帶的氣流較小，大部分氣流由林帶上部繞行，林帶前的風速較高(78.2%)，林帶內風速則較低，平均為空曠區的20.2%。在林帶背風面由于抬升氣流很快降落，風速呈增大趨勢，實際防護距離較短。通風結構林帶下層枝葉較稀少，縱斷面有柵欄狀的大透光孔隙，眾多氣流從林帶下層穿過，林帶前風速較低（60.1%），而林內風速則較高，平均風速為41.3%，直到5H處降為最低，但仍達32.1%。隨后下穿氣流與林帶上層繞行的氣流合并，風速又逐漸恢復。疏透結構林帶的透光孔隙在縱斷面上均勻分布，低層氣流遇到林帶后較均衡地分成兩部分：一部分如同從篩網中篩過一樣，在背風面林緣附近形成許多小旋渦；另一部分氣流從林冠上層繞過，在背風面林緣附近形成一個較強的靜風區或弱風區，在1H處風速達到最低值，僅為16.4%，而后風速雖有增大，但風力增大的幅度不大。

3.2不同層次結構木麻黃海岸防護林的防護效能

以木麻黃老林帶內栽植木麻黃、濕地松、厚莢相思等樹種形成的、生態位有差異的多層次垂直結構的異齡混交復層人工林群落為研究對象，討論復層林對基干林帶結構與防護效能的影響。林分生長情況如表8所示。

由表4可以看到，木麻黃純林林冠結構單一，林帶呈通風結構，復層林中在上層木麻黃林冠下又形成不同高度的林相，從地面以上1.6m到4.7m處都有交錯的樹冠和枝條，形成疏透結構的新林帶，林帶群落層次復雜，物種多樣。

木麻黃與濕地松、厚莢相思組成的復層林相，林內樹冠和枝條錯落有致，加上木麻黃樹冠呈尖塔形，濕地松和厚莢相思樹冠呈卵圓形，林帶橫斷面形成起伏有序的波浪狀，從而提高了林分的防護效能。

由表5和圖2可知，當主害風穿過木麻黃復層林時，大部分氣流能較為均勻地通過林帶，在林帶內風速下降67.7%，比木麻黃單層林減弱1.8個百分點，主害風穿過基干林帶后，經過樹冠、樹枝碰撞摩擦，在背風林緣處形成弱風區，由于復層林的阻風作用比較強，在1H內降為最低點，下降70.9%，比木麻黃單層林減弱2.7個百分點。穿過林內的風在1H以外的背風面，與越過林帶的風匯合，在5H~10H范圍內速度又逐漸增大，但復層林的防風效能明顯加強，風速仍比單層林減弱6.6~7.7個百分點。從林帶后風速的變化來看，復層林比木麻黃單層林的風速平均減弱3.3%。

4 小結

木麻黃基干林帶的防護效能與林帶的結構狀況有直接的關系，試驗表明縱斷面透光孔隙疏密分布均勻的疏透結構林帶最佳，林帶的防護效能最強，而緊密結構和通風結構林帶的防風效能較弱，因此在防護林生態系統的管理中應優化林帶結構配置，建立以疏透結構為主的沿海防護林體系。

防護林的空間層次對防護林的防風效能有很大的影響，試驗表明當主害風穿過木麻黃復層林時風速比木麻黃單層林減弱1.8個百分點。主害風穿過基干林帶后，復層林風速比木麻黃單層林弱2.7個百分點。復層林的整體防風效能比單層林高6.6~7.7個百分點。因此復層林能明顯地增強沿海防護林的防風效能。

參考文獻

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