2014年10月防 护 林 科 技
O c t .,2014
第10期(总133期)
P r o t e c t i o nF o r e s t S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y
N o .10(S u m N o .133
)文章编号:1005-5215(2014)10-0058-03
收稿日期:2014-07-09
作者简介:张学强(1964-),男,大学,高级工程师,从事林业调查规划工作.
试议农田防护林的作用及其规划设计
张学强1,刘德深2
(1.山东省林业监测规划院,山东济南250014;2.山东省林木种质资源中心,山东济南250014
)摘 要:根据多年生产实践经验,提出农田防护林的防风原理二结构二影响因子二防护作用,并对营造农田防护林的技术措施等进行了阐述,对于山东农田防护林建设具有指导意义三关键词:农田防护林;林带结构;规划设计
中图分类号:S 727.24 文献标识码:A d o i :10.13601/j
.i s s n .1005-5215.2014.10.018 由于受急功近利思想的影响,
对农田防护林的防护作用没有足够的重视,而造成作物减产,甚至导致风沙危害,使土地失去生产力,而农田防护林不仅可以减少风沙的危害,而且可减少干热风的危害,下面就农田防护林问题进行探讨三
1 林带的防风作用
1.1 防风原理
农田防护林改变气流的物理作用,是林带作为一种障碍物改变气流的动能和涡动状况,从而减低了风速,改变了气流结构,以致影响到其他一系列小气候因子(气温二土壤温度二空气湿度二蒸发量二土壤结构等)的改变三
1.2 不同结构林带的防风原理1.
2.1 紧密结构林带 林带上的枝叶上下比较稠密,林带较宽,由乔木(主林层)二伴生树种(次林层)
和灌木(下木)组成,形成多林层林冠,纵断面很少透光,疏透度(林带纵断面的透光面积与林带垂直投影总面积之比),透风系数(背风林缘高度范围内平均风速与旷野相同高度范围内平均风速之比)小于
0.3,
由于林带不透风或很少透风,大部分气流从林冠上越过,改变气流结构的作用相当于涡流形成的物理作用,最小风速发生在背风林缘1倍树高(H )处,相当于旷野风速的10%(即能降低风速90%),在距离15~20H 处,0.2m 高度上风速降低20%,
相对风速达到80%,随着距离的增长,风速逐步恢复三这种结构林带降低风速显著,但防风范围小,而且风速恢复得也迅速,有效防护距离短三
1.2.2 稀疏(
稀透)结构林带 稀疏结构林带在树种组成和林冠层次上来看,和紧密结构林带近似,但比紧密结构要稀疏得多,而且林带比较窄,透光均匀,疏透度在0.3~0.4,透风系数0.3~0.5三大部气流(50%~60%)
不改变运行方向,而是均匀穿过林带,改变气流结构,相当于空气动力栅的作用,只有少部分气流在树冠中上部密集枝叶处,越过林冠时改变气流状况,相当于涡流形成的物理作用三由于气流大部分是直穿而过的,在运行过程中逐渐消耗了能量,致使风速降低三风速降低缓慢,风速增加也缓慢三最低风速出现在背风林缘3~8H 范围内三降低风速的绝对值比紧密结构要小,能降低20%的范围大体在25H 处三
1.2.3 通风(透风)结构林带 林带较窄,树冠紧密不通风或很少通风,树干部分通风,由一种或两种乔
木(有伴生树种)组成,也可有少量灌木三通风系数0.5以上,疏透度0.35左右,
树冠部分由于紧密而不透风,而在树干部分有大量气流直穿而过,改变气流的作用相当于空气动力扩散器的作用三由于浓缩气流力量强大,林带下部气流穿过树干时,风速略有增加,到一定距离后,气流由于断面积加大而辐散,同时与上部气流汇合,由于流速不同而产生涡流,而使风速减低三在背风林缘附近,风速减降不明显,甚至不降低,随后风速缓慢减弱,而且恢复风速也缓慢,最低风速出现在5~10H 范围内,减低风20%的范围在28H 距离处三由于下部强大气流的影响,促使林带防护范围向前推进,防护范围比紧密和稀疏结构要大,但降低风速的绝对值要小,在林缘附近有不同程度的土壤风蚀现象三
1.3 影响林带防风效果的因子分析
1.3.1 林带宽度 试验证明,紧密结构林带的宽度如减小时,防护距离就增大,总防风度(降低风速的
百分比)也提高了,如宽度增大时,防护距离和防护效果减小三稀疏结构和通风结构林带防护效果,如宽度增大时,在疏透度小(0.2~0.25)的情况下,林带防护距离减小;如在疏透度较大(0.35~0.4)的情况下,林带防护距离增大三因此,为了提高稀疏结构和通风结构林带的防护效能,在林带宽度增大时要提高疏透度,在减少宽度时要减少疏透度三
1.3.2林带疏透度据试验表明,通风结构林带,疏透度由0.15?0.35时,防护距离由40H?52H,如果疏透度再增大,防护距离明显减小,可见0.35是防护距离最长的最宜疏透度三稀疏结构林带,当疏透度由0.15?0.4时,防护距离由38H?49H,如果疏透度再增大,防护距离明显减小,可见0.4是其防护距离最长的最宜疏透度三通风结构的行道树林带(3行以下),疏透度达到0.25时,防护距离达到50H左右,疏透度如再加大,防护距离则减小三稀疏结构行道树林带(4行以上),疏透度达到0.3时,防护距离达48H,如再增大,防护距离减小三通风结构或窄林带,为了取得较好的防护效果,疏密度应小些,而取得较大的防护距离三
1.3.3林带叶期据有关观测资料,有叶状态通风结构二稀疏结构林带二紧密结构最宜疏透度为0.35二0.4二0(在此状态下防护效果最好),其防护距离相当于无叶期的1.3~1.8倍,防风效能(0~30 H平均降低风速)相当于无叶期的1.2~
2.8倍,防风效能分别达到45%,42%,36%,而无叶状态下的防风效能分别达到21%,19%,28%三较宽的林带比窄林带具有较好的防风效能,2~7行的通风林带积雪优于宽林带,通风结构林带在全年都具有较好的防护作用三有叶状态和无叶状态差别,主要是林带和疏透度和透风系数不同造成的,我们在设计规划时,一般要考虑有叶状态三
1.3.4林带横断面形状林带的横断面形状决定着林带表面气流涡动性质和空气动力影响距离的长短和防护高度三紧密结构林带以斜三角为好,稀疏结构林带以长方形为好,而通风结构林带无论何种断面形状,均比紧密和稀疏结构林带防风效果好,防护距离与林带断面形状关系不大三
1.3.5天气类型大气层结构是指近地空气温度随高度变化的分布特征,有关专家(я二А斯玛尔科)把大气层结构分为3种状态(判断系数R=(t0.2-t1.3)/U2,其中t0.2二t1.3分别代表离地面0.2m二1.3 m处气温,U2代表高度2m处的风速)三当R=-0.04 0.05时,为中性(等温);当R?-0.05时,为稳定(逆温);当R?0.06时,为不稳定(超绝热)三
不难看出只有在强冷空气入侵或者特殊地形(盆地二谷地)二特殊时段(每天10:00 16:00)才能出现不稳定层结构三一般地,稳定的大气层结构为高压天气,为晴天;不稳定的大气层结构为低压天气,为阴天或雨天三
紧密结构林带,在稳定层结构时,1m高度上的防护距离达55H,垂直防护高度可达2H;在不稳定层结构时,1m高度上的防护距离达18H,垂直防护高度可达3~4H三
通风结构林带,不同天气类型防风效果影响不大,在不稳定层结构时防护距离仍达40H三在经常出现不稳定层结构的地区,较宜营造通风结构林带三1.3.6风速背风林缘风速降低的绝对值随风速的增大而增大三阔叶树随着风速增大而疏透度也增大,而针叶树则恰恰相反三风速小时白天易形成超绝热(不稳定)大气层结构,早晚形成逆温天气(稳定大气层结构),风速变大后,可使大气层结构变为中性(等温),因此不同天气类型防护效果也不同三1.3.7地形迎风坡林带有效防护距离相对小些,背风坡有效防护距离会相对大些三
2林带的其他作用
2.1林带对改善其他小气候因子的影响
2.1.1对气温的作用通常林带增温和降温幅度都不会很大,只有急性冷锋降温(寒潮等)天气下,林带可减缓冷空气入侵,提高温度1~1.5?,昼夜温差也较小,这样可减少早霜和晚霜的危害三夏天,由于林带的庇护,以及树木的蒸腾作用,消耗热量,可起到一定的降温作用,越接近林带,降温效果越明显,其降温幅度为1~1.5?三对于紧密结构林带,夏季晴天条件下,因林缘附近有明显的弱风区,气流交换弱,因此有增温作用,有时可增温达到6?,而在秋末冬初,夜晚晴天无露时,易造成作物冻(寒)害三通风二稀疏结构林带的调节气温的效果要比紧密结构的要好三
2.1.2对大气湿度的影响在林带保护下农作物旺盛生长而大量蒸腾,风速降低,上下气流交换减少,因而增加了绝对湿度(空气水蒸气压),但相对湿度变化较小三随着气温的下降,相对湿度显著增加(以傍晚和夜间最大),以致饱和凝结为露水三在林带防护范围内空气湿度高于旷野50~100P a,相对湿度高于旷野5%~8%三在干旱年份或在干旱半干旱地区,通风和稀疏结林带,增加湿度的作用更加明显,相对湿度可增加24%,绝对湿度增加29%,林带降低风速显著的地段,湿度增加更为明显三林带
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第10期张学强等浅谈山东农田防护林问题
的根系吸收土壤深处的水分通过树冠大量蒸腾所形成的水气弥漫于林冠四周,与农田地表上空气气流交换,从而改善了农田上方空气水分状况,降低干旱影响三
2.1.3林带对蒸发量的影响在有效防护距离内,水的蒸发量可降低4%~31%,气温越高,降低作用越明显三
2.2对土壤和作物增产的作用
林带可增加土壤水分,防止风蚀,使雨雪在农田上分布更加均匀,还可降低地下水位,防止土壤次生盐渍化三在林带保护下,作物可增产20%左右三根据多年实践证明,林带面积不低于耕地面积的4%,就能在大面积范围大大减少自然灾害,形成一个较稳定的适于农业生产的小气候,以保证农作物高产稳产三
3农田防护林的规划设计
3.1林带结构选择
紧密结构林带适用于阻止流沙的防风固沙林,也可适用于防止平流寒害的果园,适用于防止地表径流,保持水土的水土保持林和水源涵养林,以及护村林二护岸林和护路林等,可在大型河流(干渠)两岸二高速路铁路两侧应用,而不适宜于农田防护林;稀疏结构林带适用于低山丘陵区农田(山地果园)防护林,既可防风也可防止水土流失,另外考虑到绿化景观要求,在主干道(国道二省道)和小型河流两侧营造稀疏结构林带;其他平原地区林带一般要选用通风结构,除易风蚀的农田(风口处)外,均要采用这种结构林带三由于路(水)自然形成的网格大于有效防护距离(网格面积大于26.7h m2)的很少,一般不要在农田中重新设置林带,一般结合道路水域绿化,完成农田防护林带设置,并结合农林间作及其他森林合理布局形成综合防护林体系三
3.2林带宽度和横断面
根据国内外资料观测分析和实践经验认为林带宽度应控制20m以内三稀疏结构8~11m(5~7行树),通风结构11~15m(7~10行)为宜三但在森林覆盖率小于10%的地区(如黄河三角洲),林带宽度可达到20m左右(14行)三株间配置不要搞成方格状规整结构,要做到交错布置,以取得最大防风效果为目的三
紧密结构林带横断面形状以不等边三角形断面
形状二仰角小的林带防效能最远,稀疏结构林带以方形或长方形防护距离为最远,通风结构林带以屋脊形的林带防护距离为最远三其中方形或长形结构林带很易实现,在生产实践中可以加以考虑,但是三角形的屋脊形结构不易操作,可结合特殊地段的景观设计加以考虑三
3.3林带方向
林带走向应与主害风方向垂直,才能取得较好的防风效果三但是山东省(特别是平原地区二人口较多的地区)沟路渠都已建成,东西走向的大部分与主风方向(南二北风)相垂直,所以林带建设结合道路水域绿化进行,一般不再考虑林带的方向问题三对于新开发地段及新修路要考虑林带走向问题三3.4林带间距
山东省的林带间距,可用农田林网网格面积控制,一般网格面积控制在26.7h m2以内,风沙危害严重区控制在20h m2以内,结合田间路渠规划统一安排三
3.5树种选择
根据山东省多年生产经验,选择林带树种主要有:窄冠毛白杨二毛白杨二黑杨二绒毛白蜡二白榆二旱柳二垂柳二紫穗槐等三
3.6胁地问题处理
林带的树冠遮光使林缘部分的农作物光照条件受到影响,树木根系与农作物争夺水分和养分,影响范围可达1.5H三可在造林前挖宽30~50c m,深50~100c m的隔离沟,以防侧根伸向农田三道路和灌渠设在林带两侧,或设在林带背阴一侧三一般不要在造林后挖隔离沟,特别是在林缘有较强萌蘖力的树种林带两侧三
3.7林带修枝间伐
通过合理修枝间伐,可使紧密结构林带变为稀疏结构林带,进一步修枝间伐,又可能转化成通风结构林带,以达到理想的防护效果三
4讨论
林带其他管理措施同其他造林一样,不再赘述,只对有关农田防护林技术问题加以阐明三以上笔者多年生产实践经验的总结,不足之处在所难免,只有在以后生产中加以改进和发展,使山东农田防护林建设再上新台阶三
06防护林科技2014年