吉林省农安地区农田防护林生态经济效益分析
摘要 对吉林省农安地区成熟防护林的农田林网的防风效应、水热效应和经济效益进行了调查研究。结果表明:由4条林带构成的林网,平均降低风速30.4%,最低风速出现在观测区背风面的3 H~10 H处,降低60%。林网内背风面1 H~10 H处和迎风面3~5 H处为增温区,日平均增温0.4~1.0 ℃。而林网内背风面15 H~35 H处和迎风面6 H处为低温区,日平均增温在0.3~0.5 ℃。2行林带在有效防风距离以内,相对湿度的提高最低,平均提高6.3个百分点。12行林带次之,平均提高10.1个百分点。6行林带最好,平均提高20.4个百分点。林网内玉米平均产量9 211.9 kg/hm2,比对照区增加14.1%。3~10 H增产幅度为17%~25%,属于增产率最高区。可见,农田防护林具有非常明显的防风效应、水热效应和经济效益,是农田基本建设的重要组成部分。
Abstract In this paper,the windproof effects,hydro-thermal effects and economic benefits of matured shelter-forest in Jilin Nong’an District were investigated. The results showed that the forest-network formed by the four forest-belts,reducing 30.4% of the wind speed on average,and minimum wind speed appeared in the range of 3 H to 10 H(height of shelter belt)on the leeward side in observation area with reduction of 60%. The heating zones appeared in the range of 1 H to 10 H on the leeward side and 3 H to 5 H on the windward side. The daily average temperature increased by 0.4 ℃ to 1.0 ℃. However,the low temperature area appeared in the range of 15 H to 35 H on the leeward side and 6 H on the windward side. The daily average temperature was increased by 0.3 ℃ to 0.5 ℃. 2-line forest-belt within an effective distance of the windbreak,the improvement of the relative humidity was the lowest,which had an average increase of 6.3 percentage points. 12-line forest-belt was next,which had an average increase of 10.1 percentage points. 6-line forest-belt was the best,which had an average increase of 20.4 percentage points. Corn in forest-network yielded 9 211.9 kg/hm2 on average,which had an increase of 14.1% compared with the contrast area.In the range of 3 H to 10 H site it′s yielded 17% to 25%,which was the highest increasing area. It showed that farmland shelter-forest had very significant windproof effects,hydro-thermal effects and economic benefits,which was an important part of farmland capital construction.
Key words shelter-forest;windproof effects;hydro-thermal effects;economic benefits;Jilin Province;Nong′an District
吉林省农安地区是我国“三北”防护林体系建设的重要组成部分,是“三北”防护建设中的样板,现己林网成型。由于营造大面积农田防护林,使农业生产条件得到基本改善,初步形成一个稳定的农业生产生态环境[1]。为了总结防护林综合效益,进行农田防护林生态因子观测和农作物产量调查以及经济评价,可为进一步完善“三北”防护林体系建设提供科学依据。
1 区域概况与研究方法
1.1 研究区自然概况
研究区域位于吉林省农安县境内,在地理上位于北纬43°54′~44°56′,东经124°32′~125°45′,地处松辽平原中部,地势平坦可划分台地、川地和沙地三大类型。台地(岗地)可分高台地和台地,高台地分布在区域的西北和北部,海拔250 m以上。川地主要包括河漫滩、一级阶地、湖积平原和浅谷。沙地以固定沙丘为主,大部分已开垦为农田,只有在残余沙地上还分布有贝加尔针茅(Stipa bungeana)、糙隐子草(Cleistogeaes gquarrosa)群落。土壤以黑钙土和黑土为主,其次为草甸土、沙土,零星分布的还有盐土、碱土等[2]。地带性植被为贝加尔针茅—糙隐子草群落,在低平地分布大面积羊草(Leymus chinesis)群落和沿湖附近分布有杂类草群落、碱蓬(Artemisia anethifo-lia)群落和沼泽。该地区可划分4个农田防护林立地类型[3-4],主要优势树种为双阳快杨(Populus × xiaozhuamicu)。试验区属于中温带半湿润大陆性季风气候,四季分明,春季干燥多风,夏季湿热多雨,秋季温和凉爽,冬季漫长寒冷,降雪较少。年平均气温4.7 ℃,1月平均气温为 -16.9 ℃,7月平均气温为23.1 ℃,年平均降水量508.2 mm,由东南向西北递减,且多集中在夏季。5—9月的≥10 ℃活动积温平均为2 895 ℃,无霜期121~148 d,多为西南风,春季>8级以上大风30余次,使农林牧业生产受到严重威胁。因此,营造农田防护林是保证农业丰收的基础。
1.2 研究方法
1.2.1 生态因子观测。在择林网主林带500 m,副林带250、420 m,平均树高7~13 m。采用垂直林带观测法,选迎风面5 H(H为树高,即观测点外林带的平均树高,是一个特定数值)、3 H、1 H,背风面1 H、3 H、5 H、10 H、15 H、20 H、25 H、30 H、35 H处设观测点,进行风向、风速、气温、土温、空气湿度等项目的定点观测,遇灾害性天气时进行临时性观测。
1.2.2 产量调查。在观测区内采用机械取样方法,设定生物产量样方,测定产量,样方面积为4 m2,要求调查样地的农作物品种、耕作技术、播种期、培育管理技术需基本保持相同。
2 结果与分析
2.1 农田林网的防风效应
农田林网有明显的防风效能,风通过林带时,受其阻挡,风速降低,气流性质改变,间接地影响到其他小气候因子[5-7]。根据观测,由4条林带构成的林网,风速平均降低30.4%,变幅在10%~45%。林网四边形成风区,最低风速出现在观测区的西南背风面的3 H~10 H处,降低60%,但向东北逐渐加大,至东北区背风面30 H时,基本恢复对照点风速。强风区只在主林带的迎风面6 H处,副林带背风面35 H和东北区30 H处恢复对照风速,形成一个椭圆形,约占全林网面积的15%。林带的防风效能与林带的结构、季相、行数、透风系数以及林带树种的株行距有密切关系。从图1可以看出,一路2行(道路两侧各1行)的林带
平均降低风速11.9%,防护效果最低,一路4行的林带降低风速24.0%,虽然起到了一定防护作用,但其效果不如一路6行的好。一路8行和一路10行的林带分别降低风速24.0%和23.7%,其效果均不如一路6行,而且比一路6行的多占用农田,一路12行和一路28行风速分别降低34.8%和37.0%,风速降低较高,但占用农田过多。林带与风向交角直接影响防护效能,从表1可以看出,交角越小,林网内平均风速降低越小,防风效果越差,防护距离相应越短。
2.2 农田林网的水热效应
林网对气温的影响比较复杂,其变化与林带的结构、天气类型、风速大小和空气乱流交换强弱等因素有关。但是林网内气温变化总是比旷野区平均增温0.60~0.63 ℃,并出现增温区和低温区2种状况。从图2可以看出,林网内背风面1 H~10 H处和迎风面3 H~5 H处为增温区,日平均增温为0.4~1.0 ℃,而林网内背风面15 H~35 H处和迎风面6 H处为低温区,日平均增温0.3~0.5 ℃。林带内地表温度变化比林外的温度变化较小,根据6月10日观测,地表温度林网内5:00平均最低温度14.5 ℃,13:00平均最高温度为27.0 ℃,其变化幅度为12.5 ℃,而防护林外(对照区),5:00最低温度也是14.5 ℃,而13:00最高温度为45.3 ℃,其变化幅度为30.8 ℃。另外,林外的温度受天气阴晴变化影响也较大,如6月10日15:00左右降雨,林内地表温度为19 ℃,比13:00温度只降低8 ℃,而林外温度为20.5 ℃,比13:00降低24.8 ℃。
从表2可以看出,地下温度变化虽然不如地表温度变化激烈,但是在0~5 cm土层变化很大,而在深度15 cm以下土层变化较小,总的趋势是林网内的温度比林网外提高1.6 ℃。林网中的空气湿度比林网外高,由于树冠减弱水蒸汽向上输运和树木蒸腾作用放出水蒸汽,再加上林网内温度变化幅度较小,形成林网内空气湿度比林外高的特点。从表3可以看出,林网内的空气湿度与林带的行数有密切关系。2行林带在有效防风距离以内,相对提高的湿度最低,平均提高相对湿度6.3%;12行林带次之,平均提高相对湿度10.1%;6行的林带最好,平均提高相对湿度20.4%。其中以背风面1 H~15 H和迎风面1 H~5 H提高湿度最多,平均可提高湿度20.4%。因此,在东北西部农田防护林中,应提倡营造6行的林带。
2.3 农田林网的经济效益
林网内玉米产量调查是从主林带的背风面1 H~30 H处取样,对照区以林网内防护效能最低和产量最低的为对照(30 H)。从表4可以看出,林网内玉米平均产量为9 211.9 kg/hm2(不包括30 H产量),比对照区增加14.1%。实际上对照区(30 H)也由于林网防护效能提高了产量。林网内玉米增产分布与林网内防
护效能的变化规律是一致的。3 H~10 H增产幅度为17%~25%,属于增产率最高区,其余地区增产率在10%左右,接近林带0.5 H~1.0 H范围内为减产区,减产幅度在9%左右。玉米千粒重变化与产量相似。林网的实际经济效益可通过调查林网样地加以分析说明,林网样地面积为20.8 hm2,其中林带占地面积2.3 hm2,道路占地(下转第209页)
面积0.6 hm2,沟渠占地面积1.1 hm2,其比例如下:①玉米地占用面积=16.8/20.8×100%=80.8%;②林带占用面积=2.4/20.8×100%=11.5%;③通路占用面积=0.6/20.8×100%=2.9%;④沟渠占用面积=1.1/20.8×100%=5.3%。由于当地属易涝盐碱地区,所以农田必须排涝、修路、治盐碱,如按空旷地平均产玉米8 070 kg/hm2(实际是林网30 H)计算,则由林带占用面积11%,所造成的产量损失为8 070×11%=887.7 kg,林网内玉米平均产量9 211.9 kg/hm2。对比二者的结果,有林地减去林带占地损失的产量后,还比无林地增产254.3 kg/hm2。林网本身的经济效益还有生产木材,根据对农田防护林调查,树种为双阳快杨,平均树高12 m,平均胸径12 cm,年龄11年,其立木材蓄积量为135 m3,平均为59.55 m3/hm2。
3 结论
由4条林带构成的林网,平均可降低风速30.4%,最低风速出现在观测区背风面的3 H~10 H处,降低60%。林网内背风面1 H~10 H处和迎风面3 H~5 H处为增温区,日平均增温为0.4~1.0 ℃。而林网内背风面15 H~35 H处和迎风面6 H处为低温区,日平均增温在0.3~0.5 ℃。2行林带在有效防风距离以内,相对提高的湿度最低,平均提高相对湿度6.3%。12行林带次之,平均提高相对湿度10.1%。6行林带最好,平均提高相对湿度20.4%。林网内玉米平均产9 211.9 kg/hm2,比对照区增加14.1%。3 H~10 H增产幅度为17%~25%,属于增产率最高区。可见,农田防护林具有非常明显的防风效应、水热效应和经济效益,是农田基本建设的重要组成部分。
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