和田地區(qū)綠洲外圍農(nóng)田防護(hù)林帶的防護(hù)效益

王 翠, 雷加強(qiáng), 李生宇， 毛東雷1，, 再努拉·熱合木吐拉1，， 周 杰

(1.中國(guó)科學(xué)院 新疆生態(tài)與地理研究所， 新疆 烏魯木齊 830011；2.新疆策勒荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站， 新疆 策勒 848300； 3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 4.新疆交通科學(xué)研究院 干旱荒漠區(qū)公路工程技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 新疆 烏魯木齊 830000)

防護(hù)林是一種人工建立的改造自然環(huán)境使其能夠達(dá)到人類(lèi)預(yù)想的生態(tài)措施，它一般存在于受保護(hù)區(qū)域的最邊緣,以抵御外部各種環(huán)境變化產(chǎn)生的影響。例如，農(nóng)田防護(hù)林、海岸防護(hù)林、公路防護(hù)林、城市外圍防護(hù)林以及 “三北” 防護(hù)林等[1]。國(guó)內(nèi)外對(duì)防護(hù)林功能的研究主要集中在其所產(chǎn)生的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[2-5]。防護(hù)林生態(tài)效益的研究集中在防護(hù)林的農(nóng)田小氣候效應(yīng)及其對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分的改良作用[6-9]。對(duì)防護(hù)林小氣候效應(yīng)的研究主要針對(duì)林帶的配置結(jié)構(gòu)、林帶寬度、高度及疏透度等對(duì)防風(fēng)效能的影響，初步得出防風(fēng)效能較好的林帶配置和結(jié)構(gòu)，即疏透度在0.35～0.45的喬灌草復(fù)合配置的防護(hù)林風(fēng)速降低明顯、防護(hù)距離較長(zhǎng)、防護(hù)效果最佳[10-12]。在荒漠區(qū)，防護(hù)林對(duì)風(fēng)速的減弱會(huì)導(dǎo)致風(fēng)沙流中沙粒的沉降，不同配置的防護(hù)林決定沙粒沉降的數(shù)量和方位[13]。目前，對(duì)農(nóng)田防護(hù)林的小氣候效應(yīng)研究較多，對(duì)于荒漠區(qū)防護(hù)林的生態(tài)效應(yīng)研究較少。

針對(duì)塔克拉瑪干沙漠南緣風(fēng)大風(fēng)多、氣候干燥、現(xiàn)有綠洲面積不足以滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)土地需求的緊迫狀況，本文通過(guò)在和田地區(qū)吉亞鄉(xiāng)綠洲外圍的流動(dòng)沙地上種植新疆楊+沙拐棗防護(hù)林帶，定量研究其改善區(qū)域小氣候的效益，為擴(kuò)大綠洲利用面積和合理配置防護(hù)林結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于和田地區(qū)吉亞鄉(xiāng)綠洲外圍的流動(dòng)沙地上，該區(qū)南抵昆侖山與西藏自治區(qū)交界，東部與巴音郭楞蒙古自治州相接，北部深入塔克拉瑪干腹地，西部與喀什地區(qū)毗鄰。四周高山環(huán)繞，深居內(nèi)陸，從西部來(lái)的冷濕氣流和印度洋熱濕氣流由于受到青藏高原的阻擋而難以抵達(dá)，因此該區(qū)大陸性氣候強(qiáng)。本區(qū)屬于暖溫帶極端干旱荒漠氣候，春季風(fēng)大風(fēng)多，每年浮塵天氣220 d以上，其中沙塵暴天氣在60 d左右。年平均氣溫11.5 ℃，1月平均氣溫-6 ℃，歷年平均降水量32 mm，年均蒸發(fā)量高達(dá)2 480 mm，無(wú)霜期212 d。

1.2 林帶的設(shè)置

吉亞鄉(xiāng)常用喬木防護(hù)林樹(shù)種為新疆楊(PopulusalbaLinn. var.pyramdalisBunge)和沙棗(Elaeagnusangustifolia L.)，灌木樹(shù)種為沙拐棗(Calligonummongolicum)、梭梭(Haloxylonammodendron)、多枝檉柳(TamarixramosissimaLedeb)，天然植被有駱駝刺(AlhagisparsifoliaShap.)、花花柴〔Kareliniacaspica(Pall.)Less.〕和蘆葦(Phragmitesaustralis)等。試驗(yàn)以種源豐富、生長(zhǎng)速度較快的新疆楊、沙拐棗作為防護(hù)林樹(shù)種。

根據(jù)前人對(duì)防護(hù)林結(jié)構(gòu)研究，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際條件，配置新疆楊喬木+沙拐棗灌木防護(hù)林，著重測(cè)定其生態(tài)效益。防護(hù)林具體種植規(guī)格為新疆楊林帶垂直于主風(fēng)向，林帶長(zhǎng)300 m，寬4 m，株行距均為1 m，生長(zhǎng)2 a后平均株高2.8 m，疏透度為0.6。新疆楊后種植有10行沙拐棗，株行距1 m，平均株高1.9 m，疏透度為0.3。由于林帶灌溉的側(cè)滲作用，林前的土壤含水率相對(duì)較高，因而在新疆楊前發(fā)育有一條天然駱駝刺草本帶，駱駝刺蓋度約為0.300。該區(qū)風(fēng)向變化較大，但是起沙風(fēng)風(fēng)向特別集中，主要為W，WNW風(fēng)，為使防護(hù)林的防風(fēng)效益最大，林帶的走向垂直于主風(fēng)向呈南北走向。

對(duì)防護(hù)林生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)主要集中在氣象和土壤因素，氣象因素的效益占到總生態(tài)效益的0.667，其中防風(fēng)效能占到氣象因素的50%，溫濕度各占25%[14]，足見(jiàn)風(fēng)速、溫濕度指標(biāo)在評(píng)價(jià)防護(hù)林體系中的重要性。因此本文選定防護(hù)林的防風(fēng)效能、減沙效益、輻射和溫濕度的變化來(lái)定量研究流沙地防護(hù)林的生態(tài)功能。

1.3 研究方法

1.3.1 數(shù)據(jù)的采集 風(fēng)速風(fēng)向的測(cè)定利用美國(guó)ONSET公司生產(chǎn)的HOBO小氣象觀測(cè)系統(tǒng)，在距地面0.5，1，3 m高度上分別安裝一個(gè)風(fēng)速傳感器，在3 m高度安裝風(fēng)向傳感器,所有觀測(cè)項(xiàng)目均為全天觀測(cè)，采集器(HOBO-U30)自動(dòng)記錄，采樣頻率為1 HZ，即1 s測(cè)一次風(fēng)速變化，記錄間隔基本為1 min。

溫濕度和輻射的測(cè)定儀器采用具有精度高、可存數(shù)據(jù)量大、體積小等優(yōu)點(diǎn)的HOBO溫濕度探頭〔HOBO Pro Series Temp, RH(C)1998 ONSET〕。

沙塵通量的觀測(cè)采用近地面沙塵通量梯度儀(BSNE)，每一個(gè)積沙器支架上都安裝一個(gè)風(fēng)向標(biāo)，這樣可以收集各個(gè)風(fēng)向上的沙通量。風(fēng)向標(biāo)的起動(dòng)風(fēng)速≤1.0 m/s，風(fēng)向測(cè)量范圍為0～360°，最大允許誤差范圍為±3°。

1.3.2 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)通過(guò)Excel和SPSS 16.0處理，作圖利用Origin 8.0和Photoshop軟件。

2 結(jié) 果

2.1 防護(hù)林的防風(fēng)效益

防護(hù)林的防風(fēng)效益主要通過(guò)其防風(fēng)效能來(lái)度量，防風(fēng)效能是指防護(hù)林前后的風(fēng)速差值與林前風(fēng)速的比值。

式中：K——防風(fēng)效能(%)；V流沙——流沙地曠野風(fēng)速(m/s)；V防護(hù)林——防護(hù)林帶內(nèi)風(fēng)速(m/s)。

由表1可以看出，新疆楊林和沙拐棗林都有降低流沙地風(fēng)速的效能，當(dāng)風(fēng)速在0～3 m/s時(shí)，0.5 m高度上楊樹(shù)林的防風(fēng)效能為95.1%，沙拐棗林為99.9%。隨著風(fēng)速的增大，楊樹(shù)林的防風(fēng)效能由95.1%降低到了67.2%，沙拐棗林內(nèi)的防風(fēng)效能也減弱，但是其減弱率較緩，從99.9%降到了93.5%。整體看來(lái)，沙拐棗林和新疆楊林的防風(fēng)效能隨著風(fēng)速的增大而減弱。Zhang等[15]也發(fā)現(xiàn)防護(hù)林的防風(fēng)效能隨著風(fēng)速的變化而變化，主要原因：一是風(fēng)速的增大會(huì)增加林木的搖擺度，從而防護(hù)林的疏透度變大，防風(fēng)效能減弱；二是風(fēng)速的變化表現(xiàn)為水平和垂直兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，隨著風(fēng)速的增大，其垂直方向的風(fēng)速加大，這將會(huì)使風(fēng)向改變，從而引起風(fēng)向與防護(hù)林夾角的改變，進(jìn)而改變防風(fēng)效能。

表1 防護(hù)林的防風(fēng)系數(shù)

林帶防風(fēng)效能隨著高度的增長(zhǎng)而減弱，在0.5和1 m高度上，沙拐棗林的防風(fēng)效能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于楊樹(shù)林，原因是沙拐棗本身系灌木林，植物下部的枝條數(shù)比較多，較楊樹(shù)林底部疏透度小，因此其防風(fēng)效能較大。3 m高度上沙拐棗的防風(fēng)效能等同于新疆楊林，由于沙拐棗高度在2 m左右，3 m高度上的風(fēng)速幾乎不受影響，之所以其林帶上方風(fēng)速減弱，是由于楊樹(shù)林后減弱的風(fēng)速尚未恢復(fù)。

流沙地風(fēng)速大于起沙風(fēng)6 m/s后，沙拐棗林近地表0.5 m高度內(nèi)風(fēng)速很少有超過(guò)2 m/s，新疆楊林幾乎沒(méi)有超過(guò)4.5 m/s，表明林帶對(duì)下墊面的土壤起到良好的保護(hù)作用，林帶內(nèi)地表的風(fēng)速很小，基本上不會(huì)有地表風(fēng)蝕。

整體上，兩種防護(hù)林均表現(xiàn)出隨著風(fēng)速和高度的增加防風(fēng)效能減弱的趨勢(shì)。新疆楊林+沙拐棗林帶的防風(fēng)效能大于單純的新疆楊林或沙拐棗林帶，因此在選擇荒漠區(qū)林帶配置時(shí)，應(yīng)選擇喬木+灌木林帶。

2.2 防護(hù)林的固阻沙效益

防護(hù)林的固沙效益在非荒漠區(qū)是一個(gè)不必要的指標(biāo)，但是在荒漠區(qū)，防風(fēng)固沙似乎是兩個(gè)不可分開(kāi)的指標(biāo)，防風(fēng)必定會(huì)導(dǎo)致輸沙量的減弱。并且在流動(dòng)沙地上不斷移動(dòng)著的流沙會(huì)掩埋農(nóng)田、損害房屋，危害很大。本文將防護(hù)林固阻沙效益納入到其防護(hù)效益中，流沙前沿的輸沙總量為906 g，楊樹(shù)林的輸沙總量為150 g，沙拐棗林為118 g，楊樹(shù)林中的沙通量較流沙地減少83%，沙拐棗林中的沙通量較流沙地減弱了87%(圖1)。當(dāng)流沙地的風(fēng)速大于起沙風(fēng)后，風(fēng)挾帶地表的沙粒前進(jìn)，在其經(jīng)過(guò)防護(hù)林時(shí)，風(fēng)速減弱，挾沙能力降低，沙粒沉降，越到林內(nèi)，風(fēng)速越小，加之沙源不太充足，因此林內(nèi)的輸沙量越小。由此可知，此防護(hù)林帶有效地阻止了流沙進(jìn)入防護(hù)林帶背風(fēng)一側(cè)。

圖1 不同下墊面的積沙量

2.3 不同下墊面的溫濕度和輻射的變化規(guī)律

2.3.1 不同下墊面的溫度變化 選取7月晴天和沙塵暴兩個(gè)不同的天氣過(guò)程，對(duì)比其氣象要素的差異性。由圖2可以看出，林帶內(nèi)外氣溫的變化趨勢(shì)基本一致，但不同的天氣過(guò)程有較大的差異性。晴天氣溫度在7：00左右達(dá)到一天中的最低值，中午14:00溫度最高，在14:00—16:00短暫的下降后有一段較為平穩(wěn)的時(shí)期，20:00以后氣溫下降。沙塵暴天氣氣溫的變化遠(yuǎn)不如晴天那么劇烈，具體表現(xiàn)為氣溫日較差小，夜間溫度較高，白晝溫度較低。流沙地和林內(nèi)的溫度變化趨勢(shì)表現(xiàn)為流沙地的氣溫夜間要顯著高于楊樹(shù)林和沙拐棗林地，白晝林內(nèi)外溫度差異較小，沙拐棗林內(nèi)溫度顯著低于流沙地溫度(p<0.01)，總體看來(lái)，三個(gè)不同下墊面之間的溫度差異均極顯著(p<0.01，表2)。

圖2 不同下墊面的溫度

表2不同下墊面溫濕度、輻射的差異顯著性分析

注：p<0.05差異顯著水平； p<0.01差異極顯著水平。

2.3.2 不同下墊面濕度變化 防護(hù)林內(nèi)外濕度的變化趨勢(shì)一致，晴天時(shí)空氣濕度在3:00—5:00達(dá)到最大，之后緩慢降低。直到次日8:00，日出后隨著日照增強(qiáng)，溫度升高，蒸發(fā)加強(qiáng)，從而導(dǎo)致空氣濕度下降速度加快，中午13:00—15:00溫度最高，濕度最低，之后隨著日照強(qiáng)度減弱濕度緩慢增大，新疆楊和沙拐棗林濕度較流沙地高出7%左右。晴天天氣，流沙地與楊樹(shù)林、沙拐棗林的濕度差異極顯著(p<0.01)，楊樹(shù)林與沙拐棗林間的濕度差異較為顯著(p=0.015)。沙塵暴天氣的濕度要小于晴天，濕度在0:00—2:00達(dá)到最大，之后降低，8:00—12:00之間濕度變化較為平穩(wěn)，隨著溫度的增高，12:00—16:00有一個(gè)緩慢的降低區(qū)，之后逐漸升高(圖3)。由于沙塵暴天氣氣流交換快，加之白晝太陽(yáng)輻射弱，氣溫日較差小，因此白晝的濕度變化較小。大風(fēng)天氣中，楊樹(shù)林與沙拐棗林的濕度差異不顯著，流沙地與林帶內(nèi)的濕度差異顯著(p<0.01)。

圖3 不同下墊面的相對(duì)濕度

總體看來(lái)，防護(hù)林內(nèi)外濕度變化差異顯著，林內(nèi)濕度大于流沙地濕度，濕度的變化與溫度有著密切關(guān)系，溫度越高，濕度越小，溫度越低，濕度越大。不同天氣過(guò)程濕度大小和變化趨勢(shì)均有差異。上述變化特征的原因是流沙地土壤中的水分含量低，溫度高，風(fēng)力強(qiáng)勁，導(dǎo)致其空氣中水分來(lái)源少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，水分散失快，濕度低。防護(hù)林內(nèi)有適當(dāng)?shù)墓喔却胧┰黾悠渫寥赖臐穸?，地面可蒸發(fā)水量增加，植被的蒸騰也會(huì)增加林帶內(nèi)的一部分濕度，加之林帶內(nèi)空氣流動(dòng)相對(duì)較弱，水分易于保持，濕度較高。

2.3.3 不同下墊面的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度 晴天無(wú)風(fēng)時(shí)，太陽(yáng)輻射呈單峰曲線，輻射在中午14:00—16:00達(dá)到最大，之后一直降低，太陽(yáng)落山到第2 d黎明，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度保持在接近0的一個(gè)值(圖4)。流沙地的太陽(yáng)輻射最強(qiáng)，楊樹(shù)林的太陽(yáng)輻射最弱，流沙地的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度顯著大于楊樹(shù)林(p=0.012)，與沙拐棗林間差異不顯著，楊樹(shù)林與沙拐棗林間的太陽(yáng)輻射差異性顯著(p=0.049)。

沙塵暴天氣過(guò)程太陽(yáng)輻射呈現(xiàn)雙峰曲線，12:00—13:00,15:00—16:00兩個(gè)時(shí)段達(dá)到兩個(gè)最大值，14:00左右有一個(gè)輻射最低值。楊樹(shù)林的太陽(yáng)輻射量顯著小于流沙地和沙拐棗林(p<0.01)，沙拐棗林與流沙地間的太陽(yáng)輻射量差異不顯著(p=0.063)(表2)。導(dǎo)致這種結(jié)果的原因是太陽(yáng)輻射感應(yīng)器的高度安裝在距地表2.0 m處，高于沙拐棗林帶，因此沙拐棗林帶的輻射量約相當(dāng)于流沙地，楊樹(shù)林的高度超過(guò)輻射測(cè)度儀的高度，加之樹(shù)體本身會(huì)反射吸收部分的光值，使得光照強(qiáng)度減弱。整體看來(lái)，流沙地的太陽(yáng)輻射最強(qiáng)，楊樹(shù)林最弱，沙塵暴天氣的最大太陽(yáng)輻射量和輻射總量均小于晴天天氣。

圖4 不同下墊面的輻射強(qiáng)度

3 討 論

林網(wǎng)的防風(fēng)效益與單一林帶的防護(hù)效益有很大差異。馮瑞等[16]在風(fēng)洞中研究了純喬木防護(hù)林和喬冠配置防護(hù)林的流場(chǎng)特征，結(jié)果表明，純喬木防護(hù)林帶在冠層后部，流線密度急速下降，近地表形成一個(gè)湍流區(qū)，流線雜亂無(wú)章，極不穩(wěn)定，易發(fā)生風(fēng)蝕；喬冠混交配置的防護(hù)林在林帶上方和冠層后部均形成一個(gè)平穩(wěn)區(qū)，流線較為平坦，密度變化不大，表明喬冠混交的防護(hù)林可有效地抑制近地表的風(fēng)速，減弱風(fēng)蝕的程度。金文等[17]研究了有無(wú)搭配灌草喬木防護(hù)林的防風(fēng)效益，結(jié)果表明搭配了灌草的林帶由于增大了地面的粗糙度，從而增大氣流流動(dòng)阻力，因而其防風(fēng)效能大于喬木林帶，且林帶后6H的沿流風(fēng)速垂直分量也比無(wú)草的林帶流場(chǎng)有所降低，表明了風(fēng)速對(duì)地表剪切能力的下降。周洪華等[3]研究了喬木、喬冠和喬灌草3種配置類(lèi)型防護(hù)林的防風(fēng)效益，結(jié)果表明喬灌草配置的防護(hù)林對(duì)地表起到有效的防護(hù)效果，喬木防護(hù)林則在樹(shù)冠分布高度上的防風(fēng)效益明顯，在近地表的防護(hù)效益較差，防護(hù)林防護(hù)效益表現(xiàn)為喬灌草配置>喬灌配置>喬木配置，這為本文在研究區(qū)域防護(hù)林林網(wǎng)的配置提供了科學(xué)的理論依據(jù)。

防護(hù)林防風(fēng)效益的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)是由于植被增加了下墊面的粗糙度，在一定程度上削弱了近地面層空氣湍流交換作用的強(qiáng)度。迎風(fēng)面吹來(lái)的風(fēng)，一部分穿過(guò)林間空隙在低層受到林冠、枝葉和樹(shù)干的摩擦作用,在林內(nèi)產(chǎn)生許多小旋渦消耗能量，達(dá)到降低風(fēng)速的目的；另一部分被迫抬高在林冠上部分成兩股：一股繼續(xù)水平向前運(yùn)動(dòng)，另一股在林后形成垂直大旋渦，分流作用使得風(fēng)能減小，達(dá)到降低風(fēng)速的作用[18]。羅萬(wàn)銀等[19]將柵欄影響前后的二次流分為6個(gè)區(qū)域，分別為外流區(qū)、溢流區(qū)、尾流區(qū)、內(nèi)邊界層、反向渦和小渦旋區(qū)，每個(gè)區(qū)域均有不同的氣流運(yùn)動(dòng)方式和速度梯度。反向渦和小渦旋區(qū)是障礙物前后重要的流場(chǎng)活動(dòng)，反向渦導(dǎo)致障礙物后方的沉降堆積，小渦旋區(qū)則會(huì)導(dǎo)致障礙物根部的風(fēng)蝕，這兩個(gè)區(qū)均會(huì)在疏透度大于0.3時(shí)消失。內(nèi)邊界層作為防護(hù)林后方近地面層的一個(gè)主要層次，其主要表現(xiàn)特征為風(fēng)速降低，氣流運(yùn)動(dòng)能量較小，對(duì)地表的剪切力下降，從而抑制了柵欄后方的地表沙粒的啟動(dòng)及潛在傳輸方式。當(dāng)障礙物疏透度大于0.4時(shí)，其頂部上方會(huì)出現(xiàn)明顯的氣流加速區(qū)，繞過(guò)障礙物后氣流發(fā)生分離，形成強(qiáng)烈的尾流剪切層，此時(shí)垂直速度即擔(dān)負(fù)起上下層能量的傳遞及交換的任務(wù)。根據(jù)在垂直高度上的氣流的分區(qū)和運(yùn)動(dòng)方式，越往上層防護(hù)林的防風(fēng)效能越小。本研究中沙拐棗林生長(zhǎng)狀況好，枝條數(shù)多，呈緊密型灌木林，新疆楊帶間距較大，還沒(méi)有完全發(fā)育成材，林帶尚未郁閉，呈疏透性。氣流在到達(dá)緊密型的沙拐棗林時(shí)被急劇抬升，通過(guò)林帶氣流很小，風(fēng)速較小。楊樹(shù)林為疏透型，氣流在水平方向上受到的阻力較小，因此林帶內(nèi)部的風(fēng)速小于流沙地但大于沙拐棗林帶。因此喬木和灌木林帶配合的防風(fēng)效能更好。本研究還發(fā)現(xiàn)越往高層，防護(hù)林的防風(fēng)效能在減弱，一方面反映了疏透度的變化情況，另一方面由于風(fēng)速在遇到植物后，空氣被抬升從上部越過(guò)，因此其上部的風(fēng)速較大，防風(fēng)效能減弱。隨著風(fēng)速的增大，防護(hù)林的防風(fēng)效能也會(huì)減弱，原因之一是風(fēng)速的增強(qiáng)增大了林帶的疏透度，因而導(dǎo)致防風(fēng)效能減弱。另一方面由于植物對(duì)風(fēng)能的阻擋和削減有一定的限度，隨著風(fēng)能的增強(qiáng)，其防風(fēng)效能即會(huì)減弱。

當(dāng)風(fēng)速達(dá)到起沙風(fēng)速后，沙粒開(kāi)始移動(dòng)，沙粒的運(yùn)動(dòng)方式主要分為蠕移、躍移和懸移3種。防護(hù)林帶減弱風(fēng)速使得風(fēng)的挾沙能力下降，沙粒在林前和林中大量沉積。防護(hù)林和阻沙柵欄的降沙原理類(lèi)似，主要有3種原因： (1)障礙物設(shè)置后，改變了局部氣流場(chǎng)，導(dǎo)致一定范圍內(nèi)近地表風(fēng)速明顯降低，從而削弱了搬運(yùn)風(fēng)沙的能力； (2)障礙物本身對(duì)運(yùn)動(dòng)沙粒的攔截作用； (3)由于障礙物設(shè)置地形與柵欄互作產(chǎn)生風(fēng)沙堆積[19]。金文等[17]研究表明搭配灌草防護(hù)林繞林流場(chǎng)渦量等級(jí)明顯低于未搭配灌草，在近地表層減弱等級(jí)更為明顯，因此搭配灌草的林帶模式對(duì)保護(hù)地表免受風(fēng)蝕的效果好。羅萬(wàn)銀等[19]研究表明氣流在防護(hù)林前風(fēng)速抬升和加速，在越過(guò)林帶后速度迅速的下降，氣流在恢復(fù)過(guò)程中，通過(guò)垂直混合作用不斷地進(jìn)行能量交換，垂直速度為負(fù)值時(shí)，加速了沙粒的沉積，內(nèi)邊界層、反向渦都會(huì)導(dǎo)致沙粒的沉降。防護(hù)林的固阻沙效益是由于防護(hù)林對(duì)風(fēng)場(chǎng)的改變而引起沙粒的沉降和就地起沙量的減小，在本研究中具體表現(xiàn)為防護(hù)林網(wǎng)的輸沙量?jī)H為流沙地輸沙量的15%。

防護(hù)林具有減小溫差、減弱林內(nèi)太陽(yáng)輻射和增加濕度的作用。林內(nèi)的溫度、濕度和太陽(yáng)輻射作用的關(guān)系明顯,氣溫與太陽(yáng)輻射呈正相關(guān),即輻射越多溫度越高;濕度的大小與太陽(yáng)輻射呈負(fù)相關(guān),相應(yīng)地濕度與氣溫也呈負(fù)相關(guān),并且林內(nèi)外溫濕度變化規(guī)律一致。輻射降低的情況下林內(nèi)外溫度降低、濕度增加,流沙地溫濕度變化要略微大于林內(nèi)。徐麗萍等[20]研究發(fā)現(xiàn)，喬木林的降溫作用大于灌木林大于草地，喬木混交林內(nèi)的空氣濕度大于灌木林大于草地大于曠野，表明溫度與濕度之間呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。防護(hù)林的存在對(duì)溫度、濕度、太陽(yáng)輻射的影響與樹(shù)木的成長(zhǎng)年齡、郁閉度及林帶帶寬等有密切關(guān)系，林帶面積大，郁閉度較高的林帶對(duì)小氣候的影響更為顯著。本研究中的林帶栽植2 a，還處在生長(zhǎng)發(fā)育期，楊樹(shù)林帶的疏透度較大，其對(duì)溫度、濕度、光照強(qiáng)度的影響會(huì)隨著樹(shù)木的生長(zhǎng)而愈加顯著。

4 結(jié) 論

(1)防護(hù)林帶的防風(fēng)效能。流動(dòng)沙地上喬木林+灌木林的配置模式有著很好的防風(fēng)效能，防護(hù)林可以降低流沙地喬木高度以下的有效風(fēng)速，灌草的搭配有效防護(hù)了近地表層的風(fēng)沙活動(dòng)，具有很好的防風(fēng)固沙效益。防護(hù)林防風(fēng)效能的主要規(guī)律有：在垂直高度上，防護(hù)林的防風(fēng)效能隨著植被灌層密度的減小而減小，在植被頂層，其防風(fēng)效能最小；風(fēng)速越大，風(fēng)能越強(qiáng)，防護(hù)林對(duì)風(fēng)能的削減率降低，防風(fēng)效能變差。

(2)植被對(duì)輸沙量的影響。防護(hù)林林網(wǎng)配置起到了很好的阻沙作用，林網(wǎng)對(duì)風(fēng)場(chǎng)的改變和風(fēng)速的削弱導(dǎo)致沙粒的沉降和起沙量的減少，林網(wǎng)防護(hù)下的沙通量?jī)H為流沙地的15%左右。

(3)防護(hù)林內(nèi)外日照強(qiáng)度、氣溫和濕度有顯著的差異。晴天氣溫度在7：00左右達(dá)到一天中的最低值，中午14:00溫度最高，流沙地的氣溫夜間要顯著高于楊樹(shù)林和沙拐棗林地；沙塵暴天氣有一樣的趨勢(shì)，但是晝夜溫差較小?？諝鉂穸仍?:00—5:00達(dá)到最大，次日中午13:00—15:00濕度最低，防護(hù)林內(nèi)外濕度變化差異顯著，林內(nèi)濕度大于流沙地濕度。防護(hù)林可以減弱日照強(qiáng)度、降低溫度、增加空氣濕度，對(duì)區(qū)域小氣候起到顯著的改善作用。

在極端干旱的荒漠區(qū)，要擴(kuò)大綠洲的面積，必須保證新開(kāi)墾地免受風(fēng)沙災(zāi)害的侵襲，本文通過(guò)對(duì)流沙地上防護(hù)林防護(hù)效益的研究，表明在流沙地種植喬灌草結(jié)合的防護(hù)林有著較好的降風(fēng)減沙作用，并且防護(hù)林對(duì)于林內(nèi)的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、溫濕度有著明顯的改良作用，為更加有效地利用荒漠土地提供了可靠的依據(jù)和保障。本文對(duì)流沙地的防護(hù)林防護(hù)效益的研究，具有環(huán)境特殊性，但由于林帶配置的體系結(jié)構(gòu)，本文未能對(duì)每一種防護(hù)林帶的防風(fēng)減沙效益進(jìn)行研究，有待在以后的試驗(yàn)中進(jìn)行深入研究。

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