淺談新疆農田防護林設計及主要樹種選擇

吳天忠, 管文軻,海妮肯·山臺,張和鈺,朱玉偉

(1.新疆林業(yè)科學院，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆塔里木河流域胡楊林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，新疆 烏魯木齊 830000；3.中國林業(yè)科學研究院，北京 100000)

營造農田防護林是人工控制生態(tài)環(huán)境的重要手段，是平原農田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。其本身就形成一種特殊的人工林生態(tài)系統(tǒng)，使原來單純以農作物為主體的農田生態(tài)系統(tǒng)變成農林共存的生態(tài)系統(tǒng)，從而改善農田生態(tài)系統(tǒng)的結構、功能和穩(wěn)定性。從生態(tài)的角度來看，營造農田防護林不僅防治自然災害，而且能在生態(tài)、經濟和社會等方面發(fā)揮綜合效應，以多林種、多樹種，網(wǎng)、片、帶等多種配置形成的農田防護林體系已成為改造傳統(tǒng)農業(yè)的新趨勢[1，2]。

1 農田防護林設計原則

1.1 因地制宜，因害設防

新疆南北疆幅員遼闊，氣候、土壤、植被、水文、地質等自然條件復雜，各地區(qū)的災害性質和程度各不相同。同時各地的農業(yè)開發(fā)歷史和習慣、農作物種類品種及農村社會經濟狀況也各不相同。因此在農田防護林規(guī)劃設計時，應根據(jù)各地的自然條件和社會經濟狀況，以及建設農田防護林的目的及具體需要有所側重，而不能生搬硬套一個模式，這就是所謂的因地制宜，因害設防的原則。

1.2 全面規(guī)劃，綜合治理

實現(xiàn)平原地區(qū)的林網(wǎng)化是農田基本建設的主要內容。新規(guī)劃區(qū)域建設初期就需要田、水、林、路、電統(tǒng)一規(guī)劃。合理布局和配置，力求少占耕地，做到林隨渠走，林隨堤走，旱、澇、風沙、鹽堿綜合治理，農林牧全面考慮，做出切實可行的科學規(guī)劃，建成一個農、林、牧相結合的完善合理的人工農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，使這個系統(tǒng)應具備最大的生態(tài)和經濟效益[3]。

1.3 經濟收益長短結合，以短養(yǎng)長

防護林建設一次性投資較大，而樹木生長周期較長，幾年、十幾年才能發(fā)揮經濟效益。林帶對農作物的防護作用和增產效益也需要較長時間才能發(fā)揮出來。而林帶的脅地作用也容易被人們關注[4]，由此而產生了對防護林帶建設的偏見。因此宣傳和普及林網(wǎng)化科學技術的同時，設計林帶時，必須考慮長期利益和短期利益相結合。

盡量選擇速生高大喬木作為主要樹種，采用大苗栽植，盡早發(fā)揮林帶防護效應，做到短期增產增效并減小林帶脅地的影響。在保證林帶作用的前提下選擇和引種生態(tài)經濟兼用樹種，促進加工、養(yǎng)殖等多種經營，做到近期見效益，盡早收回投資，以短養(yǎng)長，要體現(xiàn)防護林既是農田的保衛(wèi)者，也是生產者，具有經濟效益。

1.4 建設平原地區(qū)防護林體系

我國開展的“三北”工程基本上包括了我國北方平原農田防護林體系建設的全部，新疆也占有很大的一部分，這將形成廣闊區(qū)域內的人工控制的森林生態(tài)系統(tǒng)，有效地抵御風、沙、水、澇等自然災害，創(chuàng)造良好的生長環(huán)境和農業(yè)生產條件，確保農業(yè)穩(wěn)產增產。因此農田防護林設計規(guī)劃應以農田林網(wǎng)為主，與護田林帶、護路林帶、護渠林帶、四旁綠化及果園等互相組成網(wǎng)格。形成布局合理，配置有序，層層設防的平原地區(qū)防護林體系。

2 林帶、林網(wǎng)規(guī)劃設計主要參數(shù)的確定

林帶、林網(wǎng)的防護效果，主要取決于它的結構和位置。因此在規(guī)劃設計農田林網(wǎng)時，需要確定林帶結構和配置的主要參數(shù)，包括：林帶走向，林帶間距，林帶高度，寬度，林帶結構類型，疏透度和透風系數(shù)等。

2.1 林帶走向

林帶走向是指林帶配置的方向，一般當林帶和主要風向垂直時防護效果最大。因此確定林帶走向時，先了解本地區(qū)風害情況和主害風方向，根據(jù)氣象站觀測的風向和風速的資料，繪制風向頻率分布圖，找出主害風方向，以便確定合理的林帶走向。

2.2 林帶走向間距的確定

如條件允許，主林帶的走向最好垂直于主害風的方向，才能最大限度地發(fā)揮林帶阻截害風的作用。副林帶與主害風風向平行而垂直于主林帶，起輔助作用。

當害風方向頻率很大，即害風方向較集中，其他方向的害風均很小，危害不大，副林帶作用較小，副林帶間距可大些；主害風風向和頻率均較大時，主林帶與副林帶所起的作用同等重要，林帶可設計成正方形；主害風風向頻率較大而不太集中時，主林帶方向可以垂直于兩個頻率較大的主害風方向的平均方向，副林帶間距可較大或可不設；主害風與次害風的風向頻率較小，害風方向不集中時，主林帶與副林帶幾乎同等重要，此地可設計正方形林網(wǎng)，林帶走向可在相當大的范圍內進行調整。

2.2.1 主林帶與主害風風向的交角與偏角 在風沙危害不嚴重的地區(qū)，營造農田防護林主要是改善農田小氣候，同時為當?shù)靥峁┠静?、條材及林副產品，林帶走向的確定不能單純局限在與主害風向垂直這一點上，允許有一定的偏角。隨著林帶交角的減小(或偏角的增大)，林帶的防風效能逐漸降低，林帶走向有30°偏角時對林帶的防風效果影響不大，可在偏角范圍內變化林帶走向。當林帶偏角大到45°時，防護效果才明顯降低，但實現(xiàn)農田林網(wǎng)化以后，可以降低來自任何方向的害風，不必強調林帶與主害風風向垂直。

2.2.2 林帶間距的確定 林帶間距是很重要的參數(shù)，包括主林帶間距、副林帶間距。主副林帶間距決定網(wǎng)格的大小，也決定林帶的防護效果，直接影響到渠系、道路、機耕等工序的順利進行。

在設計林帶時，必須根據(jù)林帶結構性能和自然災害情況，結合渠系、道路、耕作等全面考慮。除某些特殊條件的限制(如水渠、道路、地形地物)外，一般主林帶間距應等于有效防護距離(即風速減弱到有害值以下的距離)[5]。

當疏透度、透風系數(shù)、林帶寬度、走向、斷面形狀等林帶本身結構有關的因子在設計中采用最優(yōu)標準時，林帶防護距離由下列因子決定：害風季節(jié)的最大平均風速值(氣象站提供)；林帶高度，即林帶中主要樹種的成齡高度，此高度作為林帶設計高度的標準，主林帶的防護距離可達20～25 H，設計時可參照這個距離；林網(wǎng)中的農作物不致造成災害時的最大風速，也是最大允許風速。當然這個害風風速的臨界值的大小取決于農作物的抗風能力及土壤條件。對果園能夠引起落花落果的風速即為有害風速；對風沙災害嚴重地區(qū)可能引起風沙流的風速定為最大允許風速(為≤8 m·s-1)。總之，不同地區(qū)受風害的程度和性質不同，林帶間距有所不同。

2.2.3 林帶寬度的確定 林帶寬度可按林帶兩邊行間的距離，兩側各加1.5～2 m。確定林帶寬度應以最大限度地發(fā)揮林帶的防護效益，最小限度地占用耕地為出發(fā)點。林帶的通風系數(shù)及疏透度與林帶寬度有關，為得到最好的防護效果，林帶應有最適的透風系數(shù)或最適的疏透度。一般有效防護距離確定的最適透風系數(shù)為0.5～0.6，窄林帶的最適疏透度為0.25～0.3；較寬林帶為0.5～0.6。并根據(jù)此值確定林帶的相應寬度。

根據(jù)各地經驗，一般設計林帶時，以4～12行，6～18 m寬為宜，但在人少地多，風沙危害嚴重地區(qū)，林帶寬度可大些，以增加林地覆蓋率。和田地區(qū)綠洲外圍的防風固沙的基干林帶，常采用數(shù)十行，60～90 m寬的新疆楊林帶，以有效地阻擋風沙危害。

從防護效果來看，縮小帶間距所增加的防護作用，遠比增加林帶寬度要大。因此，近年來都主張營造窄林帶、小網(wǎng)格的農田防護林網(wǎng)[6，7]。

據(jù)調查分析，林網(wǎng)占地比率達4%～6%，就能滿足防護農田的需要，新疆南疆地區(qū)，風沙危害嚴重，林網(wǎng)占地比例需8%～10%。為了最小限度地占用耕地，林帶的行距一般不超過1.5～2 m，株距可根據(jù)立地條件，林帶灌溉條件等適當加大。還要考慮林帶樹木的季相變化等[8]。

2.2.4 林帶結構的確定 林帶結構直接與樹種組成、栽植密度、林帶寬度、橫斷面等有關[8]。這些因素是相互制約的、相互影響的。確定林帶結構也要看主要災害性質，保護對象與防護目的。如果園、種植園、某些重要建筑物、工程設施及防治流沙侵襲的林帶最好采用緊密結構林帶，并配合相應的主林帶間距；一般風沙區(qū)農田防護林不宜采用緊密結構林帶，應采用疏透結構林帶；風速不太大的一般平原農區(qū)，宜采用透風結構林帶。

同樣結構的林帶，由于林帶橫斷面形狀不同，其防護效果也有一定差異。橫斷面形狀由于被選擇的主喬木、亞喬木和灌木樹種搭配方式不同而有差異。一般橫斷面形狀有三種。即矩形(長方形)、三角形、凹形等。大量調查說明，矩形斷面林帶的防護效應最好(由于被選樹種單一、生長速度和高度基本一致)；其次是凹形結構林帶；最差的是三角形結構。

2.2.5 林帶設計其他應注意的問題 林帶缺口的確定：為保證農業(yè)機具、車輛順利在林網(wǎng)內作業(yè)，林帶內必須留缺口，缺口留在主林帶與副林帶的交接處，為不影響林帶的防風效果，缺口必須留在背風處。

為防止脅地，造林整地的同時，設計開挖斷根溝，以后每隔 1～3年在休眠期開溝清淤一次，可有效地起到防止林帶脅地的作用。

3 農田防護林樹種選擇

3.1 農田防護林喬灌木樹種的選擇

樹種選擇目的在于使所營造的林帶達到設計的理想結構，保證林帶的長期穩(wěn)定，發(fā)揮最大的防護效果，獲取當?shù)刈罴呀洕б?。因此，應根?jù)樹種的生物學和生態(tài)學特性，針對一定的氣候條件及當?shù)貭I造農田防護林的主要樹種和主要目的進行綜合考慮。應綜合考慮適地適樹、防護效能、經濟效益等多種因素。還要注意減少脅地，樹種本身的病蟲害，種源，繁殖難易等。為減少林帶脅地，應盡量選用樹冠窄、主根系深而側根幅較小的樹種。

新疆適于農田防護林的樹種主要包括：新疆楊、銀×新楊、銀白楊、歐洲大葉楊、小葉楊、胡楊、苦楊、白柳、旱柳、白榆等。伴生樹種：白蠟、沙棗、杏、山楂、梭梭、檸條、海棠、枸杞等。

3.2 果園防護林樹種的選擇

果園防護林對改善果園生態(tài)條件，減少風、沙、寒、旱的危害，保證果樹正常生長發(fā)育和豐產優(yōu)質有明顯作用[9]。防護林設計需要考慮降低風速、減少風害；調節(jié)溫度，提高濕度；保持水土，防止風蝕等因素。

果園防護林常用喬木樹種有新疆楊、銀×新楊、銀白楊、箭桿楊、旱柳、榆、白蠟、臭椿、沙棗、杜梨等。常用灌木：刺槐、檉柳、酸棗、枸杞。

4 結論及討論

防護林的營造設計應全盤考慮，綜合各方面的因素，將風、山、水、林、路綜合治理，因害設防，適地適樹，早見效益。主林帶的走向應盡量與主風害風向垂直，偏角不能超過30°。

根據(jù)分析得出，主林帶的防護距離可達20～25 H，新疆區(qū)域主林帶間的距離應為300 m左右，風沙嚴重地區(qū)為200～300 m。副林帶間距一般地區(qū)500～800 m，風沙嚴重地區(qū)為300 m左右。

一般區(qū)域防護林林網(wǎng)占地比率4%～6%較適宜，南疆風沙危害嚴重區(qū)域及果園應相應增加，8%～10%較適宜。主林帶寬度以5～8行、6～18 m為宜。副林帶寬度2～4行為宜。

提倡用喬灌混交和針闊混交方式，雙行以上可用行間混交，單行可用株間混交的方法。樹種應選擇樹冠窄、主根系深而側根幅較小的樹種，以鄉(xiāng)土樹種新疆楊、銀×新楊為主。樹種的選擇還應該考慮當?shù)胤雷o林的有害生物危害等因素。

通過合理配置防護林帶，可在發(fā)展節(jié)水林業(yè)的目標下，最大限度地發(fā)揮其生態(tài)及經濟效益。