学文网[摘要] 为了探讨林带结构和空间层次对防护效能的影响，从2006年11月到2007年3月在东山岛对不同林带结构和空间层次的海岸木麻黄防护林进行了调查。结果表明：疏透结构的林带防风效能明显地优于通风结构和紧密结构；木麻黄与湿地松、厚荚相思组成的复层林比木麻黄单层林的防护效能提高了3.3%。
[关键词] 木麻黄 林带结构 防风效能 空间结构
林带结构决定着林带的生态稳定性及功能性。防护林的结构性常用疏透度作为区别结构优劣的重要标志之一。围绕着最适疏透度，国内外学者利用林带、野外模型和风洞等条件进行了大量的研究[1~5]，结果表明，具有最适疏透度的疏透结构林带往往具有较为理想的防护效益。
随着天然林的减少，人工林经营的面积将不断扩大，但是实践证明大面积人工纯林是不可能持续发展的[6]。因此国内从上世纪70年代以来在开展人工混交林的同时开始进行了人工复层林的研究，如东北地区的落叶松与红松[7]、华北地区刺槐与侧柏[8]、南方的杉木与柳杉[9]、泡桐与杉木[10]等，均取得了很好的效果。叶功富等也对不同林带结构的木麻黄沿海防护林防护效能进行了研究，结果表明：目前，我国上世纪50年代营造的木麻黄沿海防护林已经进入到衰老期，防护效果下降。为了建设一条防护效能强，可持续经营的新林带，有必要对原有林带的防护效果进行评价，为新林带的建设提供参考依据。
本文通过调查不同结构的木麻黄基干林带和不同层次的混交林对木麻黄基干林防风效能，分析了不同结构林带防护范围内风速的变化和空间分布规律。
1 试验地概况
试验地设在福建省沿海南部东山县赤山林场，位于东经117°18′，北纬23°40′。属南亚热带海洋性季风气候，年平均气温20.8℃，绝对最高气温36.6℃，绝对最低气温3.8℃，年均降水945mm，年均蒸发1056mm，大部分的降水集中于台风多发的5~9月。全年干湿季节明显，每年的11月至翌年的2月为旱季。主要自然灾害为台风，多发生在7~8月，年均台风5.1次。秋冬东北风强盛，8级以上的大风天达105天，年平均风速7.0m/s，最大风速32.6m/s。土壤以滨海沙土为主，以及均一性风积沙土，潮积沙土，红壤性风积，泥炭性风积沙土等。天然植被稀少，林下常见零星植被有木豆（Cajanus）、鼠刺（Spinifex littoreus）和牡荆（Verbena negando）等。主要适合栽植木麻黄、湿地松（Pinus elliottii）、厚荚相思（Acacia crassicarpa）、刚果桉（Eucalyptus）等树种。
2 材料与方法
林带结构调查：调查木麻黄林带样地的地貌类型、树高、胸径、枝下高、冠幅、林分密度和林带宽度等。
风速因子的测定：用FYF-1便携式测风仪定期在样地同一条测线上观测各测点的风速，多点同时进行观测，连续观测5次，取其平均值，用多次测定同一高度林带背风面不同倍数树高处降低风速占林带前沿空旷地风速的比值之平均值来表示林带的防风效能，即
式中：E为防风效能； 为对照地平均风速(m/s)； 为林带后平均风速(m/s)。
3 结果与分析
3.1不同林带结构木麻黄海岸防护林的防护效能
疏透度是标志林带结构的最重要指标，是从林带的结构上鉴定其透风状况的重要参数。由于疏透度具有三维性，而三维疏透度的确定又极为困难,一般用透光稀疏度来表示林带结构，透光疏透度是三维疏透度的一个二维代值。
透光疏透度（β）（简称疏透度，下同）是以林带林缘垂直地面上和透光孔隙的投影面积（Se）与该垂直面上林带投影总面积（St）之比，通常用小数或百分比表示为：
林带疏透度可以作为划分林带结构的标准，林带的三种基本结构可用疏透度表达 (见表1)。
木麻黄不同结构林带的疏透度不同，从而影响到林带的防风特性。本文通过调查福建东山县沿海不同木麻黄基干林带的疏透度和林带内各测点的风速来研究林带疏透度和基干林带放风效能的关系。林带结构调查和防风效能见表2和表3。
从***1可以看出，紧密结构林带枝叶密集，纵剖面上透光孔隙较小，中等风遇到林带时，进入林带的气流较小，大部分气流由林带上部绕行，林带前的风速较高(78.2%)，林带内风速则较低，平均为空旷区的20.2%。在林带背风面由于抬升气流很快降落，风速呈增大趋势，实际防护距离较短。通风结构林带下层枝叶较稀少，纵断面有栅栏状的大透光孔隙，众多气流从林带下层穿过，林带前风速较低（60.1%），而林内风速则较高,平均风速为41.3%，直到5H处降为最低，但仍达32.1%。随后下穿气流与林带上层绕行的气流合并，风速又逐渐恢复。疏透结构林带的透光孔隙在纵断面上均匀分布，低层气流遇到林带后较均衡地分成两部分：一部分如同从筛网中筛过一样，在背风面林缘附近形成许多小旋涡；另一部分气流从林冠上层绕过，在背风面林缘附近形成一个较强的静风区或弱风区，在1H处风速达到最低值，仅为16.4%，而后风速虽有增大，但风力增大的幅度不大。
3.2不同层次结构木麻黄海岸防护林的防护效能
以木麻黄老林带内栽植木麻黄、湿地松、厚荚相思等树种形成的、生态位有差异的多层次垂直结构的异龄混交复层人工林群落为研究对象，讨论复层林对基干林带结构与防护效能的影响。林分生长情况如表8所示。
由表4可以看到，木麻黄纯林林冠结构单一，林带呈通风结构，复层林中在上层木麻黄林冠下又形成不同高度的林相，从地面以上1.6m到4.7m处都有交错的树冠和枝条，形成疏透结构的新林带，林带群落层次复杂，物种多样。
木麻黄与湿地松、厚荚相思组成的复层林相，林内树冠和枝条错落有致，加上木麻黄树冠呈尖塔形，湿地松和厚荚相思树冠呈卵圆形，林带横断面形成起伏有序的波浪状，从而提高了林分的防护效能。
由表5和***2可知，当主害风穿过木麻黄复层林时，大部分气流能较为均匀地通过林带，在林带内风速下降67.7%，比木麻黄单层林减弱1.8个百分点，主害风穿过基干林带后，经过树冠、树枝碰撞摩擦，在背风林缘处形成弱风区，由于复层林的阻风作用比较强，在1H内降为最低点，下降70.9%，比木麻黄单层林减弱2.7个百分点。穿过林内的风在1H以外的背风面，与越过林带的风汇合，在5H~10H范围内速度又逐渐增大，但复层林的防风效能明显加强，风速仍比单层林减弱6.6~7.7个百分点。从林带后风速的变化来看，复层林比木麻黄单层林的风速平均减弱3.3%。
4 小结
木麻黄基干林带的防护效能与林带的结构状况有直接的关系，试验表明纵断面透光孔隙疏密分布均匀的疏透结构林带最佳，林带的防护效能最强，而紧密结构和通风结构林带的防风效能较弱，因此在防护林生态系统的管理中应优化林带结构配置，建立以疏透结构为主的沿海防护林体系。
防护林的空间层次对防护林的防风效能有很大的影响，试验表明当主害风穿过木麻黄复层林时风速比木麻黄单层林减弱1.8个百分点。主害风穿过基干林带后，复层林风速比木麻黄单层林弱2.7个百分点。复层林的整体防风效能比单层林高6.6~7.7个百分点。因此复层林能明显地增强沿海防护林的防风效能。
参考文献
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