CN102550362A - 一种基于生态场效应的平原区农田林网林带更新方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于生态场效应的平原区农田林网林带更新方法，其林带树种为杨树；采用半带更新和/或带内更新方式，其中，所述半带更新是将老林带一侧的数行伐掉，留下半带，在伐去的半带上营造新的林带；所述带内更新方式是在原林带内的树木行间或伐除树木的空隙地上更新林带；林带更新间隔期为3年。其中的带内更新方式适于沟路沟类型的宽林带更新。采用该更新方法进行维护的平原区农田林网不但具有较佳的防风效能，而且还具有良好的生态气候场效应。本发明的林网林带更新方法对现有农田林网进行科学地更新改造，促进其完成更新和健全生长，提高林网更新质量和经营水平，实现其防护效能和综合效益的持续性和稳定性都具有重要意义。

Description

一种基于生态场效应的平原区农田林网林带更新方法

技术领域

本发明涉及一种农田林网维护方法，尤其涉及一种平原区高标准农田林网的维护方法。

背景技术

农田林网是平原农区构成农田防护林体系的重要组成部分，对改善农田小气候、土壤、水文等条件，抗御自然灾害，保证农牧业稳产高产，提供各种林副产品都具有重要作用。但由于现有平原区农田林网存在树龄过大、生长衰退、树种单一、结构不善、品种老化、病虫害严重等问题，特别是对其更新方式、间伐林龄的科学定量确定存在不足，严重地影响高标准林网整体防护效能和林木经济价值。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种基于生态场效应的平原区农田林网林带更新方法，采用该更新方法进行维护的平原区农田林网不但具有较佳的防风效能，而且还具有良好的生态气候场效应。本发明的林网林带更新方法对现有农田林网进行科学地更新改造，促进其完成更新和健全生长，提高林网更新质量和经营水平，实现其防护效能和综合效益的持续性和稳定性都具有重要意义。

为了解决上述技术问题，本发明基于生态场效应的平原区农田林网林带更新方法予以实现的技术方案是：其林带树种为杨树；采用半带更新和/或带内更新方式，其中，所述半带更新是将老林带一侧的数行伐掉，留下半带，在伐去的半带上营造新的林带；所述带内更新方式是在原林带内的树木行间或伐除树木的空隙地上更新林带；林带更新间隔期为3年。

进一步讲，其中的带内更新方式适于沟路沟类型的宽林带更新。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)带内更新方式既不多占土地，又可使林带发挥较好的防护作用，其防风效能为21.23％；而且非常适于沟路沟类型的宽林带更新；半带更新方式在林木长势和防风效能上均较佳，其防风效能为22.87％。

(2)具有良好的生态气候场效应，具体如下：

(2-1)风速场效应：对于2a-12a同一结构的林带，从林带的迎风面到背风面，随距林带距离的变化，防风效能均存在很大差异，呈波浪形变化。具体表现为空间上从迎风面到背风面，风速先下降，至主林带边缘降至最低，林带内又迅速增加，甚至超过对照的风速，风通过主林带后，背风面风速迅速降低，而后风速逐渐恢复到最初水平。同时还可以看出，随着林龄的增加，迎风面和背风面的降风区范围逐渐增加，表明随树高的增加防风作用提高。

不同林龄林带的有效防风距离差异较大，明显表现出随林龄的增加而增加。2年生林带，在林带背风面30m后风速开始回升，50m之后的范围内风速值达到对照区的水平，4年生以上林带背风面90m之后风速开始回升，特别是在林带背风面30-130m处范围内，2年生林带的防风效能与其他5条林带相比，分别低出了约15-40％，差异极为显著。

(2-2)温度场效应：不同林龄的主林带气温变化也有一定规律可循，从林带的迎风面到背风面，降温效能均存在很大差异，呈“V”字型变化，明显表现出随林龄的增加降温能力加强，而且靠近副林带的降温幅度增加。

不同林带平均防护降温效能明显不同，特别是在林带背风面10-110m处范围内，2年生林带的降温程度与其他5条林带相比，分别低出了约2-8℃，差异极为显著。表明小林龄林带防护效能明显低于大林龄林带。

(2-3)湿度场效应：不同林带的调控湿度的有效距离差异较大，2年生和4年生林带均在背风面90m之后空气湿度达到定值，基本不再变化，而6、8、10、12a四条林带的空气湿度均保持一个较高的数值并呈现相同的变化趋势，结果表明林带的调控湿度的有效距离随林带年龄的增加逐渐增大。

(3)林带更新的间隔期

通过林带防护效能和林网综合气候场研究表明，随着更新林带林龄增加，其林带防风效能明显提高，在杨树林带更新第3年后基本上恢复其林网的整体防风效能，即达到此年龄时林带隔带更新的林网内的小气候效应保持一定稳定性，不至于影响农作物的产量。因此确定林带更新间隔期为3年。

附图说明

图1是对本发明林网林带更新方法进行监测评价的试验设计布置图；

图2是试验模型中不同更新方式对中林46杨林带1-20H处平均防风效能的影响；

图3(a)至图3(f)为不同林龄的主林带风速效应场分布特征示意图；

其中：图3(a)为2a主林带风速效应场分布特征示意图；

图3(b)为4a主林带风速效应场分布特征示意图；

图3(c)为6a主林带风速效应场分布特征示意图；

图3(d)为8a主林带风速效应场分布特征示意图；

图3(e)为10a主林带风速效应场分布特征示意图；

图3(f)为12a主林带风速效应场分布特征示意图；

图4为不同林龄主林带平均风速的空间变化示意图；

图5为不同林龄主林带相同区段上垂直方向的风速变化曲线图；

图6为不同林龄主林带的空气温度变化曲线图；

图7为不同林龄主林带平均温度示意图；

图8为不同林龄主林带平均湿度比较曲线图；

图9为不同林带相同区段上垂直方向空气湿度变化示意图。

具体实施方式

本发明一种基于生态场效应的平原区农田林网林带更新方法，其林带树种为杨树；采用半带更新和/或带内更新方式，其中，所述半带更新是将老林带一侧的数行伐掉，留下半带，在伐去的半带上营造新的林带；所述带内更新方式是在原林带内的树木行间或伐除树木的空隙地上更新林带，带内更新方式适于沟路沟类型的宽林带更新；林带更新间隔期为3年。

下面通过一研究材料对本发明林网林带更新方法进行监测评价，从而体现本发明技术方案有效、可行，充分表明本发明林网林带更新方法对现有农田林网进行科学地更新改造，促进其完成更新和健全生长，提高林网更新质量和经营水平，实现其防护效能和综合效益的持续性和稳定性均具有重要意义。

1、研究区概况及实验方法

1.1研究区概况

山东的平原主要位于山东的北部、西部和西南部，统称鲁西北平原。因由黄河泛滥冲积而成，常称黄泛平原，是华北平原的组成部分。鲁西北平原因形成时间、海拔高度及地表形态的不同，又常细分为鲁西南平原、鲁西北平原和黄河三角洲三个部分。此外，散存在鲁中南、鲁东山丘区的还有河谷平原。如胶莱平原介于鲁中山丘区与胶东丘陵区之间，系潍河、胶莱河、大沽河诸河流冲积而成。在南四湖尚有湖沼平原。山东平原占全省总面积的67.6％。其中黄泛平原占总面积的39.1％，山前、河谷平原占24.0％，湖沼平原占4.5％。我省平原面积大大超过我国平原约占国土总面积10％的比例。山东平原历来是我省重要的粮棉油产区，也是我省适于农林牧综合发展的基地。

1.2自然条件

山东省平原区地处暖温带季风气候区。四季分明，春旱多风，夏热多雨，秋爽易旱，冬冷干燥。光照充足，年日照时数2100-2600。热量丰富，年平均气温11.0-14.0℃。鲁西北、鲁西南平原多在13℃以上，黄河三角洲则在12℃以下；≥10℃积温3800-4600℃，以鲁西南平原积温最高，热量资源之优越居全省之首。无霜期180-220天。年降水量550-960mm，鲁西北、黄河三角洲一般在400mm以下。降水分配不均，60％左右集中在7、8两月。雨热同期。平原地区雨季易受涝，而秋季又干旱。年蒸发量为1840-2212mm。鲁西北平原位于太行山和太沂山系所形成的通道之间，大风较多。全年大风日(8级以上)平均20天左右，最多年份可达40天，最高风速达24m/s。

2研究方法

2.1调查方法

(1)林带调查方法

在各个林带中选取20m长的林带。记录各个林带的网格大小、疏透度、长度、宽度、株行距、行数等。对乔木树种进行每木检尺，分别记录种类、树高、胸径、冠幅及生长状况。

(2)小气候效应的测定

每年的5月至8月份，对所研究模式进行同步测定。在网格内按1H、4H、7H、10H、15H依次布设5个测点，每个测点分0.5m、1.0m、1.5m三个高度梯度，每个梯度实测2次，求其平均数。对照点设在林带迎风面5H处。从8:00到16:00每2h测1次，每次重复3次，最终取其平均值。用Krestral3000风速仪分别测定距地面1.5m处的空气温度、相对湿度和风速。

2.2试验设计

(1)林带更新试验

林带更新是在中林46杨林带中进行。具体设计方式为：全带更新是将整个林带全部皆伐，重新栽植。带内更新是在原林带中，隔一株伐去一株杨树，伐去的地方重新栽植。半带更新是在原林带的4行树，伐去一侧的2行，留下半带，伐去的半带重新栽植。

(2)观测点设置

研究地点主导风向为南风，少有东南风和西南风。据主导风向网格的南侧和北侧林带分别定义为主林带1和主林带2，同理东侧和西侧林带定义为副林带1和副林带2。设置观测点时，将主林带等分为8个点，副林带等分为12个点，然后沿主林带和副林带上的点分别做副林带和竹林带的平行线，所交叉的点即为观测点的位置，林网内合计测点60个，四条林带内合计测点36个，如图1所示。

(3)数据的采集

本研究中，五月份选择晴朗的天气，测定农田林网的小气候。由于网格测点过多，难以实现同步测定各项小气候指标。在实际操作中，将林网划分为四块，利用4台Kestrel 3000手持气象站，采用回线法，依据图1所示，在1.5m树高处，从08:00至18:00连续观测各测点温度、湿度、风速(即时风速、平均风速、最大风速)；TES数字式照度计测定林内1.5m处光照，每点重复3次，每次间隔1min。在对照网格内距离迎风面主林带中心垂直线的20H树高处为对照点，同步观测上述因子。

单条林带的观测选择在东西走向的200m主林带上，每50m设置一个观测点，共5个。然后以该主林带上的5个点为起点，测定起点，主林带迎风面10、30、50和70m处，以及主林带背风面以10、30、50、70、90、110、130和150m处的小气候因子，合计65个测点。测定高度及指标同上。

2.3数据处理

根据当地气候情况，本研究选择对照点风速为3m/s、空气温度27.5℃和空气湿度50％情况下试验网格各样点的同步数据进行分析。以最大风速为自变量，计算各测定样地的防风效能，计算公式如下：防风效能＝100％×(对照-林内)/对照

3结果与分析

3.1林带更新方式的确定

林网更新的基本原则是：在最小降低林网防护效益的前提下，取得最大的直接经济效益。同时，两代林网前后要衔接上，不中断其效益，达到永续利用。根据该区林网的生长状况和防护要求，因地因林制宜，主要采取全带更新、半带更新、带内更新、断带更新等方式，并进行了定位观测和调查研究，其结果见表1、表2和图2。

根据该区农田林网的生长状况和防护要求，因地因林制宜，主要采取全带更新、半带更新、带内更新、断带更新等方式，并进行了定位观测和调查研究。

表1不同更新方式对中林46杨林带防风效能的影响

表中H表明树高。

表2不同更新方式的中林46杨生长量比较

由表2可看出，全带更新林相整齐，生长效果较好，保存率可达96％。但全带更新是将原来林带全部伐去，重新营造新的林带。此更新方式会导致林带防护效应中断。从防护和生态效益方面考虑，不符合农田防护林的营建目标，所以不考虑全带更新方式。

半带更新方式是将老林带一侧的数行伐掉，留下半带，在伐去的半带上营造新的林带。带内更新方式是在原林带内的树木行间或伐除树木的空隙地上更新林带。半带更新、带内更新处理后的林带疏透度增大，防风效能都有所降低。半更新林带防风效能为22.87％，比未更新降低0.94％，带内更新林带防风效能为21.23％，比未更新降低2.87％。但两种更新方式仍能起到防护作用。带内更新方式既不多占土地，又可使林带发挥较好的防护作用，但是往往形成不整齐的林相。该方式可适于沟路沟类型的宽林带更新。半带更新在林木长势和防风效能发挥上都较好，属较佳的防护林带更新方式。

3.2基于小气候生态场效应的林带更新间隔期研究

选择2行密度为2m×3m，林龄分别为2、4、6、8、10、12a的林带为对象，考察林龄对小气候场的影响。

3.2.1不同林龄的主林带风速效应场分布特征

对于2a-12a同一结构的林带，从林带的迎风面到背风面，随距林带距离的变化，防风效能均存在很大差异，呈波浪形变化。具体表现为空间上从迎风面到背风面，风速先下降，至主林带边缘降至最低，林带内又迅速增加，甚至超过对照的风速，风通过主林带后，背风面风速迅速降低，而后风速逐渐恢复到最初水平。同时还可以看出，随着林龄的增加，迎风面和背风面的降风区范围逐渐增加，表明随树高的增加防风作用提高，如由SUFFER8.0软件得出的图3(a)至图3(f)所示。

由于垂直主林带的空间上受副林带的影响，为了揭示它们的区别，选择主林带50m间距的垂直主林带的不同空间上的防风效能进行分析，探讨防风效能随年龄的变化趋势，如图4和图5所示。可以看出，林带在不同样线上风速变化也存在一定差距，以12年生林带为例，样线1和样线5降低风速效能较大于其他三条样线，这可能是由于这两条样线距离副林带相对较近，受副林带影响的原因所导致的。但总体上来看风速值差异很小，表明空气流在垂直于主林带时，副林带发挥作用有限。

不同林龄林带的有效防风距离差异较大，明显表现出随林龄的增加而增加。2年生林带，在林带背风面30m后风速开始回升，50m之后的范围内风速值达到对照区的水平，4年生以上林带背风面90m之后风速开始回升，特别是在林带背风面30-130m处范围内，2年生林带的防风效能与其他5条林带相比，分别低出了约15-40％，差异极为显著。因为较小年龄的林带背风侧湍流的规模小，缩短了林带防风作用空间，对空气流动的影响较为轻微。表明林带的防护距离和防风效能随林带年龄的增加逐渐增大。

3.2.2不同林龄的主林带温度效应场分布特征

不同林龄的主林带气温变化也有一定规律可循，如图6所示，从林带的迎风面到背风面，降温效能均存在很大差异，呈“V”字型变化，明显表现出随林龄的增加降温能力加强，而且靠近副林带的降温幅度增加。

不同林龄林带调温的有效距离差异较大。2年生林带，在林带背风面70m后气温已基本达到对照水平，4年生林带防护距离长于2年生林带，背风面110m之后气温才开始接近对照，并随距林带距离的增加温度继续升高。6、8、10、12a四条林带变化更为明显。结果表明林带的调控温度的有效距离随林带年龄的增加逐渐增大。同样的林带在不同样线上温度变化也存在一定差距，以2年生林带为例，样线1和样线5气温值小于其他三条样线，这可能是由于这两条样线距离副林带相对较近受副林带遮阴和蒸腾作用的影响所导致的。

从图7可以看出：不同林带平均防护降温效能明显不同，特别是在林带背风面10-110m处范围内，2年生林带的降温程度与其他5条林带相比，分别低出了约2-8℃，差异极为显著。表明小林龄林带防护效能明显低于大林龄林带，这是由于较小年龄的林带树木个体较小，生理指标较低，遮阴和蒸腾作用较为不明显所导致的。

3.2.3不同林龄的主林带湿度效应场分布特征

图8示出了林带在不同样线上空气湿度变化曲线，从林带的迎风面到背风面，在距林带不同的距离，增湿效能均存在很大差异，呈倒“V”字型变化。林带附近空气湿度较高，随着与林带距离的增大，湿度也逐渐降低。不同林带的调控湿度的有效距离差异较大，2年生和4年生林带均在背风面90m之后空气湿度达到定值，基本不再变化，而6、8、10、12a四条林带的空气湿度均保持一个较高的数值并呈现相同的变化趋势，结果表明林带的调控湿度的有效距离随林带年龄的增加逐渐增大。

林带在不同样线上湿度变化也存在一定差距，以2年生林带为例，样线1和样线5空气湿度值大于其他三条样线，这可能是由于这两条样线距离副林带相对较近受副林带遮阴和蒸腾作用的影响所导致的。

从图9可以看出：不同林带在各个区域平均增湿效能明显不同。总体范围来看，2年生林带的降温程度与其他5条林带相比，分别低出了约8-20个百分点，差异极为显著。表明小林龄林带防护效能明显低于大林龄林带，这是由于较小年龄的林带树木个体较小，生理指标较低，遮阴和蒸腾作用较为不明显所导致的。

3.3林带更新间隔期的确定

基于上述生态场效应理论，在一个完整林网内，对其一条主林带进行采伐更新，连续3年对网格内小气候因子进行定位观测，以确定林带更新间隔期。测定网格面积为210亩。

(1)网格内防风效能的变化

由防风效能连续三年观测结果(表3)看出，林带更新后第1年其防风效能明显降低，各测点防风效能均在10％以下，林网内出现明显风区。随林龄增加，防风效能逐渐提高，到第3年时，防风效能明显增强，其有效防护距离达15H以上，1～20H内总平均防风效能达到18.7％，基本上起到了有效的防风护田作用。

表3主林带更新后连续三年的防风效能观测效果

由网格内风场变化连年观测结果可知，主林带采伐更新后，第1年网格内出现明显风区，风场面积达50％以上(即相对风速在90％以上的风区)，第2年减少为35％，第3年则减少到15％，表明随着更新林带年龄增加，其防风效果明显提高，网格内风场面积迅速减少，更新3年后基本上恢复其林网的整体防风效能。

(2)网格内温、湿度变化

网格内温、湿度变化连续观测结果，见表4，随更新林带年龄增加，网格整体防护功能逐年增强，当林龄达到3年生时，其空气温度日均降低0.7℃，相对湿度日均提高9.7％，表明林带更新3年后即对温、湿度起到了明显的调节作用，有效地抑制干热风的发生，恢复林网的整体功能。

表4主林带更新前三年网格内温、湿度的变化

4结论

高标准农田林网适宜更新的方式有全带更新、半带更新、带内更新等方式，更新方式不同，其适宜对象不同，各有其优缺点。全带更新方式会导致林带防护效应中断，从防护和生态效益方面考虑，不符合农田防护林的营建目标，所以不考虑全带更新方式。半更新林带防风效能为22.87％，比未更新降低0.94％，带内更新林带防风效能为21.23％，比未更新降低2.87％。带内更新方式既不多占土地，又可使林带发挥较好的防护作用，该方式可适于沟路沟类型的宽林带更新。半带更新在林木长势和防风效能发挥上都较好，属最佳的防护林带更新方式。

基于林带内小气候生态效应场规律，结合不同林龄主林带风速、温度及湿度效应场分布特征，即林带的防护距离和防风效能随林带年龄的增加逐渐增大，随林龄的增加降温能力加强，而且靠近副林带的降温幅度增加，林带的调控湿度的有效距离随林带年龄的增加逐渐增大；林带更新3年后即对温、湿度及其防护效能起到了明显的调节作用，林网的整体功能恢复较好，因此林带更新间隔期为3年较佳。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种基于生态场效应的平原区农田林网林带更新方法，其特征在于：

其林带树种为杨树；

采用半带更新和/或带内更新方式，其中，所述半带更新是将老林带一侧的数行伐掉，留下半带，在伐去的半带上营造新的林带；所述带内更新方式是在原林带内的树木行间或伐除树木的空隙地上更新林带；

林带更新间隔期为3年。

2.根据权利要求1所述的基于生态场效应的平原区农田林网林带更新方法，其中，带内更新方式适于沟路沟类型的宽林带更新。

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