作者：徐鵬 鄒春靜 李苗苗 劉安田 方慧 代雪 單位：華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

吉林省農(nóng)安地區(qū)是我國(guó)“三北”防護(hù)林體系建設(shè)的重要組成部分，是“三北”防護(hù)建設(shè)中的樣板，現(xiàn)己林網(wǎng)成型。由于營(yíng)造大面積農(nóng)田防護(hù)林，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件得到基本改善，初步形成一個(gè)穩(wěn)定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生態(tài)環(huán)境[1]。為了總結(jié)防護(hù)林綜合效益，進(jìn)行農(nóng)田防護(hù)林生態(tài)因子觀測(cè)和農(nóng)作物產(chǎn)量調(diào)查以及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，可為進(jìn)一步完善“三北”防護(hù)林體系建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1區(qū)域概況與研究方法

1.1研究區(qū)自然概況

研究區(qū)域位于吉林省農(nóng)安縣境內(nèi)，在地理上位于北緯43°54′~44°56′，東經(jīng)124°32′~125°45′，地處松遼平原中部，地勢(shì)平坦可劃分臺(tái)地、川地和沙地三大類型。臺(tái)地（崗地）可分高臺(tái)地和臺(tái)地，高臺(tái)地分布在區(qū)域的西北和北部，海拔250m以上。川地主要包括河漫灘、一級(jí)階地、湖積平原和淺谷。沙地以固定沙丘為主，大部分已開(kāi)墾為農(nóng)田，只有在殘余沙地上還分布有貝加爾針茅（Stipabungeana）、糙隱子草（Cleistogeaesgquarrosa）群落。土壤以黑鈣土和黑土為主，其次為草甸土、沙土，零星分布的還有鹽土、堿土等[2]。地帶性植被為貝加爾針茅—糙隱子草群落，在低平地分布大面積羊草（Leymuschinesis）群落和沿湖附近分布有雜類草群落、堿蓬（Artemisiaanethifo-lia）群落和沼澤。該地區(qū)可劃分4個(gè)農(nóng)田防護(hù)林立地類型[3-4]，主要優(yōu)勢(shì)樹種為雙陽(yáng)快楊（Populus×xiaozhuamicu）。試驗(yàn)區(qū)屬于中溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，春季干燥多風(fēng)，夏季濕熱多雨，秋季溫和涼爽，冬季漫長(zhǎng)寒冷，降雪較少。年平均氣溫4.7℃，1月平均氣溫為-16.9℃，7月平均氣溫為23.1℃，年平均降水量508.2mm，由東南向西北遞減，且多集中在夏季。5—9月的≥10℃活動(dòng)積溫平均為2895℃，無(wú)霜期121~148d，多為西南風(fēng)，春季>8級(jí)以上大風(fēng)30余次，使農(nóng)林牧業(yè)生產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅。因此，營(yíng)造農(nóng)田防護(hù)林是保證農(nóng)業(yè)豐收的基礎(chǔ)。

1.2研究方法

1.2.1生態(tài)因子觀測(cè)。在擇林網(wǎng)主林帶500m，副林帶250、420m，平均樹高7~13m。采用垂直林帶觀測(cè)法，選迎風(fēng)面5H（H為樹高，即觀測(cè)點(diǎn)外林帶的平均樹高，是一個(gè)特定數(shù)值）、3H、1H，背風(fēng)面1H、3H、5H、10H、15H、20H、25H、30H、35H處設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、土溫、空氣濕度等項(xiàng)目的定點(diǎn)觀測(cè)，遇災(zāi)害性天氣時(shí)進(jìn)行臨時(shí)性觀測(cè)。

1.2.2產(chǎn)量調(diào)查。在觀測(cè)區(qū)內(nèi)采用機(jī)械取樣方法，設(shè)定生物產(chǎn)量樣方，測(cè)定產(chǎn)量，樣方面積為4m2，要求調(diào)查樣地的農(nóng)作物品種、耕作技術(shù)、播種期、培育管理技術(shù)需基本保持相同。

2結(jié)果與分析

2.1農(nóng)田林網(wǎng)的防風(fēng)效應(yīng)

農(nóng)田林網(wǎng)有明顯的防風(fēng)效能，風(fēng)通過(guò)林帶時(shí)，受其阻擋，風(fēng)速降低，氣流性質(zhì)改變，間接地影響到其他小氣候因子[5-7]。根據(jù)觀測(cè)，由4條林帶構(gòu)成的林網(wǎng)，風(fēng)速平均降低30.4%，變幅在10%~45%。林網(wǎng)四邊形成風(fēng)區(qū)，最低風(fēng)速出現(xiàn)在觀測(cè)區(qū)的西南背風(fēng)面的3H~10H處，降低60%，但向東北逐漸加大，至東北區(qū)背風(fēng)面30H時(shí)，基本恢復(fù)對(duì)照點(diǎn)風(fēng)速。強(qiáng)風(fēng)區(qū)只在主林帶的迎風(fēng)面6H處，副林帶背風(fēng)面35H和東北區(qū)30H處恢復(fù)對(duì)照風(fēng)速，形成一個(gè)橢圓形，約占全林網(wǎng)面積的15%。林帶的防風(fēng)效能與林帶的結(jié)構(gòu)、季相、行數(shù)、透風(fēng)系數(shù)以及林帶樹種的株行距有密切關(guān)系。從圖1可以看出，一路2行（道路兩側(cè)各1行）的林帶平均降低風(fēng)速11.9%，防護(hù)效果最低，一路4行的林帶降低風(fēng)速24.0%，雖然起到了一定防護(hù)作用，但其效果不如一路6行的好。一路8行和一路10行的林帶分別降低風(fēng)速24.0%和23.7%，其效果均不如一路6行，而且比一路6行的多占用農(nóng)田，一路12行和一路28行風(fēng)速分別降低34.8%和37.0%，風(fēng)速降低較高，但占用農(nóng)田過(guò)多。林帶與風(fēng)向交角直接影響防護(hù)效能，從表1可以看出，交角越小，林網(wǎng)內(nèi)平均風(fēng)速降低越小，防風(fēng)效果越差，防護(hù)距離相應(yīng)越短。

2.2農(nóng)田林網(wǎng)的水熱效應(yīng)

林網(wǎng)對(duì)氣溫的影響比較復(fù)雜，其變化與林帶的結(jié)構(gòu)、天氣類型、風(fēng)速大小和空氣亂流交換強(qiáng)弱等因素有關(guān)。但是林網(wǎng)內(nèi)氣溫變化總是比曠野區(qū)平均增溫0.60~0.63℃，并出現(xiàn)增溫區(qū)和低溫區(qū)2種狀況。從圖2可以看出，林網(wǎng)內(nèi)背風(fēng)面1H~10H處和迎風(fēng)面3H~5H處為增溫區(qū)，日平均增溫為0.4~1.0℃，而林網(wǎng)內(nèi)背風(fēng)面15H~35H處和迎風(fēng)面6H處為低溫區(qū)，日平均增溫0.3~0.5℃。林帶內(nèi)地表溫度變化比林外的溫度變化較小，根據(jù)6月10日觀測(cè)，地表溫度林網(wǎng)內(nèi)5：00平均最低溫度14.5℃，13：00平均最高溫度為27.0℃，其變化幅度為12.5℃，而防護(hù)林外（對(duì)照區(qū)），5：00最低溫度也是14.5℃，而13：00最高溫度為45.3℃，其變化幅度為30.8℃。另外，林外的溫度受天氣陰晴變化影響也較大，如6月10日15：00左右降雨，林內(nèi)地表溫度為19℃，比13：00溫度只降低8℃，而林外溫度為20.5℃，比13：00降低24.8℃。從表2可以看出，地下溫度變化雖然不如地表溫度變化激烈，但是在0~5cm土層變化很大，而在深度15cm以下土層變化較小，總的趨勢(shì)是林網(wǎng)內(nèi)的溫度比林網(wǎng)外提高1.6℃。林網(wǎng)中的空氣濕度比林網(wǎng)外高，由于樹冠減弱水蒸汽向上輸運(yùn)和樹木蒸騰作用放出水蒸汽，再加上林網(wǎng)內(nèi)溫度變化幅度較小，形成林網(wǎng)內(nèi)空氣濕度比林外高的特點(diǎn)。從表3可以看出，林網(wǎng)內(nèi)的空氣濕度與林帶的行數(shù)有密切關(guān)系。2行林帶在有效防風(fēng)距離以內(nèi)，相對(duì)提高的濕度最低，平均提高相對(duì)濕度6.3%；12行林帶次之，平均提高相對(duì)濕度10.1%；6行的林帶最好，平均提高相對(duì)濕度20.4%。其中以背風(fēng)面1H~15H和迎風(fēng)面1H~5H提高濕度最多，平均可提高濕度20.4%。因此，在東北西部農(nóng)田防護(hù)林中，應(yīng)提倡壤溫度的影響營(yíng)造6行的林帶。

2.3農(nóng)田林網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益

林網(wǎng)內(nèi)玉米產(chǎn)量調(diào)查是從主林帶的背風(fēng)面1H~30H處取樣，對(duì)照區(qū)以林網(wǎng)內(nèi)防護(hù)效能最低和產(chǎn)量最低的為對(duì)照（30H）。從表4可以看出，林網(wǎng)內(nèi)玉米平均產(chǎn)量為9211.9kg/hm2（不包括30H產(chǎn)量），比對(duì)照區(qū)增加14.1%。實(shí)際上對(duì)照區(qū)（30H）也由于林網(wǎng)防護(hù)效能提高了產(chǎn)量。林網(wǎng)內(nèi)玉米增產(chǎn)分布與林網(wǎng)內(nèi)防護(hù)效能的變化規(guī)律是一致的。3H~10H增產(chǎn)幅度為17%~25%，屬于增產(chǎn)率最高區(qū)，其余地區(qū)增產(chǎn)率在10%左右，接近林帶0.5H~1.0H范圍內(nèi)為減產(chǎn)區(qū)，減產(chǎn)幅度在9%左右。玉米千粒重變化與產(chǎn)量相似。林網(wǎng)的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益可通過(guò)調(diào)查林網(wǎng)樣地加以分析說(shuō)明，林網(wǎng)樣地面積為20.8hm2，其中林帶占地面積2.3hm2，道路占地面積0.6hm2，溝渠占地面積1.1hm2，其比例如下：①玉米地占用面積=16.8/20.8×100%=80.8%；②林帶占用面積=2.4/20.8×100%=11.5%；③通路占用面積=0.6/20.8×100%=2.9%；④溝渠占用面積=1.1/20.8×100%=5.3%。由于當(dāng)?shù)貙僖诐雏}堿地區(qū)，所以農(nóng)田必須排澇、修路、治鹽堿，如按空曠地平均產(chǎn)玉米8070kg/hm2（實(shí)際是林網(wǎng)30H）計(jì)算，則由林帶占用面積11%，所造成的產(chǎn)量損失為8070×11%=887.7kg，林網(wǎng)內(nèi)玉米平均產(chǎn)量9211.9kg/hm2。對(duì)比二者的結(jié)果，有林地減去林帶占地?fù)p失的產(chǎn)量后，還比無(wú)林地增產(chǎn)254.3kg/hm2。林網(wǎng)本身的經(jīng)濟(jì)效益還有生產(chǎn)木材，根據(jù)對(duì)農(nóng)田防護(hù)林調(diào)查，樹種為雙陽(yáng)快楊，平均樹高12m，平均胸徑12cm，年齡11年，其立木材蓄積量為135m3，平均為59.55m3/hm2。