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吉林省西部农田防护林生态学研究

梁万君  
【摘要】: 本项研究是国家“十五”攻关项目“中国森林生态网络(面)松原试验点研究”的组成部分,从2000年开始进行研究,试验地设在吉林省松原市长岭县的3个乡,在每个试验地,选设2000m农防林带,进行了树种引进试验,模式试验。 在试验过程中,进行了生长规律、更新、树种、管理等研究;进行了生物量调查、农林复合系统中林木与农作物各器官的C、N、P、K、灰分、有机质及能量测试;结合2004年森林资源二类调查资料建立了吉林省松原市农田防护林地理信息系统,对松原市农田防护林的布局进行了评价、规划及防风效能估计;模拟了防护林的生长过程,确定了防护林的数量成熟龄、工艺成熟龄、防护成熟龄、合理的调整期和轮伐期,计算机模拟为防护林经营方案编制提供了新的途径。 通过对林带有叶期、无叶期的疏透度估计,按现有防护林的最大防护面积(指全部达到成熟且疏透度合理时的防护面积)占应防护面积的比例和占最大防护面积的比例分别计算,发现松原市农田防护林林带防风效能远没有达到最佳状态,主要表现在3个方面:即疏透度过大或偏小,部分林带尚未达到成熟,林带总量不足。 根据二类调查数据,用不同模型模拟了树高生长和胸径生长,编制了吉林省西部农田防护林地位指数曲线和生长过程表,确定了数量成熟龄为21~24年,防护成熟龄为25年,工艺成熟龄为24~28年。综合考虑木材产量、防护效益以及工业利用,吉林省西部农田防护林的更新年龄不得低于28年。用Visual foxpro模拟了不同调整期和不同轮伐期条件下防护林采伐、更新和生长过程,用生长过程表准确地估计了从2006年起到今后35年的各个年度每条防护林的状态,通过对不同调整期和不同轮伐期保存林带的时间序列和采伐量的比较,认为调整期为20年,轮伐期为35年能够使现有林带的成过熟林得到充分利用,并实现可持续利用。 26年生林带的生物量年净增量为930.83g·m~(-2)·a,远高于大豆的707.97g·m~-~2,低于玉米的1540.80g·m~(-2)。若秸秆用于生物质发电,大豆和玉米生长环境每年将损失N、P、有机质及灰分18.30、0.3934、534.05、24.69g·m~(-2)和13.45、0.5186、1116.28、42.55g·m~(-2)。若仅利用杨树树干部分,采伐后相当于每年从环境中转移的营养元素依次为0.66、0.01759、426.08、8.54g·m~(-2)。 每公顷玉米秸秆地上部分可释放热量113 318 800kJ,相当于3184.18kg的优质无烟煤,可获利796.05元。每公顷大豆秸秆地上部分可产生61 294 400kJ的热量,相当于1722.33kg优质无烟煤,可获利430.58元。秸秆利用后,在粮食收益基础上,玉米地每公顷利润增加16%,大豆地每公顷利润增加11%。全部秸秆(除种子外)用于发电,玉米地和大豆地损失氮相当于复合肥约500kg和300kg,资金1342元和789元。弥补土壤养分损失所需的费用远高于秸秆发电所获利润。从土壤生态系统角度考虑,打破了系统的营养平衡,使土壤理化性质恶化。秸秆发电得不偿失,可通过部分秸秆还田的方法解决,但归还量有待于进一步试验证实。 林带影响了胁地范围内的环境条件和作物生长。林带使东西两侧的辐射降低13.43%~35.72%,使南北两侧辐射降低24.66~36.84%,林带西侧辐射显著高于林带东侧,林带南侧接受的辐射显著高于林带北侧。随着与林带距离的变化,辐射也发生变化,胁地范围内各点的平均辐射与林带距离的关系可用幂函数和二次曲线来描述。林带使南北两侧气温降低1.09%~3.66%,使东侧气温降低0.45%~2.53%,对西侧影响不规律,南侧气温极显著地高于北侧,林带东西两侧气温差异不显著。林带可使西侧地表气温提高0.22%~10.11%,东侧提高3.24%~7.46%。林带南侧地表温度平均提高2.32%~13.97%,林带北侧地表温度平均降低5.02%~11.06%。林带南侧的地表温度显著高于北侧。林带使东西两侧的土壤含水率降低1.83%~16.11%,东西两侧的土壤含水率差异不显著。林带南北两侧OH范围内的根系占全部根系的1/2,1/4H范围内占3/4,1/2H范围内占4/5,根系主要分布在土壤的30~60cm之间。林带南侧的玉米高度极显著地高于北侧,玉米的高度和单株生物量与距林带的距离呈显著线性关系,可用一元线性模型描述。 松原市农田防护林布局存在成型差、分布不均、走向不合理等问题。经重新设计后,在原有防护林基础上,增加了各类型的防护林,改造林长度为2 462 913m,固沙林长度131 931m,护堤护岸林227 8476m,护路林7 346 266m,牧防林892 4636m,农防林15 950 555m。 在各项研究的同时建立了防护林地理信息系统,实现了文件管理、图形管理的常规功能,同时实现了防护林评价、设计及景观参数计算的自动化,实现了林带的添加、分割、删除等编辑功能,实现了不同格式文件的输入与输出。


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