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黄泛平原农田林网林带结构完整性对林网内风场的影响

曲木子  
【摘要】:近年来,在全球变化的背景下,粮食安全是当今面临的重大问题。作为农田生态系统的屏障,结构完整的农田林网在减轻干热风、抵御风沙危害、调节气候、改良土壤等方面发挥巨大作用。然而,在农田林网经营管理过程中,缺乏合理应对林网抚育更新、病虫害防治以及连作障碍等问题的有效措施,导致林带缺株、断带的现象普遍存在,进而导致林网内局部地段作物的产量和品质受到严重的影响。因此,深入探讨农田林网林带结构不完整性对林网内风场的的影响程度、范围及其机理,对于控制和减弱林带缺株、断带造成的作物产量和质量问题具有重要的意义。本研究以生态场理论为基础,界面理论作指导,以泰安市东平县的农田林网为研究对象,采用空间统计学与经典统计学相结合的方法,通过林网内的生态因子实施同步观测,探索林带缺株、断带对林带结构及林网内风场的影响机制,目的是阐明林带结构不完整性对林网内风场的作用机制,为合理经营农田防护林提供理论依据和技术指导。研究结论主要如下:(1)缺株对林带疏透度的影响在一定范围内,随着缺株数量的增多,不同缺株类型的林带疏透度均呈增大趋势。当林带的缺株数量相同时,连续缺六株型造成林带疏透度增大的幅度最大,而离散缺株型对林带疏透度影响的程度最小。不同缺株类型的缺株数量与林带疏透度间的模型分别采用二项式和线性拟合效果最好,相关系数均在0.9以上。(2)完整林带内的风速变化不同旷野风速下,风经过林带前后(-9~9.2m)均呈现先增大后减小的趋势。随着旷野风速的增大,风速逐渐增大,且由-4.5m到4.7m处时风速增大的幅度逐渐减小。在相同风向下,随着风向角度的增大,风速逐渐增大并在4.7m处增大显著(P0.05);在不同的旷野风速或风向下,林带内的风速变化呈现波浪形。(3)主林带断带对风场的影响在旷野风速相同的条件下,主林带断带造成各网格风场空间分布格局的改变,且风速增大的程度与林带结构关系密切:(1)主林带断带的缺口越长,网格内风速越大,风场总体风速水平表现为断带13m7m4m;(2)主林带断带的缺口越长,各网格内达到防风效能50%时距林带的距离越长,各网格内下风区(≥旷野风速)长度范围表现为断带4m13m7m;(3)主林带断带的缺口越长,有效防护面积越小,下风区面积越大,网格内防风效能为10~20%的面积表现为断带7m13m4m,下风区面积表现为断带13m7m4m;(4)风速半方差函数分析表明,风速理论变异模型均采用高斯模型拟合,具有极强的相关性,其结构异质性均在90%以上,随机异质性引起的变异较小,各网格内风速的空间分布连续性较强,且间隔取样合理。在缺口长度相同的条件下,旷野风速的大小决定着断带对网格内风场的影响程度:随着旷野风速的增大,网格内的风速逐渐增大,网格内防风效能达50%时与主林带的距离就逐渐增长(增长52.9%),下风区(≥旷野风速)面积就逐渐增大(增大49.2%),防风效能是50%时的有效防风面积就逐渐减小(减小132.8%)。研究表明,当缺口≥7m时,应该马上补植。在某些大风频繁发生的地区,断带4m的影响是不容忽视。(4)主林带连续缺株对风场的影响在相同旷野风速条件下,主林带连续缺株造成各网格内的风速增大的程度与连续缺株的长度密切相关:(1)主林带连续缺株的长度越长,网格内风速越大,连续缺株16m内的平均风速最大,显著高于5m和9m内平均风速的7.5%和9.6%(P0.05);(2)主林带连续缺株的存在使降风区的形成具有滞后性,各网格内防风效能达到50%时的间隔距离与对照区相比分别延长了33、48和52%,然而不同连续缺株长度对网格内降风区形成的影响差异是不显著的(P0.05);(3)主林带连续缺株的长度越长,有效防护面积越小;(4)风速半方差函数分析表明,其风速理论变异模型均为高斯模型,网格内风速的空间变化具有较强的自相关性,在风速变化的影响因素中,结构因素占主要比例,随机因素影响小,空间连续性较强。在连续缺株长度相同的条件下,随着旷野风速的不断增大,网格内整体风速水平逐渐增大,当旷野风速由1.6m/s提升106.3%到3.3m/s时,网格内平均风速提升了113.8%,差异性显著(P0.05);而各网格内防风效能达到50%时与主林带的距离及其有效防风面积变化差异不显著(P0.05)。研究表明:当连续缺株≥9m时,应该立刻补植。连续缺株5m对林带防风效果的影响较小,其对林带其他防护作用方面是否有相关影响需在下一步研究中探讨研究。


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