全 文 ：无瓣海桑和秋茄人工林的减风效应*
陈玉军1**摇 廖宝文1 摇 李摇 玫1 摇 陈步峰1 摇 陈元海2 摇 钟才荣2 摇 李华亮2 摇 林卫海2
( 1中国林业科学研究院热带林业研究所, 广州 510520; 2海南东寨港国家级自然保护区管理局, 海口 571129 )
摘摇 要摇 以海南东寨港三江湾无瓣海桑和秋茄人工林为研究对象,观测红树林内距向海林缘
50 m、地面以上 2 m高处的风速、风向特征,研究红树林的减风效应. 结果表明: 无瓣海桑和
秋茄人工林均对偏北方向由海向岸的风速有明显的减弱效应,林带内 50 m 处的平均风速减
低 85%以上,并且秋茄林的减风效应更显著.随着风速的增加,林分的减风效能呈先下降后平
缓的趋势.当风速低于 5 m·s-1时,无瓣海桑人工林内 50 m 处的平均风速减低 89. 8% ;当风
速在 10 m· s-1以上时,其风速减低率趋于稳定;当风速 > 15 m· s-1时,平均风速减低
58郾 9% ~63. 6% .与冷季相比,无瓣海桑人工林暖季的减风效应更显著.在台风等极端天气状
况下,无瓣海桑人工林内 50 m处的平均风速和极大风速分别减低 59. 4%和 53. 2% .
关键词摇 红树人工林摇 减风效应摇 风速摇 风向摇 台风
文章编号摇 1001-9332(2012)04-0959-06摇 中图分类号摇 S718. 56摇 文献标识码摇 A
Wind鄄attenuation effect of Sonneratia apetala and Kandelia obovata plantations. CHEN Yu鄄
jun1, LIAO Bao鄄wen1, LI Mei1, CHEN Bu鄄feng1, CHEN Yuan鄄hai2, ZHONG Cai鄄rong2, LI Hua鄄
liang2, LIN Wei鄄hai2 ( 1 Research Institute of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry,
Guangzhou 510520, China; 2Hainan Dongzhai Harbor National Nature Reserve, Haikou 571129,
China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(4): 959-964.
Abstract: A field monitoring was conducted to examine the wind鄄attenuation effect of mangrove
plantations at the Sanjiang Bay of Dongzhai Harbor, Hainan Province of South China. The wind
speed and wind direction were measured at a site 50 m away from the offshore forest fringes of Son鄄
neratia apetala and Kandelia obovata plantations and 2 m above the ground. Both the S. apetala
and the K. obovata plantations had obvious effect in attenuating the speed of the wind from northerly
to the shore, with the mean wind speed decreased by > 85% and the better effect of K. obovata
plantation. With the increase of the wind speed, the wind鄄attenuation effect of the plantations pres鄄
ented a trend of decreasing first and remained stable then. At 50 m away from the offshore forest
fringe of S. apetala plantation, the wind鄄attenuation rate was higher than 89. 8% when the mean
wind speed was lower than 5 m · s-1, tended to be stable when the mean wind speed was
10 m·s-1, and turned to be 58郾 9% - 63郾 6% when the mean wind speed was higher than
15 m·s-1 . The S. apetala plantation had better wind attenuation effect in warmer season than in
colder season. Under the extremely adverse weather like typhoon, the mean wind speed and
extreme wind speed at 50 m away from the offshore forest fringe of S. apetala plantation were
decreased by 59郾 4% and 53郾 2% , respectively.
Key words: mangrove plantation; wind鄄attenuation effect; wind speed; wind direction; typhoon.
*国家林业科技支撑计划项目(2009BADB2B0404)、中央级公益性
科研院所基本科研业务费专项资金项目(2007鄄04)和海南东寨港红
树林湿地生态站项目资助.
**通讯作者. E鄄mail: yujunchen@ hotmail. com
2011鄄09鄄07 收稿,2012鄄01鄄30 接受.
摇 摇 红树林是热带、亚热带地区沿海防护林体系的
重要组成部分,具有重要的防风、消浪和海岸防护功
能[1],对维持我国南部沿海的生态安全以及社会经
济的可持续发展具有重要意义. 风暴潮等灾害是目
前沿海地区的频发事件[2-3] . 对红树林防灾减灾功
能的研究正日益受到国际社会的重视[4-7] . 红树林
的防风、消浪功能也是红树林湿地生态系统健康评
价指标体系的重要组成部分[8] . 研究红树林的减风
效应,是了解红树林的减灾价值、构建和评价海岸带
生态防护林体系的重要依据.红树林内遍布潮沟、水
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 4 月摇 第 23 卷摇 第 4 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Apr. 2012,23(4): 959-964
道,且捕捞、旅游等人为活动频繁,对其林内减风效
应的研究,直接关系到海岸社区的生态安全,具有重
要的现实意义.
国外对红树林生态系统与近岸风之间关系的研
究,多集中在台风(飓风)对红树林及其他海岸生态
系统的影响和生态系统的恢复方面[9-12],在红树林
防灾、减灾方面,对其消浪效应的测量和模拟已有大
量研究[13-19],而对其防风效应的研究较少. 仅见有
报道指出,2006 年在澳大利亚昆士兰海岸,由于红
树林的庇护,港口船只免受了飓风 “ Larry冶的破
坏[20] .
国内目前对防护林防风效应的研究已有较多报
道[21-26],但对红树林这一特殊类型防护林的防风效
应研究较少.陈玉军等[27]研究证实,在广东深圳湾,
结构和功能完善的红树林生态系统本身能抵抗 12
级台风. 邱坚锐和林明献[28]和楼坚等[29]分别对海
南省东寨港木榄(Bruguiera gymnorhiza)和海莲(B郾
sexangula)天然红树林、海桑(Sonneratia caseolaris)+
无瓣海桑(S郾 apetala)人工红树林的防风效应进行
了初步研究.以上研究均采用在林前(迎风面)和林
后(背风面)不同树高距离处设立测定仪的方法,测
量林后不同距离处的风速减弱特征,侧重于风在越
过红树林带前后的变化. 而红树林内的风速减弱程
度和动态变化尚未见研究报道. 研究向岸风在穿透
红树林的过程中林内的风速减弱情况,是完善红树
林防风效应理论的重要组成部分. 本研究以 3 年的
野外监测数据为基础,分析了不同方向风在红树林
内的风速减弱特征,提出红树林防风效应的量化指
标,旨在为红树林生态功能的评价提供参考和依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
本研究地点设在海南东寨港国家级自然保护区
内(19毅51忆—20毅01忆 N,110毅32忆—110毅37忆 E), 年均
气温 23郾 5 益,最冷月气温 17郾 1 益,最热月气温
28郾 4 益,年均降雨量 1676郾 4 mm,海水盐度 21郾 9.该
区是我国红树林生长最好、种类最丰富的红树林保
护区,1992 年被列入国际重要湿地名录[30], 总面积
3337郾 6 hm2 .其中,天然红树林 1773 hm2,人工红树
林 251 hm2,红树植物共有 15 科 32 种,无瓣海桑和
秋茄(Kandelia obovata)为典型的代表性种类. 无瓣
海桑原产孟加拉国,属于前沿裸滩定居的先锋树种,
树体高大、生长迅速;秋茄为当地乡土树种,生长较
缓慢.监测地点位于三江湾区域的开阔滩涂,该地红
树林受向岸风直接影响,适于防风效应的监测.
1郾 2摇 研究方法
选择无瓣海桑人工林和秋茄人工林作为监测对
象(表 1),长期监测红树林的减风效应.无瓣海桑和
秋茄林带为东西走向,林带的南部接陆地,北部临
海,临海边缘平直,林带从海缘至陆缘的宽度在
100 m以上.红树林带临海面为本研究设定的迎风
面,方向为正北方向,因此,主要考虑与林带垂直的
由海向岸的北向风在红树林内的减弱情况.
摇 摇 2008 年 1 月至 2010 年 12 月,对无瓣海桑人工
林和秋茄人工林的减风效应进行全天监测. 风速风
向测定仪 ( Zeno 3200,美国 Coastal Environmental
Systems, Inc. )分别设立在无瓣海桑人工林和秋茄
人工林内、沿与林带垂直方向距林带临海边缘 50 m
处,同时在红树林带北部、距林带临海边缘 100 m外
的泥滩上设立对照点进行观测,传感器距地面高度
2 m.测定北向风在穿过红树林后,林内 50 m处风速
的减低情况.数据采集间隔 60 min, 取样数为 3600
(每秒取样 1 次).采集的数据包括每 60 min的平均
风速、平均风向、极大风速(指 60 min 内瞬时风速的
最大值)等.同时按 0 ~ 360毅顺时针方向将风向划分
为 16 个方位(每个方位角为 22郾 5毅):N、NNE、NE、
ENE、E、ESE、SE、SSE、S、SSW、SW、WSW、W、WNW、
NW和 NNW风.所采集的数据按不同风向进行分类
统计和汇总.
1郾 3摇 数据处理
野外观测数据采用 Microsoft Excel 2003 软件处
理和绘图. 采用 SPSS 16郾 0 统计分析软件进行方差
分析和差异显著性检验(LSD 法),显著性水平设为
琢=0郾 05.除注明外,文中的分析均以 2008 年 1 月至
表 1摇 研究对象的群落特征
Table 1摇 Basic status of studied mangrove forest stands
人工林类型
Plantation type
树高
Height
(m)
地径
Basal diameter
(cm)
胸径
DBH
(cm)
林分密度
Density
( ind·hm-2)
郁闭度
Canopy closure
(% )
基部断面积
Basal area
(m2·hm-2)
秋茄 Kandelia obovata 5郾 5 8郾 1 6郾 7 2700 95 94郾 71
无瓣海桑 Sonneratia apetala 10郾 8 27郾 4 19郾 6 700 70 45郾 53
069 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
2010 年 12 月期间全部可用的野外数据为依据.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 研究区域的风向、风速特征
由表 2 可以看出,研究区 N、NNE、NE、NW 和
NNW5 个北向风在全年各月均有出现,但各种风向
的出现频率有较大差异. 3—9 月,5 个北向风出现频
率均低于 10% ,其中 NW、NNW风均低于 5% ;10 月
至翌年 2 月,NE 风的出现频率最高,为 23郾 2% ~
34郾 5% ,NNE 风的出现频率在 11郾 3% ~ 25郾 8% , N
风的出现频率在 10%左右, NW、NNW 风的出现频
率最低,1%左右.在夏季,北偏西风的风速较大、北
偏东风的风速较小,其中 6—9 月 NNE 风的平均风
速为 1郾 4 ~ 2郾 1 m·s-1,NE 风的平均风速仅 0郾 2 ~
2郾 9 m·s-1;冬季,北偏东风的风速较大、北偏西风
的风速较小,其中 11 月至翌年 1 月 NNW 风的平均
风速为 0郾 8 ~ 1郾 9 m· s-1, NW 风的平均风速仅
0郾 1 ~ 1郾 4 m·s-1;全年 N 风的风速差异相对较小;
全年以 4 月的风速最大,5 个北向风的平均风速均
超过 5郾 0 m·s-1 .
2郾 2摇 红树林对不同风向的风速减弱效应
无瓣海桑人工林对不同偏北方向风的风速均有
明显的减弱效应 (表 3).在无瓣海桑人工林内 50 m
处,N、NNE、NE、NW 和 NNW 5 个偏北方向风的平
均风速减低 85%以上,各个风向的平均风速减低率
差距较大,其中 NE 风的平均风速减低率最低,为
86郾 9% ,NW风最高,为 96郾 2% ,二者相差约 10% . 5
个偏北方向风的极大风速减低率为 60% ~ 80% ,各
个风向的极大风速减低率亦有较大差距,其中 NE
风的极大风速减低率最低,为 61郾 4% ,NW 风最高,
为 77郾 4% ,二者相差 16% . 平均风速和极大风速减
低率有很大差异,5个偏北方向风的平均风速减低
表 2摇 2010 年各月不同偏北方向风的出现频率和风速特征
Table 2摇 Occurrence frequency and speed traits of wind with different northern directions among months in 2010
风速指标
Wind speed
index
风向
Wind
direction
月 份 Month
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
出现频率 N 2郾 7 16郾 9 5郾 1 2郾 3 2郾 5 4郾 5 1郾 9 1郾 9 3郾 6 10郾 1 4郾 8 13郾 6
Frequency NNE 12郾 7 25郾 8 6郾 6 3郾 2 1郾 4 0郾 6 0郾 9 3郾 3 2郾 8 11郾 0 15郾 4 11郾 3
of occurrence NE 29郾 4 27郾 8 9郾 5 6郾 0 7郾 3 0郾 3 1郾 3 4郾 5 4郾 7 22郾 1 34郾 5 23郾 2
(% ) NW 1郾 5 1郾 0 0郾 5 0郾 4 1郾 4 1郾 5 2郾 1 2郾 6 3郾 2 1郾 3 0郾 4 0郾 4
NNW 1郾 5 2郾 7 1郾 2 0郾 8 1郾 6 1郾 2 1郾 3 1郾 1 4郾 1 4郾 1 0郾 4 1郾 0
平均风速 N 2郾 6 4郾 1 3郾 8 5郾 3 3郾 9 4郾 0 2郾 2 3郾 5 1郾 8 4郾 4 2郾 0 4郾 9
Mean wind NNE 4郾 3 4郾 6 2郾 4 6郾 2 3郾 8 1郾 4 2郾 1 1郾 7 1郾 1 5郾 3 4郾 4 3郾 9
speed NE 5郾 0 4郾 7 3郾 4 5郾 4 5郾 2 0郾 2 2郾 0 2郾 9 4郾 1 6郾 2 4郾 8 4郾 0
(m·s-1) NW 1郾 4 1郾 6 1郾 1 7郾 3 2郾 8 2郾 7 4郾 3 4郾 6 3郾 8 3郾 4 0郾 1 0郾 4
NNW 0郾 8 5郾 4 2郾 4 5郾 1 4郾 2 4郾 8 1郾 6 3郾 1 3郾 1 5郾 0 1郾 4 1郾 9
表 3摇 红树林内 50 m处不同风向的风速减低率
Table 3摇 Attenuation rate of winds with different directions after 50 m across mangrove forest
风速指标
Wind speed index
风向
Wind direction
无瓣海桑人工林
S郾 apetala plantation
平均值
Mean (% )
标准差
SD (% )
数据量
N
秋茄人工林
K郾 obovata plantation
平均值
Mean (% )
标准差
SD (% )
数据量
N
平均风速 N 92郾 7b 9郾 8 316 99郾 8b 1郾 1 210
Mean wind speed NNE 89郾 8c 11郾 1 339 99郾 8bc 0郾 4 372
(m·s-1) NE 86郾 9d 12郾 2 733 99郾 9a 0郾 2 847
NW 96郾 2a 6郾 0 73 100郾 0ac 0郾 0 67
NNW 93郾 7ab 9郾 2 100 99郾 9ac 0郾 1 127
极大风速 N 71郾 4b 15郾 0 322 96郾 6b 6郾 4 210
Extreme wind speed NNE 64郾 4c 17郾 5 345 95郾 6c 6郾 0 372
(m·s-1) NE 61郾 4d 14郾 6 736 95郾 5c 5郾 4 847
NW 77郾 4a 18郾 2 79 99郾 1a 2郾 8 67
NNW 73郾 8ab 17郾 3 103 98郾 5a 3郾 5 127
同列不同小写字母表示不同风向间差异显著(P<0郾 05) Different small letters in the same column meant significant difference at 0郾 05 level among
wind directions郾 下同 The same below郾
1694 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 陈玉军等: 无瓣海桑和秋茄人工林的减风效应摇 摇 摇 摇 摇
率均值为 91郾 9% ,极大风速减低率均值为 69郾 7% ,
可见,平均风速减低率指标远高于极大风速减低率.
这可能是由于极大风速值总是高于平均风速值,而
红树林本身对不同风速的响应机制不同.
与无瓣海桑人工林相比,秋茄人工林对不同偏
北方向风的风速减弱效应更强(表 3). 在秋茄人工
林内 50 m处,N、NNE、NE、NW 和 NNW 5 个偏北方
向风的平均风速减弱 99%以上,极大风速也减弱
95%以上.这可能是由于秋茄人工林与无瓣海桑人
工林的林分结构不同所致(表 1). 秋茄人工林的密
度和郁闭度较高,树冠致密,地面以上 2 m 处(风速
风向传感器位置)树干的分枝多、叶量大,能对风形
成较大阻力,因此林内的减风效应更强.
2郾 3摇 红树林对不同风速的减弱效应
无瓣海桑人工林内同一风向(N、NNE 和 NNW
风)不同风速的减弱程度不同(图 1).随着风速的增
加,无瓣海桑人工林的减风效能缓慢下降,然后趋于
稳定.当林外对照点风速低于 5 m·s-1时,无瓣海桑
人工林内 50 m处平均和极大风速减低率分别大于
89郾 8%和 67郾 8% .当林外风速达 10 m·s-1以上时,
风速减低率开始趋于稳定,在林外风速大于
15 m·s-1时,林内 50 m 处平均和极大风速减低率
分别为 58郾 9% ~63郾 6%和 57郾 1% ~63郾 2% .
2郾 4摇 不同季节红树林防风效应的差异
不同季节间无瓣海桑人工林的减风效应存在较
大差异(表 4). 2008 年 6—8 月林内 50 m 处的平均
风速和极大风速的减低率分别比 12 月至翌年 2 月
高 7郾 7%和 11郾 7% . 这可能是由于在冷季(12 月至
翌年 2 月)无瓣海桑人工林长势较弱,部分枝叶枯
落,树体的叶面积指数和生物量变小,林分的风阻下
降;而在暖季(6—8 月),无瓣海桑人工林又恢复到
旺盛生长状态,枝叶量增多,林分的风阻提升,造成
林分的减风效应强于冷季.
2郾 5摇 红树林对台风的减弱效应
红树林对台风等极端气候条件下的风速具有
明显的缓解作用 . 研究表明,无瓣海桑人工林对
图 1摇 无瓣海桑人工林对不同平均风速(a)和极大风速(b)的减低效应
Fig. 1摇 Attenuation effects of Sonneratia apetala plantation on different mean wind speed (a) and extreme wind speed (b) (mean依
SD)郾
V1:(0,1]; V2:(1,2]; V3:(2,3]; V4:(3,4]; V5:(4,5]; V6:(5,6]; V7:(6,7]; V8:(7,8]; V9:(8,9]; V10:(9,10]; V11:(10,15]; V12:
>15郾
表 4摇 不同季节无瓣海桑人工林对风速的消减效应
Table 4摇 Effects of Sonneratia apetala plantation on wind between different sensons
日期
Date
平均风速 Mean wind speed
减风率均值
Mean (% )
标准差
SD (% )
数据量
N
极大风速 Extreme wind speed
减风率均值
Mean (% )
标准差
SD (% )
数据量
N
2008鄄12—2009鄄02 90郾 5a 10郾 0 324 66郾 5a 17郾 4 336
2008鄄06—2008鄄08 98郾 2b 2郾 5 106 78郾 2b 14郾 2 108
269 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
图 2摇 无瓣海桑人工林对台风“浣熊冶风速的影响
Fig. 2摇 Effects of Sonneratia apetala plantation on wind speed of
typhoon Neoguri郾
玉:林外风速(对照) Wind speed outside the forest (control); 域:林内
50 m处风速 Wind speed after 50 m across the forest郾 A: 2008鄄04鄄18
0:00; B: 2008鄄04鄄18 12:00; C: 2008鄄04鄄19 0:00; D: 2008鄄04鄄19 12:
00; E: 2008鄄04鄄20 0:00.
2008 年 4 月 18—19 日的台风“浣熊冶具有显著的减
弱作用(图 2).从 2008 年 4 月 18 日 00:00 至 19 日
23:00的整个台风期间,林外对照观测点的平均风速
和极大风速的均值分别为 9郾 1 和 14郾 5 m·s-1,在无
瓣海桑人工林内 50 m 处分别降低 59郾 4% 和
53郾 2% ;林外对照点测得的平均风速和极大风速的
最大值分别为 17郾 6(2008 年 4 月 18 日 23:00 至翌
日 0:00)和 28郾 7 m·s-1(2008 年 4 月 18 日 20:00—
21:00),而在无瓣海桑人工林内 50 m处分别降低了
59郾 7%和 59郾 2% .
3摇 讨摇 摇 论
从林内风速变化情况分析,无瓣海桑和秋茄人
工林均有显著的减风效应,与测定林带前、后风速变
化的研究结果存在一定差异.本研究中,在一般天气
情况下,无瓣海桑人工林内 50 m处的平均风速减低
率为 86郾 9% ~93郾 7% ;与邱坚锐和林明献[28]和楼坚
等[29]的研究结果不同. 邱坚锐和林明献[28]研究显
示,风在经过木榄、海莲红树林带(宽 80 m )后 1 倍
树高处的减低率为 74% ~ 86% ;楼坚等[29]发现,风
在经过海桑+无瓣海桑林带(宽 30 m )后 1 倍树高
处的减低率为 65郾 4% ~ 77郾 2% .这可能是由于所测
定的林分结构和观测点位置不同所致.
理论上,随着向岸风偏离与红树林临海面垂直
方向的角度的增加,风在到达林内 50 m处的距离增
加,林内的减风效应会更明显. 但实际上,无瓣海桑
和秋茄人工林对不同偏北方向风的减弱程度与来风
的风向之间未表现出明显的相关性.由表 3 可知,无
瓣海桑林内 50 m处的平均风速和极大风速均以偏
西北方向风(NW、NNW)的减弱程度最高,偏东北方
向风(NE、NNE)的减弱程度最低;秋茄林的减风效
应也具有相似的特性.这可能是由于在野外情况下,
不同偏北方向风在林缘产生扰动作用引起的.
随着风速的增加,无瓣海桑人工林内 50 m处的
减风效能缓慢下降,并且当风速达到一定水平后,风
速减低率趋于稳定. 楼坚等[29]研究表明,NNE、NE
风的平均风速减弱系数随着风速的增大而减小,但
当风速达到 9 m·s-1时,平均风速减弱系数下降到
最小值,以后随风速的增大呈平缓趋势.这与本研究
结论一致.本研究在 2008 年 4 月 18—19 日台风期
间,无瓣海桑人工林内 50 m处的平均风速减低率为
59郾 4% ,比一般天气情况下的风速减低率低;楼坚
等[29]研究表明,在 2007 年 9 月 24 日的热带风暴期
间,台风经过海桑+无瓣海桑林带(宽 30 m )后 1 倍
树高处的消减率为 33郾 3% ~ 53郾 2% ,比一般天气情
况下的减风率低.二者的结论均进一步证实,在一定
范围内, 随着林外风速的增加,红树林的减风率呈
降低趋势(包括林内和林后近距离处).而邱坚锐和
林明献[28]研究表明,风速越大,红树林降低风力的
效应越强(林后近距离处),但研究中未涉及具体的
风向信息.
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作者简介摇 陈玉军,男,1972 年生,副研究员.主要从事红树
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com
责任编辑摇 李凤琴
469 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷