全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 17 期摇 摇 2011 年 9 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
海洋生态资本理论框架下海洋生物资源的存量评估 任大川,陈摇 尚,夏摇 涛,等 (4805)………………………
内生真菌对羽茅生长及光合特性的影响 贾摇 彤,任安芝,王摇 帅,等 (4811)……………………………………
基于遥感图像处理技术胡杨叶气孔密度的估算及其生态意义 荐圣淇,赵传燕,赵摇 阳,等 (4818)……………
水文变异下的黄河流域生态流量 张摇 强,李剑锋,陈晓宏,等 (4826)……………………………………………
黄河三角洲重度退化滨海湿地盐地碱蓬的生态修复效果 管摇 博,于君宝,陆兆华,等 (4835)…………………
浙江省某 PCBs废物储存点对其邻近滩涂生态系统的毒性风险 何闪英, 陈昆柏 (4841)………………………
鄱阳湖苔草湿地甲烷释放特征 胡启武,朱丽丽,幸瑞新,等 (4851)………………………………………………
三峡库区银鱼生长特点及资源分析 邵晓阳,黎道峰,潭摇 路,等 (4858)…………………………………………
低温应激对吉富罗非鱼血清生化指标及肝脏 HSP70 基因表达的影响 刘摇 波,王美垚,谢摇 骏,等 (4866)…
Cd2+对角突臂尾轮虫和曲腿龟甲轮虫的急性毒性和生命表统计学参数的影响
许丹丹,席贻龙,马摇 杰,等 (4874)
…………………………………
……………………………………………………………………………
圈养梅花鹿 BDNF基因多态性与日常行为性状的关联分析 吕慎金,杨摇 燕,魏万红 (4881)…………………
华北平原玉米田生态系统光合作用特征及影响因素 同小娟,李摇 俊,刘摇 渡 (4889)…………………………
长期施肥对麦田大型土壤动物群落结构的影响 谷艳芳 ,张摇 莉,丁圣彦,等 (4900)…………………………
蚯蚓对湿地植物光合特性及净化污水能力的影响 徐德福,李映雪,王让会,等 (4907)…………………………
三种农药对红裸须摇蚊毒力和羧酸酯酶活性的影响 方国飞 (4914)……………………………………………
六星黑点豹蠹蛾成虫生殖行为特征与性趋向 刘金龙,宗世祥,张金桐,等 (4919)………………………………
除草剂胁迫对空心莲子草叶甲种群的影响及应对策略 刘雨芳,彭梅芳,王成超,等 (4928)……………………
荒漠植物准噶尔无叶豆结实、结籽格局及其生态适应意义 施摇 翔,王建成,张道远,等 (4935)………………
限水灌溉冬小麦冠层氮分布与转运特征及其对供氮的响应 蒿宝珍,姜丽娜,方保停,等 (4941)………………
准噶尔盆地梭梭、白梭梭植物构型特征 王丽娟,孙栋元,赵成义,等 (4952)……………………………………
基于地表温度鄄植被指数关系的地表温度降尺度方法研究 聂建亮,武建军,杨摇 曦,等 (4961)………………
岩溶区不同植被类型下的土壤氮同位素分异特征 汪智军,梁摇 轩,贺秋芳,等 (4970)………………………
施氮量对麻疯树幼苗生长及叶片光合特性的影响 尹摇 丽,胡庭兴, 刘永安, 等 (4977)………………………
黄土丘陵区燕沟流域典型植物叶片 C、N、P化学计量特征季节变化 王凯博,上官周平 (4985)………………
克隆整合提高淹水胁迫下狗牙根根部的活性氧清除能力 李兆佳, 喻摇 杰, 樊大勇, 等 (4992)………………
低覆盖度固沙林的乔木分布格局与防风效果 杨文斌,董慧龙,卢摇 琦,等 (5000)………………………………
东灵山林区不同森林植被水源涵养功能评价 莫摇 菲,李叙勇,贺淑霞,等 (5009)………………………………
11 种温带树种粗木质残体分解初期结构性成分和呼吸速率的变化 张利敏,王传宽,唐摇 艳 (5017)…………
连栽第 1 和第 2 代杉木人工林养分循环的比较 田大伦,沈摇 燕,康文星,等 (5025)……………………………
最优化设计连续的自然保护区 王宜成 (5033)……………………………………………………………………
基于自然地理特征的长江口水域分区 刘录三,郑丙辉,孟摇 伟,等 (5042)………………………………………
煤电一体化开发对锡林郭勒盟环境经济的影响 吴摇 迪,代方舟,严摇 岩,等 (5055)……………………………
专论与综述
生态条件的多样性变化对蜜蜂生存的影响 侯春生,张学锋 (5061)………………………………………………
研究简报
胶州湾潮间带大型底栖动物次级生产力的时空变化 张崇良,徐宾铎,任一平,等 (5071)………………………
湿地公园研究体系构建 王立龙,陆摇 林 (5081)……………………………………………………………………
基于生态足迹的半干旱草原区生态承载力与可持续发展研究———以内蒙古锡林郭勒盟为例
杨摇 艳,牛建明,张摇 庆,等 (5096)
…………………
……………………………………………………………………………
学术信息与动态
恢复与重建自然与文化的和谐———2011 生态恢复学会国际会议简介 彭少麟,陈蕾伊,侯玉平,等 (5105)…
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*302*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*37*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄09
封面图说: 相当数量的降雪与低温严寒是冰川发育的主要因素,地球上的冰川除南北两极外,只有在高海拔的寒冷山地才能存
在。 喜马拉雅山造山运动使中国成为了世界上中低纬度冰川最为发育的国家,喜马拉雅山地区雪峰连绵、冰川四
溢,共有现代冰川 17000 多条,是世界冰川发育的中心之一。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 17 期
2011 年 9 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 17
Sep. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金项目(40971283,30660155);国家“十一五冶科技支撑项目(2007BAC03A10, 2007BAD46B07)
收稿日期:2010鄄07鄄05; 摇 摇 修订日期:2011鄄04鄄14
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: luqi@ caf. ac. cn
杨文斌,董慧龙,卢琦,王晶莹,梁海荣,姜丽娜,赵爱国.低覆盖度固沙林的乔木分布格局与防风效果.生态学报,2011,31(17):5000鄄5008.
Yang W B, Dong H L, Lu Q, Wang J Y, Liang H R, Jiang L N, Zhao A G. Pattern oflow鄄covered sand鄄fixing woodland and its windbreak effect. Acta
Ecologica Sinica,2011,31(17):5000鄄5008.
低覆盖度固沙林的乔木分布格局与防风效果
杨文斌1,2,董慧龙1,3,卢摇 琦1,*,王晶莹4,梁海荣4,姜丽娜1,3,赵爱国5
(1. 中国林业科学研究院荒漠化研究所 /国家林业局林木培育重点实验室 /中国防治荒漠化研究与发展中心,北京摇 100091;
2. 中国林业科学研究院林业研究所, 北京 100091; 3. 内蒙古农业大学, 呼和浩特摇 010019;
4. 内蒙古林业科学研究院, 呼和浩特摇 010010; 5. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所, 兰州摇 730000 )
摘要:低覆盖度植被是我国干旱、半干旱区经过漫长的自然演替过程逐步发育形成且广泛分布的植被类型。 前人研究认为,植
被覆盖度达到 40%为固定沙地,40%—20%为半固定鄄半流动沙地。 但在实践观察中发现:在低密度(或覆盖度)时,灌丛的水
平分布格局对固定流沙和阻止风沙流的作用差异显著。 在干旱区、半干旱区,存在着大量天然的乔木疏林,其覆盖度均在低于
40% ,地表处于半流动状态,而配置成行带式后,即使覆盖度降低到 20%时,地面也不会出现风蚀现象。 因此,在内蒙古浑善达
克沙地,针对覆盖度在 20%左右的乔木疏林,同时测定了随机与行带式两种分布格局的防风阻沙效果。 结果表明:(1)在不同
的对照风速下,行带式配置的林内的相对风速均低于随机分布,其中在 200 cm高度处行带式配置的平均相对风速比随机分布
的低 53. 89% ,在 50 cm高度处低 36. 82% ;(2)行带式林内的水平风速流场变化有一定规律,而随机分布林内风速流场变化主
要受树冠在空间的分布影响,变化非常复杂;(3)随机分布的疏林内出现风速超过旷野对照的现象,在 50 cm 和 200 cm 的两个
观测高度上分别有约 27. 45%和 22. 55%的风速测定值超过对照风速,说明出现明显的局部风速“抬升冶现象,形成了强的涡流;
(4)行带式配置林内的平均地表粗糙度达到 1. 01 cm,比随机分布的疏林内增大约 5 倍之多;(5)总体而论,行带式分布格局第 1
带降低风速的作用最显著,第 2 带及其以后各带间的风速均比第 1 带后的风速小,但逐带降低的叠加效益不明显;(6)由于乔木
基本(枝下高)没有枝条对风的阻碍,乔木行带式固沙林在迎风面的第 1 林带的基部有一定的风力“抬升冶作用,对林带基部地
面产生较强的侵蚀作用,多数第 1 带树木的根系被侵蚀裸露,过境的风沙流只能在林带后树冠外侧堆积;(7)随机分布林内在
许多位置出现了非常低的地表粗糙度,地表粗糙度低的位置基本与风速“抬升冶区相吻合,这种“抬升冶区形成的强的涡流是疏
林内出现风蚀坑的重要因素,这也是浑善达克沙地出现榆树与风蚀坑相间分布的主要原因。
关键词:低覆盖度;乔木固沙林;分布格局;防风效果
Pattern oflow鄄covered sand鄄fixing woodland and its windbreak effect
YANG Wenbin1,2, DONG Huilong1,3, LU Qi1,*, WANG Jingying4, LIANG Hairong4, JIANG Lina1,3, ZHAO Aiguo5
1 Institute of Desertification Studies, Key Laboratory for Forest Tree Breeding of the State Forestry Administration of China, and The National Research and
Development Center for Combating Desertification of China,Beijing 100091, China
2 Research Institute of Forestry,Chinese Academy of Forestry Sciences, Beijing 100091, China
3 Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010019, China
4 Inner Mongolia Academy of Forestry Science, Hohhot 010010, China
5 Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute,Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
Abstract: Low鄄covered vegetation is one of typical vegetation patterns in arid and semi鄄arid areas of China through a long鄄
term natural succession. Conventional studies concluded that when vegetation cover arrives at 40% , sandland is fixed.
When vegetation cover is from 20% to 40% , sandland is under semi鄄shifting and semi鄄fixing. However, in practice it has
been found that at low vegetation coverage, the horizontal distribution pattern of shrubs can have marked effects on fixation
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of shifting sands. There have many artificial or natural sand鄄fixing woodlands in arid and semi鄄arid areas of China which
vegetation cover was lower than 40% . This paper tests the hypothesis that the horizontal distribution pattern of sand鄄fixing
woodland at low vegetation coverage has the same law as shrubs. We compared the windbreak and sand鄄fixing effects of
woodland with 20% coverage between belted and random patterns. Results show: (1) Compared to wind speed in open
field, the relative wind speed of belted pattern is lower than random pattern, with 53. 89% and 36. 82% reduction rate at
200cm and 50cm height respectively; (2) compared to relatively regular changes in belted pattern, the horizontal flow field
of wind speed in random pattern is very complicated, mainly affected by spatial pattern of crown; (3)The wind speed in
random pattern is 27. 45% and 22. 55% higher than that in open field at 50cm and 200cm height respectively, the local
wind uplift forms a strong eddy; (4) Average surface roughness of the belted pattern is 1. 01cm, about 5 times of random
pattern; (5) On the whole, among belted patterns the first belt was showed significant effects in reducing wind speed; and
the wind speed after the second belt was is lower than that after the first belt; but superposition benefit was not obvious of
reduced wind speed effect one by one belts; (6) the belted pattern has local uplift function at the base of the first belts
windward which has relatively strong erosion effect in the basal part of forest belt, and the root systems for most of trees were
eroded down and outcropped in the first belt, and the sand flow through a region was accumulated at the lateral of crown
behind the belt; (7)Random pattern exists many low roughness zones in random pattern matching with local wind uplift
zones, the strong eddy in these local uplift zones is an important driving factor of blowout pits. Arid and semiarid areas
occupy about one third of China territory with less than 400 mm of annual precipitation. Traditional approaches to ecosystem
restoration in China have focused on afforestation with high stand density such as the Three Norths Shelter Forest System
Project and the Sand Control Program. However, the long鄄term results of those practices have been proved economically
costly and ecologically unsustainable to some extent, with groundwater shortage and soil erosion increasing. We conclude
from our experiment that soundly horizontal distribution pattern of sand鄄fixing woodlands at low vegetation coverage can fix
shifting sands effectively, which may be helpful to environmental improvement and sustainable development of arid and
semiarid regions in China.
Key Words: low鄄covered vegetation; sand鄄fixing woodland; spatial pattern; windbreak effect
低覆盖度植被是我国干旱、半干旱区经过漫长的自然演替过程逐步发育形成且广泛分布的植被类型,一
般覆盖度小于 30% [1鄄3]。 前人研究认为:植被覆盖度低于 40% ,不能完全固定流沙和阻止风沙流的形成[4鄄6],
只能形成半固定、半流动沙地[7鄄8]。 但在实际观察中发现,当覆盖度低于 40%时,树冠(或者灌丛)在水平空间
分布格局的差异,严重影响低覆盖度植被的防风效果[9鄄15]。 在点格局的研究中,基本上把种群的空间分布确
定为随机分布、均匀分布和集群分布 3 种类[15],行带式格局是一种特殊的集群分布。 已有的研究表明:在覆
盖度低于 20%时,行带式配置的灌丛能够很好地固定流沙,比同覆盖度等株行距均匀分布和随机不规则分布
的防风效果显著增高[15鄄18]。 但是,由于乔木与灌木的冠形差异显著,在垂直空间的分布不同,对风和沙的阻
碍作用和方式不同[17,19鄄20],使得低覆盖度下乔木疏林产生与灌丛完全不同的流场分布特征,进而使之与林分
内地表蚀积的关系发生变化。
本论文拟从流体力学和风沙物理学的原理出发,通过野外实地观测,研究低覆盖度不同分布格局的乔木
林分的防风效果与控制风沙流的机理,探讨低覆盖度乔木行带式固沙林能够完全固定流沙的基本原理,为我
国建立低覆盖度高固沙效果的人工固沙植被提供科学依据。
1摇 研究区概况
研究区位于浑善达克沙地东南端,东经 115毅51忆—116毅54忆,北纬 41毅46忆—42毅46忆,行政区划上属于内蒙古
自治区锡林郭勒盟多伦县。 地处内蒙古高平原南缘,年均气温 1. 9益,降水量为 389. 4 mm,蒸发量为 l713. 5
mm;平均相对湿度为 62% 。 年平均风速 4. 3—4. 7 m / s,以春季风力最大,4 月份平均风速可达 5. 6—6. l m / s,
1005摇 17 期 摇 摇 摇 杨文斌摇 等:低覆盖度固沙林的乔木分布格局与防风效果 摇
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年平均大风(风速>l7. 2 m / s)日数 30—65 d,扬沙及沙尘暴天气频繁发生[21鄄22]。
该区地带性土壤类型主要为栗钙土,受土地沙化的影响,浑善达克沙地内部主要土壤类型是风沙土和草
甸土。 天然乔木植被以榆树 (Ulmus spp. )疏林、沙地云杉 ( Picea mongolica)林和山杨—白桦 ( Populus
davidiana+Betula platyphylla)林为主,伴有主要分布在沙丘上的叉子圆柏 ( Sabina vulgaris)、山杏 (Prunus
sibirica)、柳(Salix spp. )、大果榆(Ulmus macrocarpa)、漏斗菜叶绣线菊( Spiraea aquilegifolia Pall)和褐沙蒿
(Artemisia halodendron)等组成的中生灌丛,以及分布于丘间低地的赖草(Leymus secalinus)、克氏针茅(Stipa
krylovii)为代表的典型草原植被和以赖草、无芒雀麦(Bromus inermis)为建群种的草甸草原植被等。
2摇 野外实验标准地选取与测试方法
2. 1摇 标准地选取
本研究分别选择行带式配置和随机分布两种分布格局的榆树(Ulmus spp. )疏林作为标准地,面积大于
200 m伊100 m。
随机格局标准地内随机分布着 61 棵树,平均冠幅为 5. 1 m伊5. 5 m,树高为 6. 55 m,胸径为 25. 18 cm,平
均覆盖度为 22. 6% 。 标准地内地表平整。
行带式标准地内分布着 3 条林带。 林带走向与当地主风向垂直,从东到西配置 3 条林带,其中第 1 条与
第 3 条林带由 3 行乔木组成、第 2 条林带由 2 行乔木组成;带间距分别为 16、10 m。 乔木的平均冠幅为 4. 2 m
伊4. 5 m,树高为 8. 5 m,林带的株行距为 3 m伊4 m,林带疏透度为 0. 35—0. 4,覆盖度为 21% 。
2. 2摇 测点的布设及测定
随机标准地内均匀布设 100 个测点和一个旷野对照点。 每次测定随机抽取 25 个点加对照点。 风速测定
采用多点式自记风速仪(GB鄄228)进行,分别在每个测点测定 50 cm、200 cm 两个高度的风速。 测定风速时,
同时测定旷野处(旷野与标准地的相对位置位于当地多年来风方向的垂直方向上,与标准地位置相距 30 m,
来风方向上无明显阻挡物)风速作为对照。
行带式标准地内风速测定分布在第 1 带与第 2 带之间和第 2 带与第 3 带之间分别均匀布设有 48 个测
点,在距第 1 带前 3H(H为树高)处设置旷野对照点,每次测定随机抽取 24 个点加对照点。 分别在每个测点
测定 50 cm、200 cm及对照的风速[23]。
该文资料是选择了 3 个大风日,每日 3—5 次抽样布点,每布一次点测试 30—40 min,每 3 秒记录 1 个风
速值。
2. 3摇 物理指标
(1)防风效果摇 采用下式计算( Exz ) [24鄄25]:
Exz = (uoz - uxz) / uoz (1)
式中, Exz为相对风速(防风效果)即林内 x处、高度为 z处的风速占旷野对照风速的百分数, uoz为同一高
度旷野的平均风速, uxz 为林内 x处、高度为 z处的平均风速。
(2)地表粗糙度摇 采用下式计算( Z0) [24鄄25]:
LogZ0 = (logZ2 - AlogZ1) / (1 - A) (2)
式中, Z0 为地表粗糙度, Z1 和 Z2 是两个高度, A是两个高度上风速之比的平均值。
(3)摩阻速度摇 采用下式计算( u* ) [24鄄25]:
u* = K 伊 u / (lnz / z0) (3)
式中, u* 为摩阻速度, u 为高 z 处的风速, z0 为粗糙度, K 为卡门常数,数值为 0. 38—0. 43,平均取
0. 4[24鄄25]。
3摇 结果及其分析
3. 1摇 行带式与随机分布乔木林内风速流场分析
3. 1. 1摇 不同风速条件下随机分布乔木林内风速流场
摇 摇 在不同风速下,随机配置乔木林内 200 cm高度的水平空间风速流场变化相似,都形成了风影区(即树冠
2005 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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背风侧形成的风速显著降低区)与风速加速区相互组合的复杂流场结构(图 1)。 图中出现风速涡旋的位置基
本上保持不变,只是在风速影响范围上有一定的强弱变化,且风速涡旋多在有植株生长的位置附近出现,在植
株越相对密集的地方出现的风速涡旋变化越大。 除对照风速为 6. 223 m / s时,随机配置林内都出现了高于对
照风速的风速加强区,这种现象在无植株和植株较密集的地段均有出现。 在不同对照风速条件下,树冠背风
处的风速都有一定的降低,主要形成以风影区为主的流场分布。 综上所述,随机配置乔木疏林对风速的扰动
较复杂,与树冠的分布有关,且在林内风速出现高于旷野风速的现象。
表示树木位置
风向
10
20
30
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50
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80
90
10
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10
20
30
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50
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70
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90
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90
10 20 30 40 50 60 70 80 9010 20 30 40 50 60 70 80 90
距离
Dist
ance
/m
距离 Distance/m
图中uCK表示对照(CK)处的风速值,
uCK = 5.361m/s uCK = 6.223m/s
uCK = 4.432m/s uCK = 3.772m/s
图 1摇 随机配置乔木林内不同风速条件下风速流场(200cm高度)
Fig. 1摇 Flow fields under different wind speeds in random distributed plantation(At 200cm height)
3. 1. 2摇 不同风速条件下行带式乔木林内风速流场变化
在不同对照风速下,行带式乔木林内 200 cm高度的水平空间风速流场形成了以风影区(即林带背风侧形
成的风速显著降低区)为主的流场结构(图 2)。 图中当风通过第 1 带林带后有明显的降低,对照风速越大,第
1 带林带内风速降低越明显;通过第 2 带后风速又有一定的降低,且在不同对照风速下,第 2 带后的风速都在
1—2 m / s范围内变动;通过第 3 带后风速有一定的升高,但在不同对照风速下,风速也仅在 2—3 m / s 范围内
变动。 综上所述,行带式乔木林对风速有较大的降低效果,林内风速均低于对照风速,且对照风速越大,降低
风速的效果越强。
3. 1. 3摇 随机和行带式配置乔木林内风速流场比较
图 3 是随机配置和行带式配置乔木林内 50 cm和 200 cm 2 个高度的水平空间风速流场图。 图 3 中 a、b、
c、d都形成了风影区和加速区的相互组合的复杂流场结构;其中,随机配置乔木林内的风速流场图中出现了
较多的加速区,加速强度较大,且林中出现了多处风速大于对照风速的现象;而行带式配置乔木林内主要出现
风影区,而且比较规则,风通过第 1 林带后就有显著的降低,2、3 林带后的风速与第 1 林带后的风速相近,且
3005摇 17 期 摇 摇 摇 杨文斌摇 等:低覆盖度固沙林的乔木分布格局与防风效果 摇
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整个模式内风速均低于对照风速。 通过对图 3 的分析可以看出,行带式配置对降低风速的扰动程度和降低风
速的能力都要高于随机配置。
20
40
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20
40
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20
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20
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表示树木位置
风向
-20 0 20 40 60 80 100120 140160 180 -20 0 20 40 60 80 100120 140160 180
-20 0 20 40 60 80 100120 140160 180 -20 0 20 40 60 80 100120 140160 180
uCK = 3.62m/s uCK = 4.42m/s
uCK = 5.46m/s uCK = 6.3m/s距离 Distance/m
距离
Dist
ance
/m
图中uCK表示对照处的风速值,
图 2摇 行带式乔木林内不同风速条件下风速流场(200 cm高度)
Fig. 2摇 Flow fields under different wind speeds in belt scheme plantation(At 200cm height)
、 表示树木位置
1020
30
40
50
60
70
80
90
20
40
60
80
10
20
30
40
50
60
70
80
90
20
40
60
80
d 行带式200cm
风向
10 20 30 40 50 60 70 80 90 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
-20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 18010 20 30 40 50 60 70 80 90 100
距离 Distance/m
距离
Dist
ance
/m
a 随机配置50cm b 行带式50cm
c 随机配置200cm
图 3摇 两种乔木林内 50cm、200cm高度风速流场(uCk =3. 6 m / s)
Fig. 3摇 Flow fields under the height of 50cm and 200cm in two plantations(uCk 3. 6 m / s)
4005 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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表 1摇 20%低覆盖度不同配置的乔木林的防风效果
摇 摇 Table 1 摇 Windbreak effect on different scheme arbor forests of 20
percent coverage / %
对照风速 / (m / s)
Wind velocity of control
样地
Plot
高度 / Height
200cm 50cm
<3 CK 100 100
RK 167. 10依57. 21 85. 48依49. 03
BK 56. 89依24. 44 52. 25依23. 66
3—4 CK 100 100
RK 119. 23依36. 67 80. 2依30. 73
BK 51. 56依24. 29 46. 32依20. 23
4—5 CK 100 100
RK 83. 24依28. 26 79. 74依26. 18
BK 48. 31依19. 48 43. 37依16. 54
5—6 CK 100 100
RK 79. 07依22. 34 79. 25依18. 53
BK 39. 96依13. 83 39. 22依11. 67
>6 CK 100 100
RK 75. 86依16. 16 78. 64依12. 53
BK 38. 33依12. 88 38. 03依10. 05
平均 / Average CK 100 100
RK 104. 9依27. 4 80. 66依32. 13
BK 47. 01依16. 43 43. 84依18. 98
摇 摇 CK: 对照;RK: 随机配置;BK: 行带式配置
3. 2摇 行带式与随机分布乔木林内防风效果分析
采用公式(1)计算的随机配置和行带式配置防风
效果见表 1,可以看出:在旷野风速(对照风速)小于 6
m / s时,与对照风速相比,随机配置疏林内 200 cm 和
50 cm 高度处的平均相对风速分别为 104. 9% 和
80郾 66% ,(其中出现了随机配置疏林内 200 cm 高度
处平均风速比对照高出 4. 9%的现象,这是测定结果,
我们再次检查了数据及处理工程,没有发现问题,这
正是我们发现低覆盖度行带式能够完全固定流沙的
重要原理所在),行带式配置的平均相对风速分别为
47郾 01%和 43. 84% ,行带式配置林带防风效果达到了
50%以上,可见,行带式配置的防风效果非常显著,而
随机配置防风效果较弱。 在不同的对照风速下,行带
式配置的林内的相对风速均低于随机分布,其中在
200 cm高度处行带式配置的平均相对风速比随机分
布的低 53. 89% ,在 50 cm高度处低 36. 82%
从表 1 中还可以看出:在不同的对照风速下,行
带式配置 200 cm和 50 cm两个高度的相对风速的波
动幅度差异不大,而且均小于随机配置;而随机配置
内 3 个高度的相对风速波动幅度差异较大。 其中,
200 cm高度的相对风速波动幅度非常大,且随着风速
的降低而增大。
3. 3摇 地表粗糙度分析
依据实验数据中 50 cm和 200 cm两个高度的风速数值,采用公式(2)计算两种配置结构林分的粗糙度
(表 2)。 观察计算所得的粗糙度,行带式配置林内的平均地表粗糙度为 1. 01 cm,比随机分布增大约 5 倍。 从
变化幅度而论,行带式配置变动在 0. 04—7. 93 cm,随机配置变动在 0—3. 07 cm,变动范围较小;进一步分析
发现:在行带式配置林分内,地表粗糙度值小于 1 cm仅分布在迎风侧第 1 林带基部林下范围之内,其他部位
的地表粗糙度值均大于 1 cm;而随机分布的疏林内地表粗糙度值小于 1 cm,在林内不同部位均有出现,出现
的部位非常多,在水平空间分布上没有明显的规律。
3. 4摇 摩阻速度分析
采用公式(3)计算的摩阻速度(表 3)表明:在低覆盖度(20% )时,随机配置林内摩阻速度(u*)的变化范
围为 0. 16—2. 36 m / s,行带式配置林内摩阻速度的变化范围为 0. 27—0. 87 m / s。 从变化范围来看,行带式配
置的乔木林内摩阻速度变化较稳定,而随机配置林内摩阻速度变动范围大。 除去最大值和最小值求得两种配
置林内平均摩阻速度,行带式配置林内为 0. 5 m / s,而随机配置林内为 0. 72 m / s。
4摇 结论
在干旱、半干旱区,风是地表侵蚀的最主要的营力,而能够保护地表免受风力侵蚀并对风力起到阻碍和扰
动作用的主要是植被[14]。 由于水分不足的制约,本实验地段主要生长发育了低覆盖度(20%—30% )的疏林
(或者稀疏灌丛),沙地处于半固定、半流动状态;因此,多年来一直以覆盖度大于等于 40%作为能够完全固定
流沙的标准。 通过上述野外实验资料分析,结合风洞模拟实验结果[14鄄24],对固沙林的防风阻沙机理有了进一
步的认识:
(1)从上述资料及近年的研究成果来看,覆盖度大于等于 40%作为能够完全固定流沙的标准不是非常确
5005摇 17 期 摇 摇 摇 杨文斌摇 等:低覆盖度固沙林的乔木分布格局与防风效果 摇
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切的。 其主要原因是稀疏的乔灌木在水平空间的分布格局对防风固沙的效果影响非常大,无论是灌木(包括
半灌木)、还是乔木,行带式配置的防风阻沙效果均明显优于等株行距均匀分布和随机分布[24鄄31]。 而覆盖度
在 20%—30%时,配置成行带式格局的乔木、灌木和半灌木固沙林均能够完全固定流沙。
表 2摇 20%低覆盖度不同配置的乔木林的粗糙度 / cm
Table 2摇 Soil surface roughness on different scheme arbor forests of 20 percent coverage
样地
Plot
测点
Point
2—3
A z0
3—4
A z0
4—5
A z0
5—6
A z0
平 均 / Average
A z0
1 1. 19 0. 03 1. 18 0. 02 1. 19 0. 04 1. 19 0. 03
2 1. 11 0 1. 15 0. 01 1. 12 0 1. 11 0
3 1. 4 2. 12 1. 44 2. 89 1. 49 2. 76 1. 48 1. 6
4 1. 26 0. 25 1. 17 0. 01 1. 22 0. 08 1. 29 0. 44
随机配置 5 1. 17 0. 01 1. 16 0. 01 1. 16 0. 01 1. 16 0. 01 1. 26 0. 22
RK 6 1. 08 0 1. 1 0 1. 12 0
7 1. 17 0. 01 1. 18 0. 02 1. 19 0. 04
8 1. 46 2. 4 1. 5 3. 07 1. 47 2. 69
9 1. 3 0. 47 1. 29 0. 41 1. 3 0. 46
10 1. 4 1. 56 1. 41 1. 72 1. 4 1. 52
1 1. 2 0. 04 1. 21 0. 07 1. 22 0. 09
2 1. 48 2. 75 1. 5 3. 07 1. 54 3. 9
行带式 3 1. 36 1. 01 1. 37 1. 22 1. 37 1. 14 1. 35 1. 01
BK 4 1. 65 5. 94 1. 44 2. 12 1. 75 1. 41 1. 41 1. 75
5 1. 44 2. 08 1. 34 0. 83 1. 3 1. 34 1. 34 0. 89
6 1. 24 0. 14 1. 23 0. 11 1. 26 1. 23 1. 23 0. 11
摇 摇 A表示两个高度上风速之比的平均值,z0为地表粗糙度
表 3摇 20%低覆盖度不同配置的乔木林的摩阻速度 / (m / s)
Table 3摇 Friction speed on different scheme arbor forests of 20 percent coverage
样地
Plot
测点
Point
2—3
u50 u*
3—4
u50 u*
4—5
u50 u*
5—6
u50 u*
平均 / Average
u50 u*
1 2. 27 0. 87 4. 91 0. 59 5. 33 0. 69 6 0. 74
2 2. 39 0. 48 4. 89 0. 5 4. 33 0. 35 5. 91 0. 44
3 2. 11 0. 61 3. 78 1. 22 4. 45 1. 42 6. 48 1. 73
4 3. 32 1. 15 3. 79 0. 43 5. 6 0. 8 6. 14 2. 36
随机配置 5 2. 01 0. 87 2. 39 0. 26 4. 27 0. 45 7. 02 0. 76 4. 26依0. 77 0. 72依0. 23
RK 6 3. 58 0. 16 4. 38 0. 21 4. 33 0. 33
7 3. 4 0. 38 4. 19 0. 5 4. 33 0. 55
8 3. 2 0. 97 3. 48 0. 23 3. 45 1. 09
9 3. 32 0. 66 3. 58 0. 69 3. 6 0. 71
10 2. 01 0. 53 2. 26 0. 62 2. 27 0. 6
1 2. 56 0. 33 2. 41 0. 34 2. 55 0. 37
2 1. 56 0. 5 1. 42 0. 47 1. 37 0. 5
行带式 3 1. 57 0. 39 1. 08 0. 27 1. 24 0. 3 2. 14依0. 8 0. 5依0. 19
BK 4 1. 3 0. 56 2. 97 0. 87 1. 8 0. 9 2. 73 0. 75
5 2. 28 0. 66 2. 56 0. 58 1. 74 0. 34 2. 4 0. 55
6 2. 02 0. 32 2. 72 0. 71 2. 06 0. 36 4. 58 0. 69
摇 摇 u50表示 50cm高度的风速值,u*表示摩阻速度
(2)植(树)冠是植物最重要的防风阻沙部分,在随机格局的乔木疏林中,由于乔木树冠在半空中,其对风
速流场的影响表现为在树冠与树冠或者与地面之间形成类似“狭管冶空间时,形成非常强烈的风速加强
6005 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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区[16,28鄄29],对地表产生强烈的侵蚀作用,导致地表形成较大的随机分布的风蚀坑[4],这是浑善达克沙地榆树
疏林风蚀地貌形成的重要原因,同时表明:在稀疏乔木林内,风力对地表的局部风蚀强度超过灌木疏林。
(3)乔木行带式固沙林在迎风面的第 1 林带的基部有一定的风力“抬升冶
作用,对林带基部地面产生较强的侵蚀作用,多数第 1 带树木的根系被侵蚀出露,过境的风沙流只能在林
带后树冠外侧堆积。
总体而言,无论是乔木或者是灌木构建的行带式分布格局,第 1 带降低风速的作用最显著,第 2 带及其以
后各带间的风速均比第 1 带后的风速小,但逐带降低的叠加效益不明显,而且各带间存在一些小的波动。
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8005 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 17 September,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Marine ecological capital: valuation of standing stock of marine living resources
REN Dachuan,CHEN Shang,XIA Tao, et al (4805)
………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Effect of Endophytic fungi on growth and photosynthetic characteristics of Achnatherum sibiricum
JIA Tong,REN Anzhi,WANG Shuai,et al (4811)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
Based on image processing technology estimatingleaves stomatal density of Populus euphratica and analysis of its ecological
significance JIAN Shengqi, ZHAO Chuanyan, ZHAO Yang, et al (4818)………………………………………………………
Evaluation of the ecological instream flow in the Yellow River basin with hydrological alterations
ZHANG Qiang, LI Jianfeng, CHEN Xiaohong, et al (4826)
………………………………………
………………………………………………………………………
The ecological effects of Suaeda salsa on repairing heavily degraded coastal saline鄄alkaline wetlands in the Yellow River Delta
GUAN Bo, YU Junbao, LU Zhaohua, et al (4835)
………
…………………………………………………………………………………
Toxicity risks to the closed tidal flat ecosysten of a PCBs waste savepoint at the coast of Zhejiang
HE Shanying,CHEN Kunbai (4841)
……………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Methane emission from a Carex鄄dominated wetland in Poyang Lake HU Qiwu, ZHU Lili, XING Ruixin, et al (4851)………………
The study on Ice鄄fish Resources in the Three Gorges Reservoir SHAO Xiaoyang,LI Daofeng, TAN Lu,et al (4858)…………………
Effects of acute cold stress onserum biochemical and immune parameters and liver HSP70 gene expression in GIFT strain of Nile
tilapia (Oreochromis niloticus) LIU Bo, WANG Meiyao, XIE Jun, et al (4866)…………………………………………………
Acute toxicityand effect of Cd2+ on life table demography of Brachionus angularis and Keratella valga
XU Dandan, XI Yilong, MA Jie, et al (4874)
…………………………………
……………………………………………………………………………………
The association of BDNF gene polymorphisms with normal behavior traits in house鄄hold sika deer (Cervus nippon)
L譈 Shenjin, YANG Yan, WEI Wanhong (4881)
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Characteristics and controlling factors of photosynthesis in a maize ecosystem on the North China Plain
TONG Xiaojuan, LI Jun, LIU Du (4889)
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The soil macrofaunal community structure under a long鄄term fertilization in wheat field
GU Yanfang, ZHANG Li, DING Shengyan, et al (4900)
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Effect of earthworms on the photosynthetic characteristics of wetland plants and their capacity to purify wastewater
XU Defu, LI Yingxue, WANG Ranghui, et al (4907)
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Toxicity of three pesticides and their effects on carboxylesterase activity of Propsilocerus akamusi FANG Guofei (4914)………………
Reproductive behavior character and sexual tendency of the adult Zeuzera leuconotum Butler (Lepidoptera: Cossidae)
LIU Jinlong, ZONG Shixiang, ZHANG Jintong, et al (4919)
………………
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Effects of herbicides stress on the population of alligator weed flea beetles, Agasicles hygrophila (Col. : Chrysomelidae) and
corresponding strategies LIU Yufang, PENG Meifang, WANG Chengchao, et al (4928)…………………………………………
Patterns of fruit and seed production and ecological significance in desert species Eremosparton songoricum (FABACEAE)
SHI Xiang,WANG Jiancheng,ZHANG Daoyuan,et al (4935)
…………
………………………………………………………………………
Effect of different nitrogen supply on the temporal and spatial distribution and remobilization of canopy nitrogen in winter wheat
under limited irrigation condition HAO Baozhen, JIANG Lina, FANG Baoting, et al (4941)……………………………………
Plant architecture characteristics of Haloxylon ammodendron and Haloxylon persicum in Zhungar Basin
WANG Lijuan,SUN Dongyuan, ZHAO Chengyi,et al (4952)
………………………………
………………………………………………………………………
Downscaling land surface temperature based on relationship between surface temperature and vegetation index
NIE Jianliang,WU Jianjun,YANG Xi, et al (4961)
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Differential characteristics of soil 啄15N under varying vegetation in karst areas
WANG Zhijun, LIANG Xuan, HE Qiufang, et al (4970)
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Effect of nitrogen application rate on growth and leaf photosynthetic characteristics of Jatropha curcas L. seedlings
YIN Li, HU Tingxing, LIU Yongan, et al (4977)
…………………
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Seasonal variations in leaf C, N, and P stoichiometry of typical plants in the Yangou watershed in the loess hilly gully region
WANG Kaibo, SHANGGUAN Zhouping (4985)
………
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Clonal integration enhances the ability to scavenge reactive oxygen species in root of Cynodon dactylon subjected to submergence
LI Zhaojia,YU Jie,FAN Dayong,et al (4992)
……
………………………………………………………………………………………
Pattern oflow鄄covered sand鄄fixing woodland and its windbreak effect YANG Wenbin, DONG Huilong, LU Qi, et al (5000)…………
Evaluation of soil and water conservation capacity of different forest types in Dongling Mountain
MO Fei, LI Xuyong, HE Shuxia, et al (5009)
………………………………………
……………………………………………………………………………………
Changes in structural components and respiration rates of coarse woody debris at the initial decomposition stage for 11 temperate
tree species ZHANG Limin,WANG Chuankuan, TANG Yan (5009)………………………………………………………………
Characteristics of nutrient cycling in first and second rotations of Chinese fir plantations
TIAN Dalun,SHEN Yan, KANG Wenxing, et al (5025)
………………………………………………
……………………………………………………………………………
The optimal design of a connected nature reserve network WANG Yicheng (5033)……………………………………………………
Sub鄄areas compartmentalization of Changjiang Estuary based on the natural geographical characteristics
LIU Lusan, ZHENG Binghui, MENG Wei, et al (5042)
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The environmental and economic influence of coal鄄electricity integration exploitation in the Xilingol League
WU Di, DAI Fangzhou, YAN Yan, et al (5055)
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Review and Monograph
The influence of diversity changes of ecological conditions on the survival of honey bees
HOU Chunsheng, ZHANG Xuefeng (5061)
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Scientific Note
The spatio鄄temporal change in the secondary production of macrozoobenthos in the intertidal zone of Jiaozhou Bay
ZHANG Chongliang, XU Binduo, REN Yiping, et al (5071)
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The studying system construction of wetland parks WANG Lilong, LU Lin (5081)……………………………………………………
Ecological footprint analysis of a semi鄄arid grassland region facilitates assessment of its ecological carrying capacity: a case study
of Xilinguole League YANG Yan, NIU Jianming, ZHANG Qing,et al (5096)……………………………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 17 期摇 (2011 年 9 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 17摇 2011
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