全 文 ：　　收稿日期: 1999-03-12
基金项目: 国家“八五”攻关“草牧场防护林营建技术研究”内容
作者简介: 吴德东( 1966-) ,男(满族) ,辽宁凤城人,工程师.
* 初稿完成后得到中国林科院森林生态环境与保护研究所刘世荣研究员审阅并提出修改意见,在此致谢.
　　文章编号: 1001-1498( 2000) 03-0328-05
草牧场防护林对积雪厚度的影响*
吴德东1 , 袁春良1, 吕明海2 , 石素英2
( 1.辽宁省固沙造林研究所,辽宁阜新　123000; 2.辽宁工程技术大学,辽宁阜新　123000)
关键词: 草牧场防护林; 樟子松; 胡枝子; 积雪厚度
中图分类号: S 727. 250. 5　　　　文献标识码: A
　　前苏联在 60年代就进行了农田、牧场防护林对积雪影响的研究[ 1] ,认为通风结构林带附
近积雪较为均匀, 11H( H= 树高)处积雪比其它结构林带的要厚,即有效积雪距离长; 营造 3～
5行, 行距为 2. 5～2. 7 m, 带间宽度为 300～400 m ,疏透度为 0. 5～0. 6的林带, 不仅积雪厚度
最大,而且在网格里呈均匀分布[ 2]。中亚林业研究所曾经在克日鲁马地区观测了草牧场防护林
带的防护作用, 认为透风系数为 0. 20～0. 45的草牧场防护林带,对积雪分布的作用最好 [ 1]。
1978～1983年,库尔斯克州水土保持试验站还观测了幼龄杨树( Populus sp. )林带的积雪作
用。认为 2～3年生的幼龄杨树林带对积雪的影响距离背风面为 8H～12H, 迎风面为 5H～
6H
[ 1]。
有关草牧场防护林影响积雪厚度的研究,国内未见报道。草牧场防护林带的积雪作用在半
农半牧地区具有十分重要的意义。因不同类型防护林阻截降雪不同,对于提高牧场土壤水分作
用也显著不同,通过对辽宁省阜新市白音花沙地草地营造的 3种类型防护林的积雪研究,为合
理营造防护林提供依据。
1　试验地基本情况
　　试验地位于辽宁省阜新市阿尔乡白音花沙地草地,地处 122°43′E, 42°43′N。属温带季风
性森林草原气候, 年平均气温 5. 7 ℃, 有效积温 2 800～3 200 ℃, 年蒸发量 1 570 mm, 年降水
量 450～550 mm ,海拔高度 230～250 m ,地下水位 2. 9 m ,年平均湿度 60%～65%, 春季多西
南风,秋季多西北风, 无霜期 154 d。试验区面积666. 7 hm2 ,土壤为生草风沙土。配置 3种防护
林:
在平坦草地和地形起伏不大的草地设置带状防护林,主带 12条, 副带 2条,株行距 3 m×
3 m , 长 1 000 m , 主带距 150 m, 带宽 9～11 m, 3 行。树种为樟子松 ( P inus sy lvestr is var.
mongol ica Litvin)。1992年调查:树高 6. 0 m ,胸径11. 0 cm。面积 7. 33 hm 2, 枝下高为 2. 0 m,
为通风结构林带(透风系数 a0> 0. 60)。保护草地 81. 5 hm2。
群团状防护林, 每块群团状林面积 0. 56～0. 79 hm2 ,株行距 1 m×3 m ,团间距 100 m, 共
林业科学研究　2000, 13( 3) : 328～332
Forest Resear ch 　　 　　
34块,呈“品”字形排列。树种为樟子松、赤松( P . densif lora Sieb. et Zucc)。1992年调查:平均
胸径 3. 0 cm, 平均树高 3. 0 m ,枝下高 1. 35 m, 为紧密结构林带( a0< 0. 35)。保护草地106. 7
hm
2。
片状饲料防护林,面积 26. 7 hm 2。株行距1 m×3 m ,树龄为 2 a(平茬后的年龄)。树种为
胡枝子( L esp edez a bicolor T ur cz)、小叶锦鸡儿( Caragana m icrophy lla Lam . )。平均灌丛高
1. 01 m ,平均地径 0. 81 cm。为疏透结构林带( 0. 35< a0< 0. 60)。
2　研究方法
　　1992年 11月 18日～20日,白音花草地连降 2次雪,于 23日(因为降雪后 2 d, 只要不溶
化,就会在积雪层的上面形成一层硬雪壳, 除了特大风口、风蚀坑外, 降雪后 3 d风速则更不对
积雪产生作用)在上述 3种防护林的迎风和背风面,按着: 林缘, 1H, 2H , 5H , 10H , 15H, 20H,
25H 进行布点(使用样线绳法) ,在每个样点选 3个重复点(左、右各 1 m 处) ,每个重复点随机
测量 3次积雪层的垂直高度。
3　结果与分析
3. 1　3种草牧场防护林对积雪厚度的影响
林带对积雪的影响主要取决于林带的结构, 其次是地形、风向及降雪和观测时间的间隔期长
短等, 3种结构林带减弱风速和乱流交换特征的不同,对积雪厚度及分布的影响也不一样(表 1)。
表 1　3 种草牧场防护林对积雪厚度的影响 cm　　
防护林
类　型
林带
前后
积　雪　厚　度
林缘 1H 2H 5H 10H 15H 20H 25H
1　迎 4. 8 5. 7 9. 0 6. 7 7. 0 6. 8 6. 8 6. 9
　背 4. 8 6. 2 10. 5 7. 3 7. 2 7. 0 7. 0 7. 1
带　状 2　迎 4. 9 5. 7 8. 8 6. 5 7. 1 6. 7 6. 9 7. 0
防护林 　背 4. 9 5. 3 9. 6 7. 5 7. 0 7. 1 7. 0 6. 9
(通风 3　迎 5. 0 5. 8 8. 7 6. 9 6. 9 6. 9 6. 9 7. 0
结构) 　背 5. 0 5. 6 10. 0 7. 5 7. 2 7. 1 6. 9 6. 9
平均　迎 4. 9 5. 7 8. 8 6. 7 7. 0 6. 8 6. 9 7. 0
　背 4. 9 5. 7 10. 0 7. 4 7. 1 7. 1 7. 0 7. 0
1　迎 29. 8 25. 0 10. 8 9. 3 7. 3 7. 0 7. 0 7. 0
　背 29. 8 27. 6 20. 2 15. 3 10. 9 9. 8 7. 5 7. 3
群团状 2　迎 30. 5 26. 3 17. 2 10. 9 10. 0 9. 5 7. 3 7. 2
防护林 　背 30. 5 26. 7 21. 2 13. 7 11. 2 8. 8 9. 0 7. 5
(紧密 3　迎 28. 0 24. 7 14. 3 10. 5 7. 5 7. 3 7. 0 6. 0
结构) 　背 28. 0 26. 6 18. 8 13. 2 10. 7 9. 8 7. 3 7. 2
平均　迎 29. 4 25. 3 14. 1 10. 2 8. 3 7. 9 7. 1 6. 7
　背 29. 4 27. 0 20. 1 14. 1 10. 9 9. 5 7. 9 7. 3
1　迎 8. 8 8. 8 8. 3 8. 0 7. 5 7. 1 7. 0 7. 0
　背 8. 8 10. 2 15. 0 13. 0 7. 7 7. 3 7. 0 7. 0
片状饲 2　迎 9. 0 8. 3 7. 8 7. 8 7. 4 7. 0 7. 1 7. 0
料防护 　背 9. 0 11. 3 14. 5 13. 3 8. 0 7. 8 7. 3 7. 1
林(疏 3　迎 9. 3 8. 9 8. 3 7. 9 7. 4 7. 4 7. 3 7. 2
透结构) 　背 9. 3 12. 0 15. 8 13. 7 8. 1 7. 6 7. 1 7. 1
平均　迎 9. 0 8. 7 8. 1 7. 9 7. 4 7. 2 7. 1 7. 1
　背 9. 0 11. 2 15. 1 13. 3 7. 9 7. 6 7. 1 7. 1
　　注:旷野平均积雪厚度 7. 0 cm ;风向WN;背:背风面,迎:迎风面。
329第 3 期 吴德东等: 草牧场防护林对积雪厚度的影响 　　　
　　从表 1中可以看出:带状防护林迎风面,林缘至 1H 积雪较薄(最低为 4. 8 cm ) , 低于旷野
平均积雪厚度。2H 处明显加厚,形成的雪堆长度约为24 m。林带对 5H～25H 的积雪厚度无明
显影响;背风面与迎风面基本相同,只是 5H 处的积雪明显比旷野平均积雪厚, 即背风面有效
积雪距离增大了,形成的雪堆长度约为84 m。主要因为风通过林带后在背风面形成弱风区,雪
便沉降下来。通风林带的迎风面和背风面均没有形成大的积雪堆(最厚为 10. 5 cm ) ,雪堆的形
状长而薄,分布比较均匀,同时这种结构林带带内积雪少,越远离林带积雪越均。和带状防护林
相比,群团状防护林迎风面的林缘、1H 处积雪厚度明显增加(最厚可达 30. 5 cm ) , 约为旷野平
均积雪厚度的 4倍,形成的大雪堆长度约为 3 m。2H～15H 的积雪厚度的增加幅度比林缘及
1H 处的小,随着距林带距离的加大, 积雪厚度逐渐减少,形成的雪堆长度达 42 m ; 20H～25H
的积雪厚度与旷野的几乎没有差异。而背风面林缘至 2H 处积雪厚度有明显的增加,形成的大
雪堆长度约为 6 m, 比迎风面增加了 3 m。5H～25H 的积雪均超过旷野的积雪厚度,且随着距
林带距离的增大, 积雪厚度逐渐减少,背风面有效积雪距离长达 75 m 以上。因此,紧密结构群
团状林迎风林缘的积雪最厚( 30. 5 cm) ,但分布极不均匀。
在片状饲料防护林迎风面,林缘到10H 处的积雪最厚达 9. 3 cm ,有效积雪距离 10. 1 m 左
右。15H～25H 的积雪厚度逐渐降至平均积雪厚度。背风面的林缘到 15H 处的积雪最厚达15. 8
cm ,有效积雪距离达 15. 2 m 左右, 20H～25H 的积雪厚度也有少量增加。由此可见,片状饲料
防护林这种疏透结构林背风林缘的积雪最厚,带缘(内)积雪比旷野平均积雪厚。
综合上面分析, 3种防护林对积雪由厚到薄的影响顺序为:群团状防护林、片状饲料防护
林、带状防护林。
防护林能增加林网内的积雪,有利于增加土壤中的水分, 有利于提高地温和翌年春季牧草
的返青,有力地减轻了沙地草地在冬季的风蚀沙化。
3. 2　防护林对积雪厚度影响的数学模型
3. 2. 1　带状防护林迎风面
根据观测数据特点,采用样条回归方法建立数学模型,选 x 0= 5( H )为结点, 设
y=
a0+ a1 ( x- x 0) + a2 ( x- x 0) 2 / 2! 　　　　当 x < x 0
b0+ b1( x - x 0 )　　　　　　　　　　　　当 x≥x 0
　　回归系数: a0= 11. 340 930　a1= 0. 444 968　a2= - 0. 369 530
b0= 6. 786 67 b1= 0. 008
回归系数的 95%置信区间为:
a0∈( 9. 823 386, 12. 858 47)　a1∈( 0. 219 298, 0. 670 639)　a2∈( - 0. 495 14, - 0. 243 92)
b0∈( 6. 648 639, 6. 924 695) b1∈( - 0. 003 27, 0. 019 27)
显著水平:当 x< x 0时,
( F) = 0. 000 143
0. 05,回归效果高度显著,拟合信度> 99. 9%
当 x≥x 0时,
( F) = 0. 149 112< 0. 15,回归效果比较显著,拟合信度> 85%
3. 2. 2　带状防护林背风面
采用样条函数回归方法建立数学模型,选 x 0= 10( H)为结点,设
y=
a0+ a1 ( x- x 0) + a2 ( x- x 0)
2
/ 2! 　　　　当 x < x 0
b0+ b1( x - x 0 )　　　　　　　　　　　　当 x≥x 0
回归系数: a0= 6. 892 121　　　　a1= - 0. 892 37　　　　a2= - 0. 266 05
330 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　第 13卷
b0= 7. 12 b1= 0. 012 67
回归系数的 95%置信区间为:
a0∈( 4. 907 50, 8. 876 735)　a1∈( - 1. 836 13, 0. 051 396)　a2∈( - 0. 392 22, - 0. 019 87)
b0∈( 7. 002 34, 7. 217 66) b1∈( - 0. 023 11, - 0. 002 23)
显著水平:当 x< x 0时,
( F) = 0. 664 01< 0. 10, 回归效果显著,拟合信度> 93. 3%
当 x≥x 0时,
( F) = 0. 022 188< 0. 05,回归效果高度显著,拟合信度> 97. 7%
3. 2. 3　群团状防护林迎风面
设　y= a+ be- x　　　　回归系数: a= 9. 203 444　b= 24. 340 2
回归系数的 95%置信区间为:
∈( 7. 423 343, 10. 983 55)　　b∈( 18. 898 37, 29. 782 03)
显著水平:
( F ) = 6. 78E-09
0. 05,回归效果高度显著,拟合信度> 99. 9%
3. 2. 4　群团状防护林背风面
设　y= a+ be- x　　　　回归系数: a= 11. 713 82　b= 22. 487 91
回归系数的 95%置信区间为: a∈( 9. 509 13, 13. 918 5)　　b∈( 15. 748 11, 29. 227 71)
显著水平:
( F ) = 7. 45E-07
0. 05,回归效果高度显著,拟合信度> 99. 9%
3. 2. 5　片状饲料防护林迎风面
采用多项式回归, 令　y= a0+ a1x+ a2x 2+ a3x 3
回归系数: a0= 8. 928 918　a1= - 0. 293 58　a2= 0. 016 577　a3= - 0. 000 31
回归系数的 95%置信区间为:
a0∈( 8. 701 16, 9. 156 676)　a1∈( - 0. 400 62, - 0. 186 53)
a2∈( 0. 005 977, 0. 027 178)　a3∈( - 0. 000 59, - 3. 8E-05)
显著水平:
( F ) = 2. 49
-10
0. 05,回归效果高度显著,拟合信度> 99. 9%
3. 2. 6　片状饲料防护林背风面
令　y= a0+ a1x+ a2x 2
回归系数: a0= 9. 972 152　a1= 2. 000 211　 a2= - 0. 222 36
回归系数的 95%置信区间:
a0∈( 8. 367 165, 11. 577 14)　 a1∈( 1. 069 854, 2. 930 568)
a2∈( - 0. 308 78, - 0. 135 95)
显著水平:
( F ) = 0. 000 177
0. 05,回归效果高度显著,拟合信度> 99. 9%
4　小结与讨论
　　3种防护林对积雪由厚到薄的影响顺序为:群团状防护林、片状饲料防护林、带状防护林。
并且背风面有效积雪距离大于迎风面。林带背风面有效积雪距离是:带状防护林为 15H, 群团
状防护林为 25H,片状饲料防护林为 15H; 林带迎风面有效积雪距离是:带状防护林为 5H, 群
团状防护林为 15H,片状饲料防护林为 10H。
应用回归分析方法建立的 3种防护林对积雪影响的数学模型,可预测出不同带高处的积
雪厚度,但该模型不能预测任意结构的防护林积雪厚度。
331第 3 期 吴德东等: 草牧场防护林对积雪厚度的影响 　　　
参考文献:
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The Influence of Protection Forest on
the Thickness of Accumulated Snow on Grassland
WU De-dong
1 , YUAN Chun-liang
1 , LU M ing -hai
2, SH I S u-y ing
2
( 1. Liaonin g S and Fixat ion and Af forestat ion Inst itute, Fuxin　123000, L iaoning , China;
2. Liaonin g U nivers ity of E ngineering and T echnolog y, Fuxin　123000, L iaoning , China)
Abstract: T he thickness of snow accumulated near dif ferent kinds of protect ion forest , i. e.
shelterbelt ( Pinus sy lvestr is var. mongol ica) w ith vent ilat ion st ructur e, grouped pro tection
fo rest ( P . sy lvest ris var. mongolica ) with clo sed st ructur e, and the pro tect ion forest
( L esp edez a bicolor) w ith loo se st ructure, at Baiyinhua Sand in Fuxin of L iaoning Prov ince
w er e measured. T he shape of snow drif t o n the w indw ard side and leew ard side near
shelterbelt w as long and thin, and distr ibuted evenly . T he farther the snow drift aw ay fr om
the shelterbelt , the mor e even it dist ributed. T he grouped protect ion fo rest had the thickest
snow accumulated ( 30. 5 cm ) on the forest edge on the w indw ard side, but dist ributed
unevenly . The snow accumulated on the edge of leew ard side o f pro tection for est w ith loose
st ructure w as 15. 8 cm in thickness, and the snow in the forest w as thicker than the average.
Grouped protect ion had the gr eatest influence on the thickness of snow accumulated,
fo llow ed by the fo rest w ith loo se st ructure, and the shelterbelt the least . T he ef fective
distance of snow accumulat ion on lee side w as longer ( 84 m at it s max imum ) than on
w indw ar d side ( 42 m at it s max imum ) . Mathemat ical equat ions w ere established by
regression analysis to fo recast the thickness of snow at dif ferent distances aw ay f rom the
fo rests.
Key words : grassland pr otection forest ; Pinus sy lvest ris var . mongolica; L esp edez a bicolor ;
thickness of snow accumulated
332 林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　第 13卷