全 文 ：林 业 科学研 究 , 一
乌兰布和沙区人工绿洲农田防护林
小气候效益与作物产量关系的研究 ‘
郝玉光 卢 平
摘要 历经 一 年定位研究表明 试区林网内无叶期的防 风效能为 写 ,
着叶期为 写 。气温降低 , 妓热月 月 尤为明 显 , “卜均降低 , 蒸发址
降低 环 , 相对湿度提高 。 一几热风发生天数减少 , 其中轻型减少
, 取型减少 写。 在林网保护 , 作物产量提高 , 王米纯增产 址 , 纯增产位
己 认 ‘无林网农田相比 , 增产效果显著 , 平均提高 了 。洲 。写 。
关链词 沙这人 绿洲 防护林 小气候效益
乌兰布和沙漠位于内蒙古西部 , 依托黄河中上游 , 总面积 万 产 , 为古黄河变迁形成
的冲积平原 。 土地资源丰富 , 水热光等 自然条件优越 。 根据地面考察与 万 ‘ 彩色卫片
影响测算 , 有 万多 , 宜农土地极待开发 , 但严重的风沙危害制约了本地区的农业综合开
发 。 营造防护林体 系是防治风沙危害唯一长期经济有效的根本途径 。 从 年代起 , 迄今已营
造了大面积的防护林 , 对沙区农田的高产稳产的多种经营起到了有力的屏障作用 。研究沙区防
护林网的小气候效益及其对农作物产里的影响 , 对提高防护林的认识 , 持续合理开发乌兰布和
沙区有重要的指导作用 。
定位站试 区概况
试区位于内蒙古瞪 口县境 内 , 乌兰布和沙 漠东北边缘 , 沙漠林业实验 中心植物园 , 地处
‘ , 一 ‘ 蕊海拔 一 。 气 候干旱 多风 , 年均气温 、 , 年均降水
, 主要害风为西北风 , 年均风速 , 全年风沙 日数 。 未营造防护林前 试区为平缓
的固定 、 半固定沙丘 , 下似古黄河冲积形成的粘土层 , 经多年耕作 、施肥 、 灌溉 , 现为灌淤土 , 本
区水资源丰富 , 地下水埋深 一 , 又有引黄河水灌溉的便利条件 。
试区林网化防护体系始建于 ! 年 , 采用带片网结合和乔灌结合 , 构成防风固沙体 系 。 林
带林网总面积 , 由 个网格所组成 。 内部农田林网主带距 , 副带距 , 主林
带两行沿农渠布设 , 株行距 又 , 副林带两行沿农田主路布置 , 株行距 。 造林树
种为新绮杨 , 妒 , ‘, ‘·‘, , ,。 、 , 林带为疏透结构 , 平均树高 胸径 。 农 田防
护林体系完善 , 风沙危害被有效抑制 , 保证了农 田作物 和经济果木的高产和稳产 。
一 收稿
都玉光工程师 中 园林业科学 研究院沙漠林 业实验 啼,心 内蒙占砒 卢平 内蒙古碳 日 县农 业局华莱 士瓜
研究所 。
, 本文系“八五 ”科技攻关项 “ 训匕”防护林体系区域性 ‘几态效 益评价研究 ”部分内容 。 承蒙陈炳 浩研究 员指 泞井审阅
谨丧谢忱。
林 业 科 学 研 究 卷
研究方法
小气候现测
年在试区林网中心部位建立小气候定位观测站 。 在距林缘 处设置了对照定
位观测站 , 两站同步观测 , 仪器布置按国家地面基层站气象规程进行 。 每日观测 次 , 北京时间
每日 , , , , , 定时观测。 风速梯度变化在大风天气进行 , 风速测量采用经校正的
上海产小型轻便风速表 。 测定点设在林网内部距主林带树高倍数大风迎风面 , 背风面
、 、 , 对照点为荒漠荒野定位站 , 同步定点 、 定时重复观测 次 。
作物产 测定
在林网内部农田作物中 , 以玉米为测产对象 , 按照距主林带树高倍数不同位置在田间设置
样方 , 采样位置分别为 、 、 、 、 、 、 、 , 每个样点设两
个样方 , 每个样方选取标准株 株 , 测定产量 、千粒重 , 调查林网内各种作物和果木的产值 、 产
量 、 投入 , 以玉米的增产 、增值幅度为标准 , 进行经济核算 。
结果与分析
风速变化特征
防风效能 干旱沙区人工防护林网体系具有明显的防风作用 表 。 林网树木无叶期
月份 , 防风效能为 写 。 , 而在林木 着叶期 月 , 防风效能高达
。 与无叶期相比 , 防风效能在有叶期提高 。 这是 因为 着叶期林木枝叶里
大 , 表面积显著增加 , 对气流具有较强的阻滞作用和林网内气流涡旋的磨擦作用等原因〔’ 。
风速样度变化 近地面风速的垂直梯度变化较大 表 , 在旷野高差 风速相差竟
达 。 而在林网内 , 风速的垂直梯度显著减弱 , 变幅在 之间 。 且在林带的
背风面 , 风速在垂直梯度随远离林带有逐渐增加的趋势 , 而风速的水平梯度变化不明显 , 说明
林网内气流相对稳定 , 湍流交换弱 , 风所 消耗的动能不易较快得到恢复 。
表 一 月平均风速值 单位 、 表 风速梯度值 单位 、 。 , 一 年
年份 站点
旷野
林内
防风效能
旷野
林内
防风效能
月 月 月 月 月 月
月
均值
离地 观侧 旷野
高度 次数 风速
、
距林带的树高倍致
月 5 月
迎风 背风 背风 背风鑫 V A V A V 通 V 月
; {
54 4 .
5 1 5 .
O .
5 9 4 .
5 7 5 -
5 9 4.
6 0 5 .
5 4
石U
0 . 9 0 -
注 :v :风速值(::、/ s ) , 月 :相对风速 (% )。
3
.
2 温度变化特征
在林网内 , 林木和作物强烈的蒸腾以及地表蒸发消耗大量的热量 , 使得气温下降(表 3) 。
生长季气温平均下降0.7 C , 最热月(7 月)降幅最大 , 可达 I C 以上 , 这对作物躲避高温危害甚
为有利。 而旷野荒漠区 , 蒸发耗热相对林网内农地要少得多 , 且地面反射率高 , 故空气吸收的反
射辐射亦多 , 因而气温较高 。
地温变化的总趋势与气温变化相同(见图 1) , 与旷野相比 , 林网内地温降低 I C 左右 , 4 月
期 郝玉光等:乌兰布和沙区人工绿洲农田防护林小气候效益与作物产量关系的研究 2l
襄 3 生长期月平均气沮值 (单位℃ )
年份 站点 4 月 5 月 6 月 7 月 s 月 9 月 10 月 均值
旷野 11.5 18.5 21.9 25.5 22.7 16.2 6. 1 17.5
1992 林内 11.3 17.8 21.5 24.4 2 1.7 15.6 6. 1 16.9
差值 0.2 0.7 0.4 2.1 一 0 0 . 6 0 0 . 7
旷野 10.2 17.4 23.3 24.2 22. 1 16.9 8.2 17.4
1993 林内 8.9 16.4 22.7 23.4 2 1.7 15.8 7.7 16.7
差值 1.3 1.0 0.6 0.8 0.4 1.1 0.5 0.7
旷野 13.4 19.4 23.8 25.9 2 1.6 16. 1 6. 1 18.0
1994 林内 12.8 18.1 22.1 24.5 2 1.3 15.8 5.9 17.2
差值 0.6 1.3 1.7 1.6 0.3 0.3 0.2 0.8
一 0. 8
一1 .‘
一 2 . 4
厂 一- 一 一 ~ 、 - - - - - - - - - - - - 一_
— 地表沮差- - 一 - 一 地下 20 cm 盆趁-,下.梦卜r,曰0OU…甘口月呀4一
(p)招吸
9 107份
月
山b
l妇1 1992 年地说差值(T 内 一T 外)变化曲线
份降幅最大 , 因此期地表处在解冻期 , 融冻需要 消耗大量的热量 , 而林内土地含水量大 、 消热
多 , 造成林网内外地温差异显著增大 。
3
.
3 相对湿度和蒸发t 的变化特征
沙区大气干燥 , 蒸发量大 , 对植物生长不利 。 在林网内 , 这种状况得到有效的改菩 (表 4 、
5 )
, 相对湿度显著提高 , 生长季提高 8 % ~ 15 写 。 蒸发量平均降低 24 . 3写~ 24 .7写 .在生长季 ,
林网内树木和作物强烈的蒸腾 , 消耗大量的热量 , 使气温下降 , 再加林网内风速降低 , 蒸腾所产
生的大量水汽 , 不易扩散 , 使湿度提高.蒸发量下降 , 这在干旱沙区 , 对减轻空气和土壤干燥 .保
证作物 良好代谢 , 起到了有利的作用 。
表 4 月相对湿度值 (单位 :写) 衰 5 林网内外自由水面蒸发t 月均值
年份 站点 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 均值
53 46
65 60
n6hrJI几J,1亡J工了今0月任内了J,UO‘啥bo,J户b‘.1,曰八舀
1 9 9 2
一 3 一 14 一 1 4 一 28 一 1 8 一 1 8 一 1 2 一 1 5
,0
自任亡」O曰乃」月性尸3bg月 妇,」哎, .JO匕J尸汁3742-5
b勺」守J‘吸
1 9 9 3
3 0 4 6
4 2 5 6
一 7 一 1 2 一 l () 一 8 一 6 一 4 一 8
(单位:nln , )
年份 站点 书月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月均位
野外站 10.59 10.22 12.63 12.3‘ 8. , 7 8一3 一81 9.72
休内站 8.63 8.50 9.13 8.70 7.叨 5.7呜 3.72 7.3石
19 9 2 差值 l· 9 ‘ l · 7 2 3 · 5 3 ·‘6 一59 2.。, 一月, :月‘
减少百
分率 18.5 16.8 27.7 29.6 21.1 31.9 22.7 2毛.3
(% )
野外站 7.26 11.月7 1月.0, 12. 33 9. 8, , . 82 5. 22 9. 98
林内站 ‘.07 9.52 10.32 9.0 , 7. 42 6. ; 1 3. 72 7. 51
29 0 5 差值 l· l , l · , 5 3 · 7 7 3 · 2 ; 2 汤? 3」一 。。 2.; 7减少百
分率 l‘一 l?.0 2‘.8 2‘.3 27.0 3书.2 28.? 2书.7
(% )
jJ.匀‘怡尸3
5054-4
几二 」J内b月了匕」,J匀汁OJ夕,J仁J1.1,叨‘
1 9 9 4
旷野
林内
差值
旷野
林内
差值
旷野
林内
差值
62 46
75 60
一 6 一 1 4 一 1 8 一 8 一 13 一 14 一 1 1
3 . 4 干热风天气变化
在乌兰布和沙区每年 6~ 7 月份 , 是干热风的发生期 , 常造成作物减产 , 品质下降 。 根据干
热风综合指标和划分标准[2j .对试 区 1 993 年 6一7 月林网内外干热风的发生 日数和危害类型
进行统计(表 6) 。 旷野发生 17 d , 其 中重型 s d , 轻型 g d 。 而林网内仅为 7 d , 其中重型 l d , 轻
型 6 d 。 对比表明 , 在林网内 , 干热风发生日数减少 58. 8 % , 其中重型减少 87. 5 % , 轻型减少
33. 3写 。
3
.
5 作物产t 的变化
根据研究资料〔’〕, 林带胁地范围可达 1~ 1.S H , 最大可达 Z H 。 为了弄清干早沙区林带胁
林 业 科 学 研 究 10 卷
表 ‘ 林网内外干热风发生次数及其指标值比较
站点 指标 , 不一丁一下一百一石一不厂万不下石- 万了 万…一一了一了一万一不不万丁几了飞不
T. :(℃ ) 3 4. 7 3 3. 5 3 6 . 4 3 6 .5 3 5 . 4 3 3 . 7 3 2. 0 3 5 . 2 3 7. 7 3 3 . 0 3 5 . 2 3 3. 5 3 4 . 4 34 . 5 3 2 . 4 3 3 .4 3 4 . 0
H 1.( % ) 2 2 20 1 2 1 2 2 1 9 18 1 9 16 19 1 2 30 1 7 2 3 2 3 2 9 2 4
V 二 ( m / : ) 5 3 4 5 2 8 4 7 6 4 7 4 6 2 6 3 4
类 型 重 轻 重 重 轻 轻 轻 重 重 轻 重 轻 重 轻 轻 轻 重
统计(d ) 发生天数 9 . 其中重 型 5 . 轻型 4 发生天数 8 , 其中重型 3 , 轻型 5
T . 二 ( 亡) 3 3 . 1 2 8 . 8 3 2 . 7 3 6 . 4 3 5 . 1 3 2 . 7 3 1. 0 3 4 . 0 3 4. 5 3 1. 4 3 4 . 1 3 2. 2 3 2 . 6 33 . 6 3 1 . 5 3 1. 5 3 2 . 3
H , . ( 纬) 41 26 21 19 32 17 28 30 23 26 21 37 29 46 28 39 31
V , 。( n l / s ) 5 2 2 2 0 5 3 3 4 3 3 5 3 2 3 3 7
类 型 无 无 轻 轻 无 轻 无 轻 重 无 轻 无 轻 无 无 无 无
统计(d ) 发生天数 5 . 其中重型 1 , 轻型 4 发生夭数 2. 其中重型 。. 轻型 2
野旷
林网内
地与增产的关系 , 以玉米为测产对象 , 在林带后 0. S H 一Z H 范围内采取多点加密采样 。 表 7
表明 :在 0.S H ~ I H 范围内 , 产量变幅大 , 胁地作用显著 , 在1.25 H ~ 1.75 H 范围内 , 作物
产量变化很小 , 据此可将 1.25 H 处产量作为林网作物的平产区 。 经计算 , 林网农作物玉米的
实际增产率为 5.14 % , 单位面积纯增产量 468 kg/hm , , 纯增产值 65 .2 元/h m , . 因此表明林
网林带实际增产大于肋地减产 , 具有一定的增产作用 。
表 7 距林网树高不同倍处玉米产t 指标值
项 目 距林带距 离(H )
样株产t (k g )
千粒重(g )
增产率(咪 )
样地占地 ”‘ 议(% )
0.5
1.89
245
50
1 1.2
273
29
7.5
3。 0 9
2 6 9
l 7
7
.
5
1
.
5
工 9 7
3 2 9
6
3
3 1 6
4
3 5
;
6 9 3 5
:
66
75一825一7
伪Jg妇八甘
,二口曰
75一6
24625
7.5 7.5 7.5
根据对乌兰布和沙区近年新开发的无防护林农 田的调查对 比 , 防护林网的增产率一般在
50 % ~ 100 % 之间 , 说明防护林建设是干旱沙区农业开发中 , 实现高产优质的关键技术 。
以林网内玉米的实际增产率 5.14 % 为标准 , 计算出林网对其 内部所保护的农作物和果树
在单位面积上的实际贡献值(表 8)。 按林网保护下的农田对 比无林网农田的增产率 50 % 计 , 林
网内农作物 (包括果树)净产值的 3 .3写可折算为有林网农田对无林网农田的对 比贡献值(表
8) , 充分反映出干旱沙区防护林的生态经济价值 。
表 8 林网保护下每公顷作物 、瓜果类产t (l 994 一 10 )
项 目 西瓜 甜菜 蕃茄 蔬菜 葡萄
124
产蚤(kg )
产值(元)
投入 (元)
产投之比
净产值(元)
实际贡献值(元 》
对 比贡献值(元 )
小麦
4 800 37 500
7 680
2 355
3.3
5 325
273 9
1 743.3
玉米
9 000
10 800
2 130
5. 1
8 670
445.6
2 887. 1
华莱士瓜
25 500
12 5U0
2 470
5 .1
8 370
430. 2
2 787 2
250
730.1
8 520
437.9
2 837.2
45 000
9 000
2 130
4.2
6 690
343.9
2 227.8
67 500
16 200
2 775
5.8
13 4 25
690
4 470.5
45 000
13 500
2 46 0
5.5
11 040
567.5
3 676.3
苹果梨
15 ()00
18 ‘)0 0
3 8 1 0
5 . 7
1 4 1 9 0
5 7 5
.
2
4 7 2 5 . 3
1 8 () ()()
2 8 8 () 0
3 2 2 5
7 . 9
2 5 5 7 5
1 0 5 3 . 2
7 5 1 7 . 5
注 :小麦口 ’ r i r i o u n : s p . ) 、 玉米(Z即 。 :a ys x 奋. ) 、华莱士瓜((、 u ‘ u , : i : 印.)、 西瓜 ((’i t , ·u z l u , la , 。 tu , ( T h u n b . ) M a n s f e l d ) 、 甜
菜 (B , tu s即.)、 蕃茄“口‘op , rs
~
*
u
lt
” ru n : M i ll )
. 蔬菜主要是土豆 (S oza , , u nl r咖、um 一 ) 、 茄子(S屏u , . u 。 , s p p . ) 、 豆角(V心 , . 0 s p p . ) 、苹果梨(巧、: :p.) 、 葡萄(V itis spp. )等 。
期 郝玉光等:乌兰布和沙区 人工绿洲农田防护林小气候效益与作物产量关系的研究 23
4 结 论
历经 4 a 的定位观测研究 , 取得了以下一些参数和结果 。
( l) 干旱沙区农 田防护林防护作用显著 , 可有效减轻风沙危害 。 无叶期防风效能为 39 写~
40肠 , 有叶期高达 5 . 8 % 一56 . 2写 。
(2 ) 生长季 , 林网内气温降低 , 平均降幅为 。. 7 C , 最热月 7 月 , 平均降低 1.Z C , 有利于作
物躲避高温胁迫 。 地温变化趋势与气温变化相同。
( 3) 在林网内 , 相对湿度提高 8环~ 15 % , 蒸发量降低 24 .3% ~ 24 .7写 。 这对缓减大气干
燥 , 促进作物正常代谢颇为有利 , 这对干旱沙区人工绿洲提高生产力尤其重要 。
( 4) 在乌兰布和沙区人工绿洲内 , 干热风的发生日数和强度被有效抑制 。 干热风发生 日数
减少 58 .8 % , 其中重型减少 87 .5写 , 轻型减少 3 .3写 。
( 5) 干旱沙区防护林网具有一定的增产作用 , 实际增产率 5.14 写 , 与无林网对照 .增产率
为 50 % ~ 100 % , 林网内农作物净产值的 3 .3 % 可折算为林网的生态经济价值 。
参 考 文 献
乐天宇.花镇 良 , 于系民.小气候的改善与管理.北京:农业出版社 .1982 .220.
盛承禹等编著.中国气候总论.北京 :科学出版社 , 1 9 86 . 39 1 .
向开馥.防护林学.哈 尔滨 :东北农业大学 出版社 .19引 .59 .
A S t u d y o n t h e R e la t io n s h iP o f t h e S h e lt e r 一 f o r e s t
M i
e r o e l i m a t e E f f e e t s o n M
a n 一 m a d e O a s i s s n d
C r o P s P r o d u e t i o n i n W
u l a n b u h e S a n d y R e g i o n
H a
o Y I , g u a r矛g
A b s t r a e t l
’
}
l r o u
g h 4
一 y e a r s t u d y o n t h e o r i e n t e d
s p o t s
,
t
h
e r e s u
l
t s s
h
o
w t h
a t
i
n
t
}
飞e e x -
p e r i m e n r a l n e r w o r k r h e w i n d b r e a k e f f ie e n (
、
y 1
5
3 9
% ~
4 0
; 石in loa fless sea、o n ;, n ‘1 5 5 . 8 % 一
56. 2 % in leaf season ;t}le tem l)erarure deereases by 0.4 ~ 0. 6 C , e s p e e i a l l y i n J u l y r h e h o t r e s t
m
o n t
h
,
t
h
e t e
m 一)e ra tu ro d ee rea s es b y 1 . Z C ’ : t h e e v a P o 一t r a n s P i r a t i o n r : , l e r e d u e e d b y 2 4 . 3 乡。一
24. 7 % , r h o r e l : , , i v e h 、, m i〔l i r y i n e r e a s o s b y s % 一 15乡石;t}le d ays of ({。s i e e a r i n g h o t w l ;、。1 r e -
( !、,。。 ( 1 }。y 5 8
.
8 %
,
o
f
t
}
飞e m
,
i t
s
1 1 9 }
、r 一 d u t y t y x ) e d e e r e a s e s b y 3 3
.
3 沁 an d h eav y一d t : t y t y l ) e l ) y
8 7
.
5 ; 、
.
U n (le r r h e 一)ro tee tio n o f th e n e rw o rk , r h e o u t p u t o f e r o p s i r l e r e a s e b y 5 . 1 4 ; 、 a n ol t〔》t a l
i n e r o a s e h a s r e ;, e h e o l 4 6 8 k g / h
a a n c
l 6 5 5
.
2 y
u a n
/ h
: t
.
1
’
h
e
i
n e r e a 、 i n g r ;、t e o f t }1 0 o t」t p u r 15 5 0 %
~ 1 0 0 % c o m p :
t r i n g w i t h t ll a t o f t h e f a r m l a n d w i t }飞o u r f o r e s t n e t w o r k
.
K e y w o r d s m a n
一 n 飞a 〔l e o a s i s in s a n d y r e g i o n 、h e l t e r
一
f o r e s t n e t w o r k n 飞ie r o e li n 一:, t e
e
f f
e e t
H a o Y u g u a n g
·
E n g i n e e r ( l ) c
s o r t F o
r o s t E x 下)。 r in 、。 n t a l C o n tr e , C A F I ) e n g k o u , I n r l e r M o l l g o l i a ( ) 1 5 2 ( ) 0 ) ; l u l , 一n g
( H u a la is h i M e lo n R e s e a r e h I n , t i t u [ e o f A g r i e u l t u r o B u r c a u
,
I
)
e n
g
k
o u
(
、
o u n z y o f N
e
i
n i e n g g u )
.