全 文 ：第 2 卷 第 5 期
1 9 8 9 年 10 月 林业科学研 究FO R E ST R ESE A R CH
V o l
.
2 , N o
.
5
o e t
。 ,
1 9 8 9
人工绿洲防护林体系对沙尘控制作用的研究 ‘
程致力 高尚武
(中国林业科学研究院林业研究所 )
王 志 刚
(中国林业科学研究 院内蒙古橙 口实验局 )
关键词 防护林体 系, 风沙流 结构 ; 大 气浑浊度
在干旱 、 半干旱地 区 , 减少风沙危害的关键在于控制降尘和地表沙尘的输送【7 ] 。 因此 ,
研究绿洲防护林体系控制大气降尘、 地表沙尘输送和大气浑浊度等方面的作用 , 有助于人们
探索、 了解绿洲防护林体系的总体效益 , 掌握沙尘输送规律 , 以便采取相应的控制措 施 [‘, “] 。
同时 , 为合理开发西北自然资源提供科学依据 。
一 、 试 区 概 况
试区布置在内蒙古自治区瞪 口县中国林业科学研究院瞪口实验局二 实验 场 (40 “2 0 ’N ,
1 06
0
59
‘
E )
, 地处乌兰布和沙漠东缘 , 为荒漠与干草原间的过渡地带。 气候属温带大陆性荒摸
气候。 盛行西南风 , 其次为东北风 。 年平均风速 3 . l m /s . 最大风速平均15 m /s , 其中) s m / 。
的起沙风年平均 30 0多次 , 冬春两季风力大而频繁 , 约占全年起沙风 总数 的 3 / 4 。 ) 12 m /s
的大风 日数年平均 15 d , 沙暴 日数年平均18 d 。
绿洲防护林体系始建于 1 9 8 1年 。 试区内有 10 条农渠(南北走向 )、 7 条斗渠 (东西走向) ,
农斗渠交错 ; 每边的渠背上营造 4 行通风结构的杨树林带 , 每一网格为4 30 x i 30 m 。林 网西
侧为乔 、 灌混交固沙片林 , 其宽度为5 0 m 。 开发区面积为 2 7 0 h a , 其中防护林面积 1 0 0
h a
, 初步形成了荒漠区的绿洲防护林体系。
二 、 测量与估算方法
(一 ) 大气浑浊度的侧 量
在无云的天气条件下 , 影响大气辐射的主要因素有三个 : 大气分子的散射 , 悬浮颗粒物
质的散射和吸收 , 某些气体的选择性吸收 。 若用勺 , 、 Tz , 和 勺 , 分别 表示上述三因素对太阳
辐射的消光系数 , 则到达地面的波长为 几的太阳辐射 I * 可表示为tz, ‘〕:
本文于 19 8 8年 12 月收到。
. 该文属国家攻关课题 召大 范围绿化工程对环境质 备的影响 ”的一部分 多 北京大学地质系的武文举 同志帮助分 析 部分样
品 , 谨此致谢 。
4 8 4 林 业 科 学 研 究 2 卷
I ; = I
。, ex P 〔一 (r ; J + r z , + 丁 n , )爪〕 (1)
式中 I。; 是大气外界太阳光谱辐照度 , 二是相对大气质量 , : ; , 称为 R a ylei g h 散射系数 ; : : 4
是臭氧吸收 , 勺, 就是气 溶胶的消光作用 , 其计算式为〔‘: :
r 。 , = 刀久一 a (2 )
式中 口为人n g s t r 6 m 浑浊度系数 ; a 为波长指数 , 缺少资料时可取标准值 1 . 3[ ‘ : 。
用 M S一 1 20 型太阳光度计测定大气浑浊度 , 实际计算时采用公式 :
r 。 , = In (E 。, / E ;
·
S )加 一 (: * , + 了 z , ) (3 )
式中 S 为日地距离修正值 ; E , 是表读数 , E0 , 是校准常数。 根据 (2 )、 (3) 式可 计算出 A n gs -
tr 6 m 浑浊度系数口。 一般地 , 口》 2 . 。时 , 表明大气已处于相当浑浊的程度 。
在试 区内设二个测点 : 一个设在未开发区作为对照(距林网 2 . 5 k m ) , 另一个在林网内。
每天观测三次 , 时间分别为10 : 0 、 14 : 0 、 17 : 0 。 选择天气晴朗 , 全天无云或少云的天 气
条件进行全天间隔 l h 的观测 。
(二 ) 大气降尘的洲定及大气含尘最的估算
用聚氯乙烯集尘缸 (高 3 0 c m , 内径 15 c m )分别在上述二个测点收集 降尘样品 。 每个月
取一次样品 , 对样品做粘粒化学成份分析和粘土矿物组成特征鉴定。 并换算出各测点每个月
的平均降尘虽 。
大气浑浊度系数月与垂直气柱 内颗粒物的总质量 M : 。 有下述关系 t“ I:
M
Z。 = 1 . 2 4 口 (4 )
测得 日就可根据(4) 式估算出大气的含尘量 。
(三 ) 沙尘输送的浦t
沙尘输送与气象要素的测定同步进行 。 在试区内 , 测点 (工、 江、 1 、 那 、 v 、 VI 号 )由
西向东设置( 19 85 年为 4 个 )。 工号测点设在林网体系西侧最外围作为对照点 ; 亚 、 1 、 砰号
测点完全处在林网保护区内, V 、 矶号测点周围的林网是从 1 9 8 6年才刚刚营造的 , 各测点间
隔 5 0 O m 。 用积沙器收集沙样 , 采样总高度为60 c m , 同时记录风速 ( Z m 处 )和相对湿度。
三 、 结果和分析
(一 ) 大气降尘和地裹沙尘 (< 2 卜 m 部分)的化学性质 比较
大气尘埃中小于 2 卜m 的颗粒物极易随气流进行长距离的搬运 。研究降尘和沙尘中这一部
分颗粒物在化学性质上的差异 , 能够充分说明降尘来源 以及与地表沙尘间的区域性联 系 [‘。〕。
从化学成份上看 (表 1 ) , 降尘与地表沙尘有着明显的差异 。 降尘和地表沙尘样品 的 X -
射线衍射分析 (表 2 、 图 1 )和差热分析(图 2 ) , 分别表明降尘与地表沙尘的矿物组成及其特
征有显着的差异 , 说明降尘与地表沙尘的来源不同 , 且不属于近距离区域内 , 而是来自更远
的上风区 。
(二 ) 大气浑浊度的变化特征
恨据 图 3 和丧 3 可知 : ¹ 在绿洲防护林体系的作用下 , 大气浑浊度系数较无绿洲防护的
空旷区显著降低 , 平均可降低35 % , º 春季大气浑浊度系数偏高 , 且变化幅度大 , 而初夏的
人气浑浊度系数明显降低 ; » 本区的大气浑浊度系数 已达到很 i荡的程度 , 春季尤甚 。
5 期
表 1
程致力等 : 人工绿洲防护林体系对沙尘控制作用的研究 4 8 5
硬口地区降尘和地表沙尘的化学成份比较 (单位 : % )
51 0 : A I: 0 3 i
F·
⋯,⋯了
{ 7
: 0 3 Fe O M g O C a O N a ZO K
: O H Z O
干
P : O ,
自b月任n丹ZJ恤3⋯降 尘林 网 内对 照 5 4 。 848 . 747 . 5 1魂. 3 819 . 3 019 。 2 5 3 30 94 0 1 。 7 71 . 2 91 . 16 4 。 34 。 54 . 6 2 . 13 。 83 . 8 1 3 。 08 . 3 98 . 1 2 0 . 4 10 . 1 00 . 1 1
表 2 降尘和地表沙尘中几种
主要钻土矿物的含量
(单位 。 % )
认产‘,.1,
二 {洲州州州黑洲 ‘本川洲
不李两 内乙,尘
协、口、 , 月2 厂 对煞点沙尘
图 1 降尘和地表沙 尘的X 一射线衍射图谱
降尘
林网内沙尘
对照点沙尘
图 2 降尘和地表沙尘的差热分析 曲线
(三) 降尘量和大气顺粒物总含 量 的估
算
从表 4 可以看到 , 在绿洲防护林体系的
作用下 , 降尘量显著降低 , 平均可降低40 % 。
除了对尘埃的截流作用外 , 绿洲防护林体系
能够减少降尘量的机理有二 : ¹ 绿洲防护林
体系改变了下垫面的状况 , 增加了地面粗糙
度 , 迫使携带大量尘埃的气流抬升 , 并越过
防护林体系 , º 绿洲防护林体系改变了林网
内的小气候条件 , 从而抑制了林网内与上部
的气流交换 。
图 4 表明 , 干冷气团开始到达本区时 ,
在绿洲防护林体系的作用下 , 每平方米横截
g 。
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、、 、 、 厂、 、~ - -一
翻吸侧越蚊犷口卜
一‘向 , ~一 ~J一忿二 艺3 30 5 1公 拓 艺、, 2忍 ( 二 )
— 才未网 内
6 月
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图 3 林网内与对照大气浑浊度系数 刀逐 日变化图
4 8 6
表 3
林 业 科 学 研 究 2 卷
破 口地 区春季和初夏 日的平均值和标准差
⋯ - ~一查 - 一一奎一一一一 ~ - )一 一一一竺一一一一三- - - 一
} 林 网 内 1 对 照 } 林 网 内 1 对 照
“· ‘“ ⋯。· 1 4 7一 } 。· 2 2 7一 { 。· 。9 1一 ⋯
表 4 对照与林网内浦点各月 ( 5 一12 月 )降尘且 (单位 : t / K m z )
年 份 地 点 } 7 月 8 月 9 月 1 0 月 1 1 月 12 月
5 月 一 6 月
1 9 8 7 林 网 内 2 1 . 0 8 16 . 0 1 43 . 6 5 35 . 6 0 4 . 1 3 5 . 5 8 6 . 2 4对 照 4 5 . 2 9 3 4 . 6 9 84 。 6 6 36 . 3 1 一 13 . 7 4
3
·
, 6 一2 · , 5
林 网 内
对 照
4
.
27 8
.
4 5 7
.
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1 9 8 8
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23
.
9 4
4 2
.
5 6
9
.
5 3
30
.
2 3
8
.
3 4
1 1
.
2 4 3
.
3 6 2
.
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.
2 6
13
.
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.
4 5
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乞护.,.了
30214
冈已喇刊扣
面 的垂直气柱内 , 整层大气的尘埃量 为 50 一 1 0 m g , 而
无林网保护的空旷区的尘埃量为 10 一20 0 m g , 比 林网体
系上空的含尘量高 2 倍 , 这与实际观测值是一致的 。
( 四 ) 地裹沙尘 . 送规体
1
. 绿洲防护林体 系控制地表沙尘 的作用 该作 用 首
先表现在减低风速的同时减少沙尘的含量 (表 5 ) , 并能改
变原有的风沙流结构 (表 6 ) 。 林网 内各测点含沙量显著降
低 , 特别是对地表 (0 一10 c m ) 的含沙量减少得尤为显著 ,
一般地 , 可减少地表沙尘8 0一90 % 。此外 , 沙样的机械 组
成分析表明 , 在林网内 , 沙粒的粒径变小 , 在 正 、 1 、 万
和 V 号测点上 , 粒径在 0 . 05 一0 . 01 m m 的沙粒 由 原 来 的
0
.
2 6 % (指 工号测点)分别提高到 14 . 03 % 、 9 . 05 % 、 2 . 9 %
和3 . 4 % , 粒径 < 0 . 01 m m 的沙粒由原来 0 . 03 %分 别提
高到 1 . n % 、 0 . 79 沁 、 0 . 51 % 和0 . 2 1 % 。 粉沙和物理性
粘粒的增加 , 提高了土壤的抗风蚀能力。 田 ‘
·
1 4 月10 1 1 1 2 日期
。
1 2 5 2 6 2 7 2 8
‘ ! 5 月1 6 1 7 1 8 19 2 0 2 1
—林网内一一对照林 网内和对叭 的大气含尘t 比 较
裹 S 林网内各浦点的平均风速和不同高度的含沙皿 ( 单位 . % )
‘勺O‘喊铂J、
,一多年人仁J\、\、\飞
|、、‘认.
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厂占、
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产.琦\-、‘\日/, ?? 八
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⋯一」测 点 I ( 对照 ) 砚
风 速 ( m / S ) ⋯6 一
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3 0一 4 0
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5 0一6 0
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.
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7 8 5 6
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5 期 程致力等 : 人工绿洲防护林体系对沙尘控制作用的研究 4 8 7
表 6 林网内各测点不同高度的含沙量 (单位 : % )
I 对 照 I 1 万 V 砚
7
月匕568斑匕一bt‘几口O。.⋯J任94几j勺曰叮‘0一1 010一2 02 0一3 0
3 0一4 0
4 0一5 0
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5 8
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2
. 风沙流结构的变化 以往的研究表明 : ¹ 90 %的含沙量集中在 30 c m 以下 , 其中分
布于 。一 10 c m 高度范围内的沙量约占80 %左右 ; º 在各种风速和沙量条件下 , 沙量随高度
呈指数递减〔“, “1。 从表 6 来看 , 在绿洲防护林体系的作用下 , 改变了原有的风沙流结构(对照
点 ) , 风沙流结构的改变 , 使得地表层本来已减少的沙量趋于均匀分布 , 从而进一步地 减 低
了地表沙尘对作物和苗木的危害。
3
. 地表输沙量的动态变化 从表 7 可以看出 , 林网 内的沙尘量逐年减少 , 说明随着绿洲
防护林体系的 日趋完善 , 其防护效果在逐年增加。 本试区的防护林体系内可降低沙尘量80 一
9 0 %
。
表 7 1 , 8 5一1 , 8 7年风速大于 sm /s 时各测点的含沙量
风 速 { 高 度 ( e m )
(单位 : % )
年 份 侧 点
( m / s ) 0 一10 10一2 0 2 0一3 0 30一40 4Q一 5 0 5 0一 6 0
I (对照 )
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.
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四 、 结 论
1
. 防护林体系的防护作用主要表现在 : ¹ 可降低大气浑浊度 35 一40 % , º 能 够 减 少
40 %的降尘量, » 林网内的沙尘输移量减少 80 一90 % , ¼改变了原有的风沙流结构 , 迫 使
4 8 8 林 业 科 学 研 究 2 卷
己减少了的沙尘在垂直高度 (0 一60 c m )上再趋于均匀分布 , 减轻了风 沙危害 。
2
. 就其本底值而言 , 本区的大气浑浊度系数已达到相 当高的水平叨) 2 . 0) 。
今 考 文 献
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ST UD Y ON EFFE CT S OF SAND AND D US T CONTR OL
BY PR OT E CT ION FOR E ST SYST E M IN OASIS
Ch e n g Z hili G a o S ha n g w u
(丁he R e se a r e人 1 0 5 *itu re o f F o r e s rr , C 月F )
W a n g Z h i即n g
(D e 。夕ko o E x p o ri爪 e o ta l B u r e o “ C 月F )
A b st r a c t T h e s t u d y w a s e o n d u e te d to e x P lo r e t h e sa n d a zid d u s t e o n tr o l
effe e ts b y t h e p ro tec tio n fo res t s ys te m in o a s is fro m 1 9 8 5 to 1 9 5 7
.
T h e p lo t
15 lo ea te d in th e 嘛 2 E x Pe r im e n ta l F ie ld o f D e n g k o u E x Pe r im e n ta l B u r ea u
in t h e In n e r M o n g o lia A u to no m o u s R e g io n o f t l
i e Ch in e 3 e A e a d e m y o f F o r es t r y
,
w h ie h 15 in th e n o r tlzea s t e r n fr in g e o f U la n b h o D e s e r t a n d in th e tr a n s it io n
z o n e b e tw e en d e se r t a n d s tePPe
.
T h e r e 3 u lts a r e a s fo llo w s
: r
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T he o a s is Pr o te t io n F o r es t Sy s te m es ta b
-
1is h e d in t h e 呱 2 E x Pe r im e n ta l F ie ld Po s es s es g rea t fa llin g d u s t a n d sa n d -
tr a n sPo r t in g e o n tr o l e ffee ts
。
2
.
T h e m a in Pr o te e tiv e e ffe e t s a e h ie v e d w it hin
tlle n e tw o r k s o f th e Pro tec tio n fo r es t a r e
:
(l) A n g s tr 6 m t u r b id ity e o e ffic ie n t
p 15 r e d u e e d by 3 5一4 0 % ; (2 ) t h e a m o u n t o f fa llin g d u s t is d e e r ea s e d b y 4 0 % ;
(3 ) t h e a m o u n t o f d r ift in g sa n d 15 r e d u e e d b y 8 0一 9 0 ; J, (4 ) t h e o r ig in a l
st r u e t u r e o f sa n d d r ift 15 e h a n g e d
.
3
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A s r e g a r ds to th e v a lu e o f ba e k g ro u n d
tu r b id ity
, 人n g s t r 6 m tu r b id it y e o e ffie ie n t 夕 o f th e r e g io n h a s a lr ea d y a m o u -
n t ed t o a v e r y g r ea t v a lu e (刀) 2 。 0 ) .
K ey w o rd s Pr o tec t io n fo res t syst e m : s tr u e t u r e o f sa n d d r ift : a tm o sPh er ie
t u r b id id y