王 翠, 雷加強(qiáng), 李生宇， 毛東雷1，, 再努拉·熱合木吐拉1，， 周 杰

(1.中國科學(xué)院 新疆生態(tài)與地理研究所， 新疆 烏魯木齊 830011；2.新疆策勒荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站， 新疆 策勒 848300； 3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 4.新疆交通科學(xué)研究院 干旱荒漠區(qū)公路工程技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室， 新疆 烏魯木齊 830000)

防護(hù)林是一種人工建立的改造自然環(huán)境使其能夠達(dá)到人類預(yù)想的生態(tài)措施，它一般存在于受保護(hù)區(qū)域的最邊緣,以抵御外部各種環(huán)境變化產(chǎn)生的影響。例如，農(nóng)田防護(hù)林、海岸防護(hù)林、公路防護(hù)林、城市外圍防護(hù)林以及 “三北” 防護(hù)林等[1]。國內(nèi)外對防護(hù)林功能的研究主要集中在其所產(chǎn)生的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[2-5]。防護(hù)林生態(tài)效益的研究集中在防護(hù)林的農(nóng)田小氣候效應(yīng)及其對土壤結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分的改良作用[6-9]。對防護(hù)林小氣候效應(yīng)的研究主要針對林帶的配置結(jié)構(gòu)、林帶寬度、高度及疏透度等對防風(fēng)效能的影響，初步得出防風(fēng)效能較好的林帶配置和結(jié)構(gòu)，即疏透度在0.35～0.45的喬灌草復(fù)合配置的防護(hù)林風(fēng)速降低明顯、防護(hù)距離較長、防護(hù)效果最佳[10-12]。在荒漠區(qū)，防護(hù)林對風(fēng)速的減弱會導(dǎo)致風(fēng)沙流中沙粒的沉降，不同配置的防護(hù)林決定沙粒沉降的數(shù)量和方位[13]。目前，對農(nóng)田防護(hù)林的小氣候效應(yīng)研究較多，對于荒漠區(qū)防護(hù)林的生態(tài)效應(yīng)研究較少。

針對塔克拉瑪干沙漠南緣風(fēng)大風(fēng)多、氣候干燥、現(xiàn)有綠洲面積不足以滿足人類對土地需求的緊迫狀況，本文通過在和田地區(qū)吉亞鄉(xiāng)綠洲外圍的流動沙地上種植新疆楊+沙拐棗防護(hù)林帶，定量研究其改善區(qū)域小氣候的效益，為擴(kuò)大綠洲利用面積和合理配置防護(hù)林結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于和田地區(qū)吉亞鄉(xiāng)綠洲外圍的流動沙地上，該區(qū)南抵昆侖山與西藏自治區(qū)交界，東部與巴音郭楞蒙古自治州相接，北部深入塔克拉瑪干腹地，西部與喀什地區(qū)毗鄰。四周高山環(huán)繞，深居內(nèi)陸，從西部來的冷濕氣流和印度洋熱濕氣流由于受到青藏高原的阻擋而難以抵達(dá)，因此該區(qū)大陸性氣候強(qiáng)。本區(qū)屬于暖溫帶極端干旱荒漠氣候，春季風(fēng)大風(fēng)多，每年浮塵天氣220 d以上，其中沙塵暴天氣在60 d左右。年平均氣溫11.5 ℃，1月平均氣溫-6 ℃，歷年平均降水量32 mm，年均蒸發(fā)量高達(dá)2 480 mm，無霜期212 d。

1.2 林帶的設(shè)置

吉亞鄉(xiāng)常用喬木防護(hù)林樹種為新疆楊(PopulusalbaLinn. var.pyramdalisBunge)和沙棗(Elaeagnusangustifolia L.)，灌木樹種為沙拐棗(Calligonummongolicum)、梭梭(Haloxylonammodendron)、多枝檉柳(TamarixramosissimaLedeb)，天然植被有駱駝刺(AlhagisparsifoliaShap.)、花花柴〔Kareliniacaspica(Pall.)Less.〕和蘆葦(Phragmitesaustralis)等。試驗以種源豐富、生長速度較快的新疆楊、沙拐棗作為防護(hù)林樹種。

根據(jù)前人對防護(hù)林結(jié)構(gòu)研究，結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H條件，配置新疆楊喬木+沙拐棗灌木防護(hù)林，著重測定其生態(tài)效益。防護(hù)林具體種植規(guī)格為新疆楊林帶垂直于主風(fēng)向，林帶長300 m，寬4 m，株行距均為1 m，生長2 a后平均株高2.8 m，疏透度為0.6。新疆楊后種植有10行沙拐棗，株行距1 m，平均株高1.9 m，疏透度為0.3。由于林帶灌溉的側(cè)滲作用，林前的土壤含水率相對較高，因而在新疆楊前發(fā)育有一條天然駱駝刺草本帶，駱駝刺蓋度約為0.300。該區(qū)風(fēng)向變化較大，但是起沙風(fēng)風(fēng)向特別集中，主要為W，WNW風(fēng)，為使防護(hù)林的防風(fēng)效益最大，林帶的走向垂直于主風(fēng)向呈南北走向。

對防護(hù)林生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價主要集中在氣象和土壤因素，氣象因素的效益占到總生態(tài)效益的0.667，其中防風(fēng)效能占到氣象因素的50%，溫濕度各占25%[14]，足見風(fēng)速、溫濕度指標(biāo)在評價防護(hù)林體系中的重要性。因此本文選定防護(hù)林的防風(fēng)效能、減沙效益、輻射和溫濕度的變化來定量研究流沙地防護(hù)林的生態(tài)功能。

1.3 研究方法

1.3.1 數(shù)據(jù)的采集 風(fēng)速風(fēng)向的測定利用美國ONSET公司生產(chǎn)的HOBO小氣象觀測系統(tǒng)，在距地面0.5，1，3 m高度上分別安裝一個風(fēng)速傳感器，在3 m高度安裝風(fēng)向傳感器,所有觀測項目均為全天觀測，采集器(HOBO-U30)自動記錄，采樣頻率為1 HZ，即1 s測一次風(fēng)速變化，記錄間隔基本為1 min。

溫濕度和輻射的測定儀器采用具有精度高、可存數(shù)據(jù)量大、體積小等優(yōu)點的HOBO溫濕度探頭〔HOBO Pro Series Temp, RH(C)1998 ONSET〕。

沙塵通量的觀測采用近地面沙塵通量梯度儀(BSNE)，每一個積沙器支架上都安裝一個風(fēng)向標(biāo)，這樣可以收集各個風(fēng)向上的沙通量。風(fēng)向標(biāo)的起動風(fēng)速≤1.0 m/s，風(fēng)向測量范圍為0～360°，最大允許誤差范圍為±3°。

1.3.2 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)通過Excel和SPSS 16.0處理，作圖利用Origin 8.0和Photoshop軟件。

2 結(jié) 果

2.1 防護(hù)林的防風(fēng)效益

防護(hù)林的防風(fēng)效益主要通過其防風(fēng)效能來度量，防風(fēng)效能是指防護(hù)林前后的風(fēng)速差值與林前風(fēng)速的比值。

式中：K——防風(fēng)效能(%)；V流沙——流沙地曠野風(fēng)速(m/s)；V防護(hù)林——防護(hù)林帶內(nèi)風(fēng)速(m/s)。

由表1可以看出，新疆楊林和沙拐棗林都有降低流沙地風(fēng)速的效能，當(dāng)風(fēng)速在0～3 m/s時，0.5 m高度上楊樹林的防風(fēng)效能為95.1%，沙拐棗林為99.9%。隨著風(fēng)速的增大，楊樹林的防風(fēng)效能由95.1%降低到了67.2%，沙拐棗林內(nèi)的防風(fēng)效能也減弱，但是其減弱率較緩，從99.9%降到了93.5%。整體看來，沙拐棗林和新疆楊林的防風(fēng)效能隨著風(fēng)速的增大而減弱。Zhang等[15]也發(fā)現(xiàn)防護(hù)林的防風(fēng)效能隨著風(fēng)速的變化而變化，主要原因：一是風(fēng)速的增大會增加林木的搖擺度，從而防護(hù)林的疏透度變大，防風(fēng)效能減弱；二是風(fēng)速的變化表現(xiàn)為水平和垂直兩個方向的運(yùn)動，隨著風(fēng)速的增大，其垂直方向的風(fēng)速加大，這將會使風(fēng)向改變，從而引起風(fēng)向與防護(hù)林夾角的改變，進(jìn)而改變防風(fēng)效能。

表1 防護(hù)林的防風(fēng)系數(shù)

林帶防風(fēng)效能隨著高度的增長而減弱，在0.5和1 m高度上，沙拐棗林的防風(fēng)效能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于楊樹林，原因是沙拐棗本身系灌木林，植物下部的枝條數(shù)比較多，較楊樹林底部疏透度小，因此其防風(fēng)效能較大。3 m高度上沙拐棗的防風(fēng)效能等同于新疆楊林，由于沙拐棗高度在2 m左右，3 m高度上的風(fēng)速幾乎不受影響，之所以其林帶上方風(fēng)速減弱，是由于楊樹林后減弱的風(fēng)速尚未恢復(fù)。

流沙地風(fēng)速大于起沙風(fēng)6 m/s后，沙拐棗林近地表0.5 m高度內(nèi)風(fēng)速很少有超過2 m/s，新疆楊林幾乎沒有超過4.5 m/s，表明林帶對下墊面的土壤起到良好的保護(hù)作用，林帶內(nèi)地表的風(fēng)速很小，基本上不會有地表風(fēng)蝕。

整體上，兩種防護(hù)林均表現(xiàn)出隨著風(fēng)速和高度的增加防風(fēng)效能減弱的趨勢。新疆楊林+沙拐棗林帶的防風(fēng)效能大于單純的新疆楊林或沙拐棗林帶，因此在選擇荒漠區(qū)林帶配置時，應(yīng)選擇喬木+灌木林帶。

2.2 防護(hù)林的固阻沙效益

防護(hù)林的固沙效益在非荒漠區(qū)是一個不必要的指標(biāo)，但是在荒漠區(qū)，防風(fēng)固沙似乎是兩個不可分開的指標(biāo)，防風(fēng)必定會導(dǎo)致輸沙量的減弱。并且在流動沙地上不斷移動著的流沙會掩埋農(nóng)田、損害房屋，危害很大。本文將防護(hù)林固阻沙效益納入到其防護(hù)效益中，流沙前沿的輸沙總量為906 g，楊樹林的輸沙總量為150 g，沙拐棗林為118 g，楊樹林中的沙通量較流沙地減少83%，沙拐棗林中的沙通量較流沙地減弱了87%(圖1)。當(dāng)流沙地的風(fēng)速大于起沙風(fēng)后，風(fēng)挾帶地表的沙粒前進(jìn)，在其經(jīng)過防護(hù)林時，風(fēng)速減弱，挾沙能力降低，沙粒沉降，越到林內(nèi)，風(fēng)速越小，加之沙源不太充足，因此林內(nèi)的輸沙量越小。由此可知，此防護(hù)林帶有效地阻止了流沙進(jìn)入防護(hù)林帶背風(fēng)一側(cè)。

圖1 不同下墊面的積沙量

2.3 不同下墊面的溫濕度和輻射的變化規(guī)律

2.3.1 不同下墊面的溫度變化 選取7月晴天和沙塵暴兩個不同的天氣過程，對比其氣象要素的差異性。由圖2可以看出，林帶內(nèi)外氣溫的變化趨勢基本一致，但不同的天氣過程有較大的差異性。晴天氣溫度在7：00左右達(dá)到一天中的最低值，中午14:00溫度最高，在14:00—16:00短暫的下降后有一段較為平穩(wěn)的時期，20:00以后氣溫下降。沙塵暴天氣氣溫的變化遠(yuǎn)不如晴天那么劇烈，具體表現(xiàn)為氣溫日較差小，夜間溫度較高，白晝溫度較低。流沙地和林內(nèi)的溫度變化趨勢表現(xiàn)為流沙地的氣溫夜間要顯著高于楊樹林和沙拐棗林地，白晝林內(nèi)外溫度差異較小，沙拐棗林內(nèi)溫度顯著低于流沙地溫度(p<0.01)，總體看來，三個不同下墊面之間的溫度差異均極顯著(p<0.01，表2)。

圖2 不同下墊面的溫度

表2不同下墊面溫濕度、輻射的差異顯著性分析

注：p<0.05差異顯著水平； p<0.01差異極顯著水平。

2.3.2 不同下墊面濕度變化 防護(hù)林內(nèi)外濕度的變化趨勢一致，晴天時空氣濕度在3:00—5:00達(dá)到最大，之后緩慢降低。直到次日8:00，日出后隨著日照增強(qiáng)，溫度升高，蒸發(fā)加強(qiáng)，從而導(dǎo)致空氣濕度下降速度加快，中午13:00—15:00溫度最高，濕度最低，之后隨著日照強(qiáng)度減弱濕度緩慢增大，新疆楊和沙拐棗林濕度較流沙地高出7%左右。晴天天氣，流沙地與楊樹林、沙拐棗林的濕度差異極顯著(p<0.01)，楊樹林與沙拐棗林間的濕度差異較為顯著(p=0.015)。沙塵暴天氣的濕度要小于晴天，濕度在0:00—2:00達(dá)到最大，之后降低，8:00—12:00之間濕度變化較為平穩(wěn)，隨著溫度的增高，12:00—16:00有一個緩慢的降低區(qū)，之后逐漸升高(圖3)。由于沙塵暴天氣氣流交換快，加之白晝太陽輻射弱，氣溫日較差小，因此白晝的濕度變化較小。大風(fēng)天氣中，楊樹林與沙拐棗林的濕度差異不顯著，流沙地與林帶內(nèi)的濕度差異顯著(p<0.01)。

圖3 不同下墊面的相對濕度

總體看來，防護(hù)林內(nèi)外濕度變化差異顯著，林內(nèi)濕度大于流沙地濕度，濕度的變化與溫度有著密切關(guān)系，溫度越高，濕度越小，溫度越低，濕度越大。不同天氣過程濕度大小和變化趨勢均有差異。上述變化特征的原因是流沙地土壤中的水分含量低，溫度高，風(fēng)力強(qiáng)勁，導(dǎo)致其空氣中水分來源少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，水分散失快，濕度低。防護(hù)林內(nèi)有適當(dāng)?shù)墓喔却胧┰黾悠渫寥赖臐穸?，地面可蒸發(fā)水量增加，植被的蒸騰也會增加林帶內(nèi)的一部分濕度，加之林帶內(nèi)空氣流動相對較弱，水分易于保持，濕度較高。

2.3.3 不同下墊面的太陽輻射強(qiáng)度 晴天無風(fēng)時，太陽輻射呈單峰曲線，輻射在中午14:00—16:00達(dá)到最大，之后一直降低，太陽落山到第2 d黎明，太陽輻射強(qiáng)度保持在接近0的一個值(圖4)。流沙地的太陽輻射最強(qiáng)，楊樹林的太陽輻射最弱，流沙地的太陽輻射強(qiáng)度顯著大于楊樹林(p=0.012)，與沙拐棗林間差異不顯著，楊樹林與沙拐棗林間的太陽輻射差異性顯著(p=0.049)。

沙塵暴天氣過程太陽輻射呈現(xiàn)雙峰曲線，12:00—13:00,15:00—16:00兩個時段達(dá)到兩個最大值，14:00左右有一個輻射最低值。楊樹林的太陽輻射量顯著小于流沙地和沙拐棗林(p<0.01)，沙拐棗林與流沙地間的太陽輻射量差異不顯著(p=0.063)(表2)。導(dǎo)致這種結(jié)果的原因是太陽輻射感應(yīng)器的高度安裝在距地表2.0 m處，高于沙拐棗林帶，因此沙拐棗林帶的輻射量約相當(dāng)于流沙地，楊樹林的高度超過輻射測度儀的高度，加之樹體本身會反射吸收部分的光值，使得光照強(qiáng)度減弱。整體看來，流沙地的太陽輻射最強(qiáng)，楊樹林最弱，沙塵暴天氣的最大太陽輻射量和輻射總量均小于晴天天氣。

圖4 不同下墊面的輻射強(qiáng)度

3 討 論

林網(wǎng)的防風(fēng)效益與單一林帶的防護(hù)效益有很大差異。馮瑞等[16]在風(fēng)洞中研究了純喬木防護(hù)林和喬冠配置防護(hù)林的流場特征，結(jié)果表明，純喬木防護(hù)林帶在冠層后部，流線密度急速下降，近地表形成一個湍流區(qū)，流線雜亂無章，極不穩(wěn)定，易發(fā)生風(fēng)蝕；喬冠混交配置的防護(hù)林在林帶上方和冠層后部均形成一個平穩(wěn)區(qū)，流線較為平坦，密度變化不大，表明喬冠混交的防護(hù)林可有效地抑制近地表的風(fēng)速，減弱風(fēng)蝕的程度。金文等[17]研究了有無搭配灌草喬木防護(hù)林的防風(fēng)效益，結(jié)果表明搭配了灌草的林帶由于增大了地面的粗糙度，從而增大氣流流動阻力，因而其防風(fēng)效能大于喬木林帶，且林帶后6H的沿流風(fēng)速垂直分量也比無草的林帶流場有所降低，表明了風(fēng)速對地表剪切能力的下降。周洪華等[3]研究了喬木、喬冠和喬灌草3種配置類型防護(hù)林的防風(fēng)效益，結(jié)果表明喬灌草配置的防護(hù)林對地表起到有效的防護(hù)效果，喬木防護(hù)林則在樹冠分布高度上的防風(fēng)效益明顯，在近地表的防護(hù)效益較差，防護(hù)林防護(hù)效益表現(xiàn)為喬灌草配置>喬灌配置>喬木配置，這為本文在研究區(qū)域防護(hù)林林網(wǎng)的配置提供了科學(xué)的理論依據(jù)。

防護(hù)林防風(fēng)效益的動力學(xué)基礎(chǔ)是由于植被增加了下墊面的粗糙度，在一定程度上削弱了近地面層空氣湍流交換作用的強(qiáng)度。迎風(fēng)面吹來的風(fēng)，一部分穿過林間空隙在低層受到林冠、枝葉和樹干的摩擦作用,在林內(nèi)產(chǎn)生許多小旋渦消耗能量，達(dá)到降低風(fēng)速的目的；另一部分被迫抬高在林冠上部分成兩股：一股繼續(xù)水平向前運(yùn)動，另一股在林后形成垂直大旋渦，分流作用使得風(fēng)能減小，達(dá)到降低風(fēng)速的作用[18]。羅萬銀等[19]將柵欄影響前后的二次流分為6個區(qū)域，分別為外流區(qū)、溢流區(qū)、尾流區(qū)、內(nèi)邊界層、反向渦和小渦旋區(qū)，每個區(qū)域均有不同的氣流運(yùn)動方式和速度梯度。反向渦和小渦旋區(qū)是障礙物前后重要的流場活動，反向渦導(dǎo)致障礙物后方的沉降堆積，小渦旋區(qū)則會導(dǎo)致障礙物根部的風(fēng)蝕，這兩個區(qū)均會在疏透度大于0.3時消失。內(nèi)邊界層作為防護(hù)林后方近地面層的一個主要層次，其主要表現(xiàn)特征為風(fēng)速降低，氣流運(yùn)動能量較小，對地表的剪切力下降，從而抑制了柵欄后方的地表沙粒的啟動及潛在傳輸方式。當(dāng)障礙物疏透度大于0.4時，其頂部上方會出現(xiàn)明顯的氣流加速區(qū)，繞過障礙物后氣流發(fā)生分離，形成強(qiáng)烈的尾流剪切層，此時垂直速度即擔(dān)負(fù)起上下層能量的傳遞及交換的任務(wù)。根據(jù)在垂直高度上的氣流的分區(qū)和運(yùn)動方式，越往上層防護(hù)林的防風(fēng)效能越小。本研究中沙拐棗林生長狀況好，枝條數(shù)多，呈緊密型灌木林，新疆楊帶間距較大，還沒有完全發(fā)育成材，林帶尚未郁閉，呈疏透性。氣流在到達(dá)緊密型的沙拐棗林時被急劇抬升，通過林帶氣流很小，風(fēng)速較小。楊樹林為疏透型，氣流在水平方向上受到的阻力較小，因此林帶內(nèi)部的風(fēng)速小于流沙地但大于沙拐棗林帶。因此喬木和灌木林帶配合的防風(fēng)效能更好。本研究還發(fā)現(xiàn)越往高層，防護(hù)林的防風(fēng)效能在減弱，一方面反映了疏透度的變化情況，另一方面由于風(fēng)速在遇到植物后，空氣被抬升從上部越過，因此其上部的風(fēng)速較大，防風(fēng)效能減弱。隨著風(fēng)速的增大，防護(hù)林的防風(fēng)效能也會減弱，原因之一是風(fēng)速的增強(qiáng)增大了林帶的疏透度，因而導(dǎo)致防風(fēng)效能減弱。另一方面由于植物對風(fēng)能的阻擋和削減有一定的限度，隨著風(fēng)能的增強(qiáng)，其防風(fēng)效能即會減弱。

當(dāng)風(fēng)速達(dá)到起沙風(fēng)速后，沙粒開始移動，沙粒的運(yùn)動方式主要分為蠕移、躍移和懸移3種。防護(hù)林帶減弱風(fēng)速使得風(fēng)的挾沙能力下降，沙粒在林前和林中大量沉積。防護(hù)林和阻沙柵欄的降沙原理類似，主要有3種原因： (1)障礙物設(shè)置后，改變了局部氣流場，導(dǎo)致一定范圍內(nèi)近地表風(fēng)速明顯降低，從而削弱了搬運(yùn)風(fēng)沙的能力； (2)障礙物本身對運(yùn)動沙粒的攔截作用； (3)由于障礙物設(shè)置地形與柵欄互作產(chǎn)生風(fēng)沙堆積[19]。金文等[17]研究表明搭配灌草防護(hù)林繞林流場渦量等級明顯低于未搭配灌草，在近地表層減弱等級更為明顯，因此搭配灌草的林帶模式對保護(hù)地表免受風(fēng)蝕的效果好。羅萬銀等[19]研究表明氣流在防護(hù)林前風(fēng)速抬升和加速，在越過林帶后速度迅速的下降，氣流在恢復(fù)過程中，通過垂直混合作用不斷地進(jìn)行能量交換，垂直速度為負(fù)值時，加速了沙粒的沉積，內(nèi)邊界層、反向渦都會導(dǎo)致沙粒的沉降。防護(hù)林的固阻沙效益是由于防護(hù)林對風(fēng)場的改變而引起沙粒的沉降和就地起沙量的減小，在本研究中具體表現(xiàn)為防護(hù)林網(wǎng)的輸沙量僅為流沙地輸沙量的15%。

防護(hù)林具有減小溫差、減弱林內(nèi)太陽輻射和增加濕度的作用。林內(nèi)的溫度、濕度和太陽輻射作用的關(guān)系明顯,氣溫與太陽輻射呈正相關(guān),即輻射越多溫度越高;濕度的大小與太陽輻射呈負(fù)相關(guān),相應(yīng)地濕度與氣溫也呈負(fù)相關(guān),并且林內(nèi)外溫濕度變化規(guī)律一致。輻射降低的情況下林內(nèi)外溫度降低、濕度增加,流沙地溫濕度變化要略微大于林內(nèi)。徐麗萍等[20]研究發(fā)現(xiàn)，喬木林的降溫作用大于灌木林大于草地，喬木混交林內(nèi)的空氣濕度大于灌木林大于草地大于曠野，表明溫度與濕度之間呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。防護(hù)林的存在對溫度、濕度、太陽輻射的影響與樹木的成長年齡、郁閉度及林帶帶寬等有密切關(guān)系，林帶面積大，郁閉度較高的林帶對小氣候的影響更為顯著。本研究中的林帶栽植2 a，還處在生長發(fā)育期，楊樹林帶的疏透度較大，其對溫度、濕度、光照強(qiáng)度的影響會隨著樹木的生長而愈加顯著。

4 結(jié) 論

(1)防護(hù)林帶的防風(fēng)效能。流動沙地上喬木林+灌木林的配置模式有著很好的防風(fēng)效能，防護(hù)林可以降低流沙地喬木高度以下的有效風(fēng)速，灌草的搭配有效防護(hù)了近地表層的風(fēng)沙活動，具有很好的防風(fēng)固沙效益。防護(hù)林防風(fēng)效能的主要規(guī)律有：在垂直高度上，防護(hù)林的防風(fēng)效能隨著植被灌層密度的減小而減小，在植被頂層，其防風(fēng)效能最小；風(fēng)速越大，風(fēng)能越強(qiáng)，防護(hù)林對風(fēng)能的削減率降低，防風(fēng)效能變差。

(2)植被對輸沙量的影響。防護(hù)林林網(wǎng)配置起到了很好的阻沙作用，林網(wǎng)對風(fēng)場的改變和風(fēng)速的削弱導(dǎo)致沙粒的沉降和起沙量的減少，林網(wǎng)防護(hù)下的沙通量僅為流沙地的15%左右。

(3)防護(hù)林內(nèi)外日照強(qiáng)度、氣溫和濕度有顯著的差異。晴天氣溫度在7：00左右達(dá)到一天中的最低值，中午14:00溫度最高，流沙地的氣溫夜間要顯著高于楊樹林和沙拐棗林地；沙塵暴天氣有一樣的趨勢，但是晝夜溫差較小?？諝鉂穸仍?:00—5:00達(dá)到最大，次日中午13:00—15:00濕度最低，防護(hù)林內(nèi)外濕度變化差異顯著，林內(nèi)濕度大于流沙地濕度。防護(hù)林可以減弱日照強(qiáng)度、降低溫度、增加空氣濕度，對區(qū)域小氣候起到顯著的改善作用。

在極端干旱的荒漠區(qū)，要擴(kuò)大綠洲的面積，必須保證新開墾地免受風(fēng)沙災(zāi)害的侵襲，本文通過對流沙地上防護(hù)林防護(hù)效益的研究，表明在流沙地種植喬灌草結(jié)合的防護(hù)林有著較好的降風(fēng)減沙作用，并且防護(hù)林對于林內(nèi)的太陽輻射強(qiáng)度、溫濕度有著明顯的改良作用，為更加有效地利用荒漠土地提供了可靠的依據(jù)和保障。本文對流沙地的防護(hù)林防護(hù)效益的研究，具有環(huán)境特殊性，但由于林帶配置的體系結(jié)構(gòu)，本文未能對每一種防護(hù)林帶的防風(fēng)減沙效益進(jìn)行研究，有待在以后的試驗中進(jìn)行深入研究。

[參考文獻(xiàn)]

[1]朱廷曜，關(guān)德新．農(nóng)田防護(hù)林生態(tài)工程學(xué)[M]．北京：中國林業(yè)出版社，2001.

[2]Huth N I， Carberry P S， Poulton P L， et al．A framework for simulating agroforestry options for the low rainfall areas of Australia using APSIM[J]．Eur. J. Agron.， 2003，18(1/2)：171-185．

[3]周洪華，李衛(wèi)紅，冷超，等．綠洲—荒漠過渡帶典型防護(hù)林體系環(huán)境效益及其生態(tài)功能[J].干旱區(qū)地理，2012，35(1):82-90．

[4]范玉潔，張紅霞，劉靜．河套灌區(qū)兩種營林方式防護(hù)林的防風(fēng)效益研究[J]．水土保持通報，2009，29(6)：182-184．

[5]代力民，王憲禮，王金錫．三北防護(hù)林生態(tài)效益評價要素分析[J]．世界林業(yè)研究，2000，13(2)：47-51．

[6]Zhao Wenzhi， Hu Guanglu， Zhang Zhihui， et al． Shielding effect of oasis-protection systems composed of various forms of windbreak on sand fixation in an arid region： A case study in the Hexi Corridor， Northwest China [J]．Ecological Engineering， 2008，33(2):119-125．

[7]Hall D J M， Sudmeyer R A， McLernon C K， et al． Characterisation of a windbreak system on the south coast of western Austrilia(3):Soil water and hydrology [J]．Australian Journal of Experimental Agriculture， 2002，42(6)：729-738．

[8]Lei Jiaqiang， Li Shengyu， Jin Zhengzhong， et al. Comprehensive eco-environmental effects of the shelter-forest ecological engineering along the Tarim Desert Highway[J]．China Science Bulletin， 2008，53(2)：190-202．

[9]鄭粉莉．子午嶺林區(qū)植被破壞與恢復(fù)對土壤演變的影響[J]．水土保持通報，1996，16(5)：41-44．

[10]李永寧，張兵蘭，秦淑英，等．郁閉度及其測定方法研究與應(yīng)用[J]．世界林業(yè)研究，2008：21(1)：40-46．

[11]Wang Hao， Takle E S．A numerical simulation of boundary-layer flows near shelterbelts [J]．Boundary-Layer Meteorology， 1995，75(1/2)：141-173．

[12]Frank C，Ruck B． Double-arranged mound-mounted shelterbelts： Influence of porosity on wind reduction between the shelters [J]．Environmental Fluid Mechanics， 2005，5(3)：267-292．

[13]俞學(xué)曾，區(qū)柏森，沈曉東．防護(hù)林防沙效應(yīng)風(fēng)洞模擬試驗[J]．氣動實驗與測量控制，1991，5(4)：46-52．

[14]張彩霞，王訓(xùn)明，滿多清，等．層次分析法在民勤綠洲農(nóng)田防護(hù)林生態(tài)效益評價中的應(yīng)用[J]．中國沙漠，2010，30(3)：602-607．

[15]Zhang H， Brandle J R， Meyer G E， et al． The relationship between open windspeed reduction in shelter[J]．Agroforestry Systems， 1995，32(3)：297-311．

[16]馮瑞，吳發(fā)啟，雷金銀．利用PIV系統(tǒng)對防護(hù)林不同配置模式防護(hù)效益的研究[J].水土保持通報，2007，27(2)：5-9．

[17]金文，王元，張瑋．防護(hù)林搭配灌草條件下的PIV實驗研究[J].中國沙漠，2003，25(5)：600-603．

[18]王元，金文，張鴻雁，等．不同類型防護(hù)林繞林流場的PIV測量[J].空氣動力學(xué)學(xué)報，2004，22(2)：135-140．

[19]羅萬銀，董治寶，錢廣強(qiáng)，等．直立阻沙柵欄流場特征的風(fēng)洞模擬實驗[J].中國沙漠，2009，29(2)：200-205．

[20]徐麗萍，楊改河，姜艷，等．黃土高原人工植被小氣候生態(tài)效應(yīng)研究[J]．水土保持學(xué)報，2008，22(1)：163-167．