基于流場分析的南疆農(nóng)田防護林體系優(yōu)化配置研究.pdf

1、南疆地處天山南部，平均降水稀少，氣候干旱，是生態(tài)環(huán)境極端脆弱的地區(qū)。尤其是南疆地區(qū)風(fēng)沙危害對南疆人民生產(chǎn)生活和經(jīng)濟發(fā)展、政治穩(wěn)定等方面均產(chǎn)生巨大影響。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是南疆地區(qū)主要的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)支撐，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)就成了重中之重。在風(fēng)害、沙害頻頻襲擾的南疆生態(tài)環(huán)境下，農(nóng)田防護林的建設(shè)不僅關(guān)系到當(dāng)?shù)剞r(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)價值息息相關(guān)，更是對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境改善有著不可忽略的關(guān)鍵意義。
　　以往的林帶研究都關(guān)注在單林帶的防護效益，包括林帶結(jié)構(gòu)(種植

2、方式、樹種搭配、行間距、株間距)、林帶方向、樹高、枝下高、冠幅等，但是在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，農(nóng)作物的防護效益以及防護林體系的整體效益是被經(jīng)常忽略的問題。此外，在當(dāng)前精準(zhǔn)化農(nóng)業(yè)的提倡下，如何定量分析農(nóng)田的生產(chǎn)價值，優(yōu)化單位土地生產(chǎn)力也成了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中迫切的要求。
　　針對以上存在的問題，本研究在野外農(nóng)田與林帶風(fēng)速調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合室內(nèi)風(fēng)洞試驗，運用流場分析的方法研究防護林體系的流場特征，并在此基礎(chǔ)上通過多元擬合尋找最佳的基干林、田間林帶的

3、配置模式；再引入水文水利中防護保證率的概念，通過建模分析，尋找最佳單位土地生產(chǎn)力的林帶間距。研究主要結(jié)論如下：
　　1)通過對研究5種典型林帶前后的防護效益測算，發(fā)現(xiàn)疏透度0.34的林帶在防護效益上具有最大的防護效益，并且能使產(chǎn)生最大的風(fēng)速縮減。從單林帶的研究來看，防護效益的最佳不是讓風(fēng)速所見到100％，而是林帶存在一個最佳的疏透度，能使防護效益的效率最高。研究表明，疏透度為0.34的林帶為最佳疏透度林帶，具有最佳的防護效益和最佳

4、的風(fēng)速縮減。
　　2)本研究表明，有棗樹林帶防風(fēng)效應(yīng)在20H距離時仍保持85%以上，則考慮進一步優(yōu)化防護林配置，設(shè)置更寬的林帶間距，減少林帶占地，增加作物面積及經(jīng)濟效益。以目前研究區(qū)防護林的林帶間距為10H，每500m農(nóng)田間有3條2行林帶，行距為1.8m，考慮為林帶間距為20H時，即可減少3條林帶，且有棗樹林帶風(fēng)速為2m/s，遠低于棗樹受風(fēng)害閾值風(fēng)速6.9m/s，則可以增加棗樹種植面積0.54%(2700m2)，以每畝2萬元經(jīng)濟效

5、應(yīng)，南疆700萬畝棗樹每年可增加經(jīng)濟效益7.56億元。因此，充分考慮棗樹作物對防護林防風(fēng)效應(yīng)的影響，合理配置防護林，可減少防護林占地，增加作物種植面積，提高經(jīng)濟效應(yīng)。
　　3)通過對風(fēng)洞試驗結(jié)果的流場可視化分析發(fā)現(xiàn)，防護林體系(多林帶的協(xié)同作用)比較單林帶的防護效益能夠提供更大的防護范圍；通過流場的數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)根據(jù)調(diào)查實際和生產(chǎn)需要，我們建議當(dāng)?shù)貐^(qū)風(fēng)速在9.8m/s時，設(shè)置為基干林為14行，田間林帶為6行，林帶間距為20H和10H

6、;當(dāng)?shù)貐^(qū)風(fēng)速較小為8.6m/s時，設(shè)置為基干林為14行，田間林帶為6行，林帶間距為13H和13H。
　　4)農(nóng)田防護林林帶間距的確定要結(jié)合防護對象的生物學(xué)特性。運用防護保證率方法，在分析農(nóng)田防護林所在區(qū)域風(fēng)害特征的基礎(chǔ)上，權(quán)衡分析農(nóng)田防護林防護效益和單位農(nóng)田產(chǎn)值。結(jié)果說明存在一個最優(yōu)的防護保證率，使得防護林間距和經(jīng)濟價值最優(yōu)，以南疆棗樹研究區(qū)(224團)，以農(nóng)田生產(chǎn)力為目標(biāo)，防護林的防護保證率在95%時，即防護距離為132.1m時