基于数学期望的风向和风速对农田防护林网防风效能的影响

为研究农田防护林网在全年的时间尺度上对不同方向有害风的综合防护效能,在野外实地观测不同风向(与主林带夹角分别为90.0°,67.5°,45.0°,22.5°和0°)和风速(5.2和7.3m/s)条件下的林网内防风效能,根据各风向有害风发生频率计算数学期望值,利用克里金(Kriging)插值法进行模拟,并用地统计学的方法分析防护林网的空间自相关性.结果表明:防护林对不同风向的风均有较强的防护作用,随着风向与主林带夹角的减小,平均风速呈现出增大的趋势,防风效能分别达到69.5%,66.2%,60.4%,59.8%和50.1%;不同风速条件下防风效能均达到50%以上,低风速和高风速时平均有效防护面积分别为90.1%和44.0%;不同风速条件下林网内空间变异系数分别与指数模型和高斯模型相拟合,林带内风速块金值较低,变程较大,具有强烈的空间自相关性和样本区间的合理性.     

乌兰布和沙漠不同结构防护林带的防风效能

为对乌兰布和沙漠地区防护林建设提供理论依据,对乌兰布和沙漠几种典型结构和配置的防护林带进行风速观测,结果表明:其防风效益与林带高度、结构、疏透度等因子有关,稀疏型林带防风效果最佳,平均为41.37%,疏透型次之,为29.58%,通风型防风效果最差,为23.92%。林带防风效能较好的疏透度为40%~50%,随着林带总平均疏透度的增加,防风效能显著降低。分层疏透度不同也直接影响防风效果,因此,林带结构应以稀疏型为主,林带总平均疏透度控制在30%~50%,分层疏透度应控制在林冠层30%~50%,林干层50%。     

乌兰布和沙漠不同结构防护林带防风效能

 为对乌兰布和沙漠地区防护林建设提供理论依据,对乌兰布和沙漠几种典型结构和配置的防护林带进行风速观测,结果表明：其防风效益与林带高度、结构、疏透度等因子有关,稀疏型林带防风效果最佳,平均为41.37%,疏透型次之,为29.58%,通风型防风效果最差,为23.92%。林带防风效能较好的疏透度为40%~50%,随着林带总平均疏透度的增加,防风效能显著降低。分层疏透度不同也直接影响防风效果,因此,林带结构应以稀疏型为主,林带总平均疏透度控制在30%~50%,分层疏透度应控制在林冠层30%~50%,林干层50%。     

毛乌素沙地牧草防护林小气候效应的研究

采用自动气象观测系统于2004年4—8月对内蒙古毛乌素沙地新疆杨牧草防护林内风速(V)、净辐射(Rn)、空气温度(Ta)及相对湿度(RH)等小气候要素进行多点连续观测和分析,以期为毛乌素沙地牧草防护林的构建提供一些理论依据.研究结果表明,随着测点与林带距离的增加,防护林内风速和空气温度呈现"倒抛物线"型变化趋势,净辐射和空气相对湿度呈现"抛物线"型变化趋势.与旷野相比,防护林内平均风速降低了12.19%,且越是大风天气,林带的防风效应越明显,净辐射减少了28.25%,空气温度增加了4%,空气湿度增加了7.81%.     

农田防护林带组合方式对近地面风速作用特征的影响

为了揭示农田防护林带组合方式对近地面风速的影响,通过实地空间多点观测,研究防护区风速分布特征。研究结果表明,对于垂直相交林带而言,根据林带对风速影响程度的差异可分为主林带和副林带,在主林带附近弱风区位于0～150m范围内,风速值主要在6.38～7.56m/s之间变化,而距主林带200～280m处风速值在8.06～9.23m/s之间。在副林带附近风速值相对比主林带附近高,风速降低较之主林带附近区域弱,说明该林带对这种风流特征的影响程度弱于主林带。在林网内,形成了一个全面的防护区,风速值小于旷野风速值,只在林缘附近1H范围内风速值接近旷野值11.0m/s,在林网中心区有一个风速低峰区,林网内风速最低值出现在林缘附近4～8H区域内,可见网状配置林带防护效果最佳。     

不同生长发育阶段木麻黄农田防护林的防风效应

为了探讨农田防护林的防风效果,2006年11月对东山岛单条木麻黄农田防护林带和两条林带内外区域的风速进行了测定.结果表明:农田防护林内外风速呈抛物线状变化,最小值出现在单条林带后10h处,两条林带后15h处,距离后移了5h,而且风速值在逐渐降低.空间表面图为波浪状曲面,等值线分布比较均一.弯曲不大,中间出现一些小的闭合区域.     

林带结构对木麻黄海岸防护林的防风效能影响

为了探讨林带结构和空间层次对防护效能的影响,从2006年11月到2007年3月在东山岛对不同林带结构和空间层次的海岸木麻黄防护林进行了调查.结果表明:疏透结构的林带防风效能明显地优于通风结构和紧密结构;木麻黄与湿地松、厚荚相思组成的复层林比木麻黄单层林的防护效能提高了3.3%.     

广西海岸防护体系中防护林的作用与树种选择

列举1986年7月21日至22日九号台风在广西沿海登陆造成的危害情况，提出，广西海岸带防护林建设从海岸滩涂向陆地伸延，应遵循海滩红树林带→海岸陆缘半红树林带→岸后季节性雨林带的带状分布规律，陆缘海岸和人工海堤的防护林应是低矮的海滩红树林和半红树林，陆域上的防风和水土保持林或固沙林是季节性雨林，宜选用当地的季节性雨林的建群种和伴生种，营造混交林，并保持林下活地被物层，形成多层结构，且与用材林分开单独经营。     

福建东山木麻黄农田防护林的小气候效应

2006年11月在东山岛用WHM5型温度湿度表调查了木麻黄农田防护林外各测点的温度和湿度,对木麻黄农田防护林的生态效应进行了初步的定位研究.结果表明:林带后1～10H范围内,1.5m高处的气温平均比对照点低1.68℃,0.5m处平均比对照点低0.84℃.林带可以明显地提高一定范围内的空气湿度,林网内空气湿度平均比对照点高6.6%,空气湿度最大值出现在林网内3H～5H处.     

植株形态对单植株前后风速变化影响的风洞实验

为了评估不同植株形态对单植株防风能力的差异，本文在风洞中测量了5种不同形态的单植株模型（细长柔性植株、上大下小状柔性植株、2种树状刚性植株和刚性圆木棒）在3种来流风速下，植株前后风速的变化. 结果表明:来流风速对柔性植株下风向相对风速恢复曲线有显著影响，而对刚性植株模型的影响很小； 植株的1/2高度处树状刚性植株的平均防风效应和防护距离一般大于柔性植株；植株迎风面宽度随高度的变化是影响不同高度处风速衰减程度的一个重要因素.      

小型绿化带对城市建筑物周围风场影响的数值模拟

在城市街谷模式的基础上引入叶面指数,对小型林带的防风效应进行模拟、检验,通过实验结果与野外观测值的比较,证明此模式能较为合理的模拟防护林的动力遮蔽效应;将此模式应用于小型绿化带对高大建筑物周围风环境的影响的数值模拟,数值实验证明在城市冠层内,城市小型绿化带对高大建筑物周围行人高度的风场环境影响显著,设置合理的小型绿化带对城市高大建筑物附近风场有良好的改善效果。模拟实验中可见,在3m/s的入流风速下,建筑物侧面的角隅流达5m/s,设置合理的绿化带可使之降低到3.5m/s。     

不同配置农田防护林对土壤物理性质的影响

在乌兰布和沙漠的东北缘选取了8种配置结构的农田防护林影响下的农田土壤作为实验样地,通过实测土壤的容重、孔隙度、水分以及温度等土壤物理性质,分析研究了8种防护林对农田土壤的影响.结果表明:4行配置的农田防护林1行榆树+2行旱柳+1行榆树和1行榆树+2行新疆杨+1行榆树对农田土壤的容重、总孔隙度以及水分含量都有较为明显的改善,对应的各指标数值别分为1.30 g/cm3和1.33 g/cm3、51.0%和49.7%、17.6%和32.5%;8行的4行小美旱杨+4行旱柳配置对农田土壤的改良作用不明显.     

小型绿化带对城市建筑物周围风场影响的数值模拟

在城市街谷模式的基础上引入叶面指数,对小型林带的防风效应进行模拟、检验,通过实验结果与野外观测值的比较, 证明此模式能较为合理的模拟防护林的动力遮蔽效应;将此模式应用于小型绿化带对高大建筑物周围风环境的影响的数值模拟,数值实验证明在城市冠层内,城市小型绿化带对高大建筑物周围行人高度的风场环境影响显著,设置合理的小型绿化带对城市高大建筑物附近风场有良好的改善效果。模拟实验中可见,在3m/s的入流风速下,建筑物侧面的角隅流达5m/s,设置合理的绿化带可使之降低到3.5m/s。     

沿海木麻黄防护林不同配置模式的防护效应

为探讨配置模式对海岸防护林防护效应的影响,从2006年11月到2007年3月在东山岛用野外调查的方法对海岸木麻黄防护林的防护效应进行了研究.结果表明:木麻黄×厚荚相思混交林(1∶4)的防护效应＞厚荚相思×湿地松、刚果桉×湿地松＞厚荚相思×湿地松(3∶1);木麻黄林防护效应随林分密度和郁闭度增大而增大,密度为2205株/m2的林分比3375株/m2的林分提高2.4%,比875株/m2的林分增大15.7%.     

不同混交模式防护林中湿地松的光合特性

在福建东山赤山防护林场对不同模式混交林中湿地松的光合特性进行野外测定,结果表明湿地松的CO2补偿点为163 μmol/mol,羧化效率为0.0171,暗呼吸速率为0.28μmol/(m2@s),光补偿点为40 μmol/(m2@s),光饱和点为1 100μmol/(m2@s);湿地松林冠下层和林冠上层的净光合作用日变化均呈双峰曲线,且林冠上层叶在光合作用过程中起着主要的作用.在营造湿地松-木麻黄的带状混交林时,为了提高湿地松的光合效能,湿地松带的行数应不少于3～4行;对稀疏木麻黄林带下套种湿地松光合效能的研究表明,在郁闭度小于0.28的稀疏林带下套种湿地松,可作为老林带更新的一种方式.     

花粉直感效应对油茶种实特征的影响

为了解油茶花粉直感效应对油茶种实特征的影响,以油茶主栽品种‘长林3号'和‘长林4号'为母本,‘长林166号'、‘长林53号'和‘长林18号'为父本进行人工授粉,对不同授粉处理的当代杂交种实特征以及油脂脂肪酸组分进行评价。结果表明:‘长林3号'和‘长林4号'两个母本品种在果实果形指数、鲜出籽率、单籽粒质量、种仁含油率及脂肪酸组分特征方面差异显著; 花粉直感效应对座果率、果质量、鲜出籽率、单籽粒质量和含油率影响显著,而果形指数和种子油脂主要脂肪酸组分则没有表现出明显的花粉直感效应; 果实性状座果率、果质量和鲜出籽率的相对花粉直感效应值(RX值)分别在-10.00%～81.14%、-46.15%～38.60%和-8.31%～19.29%之间变化,种子性状单籽粒质量和含油率的RX值分别在-24.63%～22.69%和0.30%～11.17%间变化,说明通过杂交授粉能提高种子含油率。可见,花粉直感效应对油茶果质量、单籽粒质量、鲜出籽率的影响并不都是向着优于亲本的方向转化,其效果受亲本因素的影响较大; 杂交座果率是油茶品种配置栽培中首先需要考虑的问题,该研究中‘长林3号'的适宜配置授粉品种为‘长林53号'和‘长林18号',‘长林4号'的适宜配置授粉品种为‘长林53号'和‘长林166号'。     

林网地区动量、感热和潜热通量的观测研究

本文根据北京大学地球物理系和中国科学院沈阳生态研究所,1989年5月在吉林省乾安县防风林带区农田中进行的大气边界层及微气象观测得风、温、湿、气压及热量平衡等资料,利用近地面层相似理论的通量廓线关系和能量平衡方程,导出的波文比方法、空气动力学方法、能量平衡方法以及廓线梯度法,计算了林网内上下层的动量通量、感热通量和潜热通量。结果表明:(1)2—4m处动量通量一般小于0.5kgm~(-1)s~(-2),14—16m处一般小于3.0kgm~(-1)s~(-2),并且波动较大;(2)感热通量有较强的日变化规律,并且2—4m处的值大于14—16m处的值,(3)潜热通量在2—4m处小于1—16m的值,在中午前后2—4m并出现负的值;(4)空气动力学方法、能量平衡方法与波文比方法计算结果比较吻合,而梯度法应用于2—4m处的计算结果偏小,因此,梯度法不适用于防护林树冠下层通量的计算。     

三峡库区马尾松次生林林分结构特征分析

【目的】马尾松林是三峡库区重要的防护林类型之一,了解林分空间结构特征是实现森林可持续经营的重要途径。笔者从垂直结构上分析三峡库区马尾松林分结构特征,为进一步研究林分演替、制定合理的防护林经营措施提供依据。【方法】以湖北省秭归县九岭头林场马尾松林为研究对象,选取大小分别为50 m×60 m、50 m×60 m和50 m×50 m的3块样地,基于样地调查,考虑不同高度林木冠层光合作用的生态学特性,采用树冠光竞争高度法将林分划分为上林层、中林层和下林层,并在此基础上分析各林层径级分布、树种组成及空间结构等特征。【结果】①3样地平均胸径随着垂直层次的升高而增大,下林层、中林层、上林层的平均胸径变幅分别为7.34～8.95 cm、14.42～18.15 cm和24.48～26.06 cm。不同林层间蓄积量存在极显著差异,上林层占整个林分蓄积量的比例最高,为63.06%～76.78%,而下林层蓄积量占比仅为4.32%～7.10%。②随着垂直层次的上升,林木径级分布变广,林分密度变小,上林层径级主要分布在22和30 cm径级,呈不规则多峰曲线,中林层径级主要分布在10、18和22 cm径级,主要呈左偏峰分布,下林层径级呈倒“J”形分布,即随着径级的增大,林分密度急剧减小; ③下林层的树种主要以本土阔叶树种为主,代表了整个林分的树种组成。随着林层的上升,树种数总体呈减小趋势。马尾松是上林层的优势树种,其数量占比为69.72%～94.62%,但随着垂直层次的下降,其比例大幅减少,表明在马尾松林演替进程中,林下更新环境较好,有利于本土阔叶树种的生长; ④角尺度在不同林层间未表现出明显的变化规律,林分整体呈聚集分布或随机分布,而大小比数、混交度及林木竞争指数随着林层的降低而增大,表明随着林层的降低,林木大小分化程度越明显,树种隔离程度越高,同时林木个体间的竞争也越激烈; ⑤各林层林木角尺度分布频率总体呈正态分布,角尺度为0.5的林木占比为46.03%～63.33%,说明林分中处于随机分布的林木占多数,但下林层中林木主要呈聚集性分布。上林层处于优势状态的林木比例最大,中林层处于亚优势或优势的林木多于较劣势或劣势的林木,而下林层处于较劣势或劣势的林木比例最大。下林层处于强度混交和极强度混交的比例远大于处于零度和弱度混交的,且竞争指数在下林层达到最大,表明下林层林木个体受到来自其他树种的竞争压力较大,而林木所承受的竞争力越大,越不利于其蓄积量的积累。【结论】未来该地区马尾松次生林有可能演替成为针阔比例相当或以阔叶树为主、针叶树为辅的针阔混交林; 该地区马尾松林应以中林层和下林层为主要调控层次; 以较易获取的参数为基础,构建能够准确选出备伐木的模型是今后值得关注的问题。     

沙质海岸木麻黄与湿地松混交配置造林效果及其种间关系分析

在海岸带采用不同混交方式建立的木麻黄与湿地松试验林,结果表明:行间混交方式中的湿地松呈被木麻黄挤压状态,有19.36%的植株因得不到正常光照而枯死.插花混交中的湿地松有8.95%的植株枯死:而块状混交中湿地松仅有3.92%的植株死亡.建立木麻黄与湿地松混交林,应采用块状混交配置较佳.林分蓄积量可达161.761m3/hm2,仅次于木麻黄纯林.试验观测表明,5种林分由于营建的地点为沿海基干林带之后,常年的风速危害小,不构成经济损失:每年在台风袭击中,平均仅2%～4%的木麻黄植株断梢;而湿地松纯林中每次台风发生后,仅有6%的植株的侧枝被风折.因此,沿海沙地发展湿地松用材林是有潜力的.     

大风区高速铁路新型防风设施研究

兰新(甘肃兰州—新疆乌鲁木齐)第二双线是世界上1条已建成的最长高速铁路,也是世界首条穿越大风区的高速铁路,线路穿越大风区最大瞬时风速达64 m/s,严重威胁列车运行安全,针对既有防风设施(主要为挡风墙)难以满足大风条件下防止列车倾覆、保护受电弓和接触网安全及防沙等要求,提出一种新型防风设施即防风走廊,并通过数值计算、风洞试验、动模型试验等方法进行系统研究。研究结果表明:在防风走廊的防护下,动车组的倾覆力矩是无防风设施时的1%~2%,是有挡风墙时的4%左右;接触网处的风速度仅为环境风速的6%左右;半封闭防风走廊开口处的最大速度仅为6.08 m/s;而走廊内部和动车组表面的压力变化表明半封闭走廊更具优势,不会附带产生隧道空气动力效应等不利影响。这说明防风走廊既能实现对列车和接触网综合防护,兼具防沙功能,同时也不会产生隧道空气动力效应等不利影响,作为一种新型高等级铁路防风设施具有应用推广价值。