吳天忠, 管文軻,海妮肯·山臺,張和鈺,朱玉偉

(1.新疆林業(yè)科學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆塔里木河流域胡楊林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，新疆 烏魯木齊 830000；3.中國林業(yè)科學(xué)研究院，北京 100000)

營造農(nóng)田防護(hù)林是人工控制生態(tài)環(huán)境的重要手段，是平原農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。其本身就形成一種特殊的人工林生態(tài)系統(tǒng)，使原來單純以農(nóng)作物為主體的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)變成農(nóng)林共存的生態(tài)系統(tǒng)，從而改善農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和穩(wěn)定性。從生態(tài)的角度來看，營造農(nóng)田防護(hù)林不僅防治自然災(zāi)害，而且能在生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會等方面發(fā)揮綜合效應(yīng)，以多林種、多樹種，網(wǎng)、片、帶等多種配置形成的農(nóng)田防護(hù)林體系已成為改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的新趨勢[1，2]。

1 農(nóng)田防護(hù)林設(shè)計原則

1.1 因地制宜，因害設(shè)防

新疆南北疆幅員遼闊，氣候、土壤、植被、水文、地質(zhì)等自然條件復(fù)雜，各地區(qū)的災(zāi)害性質(zhì)和程度各不相同。同時各地的農(nóng)業(yè)開發(fā)歷史和習(xí)慣、農(nóng)作物種類品種及農(nóng)村社會經(jīng)濟(jì)狀況也各不相同。因此在農(nóng)田防護(hù)林規(guī)劃設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)各地的自然條件和社會經(jīng)濟(jì)狀況，以及建設(shè)農(nóng)田防護(hù)林的目的及具體需要有所側(cè)重，而不能生搬硬套一個模式，這就是所謂的因地制宜，因害設(shè)防的原則。

1.2 全面規(guī)劃，綜合治理

實現(xiàn)平原地區(qū)的林網(wǎng)化是農(nóng)田基本建設(shè)的主要內(nèi)容。新規(guī)劃區(qū)域建設(shè)初期就需要田、水、林、路、電統(tǒng)一規(guī)劃。合理布局和配置，力求少占耕地，做到林隨渠走，林隨堤走，旱、澇、風(fēng)沙、鹽堿綜合治理，農(nóng)林牧全面考慮，做出切實可行的科學(xué)規(guī)劃，建成一個農(nóng)、林、牧相結(jié)合的完善合理的人工農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，使這個系統(tǒng)應(yīng)具備最大的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益[3]。

1.3 經(jīng)濟(jì)收益長短結(jié)合，以短養(yǎng)長

防護(hù)林建設(shè)一次性投資較大，而樹木生長周期較長，幾年、十幾年才能發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。林帶對農(nóng)作物的防護(hù)作用和增產(chǎn)效益也需要較長時間才能發(fā)揮出來。而林帶的脅地作用也容易被人們關(guān)注[4]，由此而產(chǎn)生了對防護(hù)林帶建設(shè)的偏見。因此宣傳和普及林網(wǎng)化科學(xué)技術(shù)的同時，設(shè)計林帶時，必須考慮長期利益和短期利益相結(jié)合。

盡量選擇速生高大喬木作為主要樹種，采用大苗栽植，盡早發(fā)揮林帶防護(hù)效應(yīng)，做到短期增產(chǎn)增效并減小林帶脅地的影響。在保證林帶作用的前提下選擇和引種生態(tài)經(jīng)濟(jì)兼用樹種，促進(jìn)加工、養(yǎng)殖等多種經(jīng)營，做到近期見效益，盡早收回投資，以短養(yǎng)長，要體現(xiàn)防護(hù)林既是農(nóng)田的保衛(wèi)者，也是生產(chǎn)者，具有經(jīng)濟(jì)效益。

1.4 建設(shè)平原地區(qū)防護(hù)林體系

我國開展的“三北”工程基本上包括了我國北方平原農(nóng)田防護(hù)林體系建設(shè)的全部，新疆也占有很大的一部分，這將形成廣闊區(qū)域內(nèi)的人工控制的森林生態(tài)系統(tǒng)，有效地抵御風(fēng)、沙、水、澇等自然災(zāi)害，創(chuàng)造良好的生長環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，確保農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。因此農(nóng)田防護(hù)林設(shè)計規(guī)劃應(yīng)以農(nóng)田林網(wǎng)為主，與護(hù)田林帶、護(hù)路林帶、護(hù)渠林帶、四旁綠化及果園等互相組成網(wǎng)格。形成布局合理，配置有序，層層設(shè)防的平原地區(qū)防護(hù)林體系。

2 林帶、林網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計主要參數(shù)的確定

林帶、林網(wǎng)的防護(hù)效果，主要取決于它的結(jié)構(gòu)和位置。因此在規(guī)劃設(shè)計農(nóng)田林網(wǎng)時，需要確定林帶結(jié)構(gòu)和配置的主要參數(shù)，包括：林帶走向，林帶間距，林帶高度，寬度，林帶結(jié)構(gòu)類型，疏透度和透風(fēng)系數(shù)等。

2.1 林帶走向

林帶走向是指林帶配置的方向，一般當(dāng)林帶和主要風(fēng)向垂直時防護(hù)效果最大。因此確定林帶走向時，先了解本地區(qū)風(fēng)害情況和主害風(fēng)方向，根據(jù)氣象站觀測的風(fēng)向和風(fēng)速的資料，繪制風(fēng)向頻率分布圖，找出主害風(fēng)方向，以便確定合理的林帶走向。

2.2 林帶走向間距的確定

如條件允許，主林帶的走向最好垂直于主害風(fēng)的方向，才能最大限度地發(fā)揮林帶阻截害風(fēng)的作用。副林帶與主害風(fēng)風(fēng)向平行而垂直于主林帶，起輔助作用。

當(dāng)害風(fēng)方向頻率很大，即害風(fēng)方向較集中，其他方向的害風(fēng)均很小，危害不大，副林帶作用較小，副林帶間距可大些；主害風(fēng)風(fēng)向和頻率均較大時，主林帶與副林帶所起的作用同等重要，林帶可設(shè)計成正方形；主害風(fēng)風(fēng)向頻率較大而不太集中時，主林帶方向可以垂直于兩個頻率較大的主害風(fēng)方向的平均方向，副林帶間距可較大或可不設(shè)；主害風(fēng)與次害風(fēng)的風(fēng)向頻率較小，害風(fēng)方向不集中時，主林帶與副林帶幾乎同等重要，此地可設(shè)計正方形林網(wǎng)，林帶走向可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。

2.2.1 主林帶與主害風(fēng)風(fēng)向的交角與偏角 在風(fēng)沙危害不嚴(yán)重的地區(qū)，營造農(nóng)田防護(hù)林主要是改善農(nóng)田小氣候，同時為當(dāng)?shù)靥峁┠静?、條材及林副產(chǎn)品，林帶走向的確定不能單純局限在與主害風(fēng)向垂直這一點上，允許有一定的偏角。隨著林帶交角的減小(或偏角的增大)，林帶的防風(fēng)效能逐漸降低，林帶走向有30°偏角時對林帶的防風(fēng)效果影響不大，可在偏角范圍內(nèi)變化林帶走向。當(dāng)林帶偏角大到45°時，防護(hù)效果才明顯降低，但實現(xiàn)農(nóng)田林網(wǎng)化以后，可以降低來自任何方向的害風(fēng)，不必強(qiáng)調(diào)林帶與主害風(fēng)風(fēng)向垂直。

2.2.2 林帶間距的確定 林帶間距是很重要的參數(shù)，包括主林帶間距、副林帶間距。主副林帶間距決定網(wǎng)格的大小，也決定林帶的防護(hù)效果，直接影響到渠系、道路、機(jī)耕等工序的順利進(jìn)行。

在設(shè)計林帶時，必須根據(jù)林帶結(jié)構(gòu)性能和自然災(zāi)害情況，結(jié)合渠系、道路、耕作等全面考慮。除某些特殊條件的限制(如水渠、道路、地形地物)外，一般主林帶間距應(yīng)等于有效防護(hù)距離(即風(fēng)速減弱到有害值以下的距離)[5]。

當(dāng)疏透度、透風(fēng)系數(shù)、林帶寬度、走向、斷面形狀等林帶本身結(jié)構(gòu)有關(guān)的因子在設(shè)計中采用最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)時，林帶防護(hù)距離由下列因子決定：害風(fēng)季節(jié)的最大平均風(fēng)速值(氣象站提供)；林帶高度，即林帶中主要樹種的成齡高度，此高度作為林帶設(shè)計高度的標(biāo)準(zhǔn)，主林帶的防護(hù)距離可達(dá)20～25 H，設(shè)計時可參照這個距離；林網(wǎng)中的農(nóng)作物不致造成災(zāi)害時的最大風(fēng)速，也是最大允許風(fēng)速。當(dāng)然這個害風(fēng)風(fēng)速的臨界值的大小取決于農(nóng)作物的抗風(fēng)能力及土壤條件。對果園能夠引起落花落果的風(fēng)速即為有害風(fēng)速；對風(fēng)沙災(zāi)害嚴(yán)重地區(qū)可能引起風(fēng)沙流的風(fēng)速定為最大允許風(fēng)速(為≤8 m·s-1)?？傊煌貐^(qū)受風(fēng)害的程度和性質(zhì)不同，林帶間距有所不同。

2.2.3 林帶寬度的確定 林帶寬度可按林帶兩邊行間的距離，兩側(cè)各加1.5～2 m。確定林帶寬度應(yīng)以最大限度地發(fā)揮林帶的防護(hù)效益，最小限度地占用耕地為出發(fā)點。林帶的通風(fēng)系數(shù)及疏透度與林帶寬度有關(guān)，為得到最好的防護(hù)效果，林帶應(yīng)有最適的透風(fēng)系數(shù)或最適的疏透度。一般有效防護(hù)距離確定的最適透風(fēng)系數(shù)為0.5～0.6，窄林帶的最適疏透度為0.25～0.3；較寬林帶為0.5～0.6。并根據(jù)此值確定林帶的相應(yīng)寬度。

根據(jù)各地經(jīng)驗，一般設(shè)計林帶時，以4～12行，6～18 m寬為宜，但在人少地多，風(fēng)沙危害嚴(yán)重地區(qū)，林帶寬度可大些，以增加林地覆蓋率。和田地區(qū)綠洲外圍的防風(fēng)固沙的基干林帶，常采用數(shù)十行，60～90 m寬的新疆楊林帶，以有效地阻擋風(fēng)沙危害。

從防護(hù)效果來看，縮小帶間距所增加的防護(hù)作用，遠(yuǎn)比增加林帶寬度要大。因此，近年來都主張營造窄林帶、小網(wǎng)格的農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)[6，7]。

據(jù)調(diào)查分析，林網(wǎng)占地比率達(dá)4%～6%，就能滿足防護(hù)農(nóng)田的需要，新疆南疆地區(qū)，風(fēng)沙危害嚴(yán)重，林網(wǎng)占地比例需8%～10%。為了最小限度地占用耕地，林帶的行距一般不超過1.5～2 m，株距可根據(jù)立地條件，林帶灌溉條件等適當(dāng)加大。還要考慮林帶樹木的季相變化等[8]。

2.2.4 林帶結(jié)構(gòu)的確定 林帶結(jié)構(gòu)直接與樹種組成、栽植密度、林帶寬度、橫斷面等有關(guān)[8]。這些因素是相互制約的、相互影響的。確定林帶結(jié)構(gòu)也要看主要災(zāi)害性質(zhì)，保護(hù)對象與防護(hù)目的。如果園、種植園、某些重要建筑物、工程設(shè)施及防治流沙侵襲的林帶最好采用緊密結(jié)構(gòu)林帶，并配合相應(yīng)的主林帶間距；一般風(fēng)沙區(qū)農(nóng)田防護(hù)林不宜采用緊密結(jié)構(gòu)林帶，應(yīng)采用疏透結(jié)構(gòu)林帶；風(fēng)速不太大的一般平原農(nóng)區(qū)，宜采用透風(fēng)結(jié)構(gòu)林帶。

同樣結(jié)構(gòu)的林帶，由于林帶橫斷面形狀不同，其防護(hù)效果也有一定差異。橫斷面形狀由于被選擇的主喬木、亞喬木和灌木樹種搭配方式不同而有差異。一般橫斷面形狀有三種。即矩形(長方形)、三角形、凹形等。大量調(diào)查說明，矩形斷面林帶的防護(hù)效應(yīng)最好(由于被選樹種單一、生長速度和高度基本一致)；其次是凹形結(jié)構(gòu)林帶；最差的是三角形結(jié)構(gòu)。

2.2.5 林帶設(shè)計其他應(yīng)注意的問題 林帶缺口的確定：為保證農(nóng)業(yè)機(jī)具、車輛順利在林網(wǎng)內(nèi)作業(yè)，林帶內(nèi)必須留缺口，缺口留在主林帶與副林帶的交接處，為不影響林帶的防風(fēng)效果，缺口必須留在背風(fēng)處。

為防止脅地，造林整地的同時，設(shè)計開挖斷根溝，以后每隔 1～3年在休眠期開溝清淤一次，可有效地起到防止林帶脅地的作用。

3 農(nóng)田防護(hù)林樹種選擇

3.1 農(nóng)田防護(hù)林喬灌木樹種的選擇

樹種選擇目的在于使所營造的林帶達(dá)到設(shè)計的理想結(jié)構(gòu)，保證林帶的長期穩(wěn)定，發(fā)揮最大的防護(hù)效果，獲取當(dāng)?shù)刈罴呀?jīng)濟(jì)效益。因此，應(yīng)根據(jù)樹種的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性，針對一定的氣候條件及當(dāng)?shù)貭I造農(nóng)田防護(hù)林的主要樹種和主要目的進(jìn)行綜合考慮。應(yīng)綜合考慮適地適樹、防護(hù)效能、經(jīng)濟(jì)效益等多種因素。還要注意減少脅地，樹種本身的病蟲害，種源，繁殖難易等。為減少林帶脅地，應(yīng)盡量選用樹冠窄、主根系深而側(cè)根幅較小的樹種。

新疆適于農(nóng)田防護(hù)林的樹種主要包括：新疆楊、銀×新楊、銀白楊、歐洲大葉楊、小葉楊、胡楊、苦楊、白柳、旱柳、白榆等。伴生樹種：白蠟、沙棗、杏、山楂、梭梭、檸條、海棠、枸杞等。

3.2 果園防護(hù)林樹種的選擇

果園防護(hù)林對改善果園生態(tài)條件，減少風(fēng)、沙、寒、旱的危害，保證果樹正常生長發(fā)育和豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有明顯作用[9]。防護(hù)林設(shè)計需要考慮降低風(fēng)速、減少風(fēng)害；調(diào)節(jié)溫度，提高濕度；保持水土，防止風(fēng)蝕等因素。

果園防護(hù)林常用喬木樹種有新疆楊、銀×新楊、銀白楊、箭桿楊、旱柳、榆、白蠟、臭椿、沙棗、杜梨等。常用灌木：刺槐、檉柳、酸棗、枸杞。

4 結(jié)論及討論

防護(hù)林的營造設(shè)計應(yīng)全盤考慮，綜合各方面的因素，將風(fēng)、山、水、林、路綜合治理，因害設(shè)防，適地適樹，早見效益。主林帶的走向應(yīng)盡量與主風(fēng)害風(fēng)向垂直，偏角不能超過30°。

根據(jù)分析得出，主林帶的防護(hù)距離可達(dá)20～25 H，新疆區(qū)域主林帶間的距離應(yīng)為300 m左右，風(fēng)沙嚴(yán)重地區(qū)為200～300 m。副林帶間距一般地區(qū)500～800 m，風(fēng)沙嚴(yán)重地區(qū)為300 m左右。

一般區(qū)域防護(hù)林林網(wǎng)占地比率4%～6%較適宜，南疆風(fēng)沙危害嚴(yán)重區(qū)域及果園應(yīng)相應(yīng)增加，8%～10%較適宜。主林帶寬度以5～8行、6～18 m為宜。副林帶寬度2～4行為宜。

提倡用喬灌混交和針闊混交方式，雙行以上可用行間混交，單行可用株間混交的方法。樹種應(yīng)選擇樹冠窄、主根系深而側(cè)根幅較小的樹種，以鄉(xiāng)土樹種新疆楊、銀×新楊為主。樹種的選擇還應(yīng)該考慮當(dāng)?shù)胤雷o(hù)林的有害生物危害等因素。

通過合理配置防護(hù)林帶，可在發(fā)展節(jié)水林業(yè)的目標(biāo)下，最大限度地發(fā)揮其生態(tài)及經(jīng)濟(jì)效益。