浅谈农林复合系统对农田小气候的影响及设计

发布时间：2015-02-06 09:58

　　摘要：农林复合系统对其范围内土地的光照强度、风速、温湿度、土壤水分都有显著影响；其设计中农田林网的林带结构、走向及宽度对农田小气候有很大影响。

　　关键词：农林复合系统；农田林网

　　实施现代化农业，加强农林复合经营，已日益显示出其重要作用。农林复合经营有利于提高生产效率。高大树木与低矮的农经作物叶片和根系，能不同层次地利用太阳光能和土壤肥力，充分合理地利用自然资源，提高复种指数，通过对农经作物的精耕细作，有效地提高林地质量，促进林木生长发育。
　　农林复合经营能有效地抵御和减轻自然灾害。林农复合经营能减轻干热风对小麦的危害，有效地抵御台风对农经作物的侵害，减轻病虫害对农经作物和林木的危害。
　　1.农林复合经营的对象是把林业与农业结合在一起，组成一个生态系统，系统内的各环境因子在农林复合经营的影响下，已经与纯农或纯林产生了较大差异。系统内的林木对其范围内土地的光照强度、风速、温湿度、土壤水分都有显著的影响。
　　1.1光胁地效应
　　在农田中，林木对农作物的遮荫作用称为“光胁地”。遮荫程度与树种、林木株行距、冠幅大小、树高、林木物候期、林带走向等有关。农林复合系统中林冠遮荫对农作物有双重作用，一是在夏季中午时刻太阳光照太强，远远高于作物的光饱和点，再加上温度过高，湿度较低，林木适当遮荫对部分C3作物的光合作用有利，能延长光合时间，避免光合午休现象，如冬小麦，二是遮荫程度较为严重时对大部分C4作物和秋季作物不利，影响其正常光合作用，如玉米、大豆等。目前对林带树冠遮荫的探讨主要集中在树木形态、林木株行距和林带走向等方面。王汉杰研究池杉在间作农田中树影移动时，利用太阳视角运动方程和几何学运算，并结合不同高度的树木的生长规律推导出，当太阳高度角在±75 度时可保证行间和行内不会发生重复遮荫的合理密度；刘乃壮利用太视运动方程计算出树影的日变化主要是由树冠长度的伸缩造成的，冠幅影像变化不大。
　　农林复合系统内林带的走向不同，对农作物的遮荫严重程度完全不同。东西走向林带的南侧和南北走向林带的东侧附近区域，因受林带遮荫影响较小，太阳光照时间长，光胁地程度较轻，而林带西侧和北侧太阳光照时间短，光胁地程度较重。胡海波等在徐淮平原农田防护林规划设计中提出“胁北不胁南，胁西不胁东”规划设计原则。季永华等利用理论计算的方法求出林网内各条林带遮荫宽度的日变化和林荫的透光率，以此为依据评估林带的遮荫区域范围，表明农田林网均存在不同程度的胁地范围，且不同走向林带的胁地范围有着明显的不同，南林带最严重，东西林带次之，北林带胁地范围不明显。王汉杰等应用投影几何原理研究了树冠遮荫面积的变化规律，认为其最小面积取决于冠幅，就“光胁地”而言，东西走向林带比南北走向林带为佳。
　　1.2系统内风速研究
　　农林复合系统的最显著作用是降低风速。由于林木的存在改变了近地空气流动的强度和路线，使林带附近农田地表空气层的物理状态发生剧烈的变化，形成了特有的动力和热力效应。林带的防风效应与其空间结构密切相关，空间结构的主要指林带方位、林带结构、林带间距、林带宽度、树木株行距、网格规格及面积等。
　　一般情况下，林网主林带的背风面3H～6H（H为林带高度）处有一个风速低值区。江汉平原水田林网内平均风速比旷野可低22.5%-28.30%，同一结构的水杉、意杨和池杉、棕榈林带在距林带5H处防风效果最显著。淮北平原以黑杨为主体的东西向主林带和南北向副林带，配合侧柏、紫穗槐，林网内可降低风速30%-40%，风速高时则达50%-60%。在干热风危害比较严重的地方，农田防护林可有效降低风速，减轻干热风对作物产生的不利影响，依据农田防护林模式的不同，林木使风速降低10%-80%，可确保作物免受干热风的危害。
　　1.3系统内空气温度与湿度的研究
　　在农林复合系统内，研究普遍认为，除遮光之外林木对农田小气候因子的改变均对农作物有利。农林复合系统内气温的变化比较复杂，要根据具体情况，作具体分析。在白天，农田内风速的降低和湍流交换程度的减弱，会导致气温下降；在有效辐射强的夜间，紧密结构林带的防护范围内，气温日较差会加大。但夜间又因水汽的凝结时，释放热量会缓解降温作用。展叶前，白天由于林网内的净辐射改变，从而使林网内气温稍低于外围气温，但15：00气温相差不多。夜间，由于林带的防风效应，林网内气温比外围气温高0.5～1.50C。展叶后，由于树木的遮荫和蒸腾作用，林网体系表现出明显的降温作用，林网内气温比外围低1.1～3.80C。
　　由于林带的作用，使风速和乱流交换作用减弱，一方面在林带内作物蒸腾和土壤蒸发的水分，逗留在近地层大气中的时间较长。另一方面，由于风速减弱，降低了防护区内的水分蒸发，使地面的绝对湿度和相对湿度通常较旷野高。李增嘉等对山东平原县3m×15m麦桃、麦梨、麦苹间作系统的空气相对湿度比单作麦田分别提高9.5%、3%和13.1%，对小麦籽粒灌浆极为有利。徐祝龄等研究结果：林网内活动面上相对湿度大于旷野，其变化值在1%～7%。
　　1.4对土壤水分影响研究
　　农林复合系统的土壤水分效应问题至今尚未形成完全统一的研究结论。张劲松等研究银杏～小麦间作系统水热效应的结果表明：在小麦抽穗、腊熟期，系统内总蒸腾耗水量为36.45m2/d，其中小麦占91.7%，银杏占8.3%，说明整个系统蒸腾耗水以小麦蒸腾耗水为主，与单作小麦田相比，间作系统总体平均可使小麦地0～100cm土壤贮水量提高6.84%。郑长禄等研究沙区农田林网内的土壤水分效益结果表明，林网内的土壤水分变化与林网的防风效益相关，林网内的土壤水分含量不仅显著高于对照，而且月变化较小。裴保华等对杨粮间作的水分关系研究后指出，杨树成林与农作物间作也有水分矛盾，在靠近杨树区内的土壤水分比间作行间低，林冠下和林冠外的土壤含水率分别为行中的62.63%～67.71%和88.88%～73.73%。

　　在国外大多数研究表明，许多树种如果不采取必要的根系管理，与农作物根系产生水分竟争是不可避免的。Hauser等在降水丰富的尼日利亚东南部用张力计测定水分的移动结果表明；相思树在0～150cm范围内水分消耗较少，说明与农作物水分矛盾小，而铁刀木与农作物有一定的水分竞争。

　　2.农林复合系统的设计
　　2.1农田林网的设计
　　2.1.1林带结构
　　林网防护效益的高低，有效防护距离的远近都与林带的结构密切相关，选择适宜的林带结构是关键技术问题之一。林带的结构通常可分为紧密结构、疏透结构和通风结构3种类型。以防护果园、种植园和保护某些重要建筑物、工程设施以及防止流沙侵袭最好采用紧密结构的林带；在风沙区为防止风蚀、沙埋农田以采取疏透结构的林带为宜，这是为了避免通风结构林带因“狭管效应”造成背风面1倍树高处防风效能低下的弊病，也避免紧密结构林带有效防护范围小的问题。而在遭受一般风害侵袭，且风速不大的灌溉地区，可采取通风结构的林带。值得指出的是，林带的结构设计时，除应考虑树种组成、栽植密度和林带宽度等因素外，还应考虑设计地区的主要灾害性质和防护对象。
　　2.1.2林带走向
　　国内外大量的观测研究证明，，对于单条林带而言，主林带应与主害风方向垂直，但允许有30度的偏角，最大不超过45度，因为随着林带偏角的增大防风效能相应降低。当主副林带交叉形成林网时由于林网四周的林带都发挥着防风作用，可以有效地削弱来自各个方向的风速，所以不仅林网的有效防护范围较单条林带大，而且当害风风向斜交时其防风效能比成正交时还要高。
　　因此，在灌溉地区和水网地区营造农田林网时，可不考虑林网主林带与风向之间的交角，而且应依据林随路走“林随水走”的原则进行农田林网设计。
　　2.1.3林带宽度
　　林带宽度和林带的疏透度、透风系数和林带结构密切相关，也就是说林带宽度直接影响着它的防护效能。因此，在设计林网时，为保证林网的最大防护效能和节约耕地面积，主林带宽度一般为6-12m，副林带为5-10m。在平原地区，农田林网的主林带可配置成由3-5行乔木、2行左右灌木组成，透风系数为0.5-0.6的疏透结构林带。
　　2.2树木胁地调控
　　林网胁地减产的原因，主要是林带树木的遮阴影响了农作物的干物质积累和成熟度，以及林木的“串根”同农作物争水、争肥而造成的减产"林网胁地的范围和程度，依林带设计和营造的合理程度及耕作制度不同而转移。因此，要减轻林带的胁地影响，主要应在沟、渠、田、林、路的合理结合上下工夫，并采取如下调控技术：
　　2.2.1科学设计林带走向
　　根据林带“胁北不胁南，胁西不胁东”的规进行防护林树种配置在遮阴胁地较重的一侧尽量避免配置高大乔树种，而以灌木或窄冠型树种为宜，如沟、渠、路南北走向，林带宜配置在东侧；如为东西走向，则配置在南侧"尽量使树冠阴影覆盖在沟、渠、路上，以减轻林带的遮阴胁地。
　　2.2.2选用适宜的造林密度
　　造林初植密度过大，林冠郁闭后林木间、林木与农物间对营养空间的竞争加剧，不可避免地造树木根系、树冠伸向农田一方，使林、农对水分、分和空间的竞争加剧，胁地影响增大。对冠型较树木（如水杉池杉等）造林密度可小些，株距2.5-3m即可，对冠型较大的树木（如杨树）则以4-6m为宜。

 

 

本文编号：12651