山西农业大学Word文档下载推荐.docx

山西农业大学Word文档下载推荐.docx

《山西农业大学Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山西农业大学Word文档下载推荐.docx（94页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

Supervisor

Prof.JinpingGuo

Major

Silviculture

ResearchField

Forestresourcescultivationof

LoessPlateau

TaiguShanxiChina

June,2011

目录

摘要i

Abstractsii

第一章绪论1

1.1引言1

1.1.1研究背景1

1.1.2研究的目的意义4

1.2国内外研究现状与评述4

1.2.1国外土地荒漠化研究进展4

1.2.2国内荒漠化研究进展6

1.3研究目标和主要研究内容11

1.3.1解决的关键问题与研究目标11

1.3.2主要研究内容12

1.4研究技术路线13

第二章研究区域概况和研究方法14

2.1晋北森林变迁与生态变化14

2.1.1晋北地区森林变迁14

2.1.2晋北地区生态变化16

2.2研究区域概况19

2.2.1自然条件21

2.2.2社会经济条件24

2.3研究方法26

2.3.1立地类型划分方法26

2.3.2土壤机械组成分析27

2.3.3风速风向因子调查27

2.3.4林带因子调查27

2.3.5分析计算27

2.3.6防护林模式研究28

第三章晋北风沙区立地类型划分研究29

3.1立地类型亚区的划分29

3.1.1立地类型亚区的划分依据29

3.1.2立地类型亚区分界线的确定29

3.1.3立地类型亚区概况29

3.2立地类型划分30

3.2.1立地类型划分的主要依据30

3.2.2立地类型划分结果31

第四章晋北风沙区风沙危害机理分析研究37

4.1晋北土地沙化成因分析37

4.1.1土地荒漠化成因分析37

4.1.2晋北土地沙化成因分析40

4.2晋北风沙特点分析43

4.2.1风的年变化分析43

4.2.2表层土壤机械组成分析及害风分析44

4.2.3害风频率及林带设计的风速指标46

第五章林带疏透度的研究48

5.1林带防风作用对土壤因子的影响48

5.2林带结构与有效防风距离的关系49

5.2.1影响林带结构的主导因子49

5.2.2林带疏透度与林带有效防风距离的关系50

5.2.3疏透度预测方程推导51

第六章林带走向的研究53

6.1害风风向分散性分析53

6.2林带走向分析55

6.2.1害风风力率分析55

6.2.2害风风力率总值计算55

6.2.3林带走向确定56

第七章林带间距的研究58

7.1林带高度分析58

7.2林带间距分析59

7.2.1主林带间距分析59

7.2.2副林带间距分析59

第八章平原农区防风林设计及配置模式研究63

8.1不同树种对林带结构的影响63

8.1.1晋北风沙区树木物候变化63

8.1.2树木因子对林带结构的作用64

8.1.3不同树种林带结构分析65

8.2林带配置模式分析67

8.2.1林带不同结构层疏透度贡献率的计算67

8.2.2林带配置模式分析68

8.3防护林配置技术示例70

8.3.1主林带配置技术及树木生长量分析70

8.3.2副林带配置技术及树木生长量分析71

8.3.3林带围经济林模式配置技术及树木生长量分析71

第九章丘陵区防风林设计及配置模式研究74

9.1防风林类型及防风机理分析74

9.1.1晋北风沙丘陵区主要立地类型74

9.1.2不同类型防风林的防风效果分析75

9.1.3坡度与防风距离的关系76

9.2主要防风林配置模式77

9.2.1平坦沙地防风林模式77

9.2.2沙丘固沙林模式78

9.2.3缓坡农田防风林模式78

9.2.4陡坡防风林配置模式79

9.3防风林配置技术示例80

9.3.1乔草配置模式80

9.3.2乔灌配置模式80

9.3.3灌草配置模式81

第十章结论及讨论83

10.1结论83

10.2讨论84

参考文献86

致谢89

摘要

晋北风沙区风沙危害严重地段土壤风蚀量可达120m3/hm2-135m3/hm2，土地沙化面积大。

为了对建立高效的防护林提供理论支撑，本研究在划分立地类型基础上，对害风发生规律、风沙性质和表层土壤机械组成进行了分析，并通过建立数学模型对防护林带的疏透度、林带有效防风距离、林带间距、林带走向和平原农田、缓坡丘陵区防护林模式进行了研究。

结果表明：

（1）晋北风沙区可分为4个立地类型小区、32个立地类型。

（2）晋北风沙区距地1m高的起沙风速为3.2m/s，全年1m高度92.1%害风风速为3.2m/s-6.4m/s，且集中出现在11月至翌年5月。

（3）3月-5月害风危害最严重，防护林的设计应以这个时期的树态为标准。

这个时期正是土壤最干燥、树木落叶且生物量最小的时期，单一的阔叶树种不可能构成疏透结构林带，应考虑针叶树种进林带。

（4）影响防风林带效益的主导因子为林带疏透度，晋北风沙区林带疏透度为0.25-0.35时，林带的有效防风距离最大可达到林带高度的13.8倍。

（5）林带的走向与风向愈趋于垂直,防风效果愈好，当林带走向与风向交角（锐角）不小于45°

时，防风效果较好。

（6）晋北风沙区害风具有分散性。

害风风力率最大时的林带走向，为防风林带最佳走向。

左云县最佳防风林带最走向为东北－西南，朔城区、平鲁区、大同县、应县的防风林带最佳走向为东北偏北－西南偏南，怀仁县防风林带最佳走向为南－北走向。

（7）以新疆杨、合作杨、油松和樟子松为主要树种营建防风林带时，林带最大间距分别为221m、193m、83m和110m。

（8）平原农区，适宜的林带树种组成为：

新疆杨＋樟子松＋柠条；

合作杨＋樟子松＋沙棘；

樟子松；

油松＋沙棘。

在丘陵区，平坦地段（坡度＜5°

），可栽植片林，树种以沙棘等灌木为好；

沙丘地段，采用前挡后拉和逐步推进模式，灌木与乔木相结合。

缓坡地段（5°

≤坡度＜15°

），在有耕地的迎风坡面，防风林类型应以林带为主，无耕地的迎风坡面，防风林类型以片林为好，主要树种选择阳坡为耐干旱、瘠薄的沙棘、柠条等，阴坡为油松和樟子松,海拔较高的阴坡可栽落叶松；

陡坡地段（坡度≥15°

），防风林类型以片林为好，阳坡可栽植沙棘、柠条，阴坡可栽植油松、落叶松。

关键词：

起沙风速;

害风；

林带疏透度；

林带有效防风距离;

林带间距;

林带走向；

防护林模式

Abstracts

BecauseofirrationalstructureandlowbenefitsofwindbreaksinnorthernShanxi,thewinderosionquantityofthesoilinseveresectioncanreachashighas120m3/hm2-135m3/hm2.InordertoprovideatheoreticalbasisfordesignofwindbreaksinnorthernShanxi,baseonthesiteconditionsurvey,thestudyhasdoneaquantitativeresearchonkeyfactorsfordesignofwindbreaksbasedonananalysisofoccurringrulesofhazardouswind,characteristicsofsandstormsandmechanicalstructureoftopsoilinnorthernShanxibyestablishingmathematicalmodelsandtheresultsareasfollowing:

（1）NorthernShanxihasbeendevided4subregionsand32siteconditiontypes.

（2）InwinddustyareaofthenorthernShanxi,thewindvelocityofsand-movingis3.2m/sat1mheightfromtheground;

thevelocityof92.1%hazardouswind（thewindvelocityisnotlessthan3.2m/sat1mheightfromtheground）is3.2m/s-6.4m/sannuallyandtheymainlyoccurredfromOctobertoMaynextyear.（3）thewinderosionquantityofthesoilismostseverebetweenMarchandMay.Thedesignofwindbreaksshouldaccordingtothestatusoftreesinthisperiod.Onlybroad-leavedtreescannotbuildsparsestructurewindbreaks.Coniferoustreesshouldbeintroducedintowindbreaks.（4）Thedominantfactorinfluencingbenefitsofwindbreaksisporosityoftheforestbeltandwhentheporosityofthewindbreakbeltreaches0.25-0.35inthewinddustyareaofthenorthernShanxi,themaximumeffectivewindpreventiondistanceoftheshelterbeltcanbe13.8timesoftheheightofthebelt.（5）Benefitsofwindbreakswillbebestwhentrendofthebeltsareperpendiculartowinddirections.Thebenefitswillbebetterwhenangleofintersection（acuteangle）betweentrendofwindbreaksandwinddirectionislessthan45°

.（6）ThehazardouswindinwinddustyareaofthenorthernShanxiisofdispersednature.Thewindrateofhazardouswindcanreflectfrequencyandintensityofhazardouswindoccurrenceandthetrendofthebeltatthehighestwindrateofthehazardouswindshallbetheoptimaltrendofthewindbreaks.TheoptimaltrendofwindbreaksinZuoyunCountyisNE-SW.TheoptimaltrendofwindbreaksinSuochengcounty,Pinglucounty,Datongcounty,YingxianCountyareNNE-SSW.TheoptimaltrendofwindbreaksinHuairenCountyisN-S.（7）WhentakingPopulusbolleana,PopulusXxiaohei,PinustabulaeformisandPinussylvestrisvar.mongolicaasmaintreespeciestoestablishwindbreakbelts,themaximumspacingbetweenbeltsis221m,193m,83mand110mrespectively.（8）Inflatagriculturalarea,suitabletreesspeciesofwindbreaksarePopulusbolleana,PopulusXxiaohei,Pinustabulaeformis,Pinussylvestrisvar.mongolicaandCaraganamicrophylla.Inloesshillyareas,differentsizesofforestcouldbeplanted.

KeyWords:

windvelocityofsand-moving,hazardouswind,porosityoftheshelterbelt,effectivewindpreventiondistanceoftheshelterbelt;

spacingbetweenbelts,trendofthebeltsandmodelsofshelterbelts

第一章绪论

1.1引言

1.1.1研究背景

人口、资源、环境是当今人类所面临的三大热点问题。

土地荒漠化、淡水枯竭、温室效应等环境问题已成为21世纪人们不得不正视的生态危机，其中荒漠化被列为影响全球环境的十大问题之首，是危及人类生存与发展的空前灾难。

1992年世界环境与发展大会上就提出了荒漠化新概念，并列入“联合国关于在发生严重干旱和荒漠化的国家（特别是非洲）防治荒漠化公约”（简称“公约”），即荒漠化是指“包括气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干旱、半干旱地区的土地退化”[1]。

全世界干旱区总面积达4675万km2，占全球陆地面积的31%。

据联合国环境规划署对全球荒漠化的评估，确认全球2/3国家的9亿人口和全球土地面积的1/4受到荒漠化的危害[2]。

荒漠化土地作为一种客观存在的自然综合体，其成因涉及自然、社会、经济等众多因素，不同因素的组合形成了不同类型的荒漠化土地，从其主导因子看，由风蚀而引起的荒漠化比例占到近2/3。

据统计，地球上受到沙漠化影响的土地面积有3800万km2，其中亚洲占32.5%，非洲占27.9%，澳大利亚占16.5%，中、北美洲占11.6%，南美洲占8.9%，欧洲占2.6%。

近几年来,全世界每年约有600万hm2的土地发生沙漠化[3-4]。

亚洲是土地荒漠化面积所占比例最大的地区，主要分布于西亚、中国和蒙古等国。

此外，非洲受荒漠化危害最大，整个非洲大陆2/3的面积被沙漠或干旱土地覆盖。

人口的迅速增长和经济全球化的负面影响使非洲大部分地区的贫困化加剧。

人们为了生存，被迫毁林毁草，大量的土地被滥垦，牧场被超负荷利用，造成了“贫穷加剧荒漠化，荒漠化又加剧了贫穷”的恶性循环。

荒漠化使大批失去土地的农民背井离乡。

例如，马里有1/6的人远走他乡；

毛里塔尼亚盲流农牧民比例已从1965年的9%增为1988年的41%。

美洲也是受荒漠化影响严重的地区，有1/3的土地受到荒漠化的影响；

拉丁美洲和加勒比海地区1/4的土地被沙漠或干旱地所覆盖。

西班牙31%的土地正在遭受严重的荒漠化威胁；

欧洲南部地区出现缺水现象。

俄罗斯南方一些重要产粮区的耕地和牧场荒漠化现象日趋严重。

据俄罗斯《独立报》报道，俄罗斯遭受沙漠侵害的土地面积正在以每年40万-50万hm2的速度增长，每年约有77万hm2的水浇地出现盐碱化，而遭到破坏的植被面积达到7000万hm2，俄联邦每5年就要丧失700万hm2的农业用地，其中200万hm2是可耕地。

目前，约有1亿-1.2亿hm2的农业用地处在荒漠化的边缘。

全国有30个地区属于荒漠化或潜在荒漠化之列。

这些地区的人口占到了俄罗斯居民总数的50%，农产品占全国的70%以上。

据俄专家估计，仅就俄罗斯土地资源恶化而言，每年至少要损失4000万-5000万美元，因农业用地荒漠化造成的总损失每年约有10亿美元。

我国是世界人口最多、耕地面积不足的发展中国家，同时也是受荒漠化危害最严重的国家之一。

我国干旱、半干旱地区已达504万km2，占国土面积的52.5%。

20世纪50年代～70年代中期，我国沙质荒漠化土地面积为17.6万km2，年扩大面积为1560km2，年增长率为1.01%，80年代中期沙质荒漠化面积为20.1万km2，70年代中期到80年代中期年扩展为2100km2，年增长率为1.47%，90年代中期沙质荒漠化面积已达到160.7万km2。

沙漠化的不断扩大，促使了沙尘暴天气的频繁发生。

按气象部门统计，从1952年到1994年，我国西北地区共发生强沙尘暴和特强沙尘暴48次（其中特强沙尘暴22次）。

发生频率分布为：

50年代5次，60年代8次，70年代13次，80年代14次，90年代前5年8次。

据林业部1994～1996年完成的《全国沙漠、戈壁及沙化土地普查》资料[5-7]，全国受荒漠化影响的土地面积达332.7万km2，其中，荒漠和荒漠化面积达262.2万km2，占国土面积的27.3%，全国沙漠、戈壁及沙化土地面积为168.9万km2，占国土面积的17.6%，涉及到全国18个省的471个县，每年因土地荒漠化造成的直接经济损失达540亿元，近4亿人口受到荒漠化的危害[6]。

针对如此恶劣的生态环境和潜在的生态危机，21世纪初，党中央、国务院作出了“开发大西北”的重大决定；

人民日报、光明日报、中国绿色时报等先后刊登了“改善生态环境是开发大西北的重要内容”等文章；

很多生态专家也相继提出了改善西部生态环境的建设性建议，并提出了“生态安全”概念。

正在全国上下备战西部大开发之时，2000年春天一连12次沙尘暴，再次使朝野为之震惊，生态环境的紧迫性又一次提到了党中央和国务院的议事日程。

美国著名的科普电视节目“发现”（DiscoveryChannel）在因特网上所设置的“地球警报”（EarthAlert）栏目,将中国2000年4月发生的沙尘暴过程列为那一周全球所发生的重大自然灾害。

同年5月12日～13日，时任总理朱镕基同志亲自到沙源地带---河北坝上、内蒙高原进行了视察，并作了“为实施中华民族生存与发展的千秋伟业而不懈奋斗”的重要批示，也表明我国政府对改善生态环境的信心和决心。

其实，在20世纪90年代末，中国政府把防治荒漠化正式纳入国民经济和社会发展计划，但荒漠化土地治理远不及其扩展速度，全国荒漠化每年还以2460km2的速度发展，其中沙质荒漠化最为严重，而且发展速度惊人。

进入21世纪，随着国家六大林业重点工程的实施，我国的荒漠化土地面积，经历了由扩展速度大于治理、扩展与治理相持到治理速度大于扩展速度的三个阶段。

据国家林业局公布的第四次全国荒漠化和沙化监测结果：

截至2009年底，全国荒漠化土地面积262.37万km2，沙化土地面积173.11万km2，分别占国土总面积的27.33%和18.03%。

5年间，全国荒漠化土地面积年均减少2491km2，沙化土地面积年均减少1717km2。

与2004年底相比，全国荒漠化土地减少1.25万km2，沙化土地减少8587km2。

监测表明，我国土地荒漠化和沙化呈整体得到初步遏制，荒漠化、沙化土地持续净减少，局部地区仍在扩展的局面。

山西地处黄土高原，是我国煤炭重工业基地，山多林少、煤长水短。

晋北地区位于山西北部，临毛乌素沙漠的前沿，是暖温带落叶阔叶林向温带干旱草原的过渡地带，气候变化大，属京津风沙源治理工程实施地区。

据1999年沙漠化监测资料[8]，全省土地荒漠化面积已达164.3万hm2，主要分布在北部、西北部地区,较严重的沙化土地面积达70万hm2。

2004年全省荒漠化土地面积为162.8万hm2。

国家林业局公布的第四次全国荒漠化和沙化监测结果[9]：

2009年底山西省的荒漠化土地总面积达157.9万hm2。

虽然从荒漠化土地面积来看，从京津风沙源治理工程实施以来，晋北地区的沙化土地面积减少6.4万hm2,沙化土地的减少，有效减缓了沙尘天气对京津地区的影响，但晋北地区风沙危害依然严峻，风沙化土地的治理任务仍很艰巨。

从晋北地区风沙危害最严重的大同、左云、右玉、阳高、应县、怀仁等13个县来看，每年8级以上大风累计天数可达35-50天，风蚀严重地块每年每公顷表土侵蚀量达120m3～135m3。

据统计[10]，土地沙漠化每年造成的损失达1.4亿多元。

晋北地区位于北京上风方向，桑干河流域的风沙经河北进入北京[11]，是构成京、津地区三大风沙源之一。

晋北地区已有13个县被列入环北京地区防沙治沙工程范围。

土地沙（漠）化是指在干旱、半干旱地区，由于自然原因和人为活动所致的土地退化过程[12]。

这里指的自然原因主要指风害，也就是说由风蚀而造成的土地沙化。

20世纪70年代的研究结果表明[13]，我国北方地区土地沙漠化的原因主要为三滥：

即滥垦、滥牧、滥樵采，所造成的沙（漠）化土地占到90%以上。

上世纪80～90年代以来，造成大面积土地沙漠化的最主要原因是滥牧，多少年来草原严重超载过牧现象始终没有解决，植被的严重破坏，加之气候因素外力的作用，直接造成了土地沙化。

晋北地区土地沙化有4个主要成因。

（1）晋北风沙区植被稀少，加速了土地沙化。

由于历代战争、荒垦、滥牧、滥伐取柴等。

新中国成立时，该地区的森林毁之怠尽，土壤风蚀模数达20-100t/hm2。

（2）土壤质地疏松是风蚀的物质基础。

晋北地区土壤为黄土母质形成的栗钙土、栗钙土性土，质地疏松，颗粒细小，是风蚀的主要对象。

（3）地理位置特殊。

晋北位于气候过渡带和农牧交错地带，气候变化异常，冷热剧烈，昼夜温差大，风大且频繁。

（4）降水量少，气候干旱。

晋北年均降水量300mm-350mm，且主要分布于7-8月份。

干旱与暖冬现象日益加剧,加之人类不合理的活动,加剧了土地沙化[14]。

晋北地区风沙危害季节正是土壤最干旱时期。

有些县（区），更是由于地下资源的开采，造成了地下水层的破坏，既浪费了