农田防护林造林效果分析.docx
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农田防护林造林效果分析
柳树农田防护林造林效果分析
摘要：
在平凉市泾川县玉都镇建立的农田防护林示范点，J194柳的成活率和保存率最高，苏柳无性系明显高于青刚柳，各密度之间的成活率及保存率差异不明显，表明所选的3个密度都适于农田防护示范林的密度配置。
J172柳的生长量最大，苏柳无性系的树高生长大于青刚柳且差异显著，表明苏柳无性系更适宜当地的立地条件。
利用遮荫指数和遮荫程度，对J172柳在农田防护林和道路防护林系统中的遮荫情况进行试验研究。
结果说明，柳树幼树（株行距2m×3m）1～5a生的遮荫指数为1.62％～50.52％，遮荫程度是0.33％～11.72％；成林（株行距4m×30m）10～12a生的遮荫指数是52.17％～58.44％，遮荫程度是23.50％～26.12％。
利用遮荫程度表示林木对农田的遮荫情况比用遮荫指数更符合实际，并且提出12％的遮荫程度是农田可接受的最大遮荫程度。
关键词：
柳树；防护林；遮荫程度；遮荫指数
ThestudyonshadingeffectunderwillowJ172atshelterbeltsystem
Abstract:
makeuseofshadingindexandshadingdegree,forthestudyonshading
effectunderwillowJ172atfarmdefendandroaddefendsystem,withshadingindexandshadingdegree.Theresultsdemonstratethatwillowyounggrowth（spacing3m×2m）broughtonshadingindex1.62％～50.52％andshadingdegree0.33％～11.72％onfarmfieldwhenstandageswere1～5years,andnear-andmaturestand（spacing4m×30m）resultedinshadingindex52.17％～58.44％andshadingdegree23.50％～26.12％whenstand10～12yearsaswell.Butusingshadingdegreetoexpressshadingonfarmfieldisbetterthanshadingindex,andshadingdegree12％issuggestedthemaximumshadingdegreethatcouldbeacceptedinfarmfield.
Keywords:
willow；shelterbelt；shadingdegree；shadingindex
农田防护林是当前人类改善农区自然环境积极、有效且又力所能及的生物工程。
大量研究表明，农田防护林可有效改善农业生态环境，拓宽人们的生存空间，减少自然灾害对农业生产造成的危害和损失，提高当地居民的生活质量，是农区社会经济可持续发展的重要途径[1]。
农田防护林的营造在我国已有很成熟的栽培技术，但绝大部分树种是以杨树为主。
由于苏柳无性系的速生性、抗逆性以及干形和冠形等与杨树相近，特别是苏柳无性系具有很好的抗天牛危害的特性，很适合应用于农田防护林的营造。
目前，国内只有天津市营造了部分以苏柳无性系为主要树种的农田防护林。
J172柳（SalixjiangsuensisCL.‘172’）具有干形通直、生长量大、速生性强的优点，其冠形和杨树相似，较杨树对蛀干性害虫有较强的抗性，加之材质优于杨树，亦繁殖简单[2]，应是未来农区混交型防护林建设的首选树种之一。
从农业生产的角度看，农田防护林不仅林木地下根系和农作物根系间的竞争会造成农作物减产[3],林木遮荫也是造成林农矛盾的重要原因，由于林木对太阳光线的遮挡而使附近一定范围内作物接受的太阳辐射能减少，影响到作物的光合作用，使作物减产[4]，这种作用被称之为“光胁地”[5]。
农作物的受遮荫程度和产量，取决于平均单株林木的遮荫面积和单位面积林木的遮荫面积[6]。
林木遮荫面积的计算，要考虑防护林在田间的排列形式、排列方向和单位面积林木的株数，但更重要的是树冠形状。
当前，对杨树树冠在农田防护林系统中的遮荫情况研究很多[7,8]，本项目用柳树良种营造农田防护林，旨在为农田防护林建设新树种选择方面总结出一些理论依据，同时研究了苏柳无性系的J172柳在农田防护林系统中林木遮荫面积和遮荫程度的变化情况。
1研究区自然概况
本研究在3个试验区完成。
1.1平凉市泾川县玉都镇试验区
柳树农田防护林试验区在平凉市泾川县玉都镇，地处泾川县北部塬区，该镇共辖16个行政村，129个村民小组，6590户27860人，土地总面积10.19万hm2，其中平坦塬面5.11万hm2，陡坡山地及沟壑5.08万hm2，是泾川县条件较好的塬区乡镇之一。
地理坐标位于东经107°21′，北纬35°11′，海拔1150ｍ，年平均降水量529mm，年平均气温8.9℃，年极端高温38.5℃，年极端低温－23.2℃，日照时数2489.3h，≥10℃的积温为2860℃，年均蒸发量1424.5mm，无霜期176d。
年平均风速1.6m/s，大风多集中在4～5月，平均风速2.9m/s，是年平均风速的1.81倍。
土壤为黄绵土，土层深厚，pH值7.8，有机质含量1.3％。
于2003年4月下旬栽植。
1.2临夏州临夏县北塬乡试验区
位于临夏县北塬乡，地理坐标为东经103°11′，北纬35°37′，地属川塬灌区。
海拔2026m，年平均降雨量501.8mm，且分布不均匀，多集中在夏、秋季，但近几年多次出现秋旱现象。
蒸发量年均1311.4mm。
该地区蒸发量大于降雨量，属温带半湿润气候地带。
年平均气温7.1℃，极端高温37.3℃，极端低温-27℃；≥10℃的年积温为2330.2℃。
日照时数2463.8h，无霜期150d左右，早霜出现在10月中旬，晚霜出现在5月中旬。
土壤为垆土类黄麻土，ph值7.8，有机质含量1.18%,含氮量0.1%，含速效磷12ppm，含速效钾120ppm，无地下水可利用。
于1999年和2002年定植的“两根一干”苗木，测定时为幼林，株行距3m×2m×100m，面积为22hm2，控制面积230hm2。
林带走向为南北走向。
1.3临夏州临夏县新集镇试验区
位于临夏县新集镇，地理坐标为东经103°03′，北纬35°18′，海拔2040m，土壤类型为石灰性黑钙土，土壤pH为8.07，有机质含量约为20.3g•kg-1，土壤的理化性质和养分状况较差。
日照时数2323.4h，年均气温5.9℃，绝对低温-28.3℃，绝对高温35.6℃，≥10℃的年积温为2227.8℃。
平均年降水量630.6mm，年平均蒸发量1264.2mm。
两地的蒸发量均大于降雨量，属寒温带半湿润大陆性季风气候。
于1992年栽植，为“两根一干”苗木，测定时为中龄林，株行距4m×30m。
面积15hm2，控制面积170hm2。
林带走向为南北走向。
2材料和方法
2.1材料
平凉市泾川县玉都镇的农田防护林造林树种为J172柳（SalixJiangsuensisCL.‘172’）、J369柳（S.jiangsuensisCL.‘369’）、J194柳（S.jiangsuensisCL.‘194’）和青刚柳（S.viminalisL.），由白银市白银区大坪苗圃提供的2根1干健壮大苗，平均苗高2.6m，平均地径1.8cm。
临夏县防护林系统遮荫作用研究的造林树种为J172柳。
2.2方法
2.2.1农田防护林配置方法：
株行距视道路、渠道的宽窄而定，分3m×6m、2m×4m和1.5m×2m进行栽植。
（1）结构模式有：
大网格500m×600m，中网格300m×400m，小网格100m×200m；
（2）不同行数林带结构模式：
林带设为单行栽植和双行品字形栽植，挖0.8m×0.8m的植树大穴，栽植后在地上2.5米处统一定杆、封口，并及时涂白，每株苗木保证灌水一担，促进成活。
2.2.2防护林系统遮荫作用的研究方法
林木生长指标的测定：
采用常规的测定方法，在每年的秋季林木生长停止时，对苏柳J172的树高、胸径、冠幅、枝下高进行测定,以时间换空间的办法测定了4～5a生幼树的生长指标。
林木阴影和全光下光照强度测定：
选择晴朗的天气分别在幼林和成林，用ST-80便携式照度计在林木阴影的顶部、中部和底部测定光照强度，同时测定全光下的光照强度。
林木遮荫面积的计算采用袁玉欣推导的计算公式[9]，散生状林木遮荫面积计算公式是：
（1）
（2）
式中，S、Si分别是平均单株J172的遮荫面积和单位面积林木遮荫面积；l、d分别是J172的冠长和冠幅；h是太阳高度角；N是单位面积林木株数。
林木行内郁闭后时，采用公式：
（3）
式中，Ts是林木株距，即林木行内郁闭后，平均单株遮荫面积近似成矩形，同时矩形的一个边变为林木的株距；A是太阳方位角；其它同上。
如果林木行间充分郁闭，在中午时分的遮荫面积为：
（4）
3结果分析
3.1成活情况
根据调查结果（见表1和表2），品种（系）之间成活率最高的是J194柳，平均成活率为96.6％，最低的是青刚柳平均成活率为92.1％。
密度之间成活率最高的是2m×5m，平均成活率为95.8％，最低的是1.5m×2m平均成活率为94.7％。
品种（系）之间苏柳三品系的成活率明显高于青刚柳，苏柳三品系之间的成活率差异不明显。
各密度之间成活率的差异也不明显。
表1：
各树种不同密度成活率调查结果（％）
因素
J172
J194
J369
青刚柳
平均
3m×6m
96.7
97.1
95.9
90.9
95.2
2m×5m
96.2
96.5
97.1
93.4
95.8
1.5m×2m
95.5
96.3
94.8
92.1
94.7
平均
96.1
96.6
95.9
92.1
95.2
由表2可知，品种（系）之间保存率最高的是J194柳，平均保存率为93.2％，最低的是青刚柳平均保存率为89.7％。
密度之间保存率最高的是2m×5m，平均保存率为92.7％，最低的是1.5m×2m平均保存率为91.6％。
品种（系）之间苏柳无性系的保存率明显高于青刚柳，苏柳无性系之间和各密度之间的保存率差异也不明显。
表2：
各树种不同密度保存率调查结果（％）
因素
J172
J194
J369
青刚柳平均
3m×6m
93.8
94.0
92.7
87.392.0
2m×5m
92.8
93.4
94.3
90.192.7
1.5m×2m
91.9
92.2
91.6
90.891.6
平均
92.8
93.2
92.1
89.792.1
3.2生长情况
2004年8月调查生长情况，随机调查，重复3次，结果见表3。
J172柳的生长量最大，平均树高为4.31m，平均胸径为3.83cm。
其次是J369，平均树高为4.03m，平均胸径为3.83cm。
生长量最小的是青刚柳，平均树高3.21m，平均胸径3.02cm。
密度之间树高生长量最大的是3m×6m的，平均树高为3.91m，胸径生长量最大的是2m×5m为3.63cm，最小的生长量是2m×5m的。
表3：
各树种不同密度生长情况调查结果
因素
3m×6m
2m×5m
1.5m×2m
平均
H/m
D/m
H/cm
D/cm
H/m
D/cm
H/m
D/cm
J172
4.43
3.77
4.25
4.19
4.26
3.53
4.31
3.83
J194
4.11
3.67
3.83
3.84
3.73
3.63
3.89
3.71
J369
3.79
3.92
4.15
3.68
4.16
3.69
4.03
3.76
青刚柳
3.29
3.11
3.32
2.83
3.04
3.13
3.21
3.02
平均
3.91
3.61
3.89
3.63
3.80
3.49
3.86
3.58
对农田防护示范林树高生长情况进行双因素方差分析（见表4），各品种（系）之间的F值大于F（0.05）和F（0.01），差异极显著。
而密度之间的F值小于F（0.05），差异不显著。
表4：
各品种（系）及各密度树高生长量方差分析
变异来源自由度 平方和均方F值Fα值
品种（系）33.901.30020.54F（0.05）＝3.26,F（0.01）＝5.41
密度20.050.0250.39F（0.05）＝3.49,F（0.01）＝5.95
误差120.760.063
总计174.71
对各品种（系）间树高生长进行q检验（见表5）。
表5：
各品种（系）间树高q检验表
因素
平均树高/m
X1－Xi
X3－Xi
X2－Xi
X4－Xi
J172
X1＝4.31
－
J369
X3＝4.03
0.28
－
J194
X2＝3.89
0.42*
0.14
－
青刚柳
X4＝3.22
1.09**
0.81*
0.67*
－
注：
q（0.05）＝0.33，q（0.01）＝0.39。
青刚柳的平均树高差值均大于q（0.05）和q（0.01），差异极显著。
与J172柳和J369柳之间差异显著，与J194柳之间差异不显著。
其余的相互之间树高生长差异均不显著。
3.3幼树遮荫面积
柳树幼树林木在生长的最初几年基本呈现散生状态，遮荫面积的计算采用式
（1）；以后随林木冠幅的不断增加而进入郁闭状态，遮荫面积的变化主要是由冠长引起的，用式（3）计算。
式
（1）中林木的遮荫面积的计算不仅与有关测树因子有关，而且也是时间的函数。
包括季节变化和一天中不同时刻的变化。
从一年中4～8月选择了谷雨、小满、夏至、大署和处暑5个典型节气进行遮荫情况计算。
树木遮荫与树木的生长有关，其测树因子生长情况见表6。
表6幼林部分测树因子的年生长情况
Tab.6Somewillowannualgrowthfactorsofyounggrowth
树龄/a平均树高/m平均冠幅/m平均枝下高/m平均冠长/m
12.671.212.030.64
25.032.452.033.00
37.623.372.035.59
49.453.692.596.86
511.513.932.598.92
从表6可以看出，由于林木栽植采用了2m×3m的株行距，这样在树木生长的最初两年树木基本为散生状态，以后林木的株间逐渐郁闭。
这样，在计算时，就把郁闭的部分看成一个整体，其冠长不变，但其单株平均冠幅变成：
平均冠幅=（小行距+平均冠幅）/2（5）
由于林木生长指标的测定是在每年生长结束后进行的，考虑到树冠是一个逐步生长的过程，这样在计算树冠指标的值时采用：
平均冠幅或冠长=（上一年数据+当年数据）/2（6）
由此计算的结果超过林木的株距或林木的小行距就把郁闭的部分看成一个整体计算其面积。
依据
（1）、（3）、（5）和（6）式，对表2中的J172平均单株进行不同树龄、季节和一天中不同时刻的遮荫面积计算。
计算时应选择叶面积较大的时期即农历的谷雨到处暑才有意义，计算结果见表7。
表7幼林单株遮荫面积的变化过程
Tab.7Thewillowcrownshadowareachangecourseofyounggrowth
树龄/a
月-日（节气）/m-d
不同时间单株遮荫面积/m2
8:
00
9:
00
10:
00
11:
00
12:
00
1300
14:
00
15:
00
16:
00
17:
00
18:
00
04-20～23（谷雨）
0.59
0.45
0.39
0.36
0.34
0.34
0.34
0.36
0.39
0.45
0.59
05-20～23（小满）
0.53
0.43
0.38
0.35
0.33
0.32
0.33
0.35
0.38
0.43
0.53
1
06-20～23（夏至）
0.51
0.42
0.37
0.34
0.33
0.32
0.33
0.34
0.37
0.42
0.51
07-20～23（大暑）
08-20～23（处暑）
0.53
0.59
0.43
0.45
0.38
0.39
0.35
0.36
0.33
0.34
0.32
0.34
0.33
0.34
0.35
0.36
0.38
0.39
0.43
0.45
0.53
0.59
2
04-20～23（谷雨）
05-20～23（小满）
06-20～23（夏至）
07-20～23（大暑）
08-20～23（处暑）
9.52
7.85
7.42
7.87
9.57
6.41
5.71
5.52
5.73
6.44
5.03
4.61
4.51
4.63
5.06
4.27
3.93
3.85
3.95
4.29
3.83
3.49
3.41
3.51
3.85
3.69
3.32
3.21
3.33
3.70
3.83
3.49
3.41
3.51
3.85
4.27
3.93
3.85
3.95
4.29
5.03
4.61
4.51
4.63
5.06
6.41
5.71
5.52
5.73
6.44
9.52
7.85
7.42
7.87
9.57
3
04-20～23（谷雨）
05-20～23（小满）
06-20～23（夏至）
07-20～23（大暑）
08-20～23（处暑）
18.28
15.91
15.28
15.95
18.34
13.43
12.51
12.24
12.53
13.46
11.10
10.63
10.49
10.63
11.11
9.63
9.38
9.29
9.39
9.64
8.49
8.41
8.36
8.42
8.49
7.39
7.39
7.39
7.39
7.39
8.49
8.41
8.36
8.41
8.49
9.63
9.38
9.29
9.39
9.64
11.10
10.63
10.49
10.63
11.11
13.43
12.51
12.24
12.53
13.46
18.28
15.91
15.28
15.95
18.34
4
04-20～23（谷雨）
05-20～23（小满）
06-20～23（夏至）
07-20～23（大暑）
08-20～23（处暑）
22.77
19.52
18.68
19.58
22.87
16.14
14.88
14.52
14.90
16.18
12.94
12.31
12.12
12.32
12.96
10.95
10.59
10.49
10.60
10.96
9.40
9.26
9.21
9.26
9.40
7.89
7.89
7.89
7.89
7.89
9.40
9.26
9.21
9.26
9.40
10.95
10.59
10.49
10.60
10.96
12.94
12.31
12.12
12.32
12.96
16.14
14.88
14.52
14.90
16.18
22.77
19.52
18.68
19.58
22.87
5
04-20～23（谷雨）
05-20～23（小满）
06-20～23（夏至）
07-20～23（大暑）
08-20～23（处暑）
27.03
22.99
21.96
23.06
27.16
18.81
17.24
16.80
17.27
18.86
14.85
14.06
13.82
14.07
14.88
12.38
11.94
11.81
11.95
12.39
10.46
10.29
10.23
10.29
10.47
8.61
8.60
8.60
8.60
8.61
10.46
10.29
10.23
10.29
10.47
12.38
11.94
11.81
11.95
12.39
14.85
14.06
13.82
14.07
14.88
18.81
17.24
16.80
17.27
18.86
27.03
22.99
21.96
23.06
27.16
从表7可以看出：
（1）一天中林木的遮荫面积以中午为中点，上、下午对称，并以13时为最小；
（2）不同季节林木的遮荫面积以夏至为中点前后对称，并以夏至中午13时为全年的极小值，这与袁玉欣研究的结果相近[8]。
为直观反映苏柳不同时刻和不同季节的平均单株遮荫面积的变化情况，作图1。
时间（time）
图1柳树幼树平均单株遮荫面积不同季节和时刻的变化情况及间作年限
和平均单株遮荫面积的关系图
Fig.1Thewillowcrownshadowareachangecourseindifferentseasons,differenttimeofadayanddifferentintercroppingyearsinthestageofyounggrowth
从图1中可以清楚地看出，树木遮荫面积不同季节的变化和1d中不同时刻的变化。
同时还可以看出，树木的遮荫可明显分两个阶段，1～3a树木的树冠可以无任何限制地生长，其遮荫的面积可以散生林木计算，4～5a林木的株行距间已经呈郁闭状，其平均单株遮荫面积可以林木郁闭后的公式计算，同时由于采用合理的大小行距配置，所以林木平均单株遮荫面积的增长过程缓慢。
图中林木遮荫面积（Y）的增长与树龄（x）的关系比较密切，可以用下式表示：
（7）
利用表7，可以计算出单株所占面积林木的遮荫指数（Sl），其计算公式是：
（8）
式中，TSa是林木遮荫面积；La是单株所占面积。
由式（8）计算的结果见表8
表8幼林的遮荫指数
Tab.8Theshadingindexofwillowyounggrowth
树龄/a
1
2
3
4
5
平均单株遮荫面积/m
遮荫指数/％
0.41
1.62
5.21
17.44
11.27
37.65
13.19
44.07
15.16
50.52
表8中说明，在树木生长到第5a时，林木的遮荫指数已经超过50%，说明遮荫已经很严重了。
这种栽植模式采用的配置形式，对农作物生长比较有利，否则在单
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