防护林阶段定向经营研究Ⅱ. 典型防护林种--农田防护林

以防护林阶段定向经营理论为基础,对典型防护林种-农田防护林的防护成熟、经营阶段、更新方式、方法进行了研究讨论：通过对东北地区农田防护林长期调查积累资料的分析,确定了乡土杨和杂交杨（Populus spp.)农田防护林和初始防护成熟龄和终止防护成熟龄分别为16-24年和自然成熟龄,第一代农田防护要的更新龄为32-36年,以树木径级离散度,防护成熟龄和更新龄为主要依据定量划分了杨树农田防护林的3个经营阶段,并重点讨论了不同更新方式下3个经营阶段的变化情况,给出了维持农田防护林成熟状态的疏透度调控技术及其相关的林木分级依据与标准,同时为实现定向经营的目标,提出了各个经营阶段内应采取的系列经营管理措施。     

防护林阶段定向经营研究Ⅰ.理论基础

基于多年防护林经营研究与实践,在分析防护林经营目的的基础上,提出了防护林阶段定向经营理论基础.以防护林的防护成熟为核心,将防护林经营阶段划分为成熟前期, 即从栽植后形成相对稳定的幼林到初始防护成熟龄;防护成熟期,防护成熟状态持续的时期,即从初始防护成熟龄到终止防护成熟龄; 更新期,林木接近自然成熟开始更新直到更新结束并形成相对稳定的幼林.防护林经营的定向是指在任何经营阶段内,一切经营技术与措施都是为了使防护林向着成熟的状态发展,即防护成熟是防护林经营的方向,是最终目的.为尽量维持防护林的成熟状态并使防护效益不间断,针对发育正常与低质衰退的林分,在各个经营阶段内采取相应的系列经营管理与改造措施.     

防护林阶段定向经营研究I.理论基础

基于多年防护林经营研究与实践,在分析防护林经营目的的基础上,提出了防护林阶段定向经营理论基础,以防护林的防护成熟为核心,将防护林经营阶段划分为成熟前期,即从栽植后形成相对稳定的幼林到初始防护成熟龄;防护成熟期,防护成熟状态持续的时期,即从初始防护成熟龄到终止防护成熟龄;更新期,林木接近自然成熟开始更新直到更新结束并形成相对稳定的幼林,防护林经营的定向是指在任何经营阶段内,一切经营技术与措施都是为了使防护林向着成熟的状态发展,即防护成熟是防护林经营的方向,是最终目的,为尽量维持防护林的成熟状态并使防护效益不间断,针对发育正常与低质衰退的林分,在各个经营阶段内采取相应的系列经营管理与改造措施。     

东北地区农田防护林高效多功能经营的指标体系及标准研究

从单条林带和林网两个尺度出发,建立了农田防护林高效多功能经营的指标体系,并通过分析各个指标之间的机理关系,提出了9个主要评价指标,对于单条林带,用林带疏透度,有效防护距离,初始防护成熟龄,防护成熟期,林带产投比,更新方式等可作为度量林带经营状态的指标;对于林网体系,用林网带斑比,林网连接度,环度,林网优势度等可作为度量林网经营状态的指标;依据主要指标的数量化界定,提出了农田防护林高效多功能经营的标准,可进行综合评价,这些评价指标及其标准,在宏观上确定了主要林网体系的布局,在微观上确定了单条林带的结构,成为衡量是否可持续经营的依据,为其高效多功能经营提供了导向。     

农田防护林可持续集约经营模型的应用

选择具有典型代表的辽宁北部平原区、河北坝上农牧交错区和渭北旱塬区农田防护林为研究对象,以主栽树种杨树林带为研究材料,针对每个特定类型区的主要自然灾害因子和防护目的,统计分析调查研究数据,确定了辽宁北部、河北坝上和渭北旱塬3类型区农田防护林可持续集约经营模型的最优经营参数.其中林带最适疏透度分别为0.25～0.35、0.20～0.30和0.275～0.375;主林带间距分别为450～500m、200m和200～250m;副林带间距分别为500～1000m、500m和350～450m;林带带面宽度分别为8m、9m和4.5～8m;林带行数分别为3～4、6和2～4;林带树木株行距分别为2m×1.5～3m、1.5m×1.5m和1.5～3m×1.5～3m,主栽树种的防护成熟龄分别为15～16a、14～15a和12～14a;防护成熟期分别为10a、10～11a和12～14a;最佳更新方式分别为隔带更新、半带嫁接更新和隔带更新.     

农田防护林的可持续经营管理

林带更新的时空布局对持续发挥林网的防护效益具有重要意义。本文提出用拟法正林思想经营农田防扩林,以行政村为组织经营单位,通过逐步更新调整组织经营单位管理的林带,使整个林网体系形成自幼龄到成熟龄各龄级林带条数基本相等,空间上均匀配置的格局,从而确保时间上农田防护林生态服务的稳定和持续发挥。     

防护林防护成熟与干扰

防护成熟是经营防护林的核心问题.作者在回顾防护林防护成熟研究进展的基础上,指出以往关于防护林防护成熟的研究,往往把森林看作一个纯自然物品,这是个非常理想的状态;提出了在干扰几乎无处不在的当今社会,对防护林防护成熟的认识上应重视干扰因子的作用;并给出了防护林防护效益变化模式图,对防护成熟与干扰的关系进行了分析和讨论.     

基于林网体系尺度上的农田防护林持续经营模型Ⅰ-模型的构建

在农田防护林可持续经营内涵与目标分析的基础上,提出农田防护林可持续经营的理想结构;以矩(方)形林网体系作为研究对象,分析经营尺度、更新能力、林带更新年龄、更新方式等林网体系时空结构状态要素,提出农田防护林可持续经营模型构建的基本条件;根据林网体系中林带环度与林带数量的关系,标定并量化网格中林带的空间位置和年龄结构分布,定义了需要更新林带之间的距离函数,来表征各林带之间的分散程度;根据更新林带在林网体系内时空分布的均匀性,构建了农田防护林可持续经营模型.     

林带的防护成熟与更新

在详细探讨林带防护成熟概念的基础上,依据林带树木生长规律,建立了林带防护成熟龄与更新龄的确定方法,具体确定了北京杨、小钻杨等５个杨树品种林带的初始防护成熟龄、更新龄和更新期,并对林带不同更新方式进行了效益评价．     

基于林网体系尺度上的农田防护林持续经营模型I——模型的构建

在农田防护林可持续经营内涵与目标分析的基础上,提出农田防护林可持续经营的理想结构;以矩(方)形林网体系作为研究对象,分析经营尺度、更新能力、林带更新年龄、更新方式等林网体系时空结构状态要素,提出农田防护林可持续经营模型构建的基本条件;根据林网体系中林带环度与林带数量的关系,标定并量化网格中林带的空间位置和年龄结构分布,定义了需要更新林带之间的距离函数,来表征各林带之间的分散程度;根据更新林带在林网体系内时空分布的均匀性,构建了农田防护林可持续经营模型。     

黄土高原剌槐水土保持林防护成熟与更新研究

在分析乔木水土保持林防护机理的基础上 ,通过对渭北黄土高原剌槐水土保持林调查、分析 ,确定该区剌槐水土保持林在常规密度下的初始防护成熟龄为 11～ 16年 (平均为 12年 ) ;最大防护成熟龄为 2 5年 ;更新龄为 4 2年 ;防护成熟期 (更新龄与初始防护成熟龄之差 )为2 6～ 31年。以防护成熟龄为基础 ,确定剌槐水土保持林的三个经营阶段 :成熟前期、防护成熟期和更新期。这些结果将为水土保持林的合理经营提供参考。     

杨树林带生长阶段与林木分级的研究

依据林带的特殊性,结合树木生长发育和林带结构变化规律,将林带生长阶段划分为幼龄期、中龄期（速生期）和防护成熟期３个时期;采用径级离散度、防护成熟龄、更新龄等量化指标,以杨树林带为例,将３个生长时期定量化;同时依据林带树木对防护效益的贡献和树木的生长状况,将林带树木划分为４级;并给出各生长发育时期的相应的经营措施．     

基于林网体系尺度上的农田防护林持续经营模型Ⅱ--模型的应用

基于林网体系尺度上的农田防护林持续经营模型,是以矩(方)形林网为对象,通过分析经营尺度、更新能力、林带更新年龄、更新方式等林网时空结构状态要素而建立起来的,是林网体系功能目标与时空结构状态之间的数量关系表达。本文通过有效性检验证明了该模型的实用性,并以辽宁省昌图前双井子行政村为对象,在杨树林网体系中应用该模型,计算出更新林带的空间位置和整个林网体系的结构动态变化过程,以及每个经营阶段林网体系中林带的年龄结构和空间分布状态转移序列,可形成持续经营状态林网体系,克服目前传统经营方式下林网的防护效益不能稳定维持的弊病,为优化林网配置形式和经营提供了方向。     

东北地区农田防护林结构对林网内积雪分布格局的影响

东北地区冬季降雪是农田土壤水分的重要来源．探索农田防护林结构对林网内积雪分布格局的影响,是经营实践中如何依据疏透度指标来指导农田防护林结构调控的关键问题．通过由3个不同疏透度林带组成的林网内积雪深度的测定,对农田积雪分布格局进行了研究．结果表明,林网的结构对农田积雪分布产生较大影响．疏透度不同的林网内积雪分布的空间格局有明显差别。而且疏透度差异越大。分布格局的差异越显著．其中,在疏透度为φ2w=0．579、φ2s=0．268的林网内,农田积雪分布比较均匀,总体上整个农田积雪深度较为一致．这样,可依据疏透度与积雪分布格局的这种关系。指导冬季防护林带的结构调控与优化经营．     

防护林学研究现状与展望

防护林学是研究防护林构建及经营的理论与技术的科学, 其核心内容包括防护林构建理论与技术、防护林经营理论与技术和防护林效益评价。防护林学发展的终极目的是构建与经营防护林, 使其防护功能或生态服务功能高效、稳定并可持续。防护林学是偏重实用的应用基础学科, 其发展始终依托防护林工程建设需求, 特别是以国家运作方式开展的大型防护林工程建设, 对推动防护林学发展做出了巨大贡献。国外著名的防护林工程有美国大平原各州林业工程(罗斯福工程)、前苏联斯大林改造大自然计划、日本的治山治水防护林工程和北非五国“绿色坝”跨国防护林工程等。围绕这些工程, 在防护林规划设计、树种选择、空间配置、造林方法, 结构、抚育、间伐、衰退机制与更新, 以及效益评价等各个方面开展了相关研究, 其中, 以效益评价及效益与结构的关系研究最为广泛与深入。中国幅员辽阔、自然条件复杂、森林资源相对匮乏且分布不均、自然环境恶劣, 对防护林的需求极大, 自“三北”防护林体系建设工程启动以来, 中国防护林建设规模已居世界首位, 防护林学在中国得到了长足发展, 尤其在防护林经营理论与技术研究方面取得突破性进展。防护林学以效益评价为桥梁将防护林构建和经营组合在一起, 效益与结构的关系为防护林构建及现有防护林经营提供了科学依据。未来防护林学研究将以更广泛的生态公益林或防护性森林为对象, 在研究方法上将由以林分尺度为主向更微观和更宏观两个方向拓展; 在防护林构建方面, 仍以林学理论与技术为主体, 并重点与生态系统稳定性原理、景观生态学原理相结合, 开展防护林(体系)区域分异规划设计、营建理论与技术研究; 在防护林经营方面, 将以防护林衰退与恢复机制、带状防护林更新和非带状防护林近自然经营理论与技术为重点开展研究; 在效益评价方面, 将采用遥感等技术, 以防护林(体系)、大规模防护林建设的生态环境效应评价等为主要内容开展研究。     

三北地区农田防护林面积的多尺度遥感估算

农田防护林是三北防护林体系工程重要组成部分,准确估算农田防护林(林带)的数量与空间分布对了解该林种防护效应的发挥程度及促进农田防护林体系建设进程具有重要作用.本研究利用多尺度遥感影像获取林带长度,结合实地调查的林带宽度,估算三北地区(东北西部、华北北部和西北大部;依据地貌特征,将三北地区划分为东北、华北、黄土高原和蒙新4区)农田防护林面积.东北和华北区的林带长度通过建立Landsat TM和SPOT5解译得到的林带长度的关系获得;黄土高原和蒙新区则通过建立有林带农田面积(基于Landsat TM获得)和林带长度(基于CBERS-02B获得)关系获得.结果表明:至2008年,三北地区农田防护林(包括中龄林、成熟林、过熟林;不包括新造林、未成林和部分残次林;下同)总长度为106.40×107 m,其中,东北区23.82×107 m,华北区6.07×107 m,黄土高原区25.58×107 rn,蒙新区50.93×107 m;三北防护林体系工程农田防护林面积约为130.31×104 hm2(114.98×104 ～ 145.64×104 hm2),其中,东北区42.88×104 hm2(37.52×104 ～48.24×104 hm2),华北区10.79×104 hm2(9.56×104 ～ 12.29×104 hm2),黄土高原区25.58×104 hm2(22.70×104 ～ 28.45×104 hm2),蒙新区50.93×104 hm2(45.20×104 ～ 56.66× 104 hm2);估算的平均精度为89.54％,其中,东北和华北区79.27％,蒙新和黄土高原区99.80％.     

玛纳斯河流域绿洲农田防护林景观格局评价

防护林网作为农田景观的重要廊道系统,对生物多样性以及景观连通性等具有至关重要的作用。本研究以新疆玛纳斯河流域为研究区,基于高分辨率遥感影像,计算现实状态与合理状态下农田防护林网景观指标的相对误差,对玛纳斯河流域绿洲农田防护林网景观格局进行评价。结果显示:玛纳斯县、沙湾县和团场的防护林网带斑比的相对误差分别为0.7240、0.7374和0.7579,连续度的相对误差分别为0.5307、0.5629和0.6863,环度值的相对误差分别为0.6577、0.6380和0.4945。各景观指标的相对误差均大于0.15,说明玛纳斯河流域绿洲农田防护林网尚且达不到优质标准,存在林带面积不足、林网分布不均匀、闭合网格较少,成型状况较差等问题。建议在防护林的建设和管理中,加强缺失林带的补齐工作,并增加林带密度,通过科学合理的防护林网空间配置实现绿洲农田的可持续发展。     

不同林龄杨树农田防护林土壤微生物生物量碳、氮和微生物活性

以辽宁省建平县5、10、15和20年生4个林龄的杨树农田防护林为对象,以农田作为对照,研究了农田营造防护林对土壤微生物生物量碳、氮及微生物活性的影响.结果表明：农田营造防护林后,0～15 cm层土壤有机碳、全氮、微生物生物量碳、氮含量和土壤基础呼吸均呈现出先降低后升高的趋势,在造林20年后达到或超过未造林农田的水平;而代谢熵在造林5年后显著增加,然后随着林龄的增加而降低.上述结果表明,农田营造杨树防护林后,土壤微生物生物量和活性均发生了明显的变化.     

林带空间配置与布局优化研究

农田防护林(林带)的空间配置与布局是影响防护林结构和防护效益发挥并持续的关键因素．为达到农田防护林防护效益最大并持续的经营目标。在保证林分多样性和稳定性的条件下．林带必须具有空间上布局的合理性和时间上的连续性．经过多年防护林营林研究实践．在对1992年于辽宁省昌图县双井子乡设计营造的试验示范林带调查的基础上．对农田防护林单条林带方向的设置、带内树木的空间搭配方式、树种组成形式,多条林带或林网的带间距离以及大面积或区域防护林体系的空间景观布局等进行了综合研究．结果表明,单条林带和林网走向都应以垂直主害风作为设计的原则;林带内树木的空间搭配以“品”字型为佳,在不同树种混交的同一条林带中,可利用“边行优势”将生长相对缓慢的树种配置于边行．生长相对迅速的树种配置于内行;多条林带或林网空间配置参数——带间距离的设计应以林带达到初始防护成熟龄时的树高作为成林高．以林带结构变化规律和降低害风比例作为林带设计关键参数;区域防护林体系的空间布局应以景观生态学原理为基础．对林网体系进行评价与调控．     

河西走廊绿洲农田防护林对玉米光合特性及产量的影响

农田防护林是甘肃河西走廊绿洲农田生态系统的重要组成部分,对维持农业生产和生态平衡具有重要作用.本文对防护林保护下的玉米灌浆期光合生理生态特性及产量变化进行了研究.结果表明：防护林东西相等距离处,东面玉米所截获的光合有效辐射量（PAR）始终高于西面;西面20 m以内玉米受林带（防护林高度为10 m）遮光较为严重,其净光合速率（P_n）较低;林带东面15 m范围内的玉米P_n高于西面.总体上,防护林造成的玉米减产发生在林带东面10 m及西面15～20 m范围内,其他位置的玉米产量不受影响或增产.