吉林西部水田防护林对林带内温湿度和水稻产量的影响*



吉林西部水田防护林对林带内温湿度和水稻产量的影响*

赵珊珊1，韩娇1，张大伟1，张天祥2，包广道1,张忠辉1，林士杰1，杨雨春1

(1.吉林省林业科学研究院，吉林长春130033；2.吉林省林业勘察设计研究院，吉林长春130022)

摘要：防护林林带结构，尤其是疏透度，对于调整和改善林网内的小气候环境和提高作物产量具有重要作用。采用多点式自记测风仪(GB228)，对吉林省西部水田防护林开展了林带结构因子对林带内温湿度影响研究，同时分析了林带结构对水稻产量的影响。结果表明：水田防护林在有叶期和无叶期分别降低和提高了背风面的温度，有叶期林带内外温度差(T有叶期)与树高和冠幅分别呈显著正相关和负相关，无叶期林带内外温度差(T无叶期)与树高、胸径和冠幅呈显著负相关和正相关；水田防护林提高了林带内的空气相对湿度，而且有叶期的空气相对湿度增幅要大于相应的无叶期；不同观测距离处的水稻产量不同，但影响趋势一致，其产量的最大值在观测点7处，且林带3、4、6、8的水稻产量较高，分别为880 g/m2、899 g/m2、916 g/m2和923 g/m2；当有叶期疏透度(β有叶期)和无叶期疏透度(β无叶期)分别在0.31～0.39和0.63～0.75时，林带对其背风面的温湿度调节作用明显，对应的水稻产量较高。适宜林带间距是300 m。

关键词：水田防护林；林带结构；温度；湿度；水稻产量

Effect of Paddy-field-shelter Forest on the Temperature, Humidity and

国内外学者对防护林的防护效益评价、生理生态和营建技术等方面开展了大量研究。防护林通过影响气流运动过程，进而降低林带风的动能[1～2]，削弱林带背风面风速[3]，而这种作用将减弱林带内气流交换[4]，改变庇护区内热量平衡，近而影响林内温度状况[2]，并且呈现夏季温度降低而冬季温度升高的趋势[5]。虽然不同地域或防护林林带结构存在差异，但宁夏[6]、内蒙古[7～8]、云南[9]等地的防护林林带的温度调节趋势却基本相同。

同样，防护林对林网内空气湿度具有一定的调节作用。同样由于林带内风速和气流交换减弱，植物蒸腾在近地层大气处保留时间延长[2]，使得林带内植物蒸发蒸腾、空气湿度均受到影响，进而使林网内相对湿度大于旷野[10～11]。同时李增嘉等[12]、吴刚等[13]、朱廷曜等[10]也得到了类似研究结论。此外，防护林的温度、湿度和其他因子的调控作用，致使林网内部形成了独特的小气候区域[11,14]，这对作物生长和发育具有促进作用[15]，并且能够提高作物产量[16～17]。

综上，针对农田防护林林带结构，尤其是疏透度对庇护区的温度、湿度调节和作物产量影响方面进行了系统的研究。但是，由于当时所采用的风速仪不能实现多点数据的同步测定和采集，并且有关水田防护林的相关研究较少。因此，采用多点式自记测风仪(GB228)，以吉林省西部典型水田防护林为研究对象，探讨有叶期和无叶期林带结构对林带内温湿度调节的作用和对水稻产量的影响。

1材料与方法

1.1研究区域概况

研究区域在吉林省前郭县境内，位于东经124°36′～125°10′，北纬44°50′～45°08′之间，平均海拔133 m，该地区属于温带大陆性季风气候，春秋干旱多风，夏季湿热多雨，冬季寒冷降雪少、冰冻期长。所调查的水田防护林是20世纪90年代初期营造的，以3～6行为主，主林带林木平均胸径在23.8～40.2 cm之间，树高在13.4～23.2 m之间，枝下高在1.7～7.2 m之间。主林带间距包括300 m和500 m两种,副带间距500 m。林带主要树种为杨树和柳树，杨树是‘白城小黑杨(Populuspsedosimonii×nigracv‘Baicheng’)’和‘白林3号杨(P.דBailin3”)’(白城市林科院选育的优良抗逆性树种)，柳树是旱快柳(Salixmatsudaravar.anshanensis)和黑皮柳(Salixlimprichtii)。保存率在62 %～81 %之间(表1)。试验地地势平坦，土层较厚。

1.2研究方法

2012年6月15日、7月15日和2012年10月25日、11月25日，采用多点式自记测风仪(GB228)，测定10种模式林带，而且该10种模式的林带能够分别找到相应的2个重复模式(即：每种模式能够重复3次)。观测点布设在林带中垂线上，在背风面，以20 m为间隔，设定观测点，共设置9个观测点，编号为1～9。在观测点距离地面垂直距离为2 m处架设仪器，温度和湿度数据自动获取时间间隔为20 min。林带内温度和湿度取全天9个观测点的平均值。同样测定无水田防护林带的旷野对照点处的温度和湿度(CK)。

于同年水稻收获期，测定样方的产量。不同林带内的水稻品种、种植方式、管理和施肥等基本一致。测定方法：在观测点水平处每间隔5 m，布设3个1 m×1 m样方。采用全株收获法将样方内全部水稻连带秸秆收割，将水稻籽粒取出，用天平测量每个样方内水稻产量[18]，同样测定CK观测点处的水稻产量。记录防护林带树高、胸径、冠幅、枝下高、行数、株行距、带长以及带间距，并采用数字图像处理方法测定林带有叶期和无叶期疏透度[19]。不同模式林带结构因子见表1。

1.3数据处理

表格处理采用Excel 2007完成，系统聚类分析和相关分析由SPSS 19.0完成，其他采用Origin 8.0完成。

表1　各林带结构因子调查

2结果与分析

2.1不同林带结构对温度的影响

水田防护林在有叶期(夏季)能够降低背风面温度，在无叶期(秋季)能够提高背风面温度,见图1。

图1　不同林带结构对温度影响

有叶期降温作用主要是由于夏季在林网保护下，林网内作物蒸腾旺盛，消耗大量热能，而无叶期在林带的作用下，则能够防止林网外冷空气进入林带内部，进而起到增温作用[2,10～11]。此外，在有叶期，不同林带结构的降温作用存在一定差异，而且第3、4、6、8条林带的温度调节作用较大。有叶期温度降低能够减弱干热风的危害，而无叶期温度升高则对于改善土壤理化性质具有一定作用[15,18]。

林带内外温差与林带结构存在一定的相关性(表2)，其中树高和冠幅与T有叶期分别呈显著正相关和负相关，而在T无叶期则分别与树高、胸径和冠幅呈显著负相关和正相关。疏透度与其相关性不大(图2)。但是，林带内外温差与疏透度存在一定联系，当有叶期和无叶期的疏透度分别在0.31～0.39和0.63～0.75之间时，其温度调节作用较好。

表2　林带结构参数与林带内温度相关性

注：*表示P<0.05。

图2林带内外温差与林带疏透度关系

Fig.2Relation of inside and outside shelterbelt temperature with shelterbelt porosity

2.2不同林带结构对湿度的影响

防护林网通过影响林网内的风速和气流交换，进而提高庇护区有叶期和无叶期的空气相对湿度[10,12,15]。在有叶期和无叶期，水田防护林均能提高其庇护区的空气相对湿度，而且有叶期的空气相对湿度增幅要大于相应的无叶期(表3)，这可能是由于有叶期的作物和林木的蒸腾作用大[13,20]。

林带内外湿度差与林带结构各因子的相关性较差(表4)。虽然疏透度与其相关性较差(图3)，但当有叶期和无叶期的疏透度分别在0.31～0.39和0.63～0.75之间时，其空气相对湿度增加值较大，尤其是无叶期空气相对湿度增加，这对于提高冬季和春季的土壤含水量，促进作物的生长发育具有积极作用[15,17]。

表3　林带内外空气相对湿度差

表4　林内外湿度差与林带结构相关关系

图3林内外湿度差与林带疏透度关系

Fig.3Relationship of air relative humidity of inside and outside of shelterbelt with its porosity

2.3水田防护林对水稻产量影响

由于防护林对林网内小气候的调整与改善，促进了作物自身物质、能量的转化和积累，进而起到增产作用[18]。不同林带结构对产量影响的趋势基本一致(图4)。测量点1和测量点2处，水稻的平均产量呈增加趋势，但产量低于对照；测量点3～7处，水稻的平均产量总体稳定增加并且高于对照；测量点8和测量点9处，水稻的平均产量则呈下降趋势。

图4　不同观测点的水稻产量

将不同林带对应的相同观测点的水稻产量取平均值并设为因变量，将观测点到林带距离设为自变量，可建立水稻产量预测方程为y=535.65+6.13x-0.02x2(p<0.001)。防护林带对水稻产量的胁地范围为0～40 m，而且在153 m处达到最大产量值(1 031 g/m2)，当>153 m时水稻产量逐渐下降。此外，当水稻产量达到CK(807 g/m2)时，其距离是265.6 m，因此，结合吉林省西部水田防护林带间距主要是300 m和500 m的营造现状，其防护林的适宜带间距应在300 m。

然而由于林带结构的不同，其增产效果不同。将不同林带内的观测点水稻产量分别取平均值并进行分析，由于防护林的存在，其林网内的水稻产量均高于对照，而且不同林带结构下的水稻平均产量存在一定差异(图5)，其中第3、4、6、8林带对应的水稻产量相对较高，产量分别为880 g/m2、899 g/m2、916 g/m2和923 g/m2。

图5　不同林带模式对应的水稻产量

林带结构因子与水稻产量之间的相关分析显示，林带结构因子与其相关性较差(表5)。当林带有叶期疏透度在0.31～0.39，对应的无叶期疏透度在0.63～0.75时水稻产量则相对较高(图6)，说明疏透度是影响水稻产量高低的重要因子。

表5　水稻产量与林带结构相关关系

图6　水稻产量与林带疏透度关系

3结论与讨论

疏透度是防护林林带结构信息综合表征，并成为判断防护林防护效果优劣的重要指标。吉林省西部水田防护林有叶期疏透度在0.31～0.39时，对应的无叶期林带疏透度在0.63～0.75时，其温湿度调控作用较大，而且对应林地结构的水稻产量较高。这与有叶期的疏透度在0.25～0.40时，防护林对林带内温湿度和产量调节作用较好[17～18,20～22]的研究结果一致。

林带间距是防护林结构的参数之一，然而以往有关防护林适宜林带间距方面的研究较少[3,17]。水田防护林不同距离测量点的水稻产量不同，同时，第3、4、6和8林带对应水稻产量相对较高。依据建立的水稻产量预测方程，确定了水田防护林的适宜带间距是300 m，而且现有防护林网带间距为500 m的林带结构超出了其所需的有效防护范围。

因此，可以确定吉林省西部水田防护林有叶期和无叶期的适宜疏透度范围分别是0.31～0.39和0.63～0.75，其适宜林带结构模式：株行距为1 m×2 m或1 m×1 m时，3～4行；株行距为2 m×2 m时，6行，带长500 m，带间距为300 m。这对水田防护林更新改造和营建方面具有一定的指导性和实践意义。

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Rice Yield in Western Jilin

ZHAO Shan-shan1,HAN Jiao1,ZHANG Da-wei1,ZHANG Tian-xiang2,BAO Guang-dao1,

ZHANG Zhong-hui1,LIN Shi-jie1,YANG Yu-chun1

(1.Forestry Academy of Jilin Province,Changchun Jilin 130033,P.R.China;

2.Jilin Forestry Survey and Design Institute,Changchun Jilin 130022,P.R.China)

Abstract:Shelter forest structure,its porosity in particular ,play an important role in adjusting and improving the microclimate within the shelter forest and in increasing rice yields.By using multi-point-recording anemometer (GB-228),the paddy-field-shelter forest in western of Jilin province were investigated,and the effect of shelterbelt structure on the temperature,humidity and rice yield within shelter forest were analyzed.The result showed that the shelter with leaf period lower the leeward side of the temperature and shelter without leaf stage raise the temperature.In leaf period,the range of interior and external shelterbelt temperature (Tleaf) had significant positive and negative relation with tree height and crown respectively,while in non-leaf period,the range of its temperature (Tnon-leaf) had significant negative and positive relation with tree height,DBH and crown respectively.Paddy-field-shelter increase the relative humidity within the forest,and the increasing rate during leaf period is greater than that of non-leaf period.Although the rice yield was different at different observation points,the impact tendency was the same,and the maximum yield was found at the 7 observation points,and the No 3,4,6,8 had higher rice yield than the others with a productivity of 880 g/m2,899 g/m2,916 g/m2and 923 g/m2respectively.When porosity of leaf period (βleaf) and porosity of non-leaf period (βnonleaf stage) were 0.3～0.4 and 0.6～0.8 respectively,The regulating function of shelter forest on temperature and humidity were obvious,and the rice yield were higher than the other paddy-field-shelter forest.The appropriate distance for paddy shelterbelt should be 300 m.

Key words:paddy-field-shelter forest;shelterbelt structure;temperature;humidity;yield of rice

中图分类号：S 727.2

文献标识码：A

文章编号：1672-8246(2015)06-0031-07

通讯作者简介：杨雨春(1976-)，男，副研究员，博士，主要从事防护林经营研究。E-mail：yang-yu-chun@163.com

作者简介：第一赵珊珊(1982-)，男，助理研究员，硕士，主要从事防护林经营研究。E-mail：lkyzss@163.com

基金项目：国家林业局林业公益性行业科研专项(201104040)，吉林省科技发展计划项目(20090254；201205065)。

收稿日期：*2015-05-07

doi10.16473/j.cnki.xblykx1972.2015.06.007