福建滨海木麻黄防护林生态功能研究
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摘要
福建滨海木麻黄防护林是维护滨海生态环境的重要生态屏障，由于对滨海木麻黄防护林生态系统的结构和功能研究甚少，滨海防护林建设的相关理论基础较为薄弱，致使滨海木麻黄防护林建设和保护工作严重滞后，滨海木麻黄防护林出现了退化现象。因此，较为完整研究福建滨海木麻黄防护林生态系统功能对滨海防护林体系建设有重要理论和实际意义。
本文应用遥感和GIS方法分析了沿海20年来防护林景观生态格局变化情况；通过定位和随机抽样方法，对平潭县和东山县木麻黄防护林就其生物生产力及碳贮量空间分布、防护林防风固沙、防护林对蒸发和土壤水分平衡影响、防护林对农作物增产效应等方面进行较系统研究，为合理评价滨海木麻黄防护林生态功能及防护林体系构建提供科学依据；针对目前木麻黄防护林生态功能所面临问题，提出防护林生态功能网络建设方案。
本论文主要研究结论如下：
通过分析20年来福建滨海防护林景观格局变化，表明防护林景观的破碎度在增加，景观多样性指数和均匀度指数有所下降，受到人为因素及其它自然因素影响，木麻黄防护林面积在呈下降态势。
应用W=D2H构建的福建滨海木麻黄防护林生物量模型能够客观表现出生物量与树高和胸径的关系；福建滨海木麻黄防护林具有较高生物生产力，但由于距离海岸远近及区位不同，木麻黄防护林类型间生物生产力差异较大，防护林带生产力超过沿海基干防护林，东山县木麻黄防护林超过平潭县防护林生产力。总体而言，木麻黄在福建滨海地区仍是防护林的首选树种。东山和平潭两地两种类型木麻黄防护林植被层和和土壤层碳贮量按比例高低排列为东山农田木麻黄林带（277.70t/hm~2）＞平潭农田木麻黄林带（246.14t/hm~2）＞东山沿海基干木麻黄防护林（185.34t/hm~2）＞平潭沿海基干木麻黄防护林（153.54t/hm~2）。表现出农田防护林高于沿海基干防护林、东山县防护林高于平潭县防护林分布规律。在木麻黄防护林碳贮量的空间分布上，乔木层＞土壤层＞枯落物层。土壤层碳含量随土壤深度增加而减少，且在0～30cm土层间变化显著。
福建沿海地区木麻黄防护林带对防风固沙有非常显著的效能，林带的保护作用使得林带后风速平均可降低25～40%左右。根据林带的防风固沙效果，木麻黄防护林带间距以150～200m为宜；对沿海基干防护林防风固沙功能研究表明，沿海基干防护林具有巨大降低风速作用，到400m处风速降低了96.20%；防护林主要通过风速降低使得不同粒径砂粒在不同距离防护林分布比例不同、堆积厚度也不同。越往内陆方向随着距离增加，粗颗粒比例逐渐减少，而反之细颗粒比例增加。综合考虑防护林防风功能及其他因素的可能影响，沿海基干防护林最适宜宽度应该达到600m左右为宜。建议福建省在《福建沿海防护林技术规程》规定的沿海基干防护林宽度为200m应该修正到600m。
由于防护林带的防护作用，林带前后各点的蒸发随距离的不同而变化。林带前60m和林带后200m可使得蒸发量减少12～25%，其中林带后后40～100m蒸发量减少最明显，可达到20%左右。在林带背风面农田土壤含水量比林带迎风面高(10～30%)，但土层越深，这种差别越小。表层土壤含量则受蒸散发的影响，蒸散发量愈大，含水量愈低。
沙地土壤种植木麻黄后其有机质含量、土壤碱解氮、速效钾和速效磷含量均有不同程度提高，表明木麻黄防护林改良沙地土壤养分效果明显；木麻黄在滨海盐碱地区具有降低土壤盐分含量，但当土壤酸性低于5.5这一阈值时，抑制了木麻黄生长，这可能是木麻黄人工纯林地区二代更新不良主要原因之一。受损的木麻黄防护林生态功能调查表明，受损林带占总林带数的29.9%，受损的沿海基干防护林面积占沿海基干防护林面积19.8%。受损防护林带密度平均减少了70%，林带防风功能较正常林带降低了41.5%。
林带对作物具有明显的增产作用，在冬季对大麦产量有明显增产作用，平均增产7%左右；千粒重4.8%左右。但在林带不同防护范围内，林带前(北)2～7.3H，林带后（南）2～25H为增产区，增产幅度达22%；林带北0～1H，南0～2H为协地减产区，减产幅度达11%，其余为平产区。
Fujian coastal Casuarina equisetifolia shelterforest is the important ecological barriermaintenance coastal ecological environment. However, because of the research aboutstructure and function of coastal C. equisetifolia shelterforest ecosystem every little,theoretical basis related to the construction of the coastal shelterforest is weak, resulting in theserious lag of the coastal C. equisetifolia shelterforest construction and protection anddegradation of the coastal C. equisetifolia shelterforest. Therefore, a more complete study infujian coastal C. equisetifolia shelterforest ecological system function has importanttheoretical and practical significance on the coastal shelterforest system construction.
In this paper, the application of remote sensing and GIS methods to analyze the change ofthe coastal shelter forest landscape ecological pattern in recent20years. By positioning andrandom sampling method, we has carried on the systematic research to shelterforest biologicalproductivity and carbon deposits in spatial distribution, wind prevention and sand fixation, theinfluence on evaporation and soil water balance and the effect for crop production of Pingtanand Dongshan County C. equisetifolia shelterforest, evaluating rationally of coastal C.equisetifolia shelterforest ecological function and providing a scientific basis for buildingshelterforest. In view of the present problems that C. equisetifolia shelterforest ecologicalfunction facing, shelterforest ecological function network construction scheme is put forward.
The main research conclusions as follows In this paper:
Through the analysis of fujian coastal shelterforest landscape pattern change in recent20years, showing that shelterforest landscape fragmentation is on the rise and landscapediversity index and evenness index decrease. Due to affected by human factor and othernatural factors, the area of C. equisetifolia and other main kinds of shelterforests are in adownward trend.
Fujian coastal C. equisetifolia shelterforest biomass model, building by W=D2H, canshow the relationship between the biomass and tree height and diameter at breast height.Fujian coastal C. equisetifolia shelterforest has high biological productivity. But because ofthe different of the location and the distances from the shore, biological productivity betweentypes of shelterforests has obvious differences. Shelterforest belt productivity is more thanthat of coastal backbone shelterforest. Dongshan County C. equisetifolia shelterforestproductivity is more than Pingtan County. In general, C. equisetifolia in coastal areas in ourprovince is still the preferred shelterforest trees. According to the proportion of high and low,vegetation layer and soil layer carbon reserves in Dongshan and Pingtan County two types ofC. equisetifolia shelterforest is dongshan farmland C. equisetifolia forestbelt(277.70t/hm~2)>pingtan farmland C. equisetifolia forest belt(246.14t/hm~2)>dongshan coastal backbone C.equisetifolia shelterforest(185.34t/hm~2)>pintan coastal backbone C. equisetifoliashelterforest(153.54t/hm~2). Above analysis showed that the farmland shelterforest is higherthan the coastal backbone shelterforest and Dongshan County shelterforest is higher than thepingtan county shelterforest. In the spatial distribution of C. equisetifolia shelterforest carbondeposits, tree layer> soil layer> litter layer. Carbon content of soil layers decreased with soildepth, and there is a significant change between0~30cm soil layer.
The coastal areas of Fujian C. equisetifolia shelterforest belt plays a very significant rolein wind prevention and sand fixation. Forest protection makes the wind speed after the forestreduce about25~40%on average. According to the effect of wind prevention and sandfixation, space between C. equisetifolia shelter belts is150~200m best. Research on coastalwind prevention and sand fixation backbone protection ability suggests that coastal backboneshelterforest has a great effect of wind speed, velocity droping by96.20%in400m.Shelterforest mainly through wind speed reduced makes different sand of particle size havedifferent distribution proportion and different stacking thickness in different distanceshelterforest. Considering the possible effect of protective function of wind and other factors,the most suitable width of coastal backbone shelterforest is should be600m. Therefore, wesuggests that the width of fujian coastal shelterforest stipulated by in fujian province coastalbackbone technical regulations should be revised to600m from200m.
After planting C. equisetifolia, the organic matter content, soil alkaline hydrolysis N,available potassium and available phosphorus content of sandy soil increase to some extent,indicating that C. equisetifolia shelterforest improves sand soil nutrient obviously. C.equisetifolia in inshore saline area can reduce the soil salt content. But when the acidic islower than5.5, the growth of the C. equisetifolia is inhibited. This may be one of the mainreasons that the second generation forest updates the bad in C. equisetifolia artificial pureforest region. This problem needs to be studied further.The survey of damaged C. equisetifoliashelterforest ecological function shows that the damaged forest accounts for29.9%of totalforest, while the coastal backbone shelterforest area accounted for19.8%of the coastalbackbone protection forest area. Density of the damaged shelter belt dropped an average of70%, resulting in that function of the forest wind resistance reduced by41.5%.
Under the influence of forest, evaporation of each point in front and back of forest beltvaries with the distance. Vaporization reduces by12~25%in60m before and200m afterforest, vaporization reduces the most obvious in40~100m back of forest belt, reaching20%.Farmland soil moisture content in the forest leeward is higher than that in forest windwardside (10~30%). But the deeper soil layer, the smaller the difference. Content of surface soilis affected by evaporation. The greater the amount of evaporation, the lower moisture content.The shelterforest has obvious role to increase crops production. Barley yield significantlyincrease during the winter, the average yield reaching about7%and grain about4.8%. Withinthe scope of the different forest protection, before the forest (north)2~7.3H, after the forest(south)2~25H are increased production areas, increasing rate up to22%. North of forest0~1H, south0~2H are reduced production areas, reducing rate up to11%. Other is theaverage production area.
本文应用遥感和GIS方法分析了沿海20年来防护林景观生态格局变化情况；通过定位和随机抽样方法，对平潭县和东山县木麻黄防护林就其生物生产力及碳贮量空间分布、防护林防风固沙、防护林对蒸发和土壤水分平衡影响、防护林对农作物增产效应等方面进行较系统研究，为合理评价滨海木麻黄防护林生态功能及防护林体系构建提供科学依据；针对目前木麻黄防护林生态功能所面临问题，提出防护林生态功能网络建设方案。
本论文主要研究结论如下：
通过分析20年来福建滨海防护林景观格局变化，表明防护林景观的破碎度在增加，景观多样性指数和均匀度指数有所下降，受到人为因素及其它自然因素影响，木麻黄防护林面积在呈下降态势。
应用W=D2H构建的福建滨海木麻黄防护林生物量模型能够客观表现出生物量与树高和胸径的关系；福建滨海木麻黄防护林具有较高生物生产力，但由于距离海岸远近及区位不同，木麻黄防护林类型间生物生产力差异较大，防护林带生产力超过沿海基干防护林，东山县木麻黄防护林超过平潭县防护林生产力。总体而言，木麻黄在福建滨海地区仍是防护林的首选树种。东山和平潭两地两种类型木麻黄防护林植被层和和土壤层碳贮量按比例高低排列为东山农田木麻黄林带（277.70t/hm~2）＞平潭农田木麻黄林带（246.14t/hm~2）＞东山沿海基干木麻黄防护林（185.34t/hm~2）＞平潭沿海基干木麻黄防护林（153.54t/hm~2）。表现出农田防护林高于沿海基干防护林、东山县防护林高于平潭县防护林分布规律。在木麻黄防护林碳贮量的空间分布上，乔木层＞土壤层＞枯落物层。土壤层碳含量随土壤深度增加而减少，且在0～30cm土层间变化显著。
福建沿海地区木麻黄防护林带对防风固沙有非常显著的效能，林带的保护作用使得林带后风速平均可降低25～40%左右。根据林带的防风固沙效果，木麻黄防护林带间距以150～200m为宜；对沿海基干防护林防风固沙功能研究表明，沿海基干防护林具有巨大降低风速作用，到400m处风速降低了96.20%；防护林主要通过风速降低使得不同粒径砂粒在不同距离防护林分布比例不同、堆积厚度也不同。越往内陆方向随着距离增加，粗颗粒比例逐渐减少，而反之细颗粒比例增加。综合考虑防护林防风功能及其他因素的可能影响，沿海基干防护林最适宜宽度应该达到600m左右为宜。建议福建省在《福建沿海防护林技术规程》规定的沿海基干防护林宽度为200m应该修正到600m。
由于防护林带的防护作用，林带前后各点的蒸发随距离的不同而变化。林带前60m和林带后200m可使得蒸发量减少12～25%，其中林带后后40～100m蒸发量减少最明显，可达到20%左右。在林带背风面农田土壤含水量比林带迎风面高(10～30%)，但土层越深，这种差别越小。表层土壤含量则受蒸散发的影响，蒸散发量愈大，含水量愈低。
沙地土壤种植木麻黄后其有机质含量、土壤碱解氮、速效钾和速效磷含量均有不同程度提高，表明木麻黄防护林改良沙地土壤养分效果明显；木麻黄在滨海盐碱地区具有降低土壤盐分含量，但当土壤酸性低于5.5这一阈值时，抑制了木麻黄生长，这可能是木麻黄人工纯林地区二代更新不良主要原因之一。受损的木麻黄防护林生态功能调查表明，受损林带占总林带数的29.9%，受损的沿海基干防护林面积占沿海基干防护林面积19.8%。受损防护林带密度平均减少了70%，林带防风功能较正常林带降低了41.5%。
林带对作物具有明显的增产作用，在冬季对大麦产量有明显增产作用，平均增产7%左右；千粒重4.8%左右。但在林带不同防护范围内，林带前(北)2～7.3H，林带后（南）2～25H为增产区，增产幅度达22%；林带北0～1H，南0～2H为协地减产区，减产幅度达11%，其余为平产区。
Fujian coastal Casuarina equisetifolia shelterforest is the important ecological barriermaintenance coastal ecological environment. However, because of the research aboutstructure and function of coastal C. equisetifolia shelterforest ecosystem every little,theoretical basis related to the construction of the coastal shelterforest is weak, resulting in theserious lag of the coastal C. equisetifolia shelterforest construction and protection anddegradation of the coastal C. equisetifolia shelterforest. Therefore, a more complete study infujian coastal C. equisetifolia shelterforest ecological system function has importanttheoretical and practical significance on the coastal shelterforest system construction.
In this paper, the application of remote sensing and GIS methods to analyze the change ofthe coastal shelter forest landscape ecological pattern in recent20years. By positioning andrandom sampling method, we has carried on the systematic research to shelterforest biologicalproductivity and carbon deposits in spatial distribution, wind prevention and sand fixation, theinfluence on evaporation and soil water balance and the effect for crop production of Pingtanand Dongshan County C. equisetifolia shelterforest, evaluating rationally of coastal C.equisetifolia shelterforest ecological function and providing a scientific basis for buildingshelterforest. In view of the present problems that C. equisetifolia shelterforest ecologicalfunction facing, shelterforest ecological function network construction scheme is put forward.
The main research conclusions as follows In this paper:
Through the analysis of fujian coastal shelterforest landscape pattern change in recent20years, showing that shelterforest landscape fragmentation is on the rise and landscapediversity index and evenness index decrease. Due to affected by human factor and othernatural factors, the area of C. equisetifolia and other main kinds of shelterforests are in adownward trend.
Fujian coastal C. equisetifolia shelterforest biomass model, building by W=D2H, canshow the relationship between the biomass and tree height and diameter at breast height.Fujian coastal C. equisetifolia shelterforest has high biological productivity. But because ofthe different of the location and the distances from the shore, biological productivity betweentypes of shelterforests has obvious differences. Shelterforest belt productivity is more thanthat of coastal backbone shelterforest. Dongshan County C. equisetifolia shelterforestproductivity is more than Pingtan County. In general, C. equisetifolia in coastal areas in ourprovince is still the preferred shelterforest trees. According to the proportion of high and low,vegetation layer and soil layer carbon reserves in Dongshan and Pingtan County two types ofC. equisetifolia shelterforest is dongshan farmland C. equisetifolia forestbelt(277.70t/hm~2)>pingtan farmland C. equisetifolia forest belt(246.14t/hm~2)>dongshan coastal backbone C.equisetifolia shelterforest(185.34t/hm~2)>pintan coastal backbone C. equisetifoliashelterforest(153.54t/hm~2). Above analysis showed that the farmland shelterforest is higherthan the coastal backbone shelterforest and Dongshan County shelterforest is higher than thepingtan county shelterforest. In the spatial distribution of C. equisetifolia shelterforest carbondeposits, tree layer> soil layer> litter layer. Carbon content of soil layers decreased with soildepth, and there is a significant change between0~30cm soil layer.
The coastal areas of Fujian C. equisetifolia shelterforest belt plays a very significant rolein wind prevention and sand fixation. Forest protection makes the wind speed after the forestreduce about25~40%on average. According to the effect of wind prevention and sandfixation, space between C. equisetifolia shelter belts is150~200m best. Research on coastalwind prevention and sand fixation backbone protection ability suggests that coastal backboneshelterforest has a great effect of wind speed, velocity droping by96.20%in400m.Shelterforest mainly through wind speed reduced makes different sand of particle size havedifferent distribution proportion and different stacking thickness in different distanceshelterforest. Considering the possible effect of protective function of wind and other factors,the most suitable width of coastal backbone shelterforest is should be600m. Therefore, wesuggests that the width of fujian coastal shelterforest stipulated by in fujian province coastalbackbone technical regulations should be revised to600m from200m.
After planting C. equisetifolia, the organic matter content, soil alkaline hydrolysis N,available potassium and available phosphorus content of sandy soil increase to some extent,indicating that C. equisetifolia shelterforest improves sand soil nutrient obviously. C.equisetifolia in inshore saline area can reduce the soil salt content. But when the acidic islower than5.5, the growth of the C. equisetifolia is inhibited. This may be one of the mainreasons that the second generation forest updates the bad in C. equisetifolia artificial pureforest region. This problem needs to be studied further.The survey of damaged C. equisetifoliashelterforest ecological function shows that the damaged forest accounts for29.9%of totalforest, while the coastal backbone shelterforest area accounted for19.8%of the coastalbackbone protection forest area. Density of the damaged shelter belt dropped an average of70%, resulting in that function of the forest wind resistance reduced by41.5%.
Under the influence of forest, evaporation of each point in front and back of forest beltvaries with the distance. Vaporization reduces by12~25%in60m before and200m afterforest, vaporization reduces the most obvious in40~100m back of forest belt, reaching20%.Farmland soil moisture content in the forest leeward is higher than that in forest windwardside (10~30%). But the deeper soil layer, the smaller the difference. Content of surface soilis affected by evaporation. The greater the amount of evaporation, the lower moisture content.The shelterforest has obvious role to increase crops production. Barley yield significantlyincrease during the winter, the average yield reaching about7%and grain about4.8%. Withinthe scope of the different forest protection, before the forest (north)2~7.3H, after the forest(south)2~25H are increased production areas, increasing rate up to22%. North of forest0~1H, south0~2H are reduced production areas, reducing rate up to11%. Other is theaverage production area.
引文
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