林业科学  2014, Vol. 50 Issue (8): 90-96   PDF    
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20140813
0

文章信息

王志刚, 辛智鸣, 赵英铭, 马学献, 陈峰, 乌拉, 肖彩虹
Wang Zhigang, Xin Zhiming, Zhao Yingming, Ma Xuexian, Chen Feng, Wu La, Xiao Caihong
我国绿洲防护林冬季相防风效应的估算
Evaluation of Wind Protection Effect of Oasis Shelterbelts in China
林业科学, 2014, 50(8): 90-96
Scientia Silvae Sinicae, 2014, 50(8): 90-96.
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20140813

文章历史

收稿日期：2013-05-06
修回日期：2013-10-16

作者相关文章

王志刚
辛智鸣
赵英铭
马学献
陈峰
乌拉
肖彩虹

引用本文
王志刚, 辛智鸣, 赵英铭, 马学献, 陈峰, 乌拉, 肖彩虹. 2014. 我国绿洲防护林冬季相防风效应的估算[J]. 林业科学, 50(8): 90-96.
Wang Zhigang, Xin Zhiming, Zhao Yingming, Ma Xuexian, Chen Feng, Wu La, Xiao Caihong. 2014. Evaluation of Wind Protection Effect of Oasis Shelterbelts in China. Scientia Silvae Sinicae, 50(8): 90-96.  DOI: 10.11707/j.1001-7488.20140813
我国绿洲防护林冬季相防风效应的估算
王志刚1, 辛智鸣1, 4 , 赵英铭1, 马学献2, 陈峰3, 乌拉1, 肖彩虹1    
1. 中国林业科学研究院沙漠林业实验中心 磴口 015200;
2. 磴口县林业局 磴口 015200;
3. 巴彦淖尔市林业局 临河 015000;
4. 内蒙古磴口荒漠生态系统定位研究站 磴口 015200
收稿日期：2013-05-06；修回日期：2013-10-16
基金项目：“十二五”农村领域国家科技计划课题“干旱区沙漠边缘防风固沙体系构建技术研究与试验示范”（2012BAD16B0103）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金“优良沙旱生树种种质资源整理、保存与共享”（CAFYBB2012003）。
通讯作者：辛智鸣
摘要：以林网区贴地层相对风速为目标函数，以动力平衡为基础，利用立木蓄积量指数（单位面积农田所拥有的立木蓄积量）与林网冬季相防风效应的近似对应关系，估算我国北方农田林网化对冬春季地面风力的影响。结果表明：我国北方绿洲防护林立木蓄积量整体不足，冬春季防风效应较差，局部可观测到很好的防风效应但不具有普遍性；立木蓄积量指数较小时增量效益较好，立木蓄积量指数越大增量效益越小，裸耕地和蓄积量很少的地区存在较大的防风效应增益区间；修枝对防风效应的影响在立木蓄积量指数较小的区域明显，立木蓄积量指数较大的区域不必牺牲木材经济价值而保留很多侧枝；对于立木蓄积量指数已经很大的地区，没有必要要求生长量大于采伐量、蓄积量持续增长。
关键词： 农田防护林    相对风速    动力速度    农田面积    立木蓄积量    
Evaluation of Wind Protection Effect of Oasis Shelterbelts in China
Wang Zhigang1, Xin Zhiming1, 4, Zhao Yingming1, Ma Xuexian2, Chen Feng3, Wu La1, Xiao Caihong1    
1. Experimental Center of Desert Forestry, CAF Dengkou 015200;
2. Dengkou Forestry Bureau Dengkou 015200;
3. Bayannor Forestry Bureau Linhe 015000;
4. Dengkou Desert Ecosystem Research Station of Inner Mongolia Dengkou 015200
Abstract: In order to better assess the wind protection effect of oasis protection forest in winter and spring in northern China, we evaluated the effect of farmland shelterbelts in northern China on the forest ground wind in winter and spring. The relative wind speed of shelterbelts stickers' layer was used as the objective function. Based on the dynamic equilibrium, the approximate correspondence relationship between the stock volume index (per unit area of farmland owned by the stumpage) and wind protection effect of the farmland shelterbelts in winter was used to evaluate the effect of farmland shelterbelts in northern China on the forest ground wind in winter and spring. The results showed that the overall stock volume was insufficient in northern China oasis protection forest, and the wind protection effect was poor in winter and spring. Occasionally, a very good windbreak effect was observed in some locals, but the situation was not universal. Moreover, we found that the incremental benefit of wind protection was inversely proportional to the stock volume index. Bare arable land and the areas with smaller stock volume had bigger incremental space. Pruning operated in smaller stock volume index areas had more significant influence on wind protection effect. Thus, it is not necessary to keep collaterals by sacrificing the economic value of wood in those areas with bigger stock volume index. For those areas with relatively big stock volume index, the growing volume is not necessary bigger than the harvest volume and the storage volume.
Key words: farmland shelterbelts    relative wind speed    power speed    farmland area    stock volume    

我国北方冬春季干燥多风，沙尘活动频繁，对农业生产和人民健康影响较大。西北干旱沙区的大规模灌溉绿洲区，没有防护林的保护几乎不能进行农业生产，建国以来的大规模农垦活动一直把农田防护林作为改善生产生活条件的重要工程对待。

初期的防护林借鉴前苏联“宽林带、大网格”的模式，20世纪60年代改为“窄林带、小网格”。国内外有关林带防风效应的研究文献浩如烟海，绝大多数工作都把夏季相(着叶模型)作为研究对象，由于我国北方冬春季风力强劲、沙尘危害严重而防护林尚处在冬季相(无叶或初叶)，因此，许多研究结果均不能满足实际应用的需要； 有关著作(曹新孙，1983；朱廷曜等，2001； 梁宝君，2007)、教材(朱金兆，2010)、标准(LY/T 1682—2006)都分别把林带透风系数0.4，0.5，0.6作为结构设计目标，但就目前普遍以杨树(Populus)为主的防护林来看，几乎不可能出现冬季相透风系数0.4~0.6的林带。朱廷曜(1993)首次用动力平衡法对林网化区域防护林防风效应进行了研究，但因基础参数与常规统计数据不易对接，应用受到限制。

由于缺乏简便有效的林网化区域防风效应估算方法，人们常常直接借用局部观测结果来评价林网区防风效应，而局部观测结果多出自防护林较为健全的区位，如 在乌兰布和沙区绿洲的野外试验(高尚武等，1990)、风洞模拟和野外实验(汪季等，2005；刘艳萍等，2003)、在民勤绿洲的研究(赵明，2011)都证明，完善的防护林体系具有良好的防风抑尘效果。但是，以县级尺度用多站点资料研究我国北方戈壁、草地、盐壳、沙地、农田5种下垫面上大风频率与沙尘暴频率间的相关关系，结果发现农田是最容易起沙扬尘的下垫面(宋阳等，2005)。这2种近乎相反的结果说明，我国西北绿洲区防护林防风效应整体与局部之间存在着不小的差异，裸耕地和防护林不健全的绿洲是我国北方浮尘的主要来源，提高林网化水平、降低贴地层风速是最主要的应对措施。

以往防风效应的估算均从对照点与估算点之间进行同步观测获得，但对于已经林网化的区域，很难找到与估算点风力背景相似的对照点，因此这种方法不具有实用性。本文尝试在前期工作(王志刚等，1998； 2012； 2014； 王志刚，2013)的基础上，从动力效应原理估算林网区冬季相防风效应，以求获得一种适应面上管理的简化运算方法，揭示其一般规律，并获得近似结果。

1 估算方法 1.1 防风效应估算公式

王志刚等(2014)用动力平衡原理导出了绿洲林网区冬季相贴地层相对风速γ的估算公式：

$$\gamma = {v_*}\sqrt {1/\left( {1 + {{{A^2}s} \over {2\pi \beta _1^2}}} \right)} $$ (1)
式中：v*为林网区内部上层相对动力速度； A为旷野来流在树高以下的平均风速v0与动力速度v*0的比值；s为单位面积林网区内主林带树木枝干的表面积；β1为林带单行平面内疏透度。

1.2 有关参数的确定 1.2.1 林网区内部上层相对动力速度v*′

v*′为林网区上层动力速度v*与旷野来流动力速度v*0之比，即v*′=v*/v*0，反映了地面障碍物对上层气流的阻力变化。林网区气流速度由于林网的阻力作用而被拖慢，地面阻力较无林区显著降低，因而林网与地面阻力之和较无林区增大的幅度较小，v*′变幅较小。有关该参数与林网结构之间关系的研究尚不很深入，但因该参数数值较为稳定，仍可依照有限的素材给出近似值。

我国建筑结构抗风设计使用的对应不同下垫面粗糙度z0与相对动力速度v*/v*0对应关系见表 1(Simiu et al. ， 1996)，相应的粗糙度： 沙漠0.01 m，树木稀少的乡村0.05 m，树木密集的乡村0.30 m，中高层建筑密集地区和起伏较大的丘陵1.00 m。依此推测，沙漠(z0=0.01 m)过渡为林网区(z0=0.30 m)，v*/v*0=1.15/0.844=1.36，即动力速度增大到沙漠的1.36倍。

表1 不同下垫面粗糙度及其相对动力速度 Tab. 1 Roughness at various underlying surfaces and its relative power speed

磴口荒漠定位站实测得到乌兰布和沙区半固定灌丛沙地的动力粗糙度z0=0.025 m，林网区动力粗糙度z0=0.25 m，风向与主林带走向垂直时林网区上层相对动力速度v*′约为1.3(赵英铭等，2013)，与Simiu等(1996)描述的“沙漠过渡到树木密集的乡村”相对动力速度数值基本吻合。该林网区以总土地面积为基数的立木蓄积量指数为30 m3·hm-2(主林带立木蓄积量指数为20 m3·hm-2，主林带立木总表面积指数s为0.112)，主林带间距在树高的10倍左右，与我国西北地区普遍采用的网格尺度和林带结构相比，属于树木密集程度最高的林网区，可将1.3视为林网区上层相对动力速度v*′的极大值。

根据林网区上层相对动力速度的定义，其极小值为1(无林区)，对应极小值的主林带立木总表面积指数s为0； 若以磴口荒漠定位站绿洲林网区上层相对动力速度1.3为极大值，对应的主林带立木总表面积指数s为0.112，为满足更大范围林网区防风效应估算的需要，本文暂假设林网区上层相对动力速度v*′随林网区主林带立木总表面积指数s的增大而线性增长，用插值法给出二者的近似关系为v*′=2.68s+1。

1.2.2 旷野来流在树高以下平均风速v0与动力速度v*0的比值A

A取决于林带高度H和地表粗糙度z0，公式为：

$$A = {v_0}/{v_*}0 = 5.75\left[ {{1 \over H}\int\limits_{{z_0}}^H {\left( {\lg z} \right)dz - \lg {z_0}} } \right]。$$ (2)

当选取绿洲内部下垫面粗糙度时，林网区相对风速γ的含义相应为林网区贴地层风速与无林网农田贴地层风速之比，反映防护林对绿洲区风力改变的贡献。

农业绿洲内冬春季地面起伏因素除林网外，还包括道路、渠道、田埂、作物残茬、垡块等，直观起伏高度与稀疏灌丛沙地近似，为反映防护林对绿洲区风力改变的贡献，经验值取z0=0.025 m参与A值的计算。

我国西北绿洲区普遍使用各种杨树作为防护林主栽树种，其最大生长高度为16~20 m，考虑成规模的绿洲防护林由不同龄级的树木组成，而较大龄级的树木对防风效应的贡献较大，经验值取H=16 m参与A值的计算。

将H=16 m、z0=0.025m代入式(2)，计算得A=13.7。

1.2.3 林带单行平面内疏透度β1

按照近似值定义β1≈1-胸径×保存率/株距，西北地区一般采伐林木的胸径均达到0.22 m以上，且较大龄级的树木对防风效应的贡献较大，经验值取胸径=0.2 m参与β1的计算，保存率取80%参与计算，株距采用最常见的设计株距2 m参与计算，得β1=0.92。

1.2.4 单位面积林网区内主林带树木枝干的表面积s

s可用立木蓄积量指数换算而来，涉及主林带蓄积量占总蓄积量的比例、耕地占林网区总面积的比例、表面积与蓄积量的比例。

主林带蓄积量占总蓄积量的比例： 按西北地区林网常规配置，主林带间距与副林带间距之比约为1∶2，则主林带蓄积量和表面积一般占林网总量的2/3。

耕地占林网区总面积的比例： 林网区总面积包括耕地、林带、道路、渠道占地等，规模化林网区内部耕地一般占总面积的70%左右。各地农田面积统计口径有宽有严，且受地形、土壤一致性的影响，绿洲规划格局多样，因此该比例在不同地区之间差异较大。

表面积与蓄积量的比例： 立木表面积与蓄积量的换算关系可由标准木解析数据近似得到。笔者测算了1/4枝下高的新疆杨 (P.alba)、二白杨(P.gansuensis)冬季相全树表面积Smax、主干表面积Smin、单株蓄积量V并拟合了与胸径D1.3之间的相关关系，得到新疆杨全树表面积与胸径的相关关系Smax=0.083 2D1.31.76，r=0.981； 主干表面积与胸径的相关关系Smin=0.096 9D1.31.45，r=0.988； 蓄积量与胸径的相关关系V=0.000 227 2D1.32.38，r=0.992。二白杨全树表面积与胸径的相关关系Smax=0.104 7D1.31.61，r=0.937； 主干表面积与胸径的相关关系Smin=0.060 6D1.31.51，r=0.965； 蓄积量与胸径的相关关系V=0.000 089 1D1.32.58，r=0.989(王志刚等，2014)。

西北绿洲区防护林应用的杨树种类很多，其中二白杨和新疆杨是最常用的树种。早期的防护林以易成活的杂交种为主，形态多与二白杨近似； 近10多年由于光肩星天牛 (Anoplophora glabripennis)的入侵，提高了新疆杨应用的比重。新疆杨的枝条较为稀疏，二白杨枝条较为密集，用新疆杨和二白杨换算值取平均代表区域性防护林整体换算值。

单株蓄积量与主干表面积对应关系紧密，而全树表面积与修枝强度关系密切。单纯追求防护效益的重风沙区第一代防护林一般保留1/4枝下高，是侧枝保留最多的类型； 农村个别地方也有修枝很高、达到2/3枝下高的类型。单株表面积因不同的修枝习惯可在极大值(侧枝很多如1/4枝下高)与极小值(主干表面积)之间凭经验选取合适的系数和指数以提高代换计算的准确性。为提高木材质量和减少胁地损失，或为冬季牲畜补充新鲜饲料，大面积绿洲区防护林修枝强度较大，枝下高多在1/2左右。按照1/2枝下高的侧枝含量，直观估计其全树表面积应在1/4枝下高全树表面积与树干表面积的平均水平。

就较大区域而言，绿洲防护林应遵守存量合理、采补平衡、永续利用的原则，合理安排更新造林，田间存量树木总体应保持各个龄级数量基本相等。以旋切单板为目标，杨树商品材最小直径为22 cm，而农民对采伐利用的要求也比较迫切，田间保留的树木直径一般在30 cm以下。

将新疆杨、二白杨对应不同径级的全树表面积、主干表面积、单株蓄积量按经验公式计算列于表 2，可得到估计大区域林木表面积与蓄积量之间的换算比例为(196.5+88.8+156.1+66.6)/2/(3.686+2.712)=39.7 m2·m-3，即1 m3立木蓄积量对应39.7 m2立木表面积。

表2 不同径级的全树表面积、主干表面积、单株蓄积量 Tab. 2 Whole tree surface area，trunk surface area，volume per plant of different diameter grade

实践中也存在重风沙区修枝很低的防护林，以1/4枝下高为例，取表面积与蓄积量之比的极大值为(196.5+156.1)/(3.686+2.712)=55.1 m2·m-3。假设将侧枝全部剪除，可得到表面积与蓄积量之比的极小值为(88.8+66.6)/(3.686+2.712)=24.3 m2·m-3。

2 立木总蓄积量指数、修枝强度与防风效应的对应关系

利用耕地面积与总蓄积量数据计算贴地层相对风速，可得到以耕地面积为基数的立木总蓄积量指数与贴地层相对风速的对应关系。

设某绿洲区立木总蓄积量与耕地面积之比为x，单位为m3·hm-2。

以林网区内部耕地一般占总面积的70%左右计，则以林网区总面积为基数的立木总蓄积量指数0.7x m3·hm-2。

以主林带占总量2/3计，主林带的立木蓄积量指数为0.667×0.7x m3·hm-2。

将蓄积量换算为表面积时，可考虑不同修枝习惯对防风效应的影响。

2.1 中等强度修枝的防风效应

将表面积与蓄积量之比按中等修枝强度(1/2枝下高)39.7计，并将面积单位换算成m2，则主林带立木表面积指数为s=0.667×0.7×0.000 1×39.7x=0.001 853 6x。林网区上层相对动力速度v*′=2.68s+1=1+2.68×0.001 853 6 x=1+0.004 967 6x。

将计算得到的v*′，s以及β1=0.92，A=13.7代入式(1)，可得到对应不同x值的林网区贴地层相对风速γ：

$$\gamma = \left( {1 - 0.0049676x} \right)\sqrt {{1 \over {1 + 0.065452x}}} 。$$ (3)

林网区贴地层风速较旷野平均降低率为：

Δ=(1-γ)×100%。 (4)

2.2 重风沙区的防风效应

将表面积与蓄积量之比按极大值55.1计，则主林带立木表面积指数为smax=0.667×0.7×0.000 1× 55.1x=0.002 572 6x。林网区上层相对动力速度v*max′=2.68smax+1=1+2.68×0.002 572 6x=1+0.006 894 6x。

1/4枝下高对应的贴地层相对风速为：

$$\eqalign{ &{\gamma _{\min }} = {v_{*\max }}\sqrt {1/\left( {1 + {{{A^2}{s_{\max }}} \over {2\pi \beta _1^2}}} \right)} , \cr &{\gamma _{\min }} = \left( {1 + 0.0068946x} \right)\sqrt {{1 \over {1 + 0.0090841x}}} 。 \cr} $$ (5)

降低风速百分率为：

Δmax=(1-γmin)×100%。 (6)

2.3 高强度修枝的防风效应

将表面积与蓄积量之比按极小值24.3计，则主林带立木表面积指数为smin=0.667×0.7×0.000 1×24.3x=0.001 134 6x。林网区上层相对动力速度v*min′=2.68smin+1=1+2.68×0.001 134 6x=1+0.003 040 6x。

高强度修枝对应的贴地层相对风速为：

$$\eqalign{ &{\gamma _{\max }} = {v_{*\min }}\sqrt {1/\left( {1 + {{{A^2}{s_{\min }}} \over {2\pi \beta _1^2}}} \right)} , \cr &{\gamma _{\max }} = \left( {1 + 0.0030406x} \right)\sqrt {{1 \over {1 + 0.04063x}}} 。 \cr} $$ (7)

降低风速百分率为：

Δmin=(1-γmax)×100%。 (8)

2.4 立木蓄积量指数和修枝强度对防风效应的影响

将不同修枝强度防风效应计算结果列于表 3。

表3 立木总蓄积量指数与防风效应的对应关系 Tab. 3 Corresponding of stock volume index and wind protection effect

由表 3可以看出，绿洲防风效应随立木蓄积量指数的增长而加强，随修枝强度的加大而减弱。

2.4.1 立木蓄积量指数对防风效应的影响

在立木蓄积量指数很小时，防风效应对立木蓄积量指数的变化很敏感，当立木蓄积量指数很大时，防风效应变化幅度很小。以中等修枝强度的林网区为例，由无林区转变为立木蓄积量指数为2 m3·hm-2的稀疏林网区，相对风速降低5%； 立木蓄积量指数由12增至14 m3·hm-2，降低风速百分率由20.7%增至22.7%，相差2%； 立木蓄积量指数由26 增至28 m3·hm-2，降低风速百分率由31.3%增至32.3%，相差1%； 立木蓄积量指数由42 增至44 m3·hm-2，降低风速百分率由37.6%增至38.1%，相差0.5%； 立木蓄积量指数由36 增至46 m3·hm-2，增大10 m3·hm-2，降低风速百分率由35.7%增至38.7%，仅相差3%。这说明，对裸耕地进行林网化的防风效应改善程度优于对林网化地区增大蓄积存量的防风效应改善程度； 对立木蓄积量指数已经很大的地区，要求生长量大于采伐量、蓄积量持续增长是没有必要的。

2.4.2 修枝强度对防风效应的影响

保留较多侧枝可以增强防风效应。由图 1可知，由保留很少侧枝到中等强度修枝、由中等强度修枝到保留侧枝很多，在不同立木蓄积量指数水平下均可相差4%～6%。

图1 修枝强度、立木蓄积量指数与防风效应的关系 Fig.1 Relation of pruning intensity，stock volume and wind protection effect

在立木蓄积量指数很小时，相差4%～6%效果很明显，同为立木蓄积量指数6 m3·hm-2，修枝很重时降低风速百分率为8.6%，中等强度修枝降低风速百分率为12.7%，保留侧枝很多降低风速百分率为16.2%。在立木蓄积量指数很大时，相差4%～5%效果不很明显，同为立木蓄积量指数46 m3·hm-2，修枝很重时降低风速百分率为32.4%，中等强度修枝降低风速百分率为38.7%，保留侧枝很多降低风速百分率为42.1%。这说明，保留很多侧枝的经营措施只有在立木蓄积量指数很小时才有必要(如新垦绿洲第一代防护林)，当绿洲内立木蓄积存量足够多时，没有必要牺牲木材经济价值而降低修枝强度(如滚动更新的防护林)。

3 我国北方绿洲防护林冬季相防风效应的估算

利用常规统计数据估算农业绿洲区防风效应，有助于正确评价防风效应水平，可为制订切实的经营对策提供方便。

3.1 典型农业绿洲区县防风效益估算

以2010年内蒙古巴彦淖尔市所属临河区、五原县、磴口县的人工林蓄积量和农田面积为基础数据，进行贴地层相对风速的估算。这3个区县农田和乔木人工林全部在河套平原灌溉农业区内，其地理环境为沙漠背景，绿洲在20世纪60年代兴修三盛公水利工程后开始大规模开发或改造形成，乔木人工林蓄积量统计数据全部为农田防护林，多选用杨树为主栽树种。

临河区、五原县、磴口县的人工林蓄积量和农田面积统计数据分别为897 945.9 m3，10.35万hm2； 659 411.5 m3，10.41万hm2； 503 275.6 m3，4.35万hm2。

将统计数据换算成本文所需的单位进制，并计算立木总蓄积量与耕地面积之比x，临河区、五原县、磴口县的x值分别为8.673 0，6.334 4，11.560 7 m3·hm-2。

将以上x值代入修枝强度中等的防风效应换算公式，可得临河区、五原县、磴口县的贴地层相对风速γ分别为0.833，0.867，0.798。计算结果表明，由于防护林的作用，三区县林网区冬春季贴地层风速分别降低16.7%，13.3%，20.2%。

3.2 三北地区防护林冬季相防风效应估算

据统计(梁宝君，2007)，三北地区农田防护林活立木蓄积为1.68亿m3，被庇护农田 1 922.93万hm2。其中处于西北沙区的黄河河套平原区(含宁夏银川平原和内蒙古河套平原、土默川平原)活立木蓄积467.73万m3，被林网庇护的农田面积75.98万hm2； 河西走廊和新疆绿洲农区活立木蓄积3 574.65万m3，被庇护农田面积225.36万hm2。

计算立木总蓄积量与耕地面积之比x，可得到三北地区、黄河河套平原区、河西走廊和新疆绿洲农区的x值分别为8.737，6.156，15.862。

将以上x值代入修枝强度中等的防风效应换算公式，可得三北地区、黄河河套平原区、河西走廊和新疆绿洲农区的贴地层相对风速γ分别为0.832，0.870，0.757。计算结果表明，由于防护林的作用，三北地区、黄河河套平原区、河西走廊和新疆绿洲农区林网区冬春季贴地层风速降低百分率分别为16.8%，13.0%，24.4%。

3.3 我国北方绿洲防护林冬季相防风效应的评价

从计算结果来看，三北地区防护林整体蓄积存量不足，继续增大蓄积存量还存在着较大的防风效应增益空间，需要调动各方面的积极性(特别是农民的积极性)，继续加大防护林建设投入力度。

三北地区各个片区的防护林建设水平很不均衡，即使在同一地理单元和地市级行政区内的各个县也很不均衡，需要区分各地的风力和防护林建设情况进行具体的规划。

就目前防护林防风效应水平来看，不足以达到很好地抑制沙尘活动效果； 三北地区除林网化区域外，尚有较大面积裸耕地未实现林网化，林网化区域蓄积存量不足和未经林网化耕地的存在是我国北方春季沙尘活动仍很频繁的重要因素。

4 结论与讨论

本文演示了用动力平衡原理评价规模化林网区冬季相防风效应的方法及其近似公式的应用，结果表明，林网区贴地层相对风速可由耕地面积和防护林蓄积量近似计算获得，是一种数据获取容易、运算相对简单、结果基本可靠的方法，适应基层管理需要的防护林防风效应评价。

通过代入不同的立木蓄积量指数和修枝强度，获得了立木蓄积量指数和修枝强度对防风效应影响的趋势性结论：

1)林网区防风效应主要由立木蓄积量指数确定，为非线性正相关。在立木蓄积量指数很小时，防风效应对立木蓄积量指数的变化很敏感，当立木蓄积量指数很大时，防风效应变化幅度很小。

2)修枝强度也在一定程度上影响防风效应，但在不同的立木蓄积量指数水平上表现不同，立木蓄积量指数较小时，保留较多侧枝对提高防风效应效果明显，立木蓄积量指数较大时，不必牺牲木材经济价值而保留很多侧枝。

本文对三北地区防护林冬季相防风效应进行了粗略估算，几个不同区域的估算值均远低于典型试验防风效应观测值，显示我国北方防护林建设普遍还远未达到应有的防风效应水平，这与我国北方冬春季沙尘活动仍然频繁的实际相符。从防风效应估算的原理来看，本文所用估算方法适合规模化林网区，就我国绿洲的分布来看，也存在许多不成规模的、景观较为破碎的小绿洲，因此本文的估算值已经是比较乐观的估计，实际情况会比本文估算的数值更低。为进一步减轻北方沙尘危害，提高绿洲林网化水平和林网区立木蓄积量指数水平，使绿洲防护林蓄积量与耕地面积相适应，将是未来绿洲林业的工作目标。

参考文献(References)
[1] 曹新孙.1983.农田防护林学.北京: 中国林业出版社, 107, 110-111, 168-174.(1)
[2] 高尚武, 王志刚.1990.大范围绿化工程对环境质量作用的研究.林业科学研究, 3(增刊1):22-33.(1)
[3] 梁宝君. 2007.三北农田防护林建设与更新改造.北京: 中国林业出版社, 4, 27, 47, 53-54.(2)
[4] 刘艳萍, 高永. 2003.防护林降解近地表沙降尘机理的研究.水土保持学报, 17(1):162-165. (1)
[5] 宋阳, 刘连友, 严平, 等, 2005.中国北方5 种下垫面对沙尘暴的影响研究.水土保持学报, 19(6):15-18.(1)
[6] 汪季, 高永, 刘艳萍, 等. 2005, 防护林降解近地表沙尘的风洞模拟研究.干旱区地理, (1): 88-92. (1)
[7] 王志刚, 杨东慧.1998.林带冬季相立木疏透度及其设计方法的研究.中国沙漠, 18(1): 87-90.(1)
[8] 王志刚, 任昱.2012.林带冬季相结构参数及透风系数的算法推导.林业科学研究, 25(1): 36-41.(1)
[9] 王志刚. 2013.林带冬季相结构因子对透风系数影响规律分析.干旱区资源与环境, 27(4): 193-197.(1)
[10] 王志刚, 赵英鸣, 司芳芳, 等.2014.论绿洲防护林立木蓄积量指数及其应用.林业科学, 50(7):113-120.(3)
[11] 赵明. 2011.民勤沙漠-绿洲低空沙尘暴结构特征研究.中国科学: 地球科学, 41(2): 234-242.(1)
[12] 赵英铭, 辛智鸣, 王志刚, 等.2013.绿洲林网区上层动力速度与防风效应估算.林业科学, 49(10):93-99.(1)
[13] 朱金兆. 2010.农田防护林学.北京: 中国林业出版社, 62-99, 146-162.(1)
[14] 朱廷曜.1993.农牧防护林网区域性防风效应及评价模型.林业科学, 29(6): 509-514.(1)
[15] 朱廷曜. 2001.农田防护林生态工程学.北京: 中国林业出版社, 85-98.(1)
[16] Simiu E, Scanlan R H.1996.Wind Effects on Structures;Fundamentals and Applications to Design. John Wiley & Sons, INC, 44-61.(2)