自考農村科學技術與生產管理——農田防護林的環境效益研究綜述

　　農田防護林;生態環境;環境效益

　　綜述了農田防護林所產生的環境效益，認為農田防護林對農業生態環境能起到一定的調節作用，特別是在降低風速、調節氣溫和濕度、改良土壤、凈化空氣及水文等方面能產生良好的效益。近年來，生態安全與糧食安全已成為與人類生存質量密切相關的問題，作為生態建設的重要措施，農田防護林是農田生態系統的屏障，對生態安全與人類生存環境質量的提高有重要意義。20個世紀30年代美國西部大平原防護林建設，50年代前蘇聯斯大林改造自然計劃，以及70年代中國三北防護林建設，無不是為維護生態和糧食安全而采取的應變措施。綜觀農田防護林領域的研究史，前蘇聯、中國、美國、英國、加拿大、法國等國開展了大量的研究。

　　80年代以來，隨著生態學的不斷發展，生態學原理更加深入地應用到農田防護林領域，形成了農田防護林生態學研究高潮。防護林的生態效益通常包括生物效益、環境效益、旅游效益等。本文重點綜述農田防護林的環境效益，包括風速、氣溫、濕度、降雨量等氣象指標，涵養水源、改善水質等水文指標及改良作用、保護作用等土壤指標。1防風效應防護林體系對農業生態環境的改善主要是通過防風作用體現出來的。由于林帶改變了氣流結構，削弱了風的動能，從而使通過農田林網的風速降低。在林帶背風面有效防護范圍內，可使曠野風速降低30%左右。如張掖市年均風速1991～1995年與1971～1975年相比降低了38%;三江平原墾區70年代比60年代年平均風速降低2.96%，80年代比60年代降低14.93%;“三北”防護林體系由于明顯地改變了下墊面性質，因而產生了明顯的防風效應，造林后風速平均降低20%左右;新疆和田綠洲內實現農田林網后，1981~1985年的平均風速較綠洲以外和田機場降低了1.15m/s，較1980年以前本地年平均風速降低了0.42m/s。綠洲內林網防護下的小麥田風速較綠洲以外的礫石戈壁降低了58.1%~71.0%;海涂農田防護林林網內的棉花生長環境多年實測與對照點相比平均降低風速38%。據中國林科院、山西省林科院調查：晉中農田防護林帶能降低風速30%～40%;淮北平原農田防護林網內風速比對照點低32.9%~47.7%，可見農田防護林的防風效益還是十分明顯的。2溫度效應林帶防風效應的直接后果是削弱了林帶背風面的能量交換，改變林帶附近熱量收支各分量，從而引起空氣溫度的變化。林帶對大范圍的空氣溫度的影響表現出季節性變化，春秋季有增溫作用，平均增溫0.5～2.0℃左右;夏季具有降溫作用，平均降低6～10℃左右;冬季有升溫作用，幅度為1～3℃。瑞士的N覿geli指出，林帶間夏季平均溫度比空曠草原低，而冬季平均溫度較高。瓦西里耶夫的研究資料表明，在炎熱的夏季，有林帶保護下的農田能降低溫度2～6℃。B.B列捷夫的材料表明，林帶一般能降低溫度0.6～1.8℃。晉中農田防護林夏季能降低氣溫1～4℃。淮北平原農田防護林網內冬季氣溫比無林網區提高0.5~1.0℃，夏季氣溫降低0.6~1.4℃。據氣象資料統計分析，三江平原墾區80年代比60年代年平均氣溫上升42.2%，平均增加0.9℃。3濕度效應由于林帶降低風速，使林網內氣流交換減弱，蒸發量減少。因此，產生明顯的增濕效應，一般可提高相對濕度5%～10%。三江平原墾區80年代比60年代年空氣濕度平均增加3.2%，林網內空氣濕度平均增加30%左右，蒸發量減少10%左右。在三北地區由于湍流交換減弱、風速降低等原因使得被防護地區的蒸發量平均降低14%左右，林網內相對濕度較空曠地高6%～10%。晉中受林網保護的農田，近地面相對濕度高于曠野3%～5%，有的高達10%～20%。淮北平原農田防護林網建立后相對濕度比無林網區提高7.1%~20.5%。在江漢平原墾區，4～11月的平均相對濕度，林帶內比林帶外高5%。4水文效應由于樹冠對雨雪水有截留作用，因而能延緩地表水徑流速度，增加降水的滲透性，從而使地表徑流減少，也減少了泥土的流失和河渠泥沙的淤積，產生很好的水文效應。農田防護林的水文效應主要表現為減少徑流、減少蒸發量。經對林網內的棉花生長環境多年實測與對照點相比，0~20cm土層土壤含水量平均提高26.9%，20~40cm土層平均提高30.42%，水分蒸發量減少37%，日平均提高空氣相對濕度28%，減少地表徑流90%左右，50%~80%的雨水得以滲入地下，不易形成水土流失。前蘇聯的Levin的觀測結果是，有林帶保護的休閑地蒸發量比空曠草原減少1/3，有林帶保護的冬小麥地土壤蒸發量比空曠草原低2倍。朱德華認為，林網減少蒸發21%，馬國驊觀測到5~10月林帶可減少蒸發12.2%~27.8%。三江平原墾區80年代比60年代年平均蒸發量減少3.7%，年平均降水量增加6.1%。林網化后的綠洲水分蒸發減少58.3%。在干熱風危害的5~6月，豐縣林網內的蒸發量比空曠區降低12%~25%;在棉花生長的6~8月，沿海林網內的蒸發量比空曠區降低4.5%~10.3%。晉中農田防護林林網內的土壤蒸發比曠野減少21%左右。淮北平原農田防護林網的建立使土壤蒸發量平均減少27.4%，作物蒸騰平均減少34.1%。5凈化空氣林帶具有吸收二硫化碳、釋放氧氣、殺菌等益處。據科學測定，1hm2闊葉林每天大約吸收1t二氧化碳，相當于1000多人的呼出量，同時生產氧氣730kg，相當于970多人的氧氣吸收量。樹木還能分泌殺菌素殺滅細菌、真菌和原生動物等。據測定，農村無林區每立方米細菌數目為3~4萬個，而在林區只有55~400個，相差100多倍。防護林中許多樹種還有吸收有毒氣體及滯留、吸附、過濾煙塵污染的作用，如臭椿、旱柳能吸收二氧化硫，刺槐、銀杏等有較強的吸氯氣能力，其他如桑樹能吸收鉛塵，紫杉能吸收氟化氫等。空氣中的塵埃除含有土壤微粒外尚含有細菌和其他金屬性粉塵、礦物粉塵等它們會影響人體健康，樹木的枝葉可以阻滯空氣中的塵埃。據實測資料，在主干道路附近綠化林帶中比無樹空曠地帶的降塵量減少23%~52%，飄塵量減少37%~60%。歐洲一些樹林的塵埃阻攔率在5%~13%。另外，農田林網還有減少輻射、改善濕度、降低噪音等功能。

　　總之，防護林的營造形成了以林網為主體的生態系統，不僅可提供生產原料，更重要的是提供了一系列的相關功能和服務，改善了農田生態環境，對整個地區的氣候、土壤、農業生產等都具有重大的防護與調節作用，是改善生態環境的高效能生物工程。隨著人們對資源環境的日益關注，農田防護林在改善生態環境方面的效益將越來越受人們的重視;同時，由于全球氣候變化的重大環境問題制約著區域經濟的發展，因而農田防護林的生態研究應結合現代生態學研究的新趨勢，著力探索農田防護林對農田生態系統環境的影響以及農田生態系統中植被和環境的相互作用機理。