浅谈新疆农田防护林设计及主要树种选择

吴天忠, 管文轲,海妮肯·山台,张和钰,朱玉伟

(1.新疆林业科学院，新疆 乌鲁木齐 830000；2.新疆塔里木河流域胡杨林生态系统国家定位观测研究站，新疆 乌鲁木齐 830000；3.中国林业科学研究院，北京 100000)

营造农田防护林是人工控制生态环境的重要手段，是平原农田生态系统的重要组成部分。其本身就形成一种特殊的人工林生态系统，使原来单纯以农作物为主体的农田生态系统变成农林共存的生态系统，从而改善农田生态系统的结构、功能和稳定性。从生态的角度来看，营造农田防护林不仅防治自然灾害，而且能在生态、经济和社会等方面发挥综合效应，以多林种、多树种，网、片、带等多种配置形成的农田防护林体系已成为改造传统农业的新趋势[1，2]。

1 农田防护林设计原则

1.1 因地制宜，因害设防

新疆南北疆幅员辽阔，气候、土壤、植被、水文、地质等自然条件复杂，各地区的灾害性质和程度各不相同。同时各地的农业开发历史和习惯、农作物种类品种及农村社会经济状况也各不相同。因此在农田防护林规划设计时，应根据各地的自然条件和社会经济状况，以及建设农田防护林的目的及具体需要有所侧重，而不能生搬硬套一个模式，这就是所谓的因地制宜，因害设防的原则。

1.2 全面规划，综合治理

实现平原地区的林网化是农田基本建设的主要内容。新规划区域建设初期就需要田、水、林、路、电统一规划。合理布局和配置，力求少占耕地，做到林随渠走，林随堤走，旱、涝、风沙、盐碱综合治理，农林牧全面考虑，做出切实可行的科学规划，建成一个农、林、牧相结合的完善合理的人工农业生态系统，使这个系统应具备最大的生态和经济效益[3]。

1.3 经济收益长短结合，以短养长

防护林建设一次性投资较大，而树木生长周期较长，几年、十几年才能发挥经济效益。林带对农作物的防护作用和增产效益也需要较长时间才能发挥出来。而林带的胁地作用也容易被人们关注[4]，由此而产生了对防护林带建设的偏见。因此宣传和普及林网化科学技术的同时，设计林带时，必须考虑长期利益和短期利益相结合。

尽量选择速生高大乔木作为主要树种，采用大苗栽植，尽早发挥林带防护效应，做到短期增产增效并减小林带胁地的影响。在保证林带作用的前提下选择和引种生态经济兼用树种，促进加工、养殖等多种经营，做到近期见效益，尽早收回投资，以短养长，要体现防护林既是农田的保卫者，也是生产者，具有经济效益。

1.4 建设平原地区防护林体系

我国开展的“三北”工程基本上包括了我国北方平原农田防护林体系建设的全部，新疆也占有很大的一部分，这将形成广阔区域内的人工控制的森林生态系统，有效地抵御风、沙、水、涝等自然灾害，创造良好的生长环境和农业生产条件，确保农业稳产增产。因此农田防护林设计规划应以农田林网为主，与护田林带、护路林带、护渠林带、四旁绿化及果园等互相组成网格。形成布局合理，配置有序，层层设防的平原地区防护林体系。

2 林带、林网规划设计主要参数的确定

林带、林网的防护效果，主要取决于它的结构和位置。因此在规划设计农田林网时，需要确定林带结构和配置的主要参数，包括：林带走向，林带间距，林带高度，宽度，林带结构类型，疏透度和透风系数等。

2.1 林带走向

林带走向是指林带配置的方向，一般当林带和主要风向垂直时防护效果最大。因此确定林带走向时，先了解本地区风害情况和主害风方向，根据气象站观测的风向和风速的资料，绘制风向频率分布图，找出主害风方向，以便确定合理的林带走向。

2.2 林带走向间距的确定

如条件允许，主林带的走向最好垂直于主害风的方向，才能最大限度地发挥林带阻截害风的作用。副林带与主害风风向平行而垂直于主林带，起辅助作用。

当害风方向频率很大，即害风方向较集中，其他方向的害风均很小，危害不大，副林带作用较小，副林带间距可大些；主害风风向和频率均较大时，主林带与副林带所起的作用同等重要，林带可设计成正方形；主害风风向频率较大而不太集中时，主林带方向可以垂直于两个频率较大的主害风方向的平均方向，副林带间距可较大或可不设；主害风与次害风的风向频率较小，害风方向不集中时，主林带与副林带几乎同等重要，此地可设计正方形林网，林带走向可在相当大的范围内进行调整。

2.2.1 主林带与主害风风向的交角与偏角 在风沙危害不严重的地区，营造农田防护林主要是改善农田小气候，同时为当地提供木材、条材及林副产品，林带走向的确定不能单纯局限在与主害风向垂直这一点上，允许有一定的偏角。随着林带交角的减小(或偏角的增大)，林带的防风效能逐渐降低，林带走向有30°偏角时对林带的防风效果影响不大，可在偏角范围内变化林带走向。当林带偏角大到45°时，防护效果才明显降低，但实现农田林网化以后，可以降低来自任何方向的害风，不必强调林带与主害风风向垂直。

2.2.2 林带间距的确定 林带间距是很重要的参数，包括主林带间距、副林带间距。主副林带间距决定网格的大小，也决定林带的防护效果，直接影响到渠系、道路、机耕等工序的顺利进行。

在设计林带时，必须根据林带结构性能和自然灾害情况，结合渠系、道路、耕作等全面考虑。除某些特殊条件的限制(如水渠、道路、地形地物)外，一般主林带间距应等于有效防护距离(即风速减弱到有害值以下的距离)[5]。

当疏透度、透风系数、林带宽度、走向、断面形状等林带本身结构有关的因子在设计中采用最优标准时，林带防护距离由下列因子决定：害风季节的最大平均风速值(气象站提供)；林带高度，即林带中主要树种的成龄高度，此高度作为林带设计高度的标准，主林带的防护距离可达20～25 H，设计时可参照这个距离；林网中的农作物不致造成灾害时的最大风速，也是最大允许风速。当然这个害风风速的临界值的大小取决于农作物的抗风能力及土壤条件。对果园能够引起落花落果的风速即为有害风速；对风沙灾害严重地区可能引起风沙流的风速定为最大允许风速(为≤8 m·s-1)。总之，不同地区受风害的程度和性质不同，林带间距有所不同。

2.2.3 林带宽度的确定 林带宽度可按林带两边行间的距离，两侧各加1.5～2 m。确定林带宽度应以最大限度地发挥林带的防护效益，最小限度地占用耕地为出发点。林带的通风系数及疏透度与林带宽度有关，为得到最好的防护效果，林带应有最适的透风系数或最适的疏透度。一般有效防护距离确定的最适透风系数为0.5～0.6，窄林带的最适疏透度为0.25～0.3；较宽林带为0.5～0.6。并根据此值确定林带的相应宽度。

根据各地经验，一般设计林带时，以4～12行，6～18 m宽为宜，但在人少地多，风沙危害严重地区，林带宽度可大些，以增加林地覆盖率。和田地区绿洲外围的防风固沙的基干林带，常采用数十行，60～90 m宽的新疆杨林带，以有效地阻挡风沙危害。

从防护效果来看，缩小带间距所增加的防护作用，远比增加林带宽度要大。因此，近年来都主张营造窄林带、小网格的农田防护林网[6，7]。

据调查分析，林网占地比率达4%～6%，就能满足防护农田的需要，新疆南疆地区，风沙危害严重，林网占地比例需8%～10%。为了最小限度地占用耕地，林带的行距一般不超过1.5～2 m，株距可根据立地条件，林带灌溉条件等适当加大。还要考虑林带树木的季相变化等[8]。

2.2.4 林带结构的确定 林带结构直接与树种组成、栽植密度、林带宽度、横断面等有关[8]。这些因素是相互制约的、相互影响的。确定林带结构也要看主要灾害性质，保护对象与防护目的。如果园、种植园、某些重要建筑物、工程设施及防治流沙侵袭的林带最好采用紧密结构林带，并配合相应的主林带间距；一般风沙区农田防护林不宜采用紧密结构林带，应采用疏透结构林带；风速不太大的一般平原农区，宜采用透风结构林带。

同样结构的林带，由于林带横断面形状不同，其防护效果也有一定差异。横断面形状由于被选择的主乔木、亚乔木和灌木树种搭配方式不同而有差异。一般横断面形状有三种。即矩形(长方形)、三角形、凹形等。大量调查说明，矩形断面林带的防护效应最好(由于被选树种单一、生长速度和高度基本一致)；其次是凹形结构林带；最差的是三角形结构。

2.2.5 林带设计其他应注意的问题 林带缺口的确定：为保证农业机具、车辆顺利在林网内作业，林带内必须留缺口，缺口留在主林带与副林带的交接处，为不影响林带的防风效果，缺口必须留在背风处。

为防止胁地，造林整地的同时，设计开挖断根沟，以后每隔 1～3年在休眠期开沟清淤一次，可有效地起到防止林带胁地的作用。

3 农田防护林树种选择

3.1 农田防护林乔灌木树种的选择

树种选择目的在于使所营造的林带达到设计的理想结构，保证林带的长期稳定，发挥最大的防护效果，获取当地最佳经济效益。因此，应根据树种的生物学和生态学特性，针对一定的气候条件及当地营造农田防护林的主要树种和主要目的进行综合考虑。应综合考虑适地适树、防护效能、经济效益等多种因素。还要注意减少胁地，树种本身的病虫害，种源，繁殖难易等。为减少林带胁地，应尽量选用树冠窄、主根系深而侧根幅较小的树种。

新疆适于农田防护林的树种主要包括：新疆杨、银×新杨、银白杨、欧洲大叶杨、小叶杨、胡杨、苦杨、白柳、旱柳、白榆等。伴生树种：白蜡、沙枣、杏、山楂、梭梭、柠条、海棠、枸杞等。

3.2 果园防护林树种的选择

果园防护林对改善果园生态条件，减少风、沙、寒、旱的危害，保证果树正常生长发育和丰产优质有明显作用[9]。防护林设计需要考虑降低风速、减少风害；调节温度，提高湿度；保持水土，防止风蚀等因素。

果园防护林常用乔木树种有新疆杨、银×新杨、银白杨、箭杆杨、旱柳、榆、白蜡、臭椿、沙枣、杜梨等。常用灌木：刺槐、柽柳、酸枣、枸杞。

4 结论及讨论

防护林的营造设计应全盘考虑，综合各方面的因素，将风、山、水、林、路综合治理，因害设防，适地适树，早见效益。主林带的走向应尽量与主风害风向垂直，偏角不能超过30°。

根据分析得出，主林带的防护距离可达20～25 H，新疆区域主林带间的距离应为300 m左右，风沙严重地区为200～300 m。副林带间距一般地区500～800 m，风沙严重地区为300 m左右。

一般区域防护林林网占地比率4%～6%较适宜，南疆风沙危害严重区域及果园应相应增加，8%～10%较适宜。主林带宽度以5～8行、6～18 m为宜。副林带宽度2～4行为宜。

提倡用乔灌混交和针阔混交方式，双行以上可用行间混交，单行可用株间混交的方法。树种应选择树冠窄、主根系深而侧根幅较小的树种，以乡土树种新疆杨、银×新杨为主。树种的选择还应该考虑当地防护林的有害生物危害等因素。

通过合理配置防护林带，可在发展节水林业的目标下，最大限度地发挥其生态及经济效益。