黄泛平原农田林网的生态因子场形成机制的研究

农田林网稳定性机制对农田防护林的健康经营具有重要的理论指导作用。本研究以山东黄泛平原小网格农田林网为研究对象，采用生态场理论、定位观测、风洞模拟试验等方法，开展农田林网与风速、温度、湿度、光等生态因子场的相互作用关系及其林网结构调控机理的研究。分析不同林带结构、林网规格的生态因子场的时空分布特征，揭示不同树种（品种）、林带结构、林网规格和林网体系与生态因子场的相互作用关系，获得林网与林网体系对生态因子场的影响规律及其模拟模型，确定基于综合生态因子场与作物产量的林带有效防护距离和林网有效防护范围。在上述研究的基础上系统总结农田林网的生态因子场形成机制，引入法正林理论及风洞模拟试验提出林网体系中林带法正龄级的分布及空间格局，阐明农田林网结构和功能持续稳定的更新机理，为农田林网的健康经营奠定理论基础。

以往农田林网的研究主要集中在营造、效益评价、防护成熟及更新方式等方面，已在林带的走向、行数、株行距研究方面形成共识，缺乏多维生态因子场（风、温度、湿度、光等）与农田林网的相互作用机制以及稳定性经营技术研究。本研究针对农田林网稳定性机制这一理论难题，以山东黄泛平原小网格农田林网为对象，着重林带、林网和林网体系3个尺度，按照由点及面的思路，基于生态场理论和方法，参照国内外生态场建模的经验，开展农田林网与其生态因子场的相互作用关系及其林网结构调控机理的研究。主要结果如下：（1）基于物联网技术研发了气温、相对湿度和风速的实时小气候观测系统，实现了农田林网水平或垂直空间的多点实时同步观测。（2）随主林带林龄的增加防风效能和防护面积随着林龄的增大而增加。林带林龄分别为4、6、8a的主降风区范围分别为50m-120m、40m-120m和40m-140m，次降风区分别为130m-150m、125m-150m和无次降风区，平均有效防护面积比分别为42.5、61.0和72.8%；调温增湿的作用与防风作用趋势基本一致。（3）随林网面积的增大，林网的综合防护效应场减小。网格面积分别为150m×200m、250m×200m和300m×300m的平均降低风速为49.6%、49%和39.3%，主降风区位于主林带背风面60m-180m、65m-180m、85m-180m。小网格和选用杨树L35、I-107可达到最大的防护效益。（4）随着风偏角的增大，网格内的平均风速减小、防风效能增大。风偏角75.8、60.0和45.4º网格内的平均防风效能分别为51.3%、49.5%和48.2%。当风偏角增大至85°以上时，3m高度以下均为有效防护范围，说明风向垂直于林带走向时防风效果最佳。（5）随着防护标准的提高，防风、调温增湿的有效防护面积均急剧减小。（6）风廓线特征分析表明，随着风速的增大，有效防护面积逐渐减小，风速小于2.5m/s时，林带的有效防护范围在60%以上，增大至6.7m/s以上时，降至51%。（7）林带缺株、断带后增大了林带的疏透度，相应的林带防风效能逐渐降低。本研究阐明了了林带结构、林网规格的生态因子场的时空分布特征，揭示了林带结构、林网规格和林网体系与生态因子场的相互作用关系，明确了林网与林网体系对生态因子场的影响机理并建立了模拟模型，对指导农田林网建设具有重要的指导作用。