第七章 农田防护林学的理论基础及其效益（全部内容）.doc

第七章 农田防护林的理论基础及其效益第一节 农田防护林的理论基础农田防护林的概念： 以一定的树种组成一定的结构，成带状或网状，配置在遭受不同自然灾害的农田上(旱作农田和灌溉农田)的人工林。为改善农田小气候环境；为农作物生长发育创造良好条件，从而使农作物获得高而稳定的产量；并且为开展多种经营创造良好的条件。在我区，大面积的农田经常遭受干旱、风沙、霜冻等自然灾害的袭击，常造成减产，甚至颗粒无收。那么，在农田上有计划地营造农田防护林后能够有效地改善不良的小气候条件，保证农作物的高产、稳产，但是防护林的林带结构、树种组成、断面类型、林带走向等因子不同，其防护效益也不同。农田防护林对小气候的改善，主要指微区域小气候，即：贴地表层12米范围内空气层的光照、温湿度、风速、蒸发等气候因子的总和。这些气候因子在一定范围内和一定条件下形成一个统一的整体。 第一节 林带结构和林带断面类型一、林带结构每种林分，都具有一定的结构特征，结构不同，其功能也不同，农田防护林主要以林带的形式出现，研究林带结构，以期发挥最大的防护效益。林带结构 是指林带内树木枝叶的密集程度和分布状况，亦即带内透风孔隙的大小、数量和分布状况，常用透风系数表示。（即林带背风林缘1半处林带高度范围内的平均风速，与空旷地区相同高度范围内的平均风速之比。）不同结构的林带，由于树种组成和树木各部分在林带内的空间分布（林带的造林密度(株行距)、宽度(行数），搭配情况不同、树木的生长情况等等，决定了林带的结构。就形成了特定的林带外部形态。如果从林带的纵断面看林带的外形，可以通过透光孔隙的大小及分布，发现林带的均一性和成层性；如果从林带的横 断面上看林带的外形，可以看出林带是各种的几何形状。目前，在农田防护林的建设中，国内外大多将林带的结构划分为三种类型（从林带的纵断面就可以看出，不同林带透光孔隙的数量和分布不同，据此可将林带结构划分为三种类型），他们是：紧密结构、透风(通风)结构、和疏透结构。1）紧密结构（不透风结构）：紧密结构林带在有叶期，枝叶密集(象一堵墙)，几乎没有透光、透风孔隙， 中等风力遇到林带时，基本不能通过，大部分空气由林带上部绕行。在背风林缘附近形成静风区。风速很快恢复至旷野的风速，防风距离较短。这种林带一般行宽。由乔木、亚乔木、灌木搭配组成具有三层林冠的林带。在沙区、绿洲最外围一般多用此种林带。特点：一般为乔木、亚乔木和灌木树种组成的三层林冠，行数很多的单一树种也可以形成紧密结构。林带在有叶期，枝叶密集，几乎不透光、不透风。林带宽度大（大于30米），或者株行距小，萌条密集的窄林带。害风遇到林带时，从其上方越过，在背风面形成明显的静风区，防风距离短。2）疏透型（稀疏结构）：疏透结构的林带特点是透光、通风孔隙在林带纵断面上从上至下的均匀分布，数量适度，不密不稀。风遇到林带分为两部分、一部分通过林带，如同从筛网中筛过一般，在背风林缘形成许多小旋涡；另一部分气流从上部绕过。（透风系数为0.0.）。 通常，由乔木、亚乔木、灌木组成的林带，树木侧枝不发达，或林带不很宽时，可形成疏透结构的林带，在华北地区大多采用此类型，( 风沙不大的地区)。 特点：由行数较少的乔木和灌木或乔木、亚乔木、灌木形成二层或三层林冠。透光孔隙在纵断面上从上到下的分布可以是均匀的，透风系数为0.3-0.5。风遇到林带分为两部分，一部分均匀地穿过林带，另一部分从林带上方绕过。林带防护距离大。（背风面形成大的弱风区）。当风遇到该结构的林带时，通过林带的一部分气流由于受到枝叶的摩擦，一方面削弱了风力，同时也破坏了气流结构，它同从林带上方越过的气流相互作用，在林带背风面形成一个大的弱风区。3）透风型（通风结构）：通风结构的林带按透光孔隙分布，一般具有明显的二个层次：上部林冠层密不透光不通风，或透光，通风很小。下层为树干层，有均匀栅状的大透光孔隙，风可以从下部通过。（透风系数为0.50.7）这类林带一般由乔木树种组成。或乔、亚乔木混交林。当风遇到此类林带，一部分从下层穿过，一部分从林带上方绕行。在道路、渠道的两旁，常有此类结构的防护林。特点：由乔木树种组成林带具有明显的两个层次，上部为较紧密的林冠层，下部为较均匀的透风树干层，透风系数为0.50.7。害风遇到林带时，一部分从下层透过，一部分从林带上方绕行；防风距离较大该结构的林带一般由具有明显枝下高的乔木或者配有很低的灌木组成。风遇到林带后，一部分从下层穿过，一部分从林带的上方绕行，由下层穿过的风有时风速比旷野风速还要大，到了背风面开始扩散，并逐渐减弱。现在，根据哪种条件来确定林带的结构，还存在着不同的看法，具体确定 林带结构时，常遇到许多问题。对一个林带，到底他属于哪一种结构，确定时， 非常的困难。有的专家以透光性确定，有些专家主张用通风性判断，有时还要 由断面的一些树木判断。二、林带断面类型（或者断面形状） 指林带横断面的外部形状，它与林带的防风效果有密切的关系。它与树种、密度、配置方式有关，根据横断面的形状，可分为如下几种类型，有屋脊形、矩形和凹形。1）矩形(正方形)横断面 这种断面类型的林带对空气气流的阻滞作用大，防风效果明显。由主要树种和灌木树种组成的林带可以形成矩形断面。如果林带是稀疏结构的林带，再配置成矩形断面，则林带的防护效果更为显著。2）屋脊形(三角形)横断面 该种断面非常接近流线型，它对气流的拦截作用稍微小些。屋脊形横断面和通风结构的林带结合起来方能起到很好的防护效果。这种断面类型是由主要树种和辅佐树种组成而形成的。3）凹形横断面 这种横断面类型是在一定条件下所形成的特殊断面类型。如林带太宽太密或者主要树种由于立地条件不适宜或在林带的边缘林木的生长超过林带中间的主要树种的生长时，容易形成凹形横断面，这种断面的林带虽然有一定的防风效果，但它不是最理想的横断面类型。 第二节 疏透度（透光度）和透风系数一、透风系数(x0):即林带背风林缘一半处林带高度范围内的平均风速U(m/s) 与旷野相同高度范围内平均风速U0(m/s)之比。 透风系数是鉴定林带结构优劣的重要参数， 但它不是林带本身结构的指标。 x0U / U0 实际中按下式计算，按林带结构特征分成若干段（层）。 X1Ax2Bx3C x0 H H：林带平均高；A、B、C：各层厚度 ；X1 x2 x3 ；各层透风系数或者:U x0 U0 计算方法按林带结构特征分成若干段。 h1U1h2U2h3U3h4U4h5U5 U h1h2h3h4h5 Hh1h2h3h4h5(林带高度)。 用同样方法求出旷野同一高度范围内的平均风速U0，则可以算出透风系数XO的值。 透风系数是林带防护效果的重要参数，不同的透风系数，林带的防护效果也有不同，因为它能反映出林带防风作用的动力特征，在研究林带动力效应时此参数较稳定，因此生产上以此系数来判定林带结构的好坏和确定不同的林业技术措施。但由于测定较困难，在生产上直接应用受到一定限制，因此近年来，在我国防护林的研究中也常采用疏透度的概念。透风系数和林带结构的关系（雷日科夫）林带结构类型和透风系数的关系结构类型紧密疏透通风夏季透风系数（%）小于25-3025-30至70-75林冠小于25-30树干层大于70-75二、疏透度():也称透光度，即林带纵断面上透光孔隙的投影面积与纵断面上林带投影的总面积之比。（用小数百分数表示）。 FFi*100% S Si 式中:S林带垂直断面上投影面积； F林带垂直断面上透光孔隙的投影面积； i将林带划分的格数； Fi、Si每格透光面积、总面积。它是从林带结构上鉴定其透风状况的指标，在计算时，为了更精确，可按林层加权计算疏透度。以123表示林带上中下层的疏透度，h1 h2 h3分别表示各层厚度，h为林带平均高则,总的疏透度为： h11h22h33 h可采用以下几种方法进行实测： 方格框架法：把刻有均匀方格的透明玻璃板嵌在木框上制成，例如取30cm40cm的透明玻璃板，分成3040个方格，每个小方格为1cm2。测量时在背风面一定距离(如5-10H左右任选一点)设三角架，方格框架垂直的竖在三角架上，或手扶木框，使方格框下缘和林带与地面接合处重合，目测每个小方格内的透光孔的面积Fi，再根据上式计算出来。 照相法：采用和上法相同距离拍摄林带纵断面，然后在放大的照片上利用球积仪查算透光孔面积Fi和总面积si由上述公式计算值。 野外目测估计法:站在林带侧面一定距离5-10 h处，目估林缘垂直面上分层孔隙度的大小和分层厚度，（即按林带疏透度大小的分布特征，将林带分成若干段）以及林带平均高，按下式计算：如可分成 5段，h1为下部灌木部分，疏透度为1;h2为树冠下部与树干交接部分,h4为林冠部分,h5为林冠上部树梢部分，疏透度分别为2、3、4、5。则总的疏透度为： h11h22h33h44h55 h1h2h3h4h5 疏透度和林带结构的关系：疏透度是反映林带结构的重要指标，而且便于测定，在生产上便于应用，（如有人把疏透度小于5%的林带定为紧密结构的林带。）但用一个平均的疏透度来反映林带结构是不准确的，要准确区别林带结构类型，必须看林带分层疏透度的情况。下面是根据分层疏透度规定的各基本结构类型的变动范围。林带结构类型与疏透度的关系 （尼基金等人）林带纵断面通风孔特点结构类型疏透度（%）树干间树冠层整个断面无通风孔紧密结构0-100-10整个断面通风孔数量中等疏透结构15-3515-35树干通风孔大，树冠无通风孔通风结构大于600-10用上述方法划分林带结构类型，指标很明确，容易区别。但是对处于指标以外的非典型林带就无法区别了。最好是先用目测法判断其基本类型后，再用疏透度加以区别。（如疏透度为0.3的疏透结构的林带；疏透度为0.4的疏透结构的林带；疏透度为0.4的通风结构的林带；疏透度为0.7的通风结构的林带）。疏透度也是反映林带防护效益的重要指标，造林密度（株行距）、宽度（行数）、树种组成、搭配形式等都直接影响疏透度的大小。疏透度随造林密度和林带宽度增加而减小，据观测：单行疏透度相同时，行数增加，总疏透度减小，林带也趋向紧密。林带在最适疏透度时，防护距离最大，在一定的宽度范围，要维持最适宜的疏透度，密度与行数相互制约，密度大，行数可少。根据在东北西部和内蒙古东部地区的研究，最适结构是：疏透度为0.25-0.3的窄林带。一般5-7行的疏透结构或通风结构林带可以达到这一指标。疏透度和透风系数的关系二者都是反映林带结构和林带防护效果的指标。根据风洞实验疏透度大的窄林带透风系数也大。但是疏透度为零时，透风系数有一定的变动范围（因为不透光的林带也有透光孔隙）。可以由风洞实验或其他方法得到不同特征类型林带的疏透度和透风系数的关系。第三节 林带对气流结构和风速的影响一、 几个名词1、防护距离：是指林带附近某一高度(一般取12m或者0.4-0.6H)处风速第一次由较小值恢复到旷野值的距离。2、有效防护距离：指林带附近风速减到有害值以下的距离； 3、 防护范围：是指林带附近范围水平方向和垂直方向上，风速第一次由较小值恢复到旷野值的整个空间区域。4、有效防护范围：是指风速开始减弱到有害值以下的空间范围。一般以林带平均高度H为计算单位。 5、相对风速(风速系数)：即林带附近某点风速与旷野同一高度风速之比， 以表示风速减弱到什么程度： Ux.z x.z Uo.z 式中 Ux.z距离林带为x，高度为z处的时间平均风速； U0.z旷野不受林带影响的某点与林带同高度的时间平均风速. 6、防风效能(风速减弱系数)Ex.z：即距林带为x，高度为z处的平均风速比旷野减少的百分数，用以表示风速减少的程度: Uo.zUx.z Ex.z100 Uo.z 防风效能与相对风速就有下列相关： Ex.z1x.z 二、林带对气流结构和风速的影响（农田防护林对小气候的影响）气流在运动过程中存在不规则性和阵发性，由于地面具有一定的粗糙度，使气流产生许多蜗旋，这些蜗旋之间或者与水平流动的气流相互摩擦、碰撞，消耗大量的动能，减小风速。 农田防护林的存在，是人为地增加了地面的粗糙度，当气流通过林带时，由于树干枝叶的摩擦作用将较大的蜗旋分割成许多大小不等，方向相反的小蜗旋，这些小蜗旋又相互碰撞和摩擦，又进一步消耗了气流大量的动能。且这部分气流（即穿过林带后）与从林冠上方越过的气流相互碰撞、混合、摩擦，气流动能再一次受到削弱。由此看出：林带的防护作用主要取决于穿过林带的气流和越过林带的气流的结构性质和蜗旋动能削弱的程度，而这又取决于林带的结构。（不同结构的林带对气流结构和风速的影响）1、紧密结构的林带1）气流结构当害风遇到紧密结构的林带时，如同遇到不透风的障碍物一样。首先在林带的迎风面首先形成无数个大涡旋，形成乱流区，由于乱流作用，使能量消耗，动能降低(风速小压力大)。后来的气流则全部翻越林冠的上方，越过林冠上方的气流在背风面靠近林缘处的静风区迅速下降形成强大的涡旋( 起着抽气机的作用),促使越过林带上方的气流不断地下降,产生垂直方向的涡动。它又与林带上方的水平气流相互混合、摩擦，消能，再继续向前运动，直到破坏和消失。（在紧密结构林带的背风面的贴地表层形成一比较稳定的气垫层，它促使空气的涡旋向上飘浮和林带上方的水平气流相互混合和碰撞，并继续向前运动乃至破坏和消失。）2）对风速的影响:由前述知：气流在林带的前后方都有一个乱流区，即风速在前后方都有减小，特别是在背风面较短的距离内能较大程度的降低风速，但风速恢复也快，其防护范围较小。到15H处风速已恢复至80%。在20-30H处，风速已恢复至旷野值。（在林带上方，由于气流抬升，使气流场的流线更加紧密，其相对风速达到130%）。紧密结构林带的有效防护范围：在垂直向最高达1.5H，水平方向为15H。2、疏透结构的林带1）气流结构当气流遇到稀疏结构的林带时，与树同高的一小部分气流越过林冠，大部分气流均匀穿过林带，在此过程中受到树干、枝叶的拦阻和摩擦，气流结构受到破坏，使大股的气流变成无数大小不等、强度不一和方向相反的小股气流（涡流），此时气流的动能被大量的消耗，风速也随之减弱。穿过林带的气流，在其背风林缘处形成了一个弱风区。它的存在使越过林冠上方的气流不能接近地面（好似一个气枕），而以一个大的角度缓慢下降。在距林带5-10H处产生大涡旋，消能、风速降低。2）对风速的影响气流穿过林带后，在林带背风面形成弱风区，风速减小。且弱风区阻挡了上部气流的下降。所以，此种林带防护范围较大。有效防护距离达30-35H，最低风速约出现于背风面3-8H处，最大风速出现在林带上方2.0H处。有效防护范围在垂直方向达1H高度以上，最高达1.5H，在水平方向达30-35H。3、通风结构的林带1）气流结构当气流遇到通过透风结构林带时，一部分气流从林冠上方越过，另一部分气流则由林带下部通过，使迎风面的气流发生压缩作用，风速稍有增大。气流在穿过林带的过程中，由于树干的拦截作用产生乱流，风速减小。穿过林带的气流则产生扩散作用，形成无数股小涡旋，它们与林带上方下降的气流碰撞，动能受到大量的消耗。在林带背风面形成一个较大的弱风区。2）对风速的影响透风结构的林带就不同了，由于透风结构的林带下部有一个透风孔道，这种林带实际上是以扩散器的形式而起作用的。因而它对风速的影响也不同于紧密结构的林带。透风结构的林带有两个风速加大区，第一个在树干部位，气流被压缩，流线加密，风速增大，其相对风速可达130%。所以，前后林缘处易发生风蚀现象。所以，在设计此种林带时树干部位的疏透度需要认真考虑。第二个风速加大区在林带上方，由于气流的抬升造成。 由于透风结构的林带下部有一个透风孔道，这种林带实际上是以扩散器的形式而起作用的。通过林带的气流由于扩散作用产生涡旋，风速减弱，加上与越过林带上方的气流冲击碰撞，动能受到更大的削弱，风速减小。所以，它的防护范围也较大，在垂直方向上可达1-1.5H，其有效防护距离与透风系数有关，在0.4-0.8H高度处有效防护距离较大，一般可达25H左右，林带背风面的最低风速出现在5-10H附近。 由以上分析看出：不论哪种结构的林带，其上方都有一个风速加大区，这是由于气流的抬升，流线变密造成的。而林带保护作物不受风害的影响，就在于改变林带附近的风速分布，使下部风速降低，上部的风速反而增大。下图为在等温条件下,紧密结构林带(a) 稀疏结构林带(b)、和透风结构林带(c) 的背风面气流涡旋示意图4、林网（网络）对风速的影响当前，许多平原地区已经实现了农田林网化的建设。为了计算主付林带所构成的林网内的防风效果，可以认为，林网对风速的总影响是分别由主林带和付林带的影响累加的结果。*一条林带的背风面不同距离处的防风效益可用下列经验公式来计算。/2.0 H0.068L/H式中：林带的防风效益：L距林带的距离(m)；H 林带高度(m)主付带构成的网络的防风效益可用下列公式计算。0,1（sin）0,2（cos）/2,110.35sin3(sin）sin/2,210.35sin3(cos)cos式中 林带的通风度(以十分表示)将此公式和上述公式相配合，即能计算出任何大小和形式、任何林带高度和通风度，以及在任何风向下，林带所形成的网络中风速的平均降低值。当害风方向垂直于林带时，矩形网格中风速等值线大体上平行于林带( 如图10)，由于付林带的附加影响，网格中的四偶风速等值线则呈弧形， 而且等值线越接近林缘越密集，随着距离林带的边缘越远，风速等值线越稀疏。当网格为正方形时，网格中心地带的风速等值线则呈同心圆的形状。图10 矩形林网内相对风速的分析特征()北京林学院水保系闫树文、詹春梅等同志于19811982年，在河北省正定县里双店公社四里双大队，对农田林网内的小气候条件进行了多次观测，取得了大量数据。测试资料证明：林网内的风速的变化是由构成林网的主付林带共同作用的结果。一般地说，当害风方向垂直于主林带或者基本上垂直于主林带时，网格内风速变化和风速等值线的分布状况主要受主林带的作用较大。但是，由于风速的阵发性和风向的多变，网格内风速的变化是非常不稳定的。在一般情况下，林网主林带的背风面36H处有一个风速低值区，其风速等值线呈闭合型同心圆或长园形(如图11、12、13、14所示)。在此低值风速区内，风速可降低3050，约占网络面积的515。在林网主林带背风面 1015H处常常为风速的高值区。此区内风速仅仅降低20左右。从网格内风速等值线分布图中我们还可以看到，在林带背风林缘处到风速低值区的范围内，水平风速梯度差较大，等风速线分布密集；而在风速高值区至林带的迎风面这一段距离内，风速变化比较平缓，这是由于受网格第二条林带迎风面气候反向压缩作用的结果。这里的风速从高值区起，又一次地逐渐降低而形成第二个风速低值区。所以在整个网格内形成两个低双峰的风速低值区，它与单条林带降低风速的规律基本上相同，但又有差别。*其它各词：主林带：起主要防护作用的林带，一般此林带的走向是与主风方向( 灾害风方向)垂直。辅林带(副林带)：与主林带走向垂直布设的林带，起辅助防护的林带。 林带交角：主林带的配置方向与主风方向的交角叫林带夹角。一般为90（1）林带偏角：主林带设置的走向与理想林带走向的交角称林带偏角21290 在实际造林时，主林带不一定和灾害风垂直，这是由于在全面规划设计中，要考虑林带的走向还与路、渠、村和原有的林带、地形等多方面因素。一般，林带偏角不应大于30。带间距离：相邻两条主林带的距离。或者说，主林带间的距离，一般是由 壮龄防护林的树木高度的倍数表示，如10倍、15倍、25倍树高，同时也用长度单位表示，一般为100米、500米的距离。辅林带间的距离为30倍树高。*三、林带结构和断面类型对风速的影响（影响防风效益的各因子）由上所述我们可以看出，不同结构的林带对空气湍流性质和气流结构的影响是不同的，因而它们对于降低害风风速和防护效果也是不同的。目前，许多林学家对于林带降低风速的有效范围持有不同的见解。从大量的实际观测资料来看，多数人认为以降低空旷地区风速的25为林带的有效防风作用。实际上，农田防护林带的防护作用和防护距离与其结构、高度、断面类型有直接的关系，我们应当具体分析，不能一概而论。如前所述，紧密结构的林带对气流结构的影响是使林带前后形成两个静压高的气枕，越过林带上方的气流形成铅直方向急速下降，因而在林带前后形成两个弱风区。从图 中可以看出，在林带附近风速降低值最大。但是，它的防护距离较小。如果以降低害风风速的为有效防护作用的话，那么处即为其有效防护距离。透风结构的林带就不同了，由于透风结构的林带下部有一个透风孔道，这种林带实际上是以扩散器的形式而起作用的。因而它对风速的影响也不同于紧密结构的林带。从图 中我们可以看到，林带的下部及其附近的风速几乎没有什么降低，有时甚至比空旷地的风速还要大一些。所以，透风结构林带的下部及其附近，很容易产生风蚀现象，尤其当林带下部的通气孔道比较大时，风蚀现象更为严重，在设计这种林带时应该特别注意。但是，透风结构的林带在防护距离上比紧密结构的林带要大得多，从图 中可以观察到， 到25H处害风的风速才恢复到。疏透结构的林带是三种结构林带结构中较理想的类型，从图 中可知，稀疏结构的林带不仅能较大的降低害风的风速，而且防护距离也较大。在背风面的处，害风的风速才恢复到。所以一般来说稀疏结构的林带应该在实际生产中加以推广。当然，营造这种林带，在树种选择与配置上需要特别注意，而且当林带郁闭后还应该经常抚育，否则很容易形成紧密结构的林带。 综上所述，我们知道，三种结构的林带具有不同的防风作用。在实际生产中，由于各地区的灾害性质和防护对象不同，很难判定那种结构的林带就一定好。一般认为稀疏结构的林带为较理想的类型。从图中可以看出，在距离林带处，紧密结构的林带降低害风风速为，疏透结构的林带则降低，而透风结构的林带降低40。但在林带背风面处，紧密结构的林带几乎已经恢复到空旷区的风速，稀疏结构的林带可降低风速，而透风结构的林带则降低。并且，在风沙危害比较严重的地方，不宜采用紧密结构的林带，它容易在林内和林缘处引起堆沙现象，使林网内的农田形成所谓的“驴槽地”，如果为了固定流沙的移动和保护道路免于沙埋和堆雪，则可采用紧密结构的林带。采用不同结构的林带，由于林带的断面类型不同，其防风效益也是不同的。如果采用稀疏结构的林带，搭配矩形（长方形）断面比其它类型的断面防护距离要大一些。当采用稀疏结构的林带时，最好配置矩形断面方能得到最大的防护效益。总之，林带的防风作用主要取决于林带的结构，断面类型和林带的高度。在评价林带的防风效益时，一般采用下列公式来进行分析。（/）式中 林带的防风效率V0 空旷区的风速（m/s)V1 林带背风面某一距离内的平均风速(m/s)*林带对太阳辐射的影响太阳辐射通常是由直接辐射和散射辐射两部分组成，其大小主要受季节、纬度、大气状况的影响很大。在下垫面基本相同的情况下，由于林带的庇荫作用，能减少林带两侧林缘地面的日照时数，林带附近的总辐射日总量与旷野的比值在很大程度上取决于日照时数。林缘附近的总辐射日总量，无论是向阳或背阴面都比旷野要小。 太阳辐射的日总量在林缘附近减少的程度还与林带的走向及距林带的距离有很大关系； 宋兆民等(1980年)在河北深县对林网内太阳辐射状况的分布进行过研究，指出林网内直接辐射的差异，主要决定于林带的庇荫作用，林网内散射辐射的变化与林带距离平方成反比。林网内总辐射的分布与林带距离平方成反比。林网内总辐射的分布，既具有直接辐射的特性，又具有散射辐射的特性，林网内总辐射的日总量与直接辐射变化规律一致。在林带附近总辐射的日变化是相当复杂的，从图（16）可以看出，在9 时以前向阳面(SW)总辐射量小于旷野，而背阴面(NE)则大于旷野；9 时以后就相反。其原因是在9时以前太阳辐射能量到达林带背阴面， 林带侧面有一部分短波辐射能量要反射到林缘地面，这一部分能量大于因林带的庶荫而减少的散射辐射能量，所以在9时以前背阴面的总辐射量稍大于旷野，而在向阳面因受林带的阻挡，总辐射量远小于旷野，9时以后则相反，由于林带的反射作用， 林带向阳面1015时收到的太阳辐射比旷野要大59，因而，促使地表温度升高。可是，在9时以前特别是在凌晨，由于林带庇荫，总辐射收入很少， 向阳面林缘处地表温度上升缓慢，在春秋季节可减轻对作物或幼苗的霜冻危害。林带对空气温度和湿度的影响从上一节论述中我们知道，林带具有改变气流结构和降低风速的作用。因此，农田上贴地表层的气流涡动促进了热量、水蒸气、CO2 和灰尘等物质的不断与上方空气对流和交换。这些物质上下输送的通量比空气分子扩散运动的涡动强度要大得多。空气热量的对流情况，在昼夜之间表现的形式和输送量是不同的。在一般情况下，白天由于太阳的辐射，地表面受热后热空气膨胀而上升，和上层的冷空气产生对流，它随高度的增加而递减。在夜间，地表层冷却而温度降低，愈接近地表气温降低的也愈多，形成温度随高度的增加而增加。在林带保护下的农田上，由于林木的强大蒸腾作用和降低风速的作用，使附近农田上的温度与湿度状况得到显著的改善。有林带防护的农田不仅空气的垂直对流运动加强，空气水平方向的对流也很强烈。在农作物的生长季节，林带周围所形成的湿气团和农田上的热气团不断地进行着对流和交换，使林带防护下的农田上的温度和湿度得到调节和处于比较稳定的状态。据M瓦西里耶夫的研究资料表明：在炎热的夏季， 有林带保护的农田，其空气温度比无林带保护的农田低26；相对湿度高35。据BB列别捷夫的材料表明：林带一般能降低空气温度0.61.8；提高湿度49，在干旱时期可提高810。林网内气温与湿度的变化见图17、18、19、20。林带对空气温度和湿度的影响，是和季节、天气状况有关的。在春季和秋季林带有增暖作用，增加温度12；在夏季则有冷却作用，降低温度24。不同结构的林带，其增暖与冷却作用是不同的。紧密结构的林带可降低温度13，稀疏结构的林带可降低温度12。林带对蒸发和蒸腾的影响水分的物理蒸发和生理蒸腾是土壤水分的主要出路。蒸发量的大小取决于太阳的辐射、空气温度、湿度和风速等条件。.H. 维索斯基曾提出用降水量和蒸发量的比值来表示某一个地区的干旱性。比值愈小气候愈干旱。他用气象学K=Q/E的公式来表示某地区的干旱性。式中降水量；蒸发量。同时,蒸发量和害风的风速、湿度等有直接关系。风速愈大和湿度愈低,蒸发量也愈大。下列公式是一个经验公式,它表明了蒸发量与风速的相关关系。（.）蒸发量； 湿度的饱和差； 风速（m/s）；在经常发生干旱和干热风的平原地区，林带对土壤水分的蒸发有显著的影响。在林带背风面20倍树高的范围内，蒸发量降低1030。1958年我们在河北省冀西沙荒地的小叶杨林带(透风系数为0.60.7)进行观测，在林带背风面5倍树高处蒸发量降低32.7；10倍树高处降低26.8。在林网化的农田上，在中等大小的林网(7501500亩)内水分蒸发减少 1020，随着林网面积的减小，蒸发量减低的数值则增大。在华北平原地区年蒸发量均在1000mm以上，倘若蒸发量能够减少一成，则每公顷的农田上可节约10003的水。在灌溉的农田上林带降低渠道水面的蒸发效能更为显著， 一般由于减少蒸发可节约用水15。在林带防护下的农田上土壤水分蒸发量的降低，就意味着土壤含水量的增加。在干旱季节，土壤中能够有比较充分的水平供给农作物的需要，乃是保证高产稳产的关键。因此，蒸发量的降低，无疑愈能促进有效蒸腾率的提高和蒸腾系数的减小。林带对积雪和土壤湿度的影响在多雪地区，强风常常将积雪吹至低洼地区，致使广阔农田上失去积雪的覆盖和融雪水的聚积。据苏联许多学者(如.保得洛夫等)的研究，在无林带保护的农田里，甚至的积雪被强风吹走，而在有林带保护的农田里，就不会产生这种现象。由于林带能够减低风速，就保护了农田上的积雪不会被强风吹走，并能够使积雪均匀地分布地农田上。林带的结构不同，对积雪分配的状况也是不同的。在紧密结构林带的内部及其前后林缘处由于风速减低得最多，积雪堆积得也最厚，而广大农田上反而得不到较多的积雪覆盖。因此，在春季融雪时，势必造成林内和林缘处水分过多，甚至形成积水；而农田中的融雪水则很少。这种情况对于作物越冬和克服春旱，保证作物顺利生长都是不利的。据国内外大量的研究资料，在有林带保护的农田上，林网内的积雪一般比无林带的农田增加1020，而土壤含水率提高56,有时可提高103 0。农田防护林对土壤的改良作用(一)林带对土壤性质的影响：农田防护林是地区生态平衡和生物群落性质转化的重要因素。实现农田林网化之后，环境条件得到显著改善，土壤肥力得以提高，空气中的氧气得到补充，就形成了一个地区性的动植物区系和微生物区系相结合的生物生态系统。在农田林网化的田野上，良好的小气候环境和农作物的茂盛生长对土壤中的微生物活动有很大的促进作用。每年农作物的根系和枯落物大量聚积在土壤表层，这些有机物质经过微生物的分解使土壤腐植质含量增加。久而久之，有使黑钙土向厚层黑钙土，使沙土向壤土转化的可能。 (二)林带对土壤次生盐渍化的影响：在灌溉地区的农田上，由于渠道渗漏和灌溉制度的不合理，造成地下水位的升高，引起次生盐渍化的危害。在渠道两侧营造防护林，既能改善小气候环境，也能起到生物排水的作用。一棵树木好似一台抽水机，依靠它庞大的林冠和根系不断地把地下水蒸发到空气中去，使地下水位降低。林木的这种排水作用并不亚于排水渠，据国外研究材料表明，林带能将-m深的地下水吸收上来蒸发到空气中去， 其作用相当于-m深的排水渠。-1年生的林带，平均能降低地下水位160cm，影响范围达150 m 。林木的生物排水作用，由于树种不同而异。不同的树种，其蒸腾量也是不同的。 B.C.马雷根的研究表明：一公尺长的排水沟一年能排出5462m3的水， 而一棵树在一年内可蒸腾5090m3的水。正是由于林木能大量的将地下水蒸发到空中去