河西走廊酒泉绿洲农田防护林格局与结构

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00095

摘要/Abstract

摘要：

绿洲农田防护林可以有效保护绿洲免遭风沙危害，但规格过高的防护林体系不仅消耗水资源，而且有胁地和减产等负面作用，因此在景观尺度上研究农田防护林空间格局、带斑比及其结构是建立节水型绿洲的基础。酒泉绿洲位于讨赖河流域中游、河西走廊西段，是典型的干旱区绿洲。本文选择酒泉绿洲为研究对象，围绕基于遥感数据提取绿洲防护体系的数据源选择与提取方法、绿洲农田防护林体系格局及其尺度依赖性、农田防护林结构等科学问题，探讨了利用遥感数据提取农田防护林属性的方法、分析讨赖河中游农田防护林的空间格局和结构。研究表明：（1）使用哨兵-2A遥感影像，利用防护林与农作物生长的物候差异，选择合适时间的遥感数据，可以有效提取农田防护林信息，能够真实全面地反映绿洲农田防护林网的带斑比及其分布状况，计算结果与实地调查相符；（2）讨赖河中游酒泉绿洲农田防护林以新疆杨为主，农田中超过80%的林网带斑比为2.50%~7.50%，具有明显的随尺度变化特征，表现为0.1~10 km内尺度效应明显，10~20 km内随幅度增加尺度效应减弱，当幅度大于20 km时尺度效应逐渐消失；（3）农田防护林平均树高17.5 m，平均胸径25.7 cm，整体以通风结构为主，林网完整度指数普遍小于0.40，缺网断带现象明显，林网完整度较低。

关键词: 农田防护林, 河西走廊, 酒泉绿洲, 林网结构, 尺度效应

Abstract:

Farmland shelterbelts can provide effectively protection for farmlands against wind storms. However， completely constructed shelterbelt systems not only need much water resource， but also have some negative influences like land threaten and yield reduction. Thus， studying the spatial distribution of farmland shelterbelts， its structure， and the ratio of belt to patch at landscape scale is the basis of building water-saving oases. Jiuquan oasis， located in the middle course of Taolai River in western Hexi Corridor， is a typical arid oasis. In this paper， Jiuquan oasis was selected as the research object to study the method of data source selection and oasis protection system extraction based on remote sensing， the pattern and scale dependence of oasis farmland shelterbelts system， farmland shelterbelt structure and some other scientific problems. Then， the method of extracting farmland shelterbelts' attributes from remote sensing was discussed， and the spatial pattern and structure of farmland shelterbelts in the study area was analyzed. The results showed：（1） the Sentinel-2A remote sensing images combined with the phenological difference between shelterbelts and crop could extract farmland shelterbelts effectively， and reflect the ratio of belt to patch and its distribution truly and comprehensively. The calculated results were consistent with the field survey. （2） the farmland shelterbelts in the middle course of Taolai River were dominated by Populus alba var. pyramidalis. More than 80% of farmland shelterbelts had the ratio of belt to patch between 2.50%-7.50% and had obvious scale effect. The scale effect was obvious within 0.1-10 km， and decreased within 10-20 km with the increasing extent， and disappeared gradually when the extent was greater than 20 km. （3） the farmland shelterbelts had an average tree height of 17.5 m and an average DBH of 25.7 cm. The overall shelterbelts were dominated by ventilating structure， and the phenomenon of lacking network and broken belts was obvious. The integrity of shelterbelt networks was low， where the integrity index was below 0.4 generally.

Key words: farmland shelterbelts, Hexi Corridor, Jiuquan oasis, structure of shelterbelts network, scale effect

中图分类号:

S727.2

吕王亦庄, 赵文智. 河西走廊酒泉绿洲农田防护林格局与结构[J]. 中国沙漠, 2023, 43(6): 237-245.

Wangyizhuang Lv, Wenzhi Zhao. The structure and pattern of farmland shelterbelts in Jiuquan Oasis of Hexi Corridor[J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(6): 237-245.

图/表 10

图1 研究区位置及取样点分布

Fig.1 Location of the study area and distribution of sampling points

表1 农田林带格局结构参数内涵和计算方法

Table 1 Parameter connotation and calculation method of pattern structure of farmland shelterbelts

指标	因子含义	指标意义	公式
带斑比 $P$	S_b 代表林网面积，A代表区域内需要被保护的农田面积	代表防护林的相对丰富度，数值越大则代表防护林在农田的占比越高	$P = S b A$
完整度指数 $C$	i代表地类为林地，c_ijk 为在临界距离之内的林地ｊ与ｋ的连接状况；n_i 为景观中林带的条数	代表该地块内防护林网的连续性，反映防护林形成条带或网状的完整程度，最大值为100，数值越大林网完整度越高	$C = ∑ j = k n c i j k n i n i - 1 2 × 100$
疏透度 $β$	$S 1$ 是林带纵断面透光孔隙总面积， $S$ 为林带纵断面垂直投影总面积	表示林带疏密状况和透风程度的指标。林带间隙越大则疏透度越大，疏透度达到1则代表不存在林带	$β = ? S 1 S × 100 %$

表1 农田林带格局结构参数内涵和计算方法

Table 1 Parameter connotation and calculation method of pattern structure of farmland shelterbelts

指标	因子含义	指标意义	公式
带斑比 $P$	S_b 代表林网面积，A代表区域内需要被保护的农田面积	代表防护林的相对丰富度，数值越大则代表防护林在农田的占比越高	$P = S b A$
完整度指数 $C$	i代表地类为林地，c_ijk 为在临界距离之内的林地ｊ与ｋ的连接状况；n_i 为景观中林带的条数	代表该地块内防护林网的连续性，反映防护林形成条带或网状的完整程度，最大值为100，数值越大林网完整度越高	$C = ∑ j = k n c i j k n i n i - 1 2 × 100$
疏透度 $β$	$S 1$ 是林带纵断面透光孔隙总面积， $S$ 为林带纵断面垂直投影总面积	表示林带疏密状况和透风程度的指标。林带间隙越大则疏透度越大，疏透度达到1则代表不存在林带	$β = ? S 1 S × 100 %$

图2 移动窗口法分析农田防护林尺度效应

Fig.2 Scale effect of farmland shelterbelts on moving window method

表2 实地调查统计结果

Table 2 Statistical results of field survey

样地序号	平均胸径/cm	平均树高/m	带斑比/%	疏透度
1	20.4±1.76	15.7±1.27	7.72	0.78
2	19.7±0.90	16.9±0.26	1.93	0.56
3	23.8±1.83	20.4±0.55	4.09	0.88
4	45.5±3.67	15.0±0.90	2.31	0.85
5	26.9±1.10	13.3±1.53	5.71	0.82
6	22.0±1.17	17.6±1.64	3.70	0.53
7	19.2±0.78	20.9±0.58	11.42	0.24
8	25.8±1.97	20.2±0.84	3.61	0.77
9	24.3±1.06	20.4±0.64	5.48	0.44
10	21.8±1.51	17.2±1.95	2.57	0.69
11	30.8±0.97	20.1±0.53	4.31	0.62
12	24.3±0.51	21.3±1.00	3.81	0.76
13	31.7±1.29	21.9±0.68	3.54	0.84
14	35.1±1.16	18.9±0.62	6.34	0.82
15	22.7±0.95	15.7±0.49	2.35	0.27
16	20.3±0.93	17.2±1.40	12.52	0.25
17	15.4±0.85	14.7±0.57	2.45	0.51
18	32.6±3.18	8.3±0.68	6.88	0.92

图3 4、6、8月遥感影像及提取的林带信息特征

Fig.3 Remote sensing image and extraction of shelterbelts from April， June and August

图4 农田防护林结构的尺度效应

Fig.4 Scale effect of farmland shelterbelts structure

图5 实地带斑比频率分布

Fig.5 Frequency distribution of ration of belt to patch of field survey

图6 2 km粒度下景观结构指数的频率分布

Fig.6 Frequency distribution of indexes at 2 km grain

图7 防护林结构核密度分布

Fig.7 Nuclear density distribution of shelterbelts structure

图8 防护林结构与渠首的距离关系

Fig.8 Correlation of shelterbelts structure and distance from the head of the canal

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