防风林
防风林(Wind Break)
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防风林是指用以防御寒风、旱风或暴风侵袭的森林或林带，可以减低风速，防止急速降温和强烈蒸发。
防风林的结构[1]
常见的防风林结构有3种：
(1)紧密结构：这种结构的林带是由主要树种，辅助树种和灌木组成的3层林冠，上下紧密，一般风通过面积小于5％。林带比较宽，中等风力遇到林带时，基本上不能通过，大部分空气由林带上部越过。在背风林缘附近形成静风区或弱风区，之后风速很快恢复到旷野风速，防风距离较短。
(2)稀疏结构：由主要树种、辅助树种或灌木组成的3层或2层林冠，林带的整个纵断面透风透光。从上部到下部结构不太紧密，透光孔隙分布均匀。风遇到林带分成两部分：一部分通过林带，如同筛网中筛过一样，在背风面林缘形成许多小旋涡；另一部分气流从上面绕过。因此，在背风面林缘附近形成一个弱风区，随着远离林带，风速逐渐增加。
(3)透风结构：这种结构的林带由主要树种，辅助树种或灌木组成2层或1层林冠，上部为林冠层，有较小而均匀的透光孔隙，或紧密而不透光；下层为树干层，有均匀的栅栏状大透光孔隙，风遇到林带，一部分从下层通过，一部分从林带上面绕行，下层穿过的风由于文丘里(Venturi)效应，风速有时比旷野还要大，到了背风面林缘开始减弱，但较远的地方才出现弱风区。在此之后风速逐渐恢复。
普通的防风林其防风的有效范围，在上风侧可达树高的6～10倍；在下风侧可达25～30倍。但是，最有效果的地方是在下风侧树高的3～5倍附近，风速可降低35％左右。
树枝下有空隙时，因为风吹过树干之间会增加速度，所以防风效果不大。这种情况，如在树林的下风处种植矮树，通过的风就往上刮，防风的有效范围便扩大了。
当密植到风不能通过的程度时，在它的前后有显著的防风效果；下风处的空气则变得稀薄，由于漩涡的形成，下风侧的树林边缘受到风力的影响，当树林的密闭程度为50％～70％，树篱的密闭程度为45％～55％时，防风的有效范围很大。
防风林效果的影响因素[2]
植物能减弱风力，降低风速。风速降低的程度主要取决于植物的体型大小，枝叶茂盛程度，乔木的防风能力比灌木好，灌木胜过草本；阔叶树强于针叶树，常绿阔叶树又比落叶阔叶树大。
植物防风效能的大小主要在于下面几个因素。
(一)林带结构
林带结构是林带的外部形态和内部构造的总称。一般认为，林带结构是指林内树木层次、造林类型、树种构成及种植密度的总和。
防护林，按透光孔隙的大小和分布以及防风特性，常把林带结构划分为三种基本类型，即紧密结构、疏透结构和透风结构。疏透度，是林带林缘垂立面上透光孔隙的投影面积与该垂直面上林带投影总面积之比。透风系数，又指透风数，是指当风向垂直于林带时，林带背风林线1m处林带高度范围内的平均风速与空旷地区相间高度范围内的平均风速之比。
1．紧密结构
紧密结构的防护林，由主要树种、辅助树种和灌木树种组成，林带较宽，行数较多，造林密度较大。三层林冠密不透光，透光系数在0．3以下，透风系数也在0．3以下。当中等的风速遇到这种林带时，气流基本不能通过林带，其大部分由林带上缘越过，在背风林缘附近距离形成有效防护的静风区。
2．疏透结构
这种结构的林带是主要由乔木或灌木树种组成的三层或二层林冠，林带的整个纵断面均匀透风透光，从上部到下部结构都不太紧密，逆光孔隙分布均匀。适宜的透光度为0．3～0．4，透风系数为0．3～0．5左右。害风遇到林带分成两部分：一部分均匀通过林带，在背风面林缘处形成许多小漩涡；另一部分气流则从林缘上掠过，在背风林缘附近形成一个强风区，防护距离较大。
3．透风结构
这种结构的林带是主要由乔木树种组成的二层或一层林冠，上部为林冠层，其孔隙有或较小而均匀的透光，或紧密而不透光；下层为树干层，有均匀的栅栏状孔隙，大而透光。透风结构的林带，一般在树木生叶期透光度为0．4～0．6，透风系数大于0．5。该林带行数少，带幅窄，害风遇到林带一部分从下层穿过，一部分从林带上面绕行，风速甚至比旷野处还要大。到背风林缘处，风速开始减弱，但要到远处才会出现弱风区，因此防护距离也较长。
(二)林带高度
林带高度用H表示，主要指林带中主要树种的成龄高度。树木的连年生长量和平均生长量这两条曲线相交时的年龄，即为数量成熟龄。一般把树高生长量达到成熟龄时的高度，设计为树高。林带的防风能力一般与林带高度呈正相关，但也依林带的紧密结构、疏透结构和透风结构不同而有差异(表1)。
表1 不同结构林带的防风效果
| 林带结构\平均风速(%)\位置 | 0-5倍树高 | 0-10倍树高 | 0-15倍树高 | 0-20倍树高 | 0-25倍树高 | 0-30倍树高 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 紧密结构 | 25 | 37 | 47 | 54 | 60 | 65 |
| 疏透结构 | 26 | 31 | 39 | 46 | 52 | 57 |
| 透风结构 | 49 | 39 | 40 | 44 | 49 | 54 |
注：以旷野风速为100％。
(三)林带宽度
林带宽度是指林带所占据的株行距，加上两侧的林缘宽度。用公式表示为：
林带宽度=(林带行数-1)×行距+两侧林缘宽度
林带的防风效果并不与带宽和行数成正比。C．P．Bkimaya认为，在降低风速方面，防护林带宽度是次要的。中度密度的窄林带具有和宽林带同样、乃至更好的防护效果(图1)。
(四)林带的横断面
造林时，由于各类树种的不同搭配，常会形成不同的林带横断面。林带在其他条件不变的情况下，林带横断面的形状不同，防风效应也不同。通常矩形断面的林带比屋脊形断面的林带，在背风面有较大范围的风速降低区。
(五)林带的夹角
林带与主要害风的夹角，被称为林带夹角。理想的林带夹角，是防风林带与害风向成垂直角的时候，林带的防风效果最佳。当林带夹角>45°时，林带的防风效果虽然有所下降，但并非十分明显；但当夹角<45°时，则效果明显下降。因此，林带的夹角常以45°为限。
防风林的生态效用主要在于分裂风势、减低风速，使栽培的农作物或其他经济植物不至于因过度的土壤蒸发、植物本身的蒸腾作用以及风的机械作用而受伤害。因此，在选择防风林树种时必须注意以下几个问题：
1．宜采用深根性，材质坚硬，抗风力强的树种。
2．选用树冠为塔形和叶面积小的树种，以减少受风面积，避免强风伤害。
3．选用生长快、生期长的树种。这样既能及早发挥防风效用，防风时间又长。还要选择繁殖力强，容易更新的树种。
4．多选用容易成活，适应性强的乡土树种。
5．营造混交林。但必须注意树种间的生态特点，注意树种间的合理配置。
城市防风林建设[1]
城市高层建筑之间，会形成强劲的对流风和通道变速风，它们对高层建筑附近的设施和行人车辆，有潜在的破坏力，还可能危及建筑本身。因此，需要建立城市防风林。防风林的性质，作用与“三北防护林”相同，但可担当此任的，只能是高大乔木。密集的乔木有效减弱风势，使之分流。不但高层建筑，一般建筑也需要防风林的保护，而低矮的灌木丛和更低矮的草皮对此无能为力。
1．城市防风林结构
根据《城市绿地分类标准》(CJJ／T 85-2002)的规定，城市防风林属于城市绿地系统里的防护绿地。城市防护林带可保护城市免受风沙粉尘等侵袭，一般位于城市外围，规划建设总宽度100～200m的防风林带。防风林应栽植成间隔为1.5～2.Om的正三角形，种植57列树，10-20m的宽度。树的高度越大，树枝越稀疏，风的透过率越大，故有必要扩大树木的宽度。防风栽植的位置，应和盛行风向垂直。用林带保护的区域，是以林带为底边的三角形地带。林带的长度，至少应为树高的12倍以上。和地形的关系是，最好将防风林设置在棱线或崖边上。高低树的配置方法是，在上风侧种植低树，下风侧种植高树，使全体树木分担风压，以减轻风造成的损害。
2．城市防风林植物配置
由同一种树种组成的纯林带配置，容易形成通风结构和矩形断面林带。我国很多城市的防风林是在建成区外环结合快速干道的道路防护绿地一起布置的纯林带。这类结构林带由于树种单一，不利于城市多样的风貌体现，会降低城市绿地系统的稳定性和复杂性。
而混交林带是由两种或两种以上树种组成的林带，这种多树种的配置，能形成结构良好，抵抗污染能力强，具有生物、生态学稳定性等良好特点。
由于城市用地紧张，多层防风林带不能按理想设计来实施，因此可以利用建成区边缘已建好的绿化项目，如动植物园。综合性公园等。此外，在配置城市防风林时还应注意，城市居住小区内，特别是紧靠居民住房处，不宜种植体量过大的乔木，以免树倒伤人；以种植中等高度乔木及灌丛为佳。
3．城市抗风植物
为了防风固沙而种植防护林带，在选择树种时应注意选择抗风力强、生长快且寿命长的树种，以深根性，树干树枝坚硬，枝叶茂密的常绿树为宜。落叶树冬季的防风效果比夏季减少20％左右。树冠最好呈尖塔形或柱形。树种的抗风性能与树高、胸径、冠幅、叶面积系数等因素有密切的联系。树高越大，胸径越小，冠幅或叶面积系数越大，则树种的抗风性能就越差。
一般来说，园林植物对大风的抗性有以下几种适应类型：
(1)抗性较强的树种有：马尾松、黑松、圆柏、榉树、核桃、白榆、乌桕、樱桃、枣树，葡萄、臭椿、朴树、板栗、槐树、梅、香樟、麻栎、河柳、台湾相思、柠檬桉、木麻黄、假槟榔、南洋杉、竹类及柑橘类树种。
(2)抗性中等的树种：侧柏、龙柏、旱柳、杉木、柳杉、檫木、楝树、苦槠、枫杨、银杏、广玉兰、重阳木、榔榆，枫香、桑、李、桃、杏、花红，合欢，紫薇、木绣球、常山核桃等。
(3)抗性弱的树种：大叶桉、榕树、雪松、木棉、悬铃木、梧桐、加杨、钻天杨、银白杨、泡桐、垂柳、刺槐、杨梅、枇杷、苹果等。
我国不同地区的城市在营造防风林时，适地适树选用了不同的树种，在东北和华北地区如北京、常用杨树、柳树、榆树、桑树、白蜡，紫穗槐、柽柳等树种；中部地区如杭州，常用马尾松、黑松、圆柏、珊瑚朴、对节白蜡、朴树、青冈、紫楠等树种；华南地区如广州，常用南洋杉，椰子、柠檬按、台湾相思、木麻黄、假槟榔，桄榔等树种。
目前，世界海防林发展趋势以选择中等高度乔木为主，不再选用易风折的高大乔木。