河北坝上地区春季土壤风蚀不仅造成区域生态环境恶化,也对当地种植业的发展产生严重影响。农田防护林是减缓农田土壤风蚀、改善区域生态环境,稳定种植业产量的有效措施。坝上地区的农田防护林大多是20世纪“三北防护林”体系及近年“京津风沙源治理工程”设计营造的。由于该区域处于中国北方农牧交错带中心位置,土壤贫瘠,水资源匮乏,不利于乔木防护林生长,加之营造时间长、管理粗放和经营手段落后,部分农田防护林带处于衰退和死亡状态,其配置结构和防护水平已不能满足农田保护的需求。本文野外实验区域选定于河北坝上西北部的康保县,在总结前人研究资料和对研究区多条农田防护林带调查和实地观测基础上,对河北坝上农田防护林成林现状、结构配置及防护效益开展研究,并取得以下结论。(1)康保县的农田防护林带大多已处于衰退期,或是过熟林,且树种单一,以纯杨树林居多。林带内的树木配置以品字形和矩形为主,通过对比发现品字形林带配置方式有利于减少栽植数量和占地面积。(2)林带树种搭配类型的分析结果表明,灌木生长状况较之乔木在当地适应性更好,但灌木林带防护距离较小,杨树等乔木生长状况差但防护距离大,而乔灌混交配置方式能够兼顾防风效能和防护距离,是研究区农田防护林带树种配置的首选。(3)林带宽度和株行距配置的优化分析表明,研究区疏透型林带带宽应在10m以内,通风型应控制在10~15m的范围内;林带行距以青杨为例,通过回归分析和理论推导,得出适合青杨林带的株行距为2.5m×3m或者3m×4m。(4)不同结构类型林带的防风效应观测结果表明,疏透型、紧密型和通风型三种结构类型的林带都有明显削弱林后风速的作用,且风速削弱的程度和范围具有明显差异。以20cm高度的防风效应为主要参考,林后三种林带平均防风效应疏透型为20.5%>紧密型为18.8%>通风型仅为12.9%。疏透型林带在林后形成了2~10H的弱风区域;紧密型林带林后附近风速削弱程度剧烈,在2H处防风效应达到40.5%,7H恢复到对照风速的91%,林后形成了2~5H的弱风区域;通风型林带在林后形成了5~10H的弱风区域,防风效能低,仅有7H处达到20%左右。三个垂直高度上的平均防风效能:疏透型19.1%>紧密型18.6%>通风型12.6%,且呈现出随着高度上升风速增大且防风效应降低的特征。最大效应值出现在紧密型林后3H处的20cm高度上,防风效应为40.5%;最小效应值出现在通风型林后20H处的20cm高度,效应值仅为5.4%。不同高度间的防风效能差异并不大,紧密型林带三个高度上的防风效应最为接近,均差为1.7%,疏透型林带差异明显,均差为7.7%。(5)其他防护效益分析结果表明,①疏透型、紧密型和通风型三种结构林带对林后土壤均有明显的增温、增湿作用,且土壤温度和湿度的分布特征基本一致,对土壤温度、湿度的提升效果:疏透型>紧密型>通风型。②林后土壤粒度分析表明林后土壤粒径1~2mm范围内的极粗砂颗粒及粒径小于0.25mm的易受风蚀颗粒的含量与林带防风效能关系密切;疏透型、紧密型和通风型三种林带背后粒径<0.05mm的颗粒在林后20H处均具有较高值,分别为8.94%、8.31%、7.38%,这可能是流经防护林的颗粒物由于动能减弱沉降在近林缘附近累积而成。③研究区疏透型、紧密型和通风型三种类型林带林后的土壤有机质含量、土壤容重均有所改善,相关性分析结果显示,粒径<0.05mm的颗粒与土壤有机质含量相关系数为0.862,与土壤容重为-0.833,表明粒径<0.05mm的土壤颗粒对土壤有机质含量和土壤容存在直接影响。