中科院新疆生态与地理研究所综述提出帕累托优化框架,用于改进干旱区农田防风林设计

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中国科学院新疆生态与地理研究所(XIEF)研究人员在一篇新综述中汇总观测与模型等相关证据,提出一套多目标优化框架,用于设计更能支持干旱地区农业的农田防风系统。该综述发表于《农业系统》(Agricultural Systems),将防风林定位为“绿色空气动力学基础设施”,认为其可减少风蚀、缓解不利小气候并提升干旱作物系统稳定性。

综述指出,防风林的关键设计属性会显著影响风力衰减效果及田间尺度收益,主要包括光学孔隙率、防风林高度与宽度、相对于主导风向的朝向、分层结构以及物种混合等。

研究人员援引的证据显示,中等孔隙率(30%–50%)通常能在防护效果与其他影响之间取得较佳平衡;在下风方向约为防风林高度(H)的20至30倍距离范围内,可形成有效的风力保护带。在这些受保护区域内,蒸散发通常减少10%–30%,作物产量通常提高10%–25%。

综述同时强调,防风林设计目标之间可能存在冲突。例如,追求更强的风力减弱可能带来更高的水分需求,并加剧作物与树木之间的资源竞争。基于此,研究人员主张采用以帕累托为基础的多目标优化方法,而非仅以单一风力减弱指标作为设计标准,以在风力防护、水资源限制、生物多样性共益与经济可行性等目标之间寻求“最佳折中”。

在气候适应性规划方面,综述建议将耐旱物种选择与遥感、地理信息系统(GIS)监测相结合,并引入由计算流体力学(CFD)与人工智能(AI)驱动的决策支持工具。研究人员强调,制定能够反映区域气候、土壤与水资源约束的本地校准设计规则,对实现长期韧性具有重要意义。


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