南疆地处天山南部,平均降水稀少,气候干旱,是生态环境极端脆弱的地区。尤其是南疆地区风沙危害对南疆人民生产生活和经济发展、政治稳定等方面均产生巨大影响。农业生产是南疆地区主要的经济结构支撑,农田生态系统的建设就成了重中之重。在风害、沙害频频袭扰的南疆生态环境下,农田防护林的建设不仅关系到当地农田生态系统的生产价值息息相关,更是对当地的生态环境改善有着不可忽略的关键意义。以往的林带研究都关注在单林带的防护效益,包括林带结构(种植方式、树种搭配、行间距、株间距)、林带方向、树高、枝下高、冠幅等,但是在农田生态系统中,农作物的防护效益以及防护林体系的整体效益是被经常忽略的问题。此外,在当前精准化农业的提倡下,如何定量分析农田的生产价值,优化单位土地生产力也成了农业生产中迫切的要求。针对以上存在的问题,本研究在野外农田与林带风速调查的基础上,结合室内风洞试验,运用流场分析的方法研究防护林体系的流场特征,并在此基础上通过多元拟合寻找最佳的基干林、田间林带的配置模式;再引入水文水利中防护保证率的概念,通过建模分析,寻找最佳单位土地生产力的林带间距。研究主要结论如下:1)通过对研究5种典型林带前后的防护效益测算,发现疏透度0.34的林带在防护效益上具有最大的防护效益,并且能使产生最大的风速缩减。从单林带的研究来看,防护效益的最佳不是让风速所见到100%,而是林带存在一个最佳的疏透度,能使防护效益的效率最高。研究表明,疏透度为0.34的林带为最佳疏透度林带,具有最佳的防护效益和最佳的风速缩减。2)本研究表明,有枣树林带防风效应在20H距离时仍保持85%以上,则考虑进一步优化防护林配置,设置更宽的林带间距,减少林带占地,增加作物面积及经济效益。以目前研究区防护林的林带间距为10H,每500m农田间有3条2行林带,行距为1.8m,考虑为林带间距为20H时,即可减少3条林带,且有枣树林带风速为2m/s,远低于枣树受风害阈值风速6.9m/s,则可以增加枣树种植面积0.54%(2700m2),以每亩2万元经济效应,南疆700万亩枣树每年可增加经济效益7.56亿元。因此,充分考虑枣树作物对防护林防风效应的影响,合理配置防护林,可减少防护林占地,增加作物种植面积,提高经济效应。3)通过对风洞试验结果的流场可视化分析发现,防护林体系(多林带的协同作用)比较单林带的防护效益能够提供更大的防护范围;通过流场的数值分析发现根据调查实际和生产需要,我们建议当地区风速在9.8m/s时,设置为基干林为14行,田间林带为6行,林带间距为20H和10H;当地区风速较小为8.6m/s时,设置为基干林为14行,田间林带为6行,林带间距为13H和13H。4)农田防护林林带间距的确定要结合防护对象的生物学特性。运用防护保证率方法,在分析农田防护林所在区域风害特征的基础上,权衡分析农田防护林防护效益和单位农田产值。结果说明存在一个最优的防护保证率,使得防护林间距和经济价值最优,以南疆枣树研究区(224团),以农田生产力为目标,防护林的防护保证率在95%时,即防护距离为132.1m时,经济价值达到最优。