库布齐沙漠流动沙丘治理技术研究进展

张 威 高 永 张晓娜

（内蒙古农业大学沙漠治理学院，内蒙古 呼和浩特 010011）

在脆弱的生态系统中，由于人为的经济活动破坏了其平衡而产生的荒漠化问题，不但对生态环境造成了破坏，而且影响着社会的稳定和经济的发展［1-2］。沙漠化地区干旱、风沙盛行，土壤贫瘠，植被种类稀少且覆盖度较小，恶劣的自然环境造成区域植被修复及治理任务难度较大。荒漠化的影响严重危害我国各个方面，已引起社会各界的极大关注［3］，其中主要因其发展迅速且对社会、经济和生态环境的影响重大而备受瞩目［4］。土地荒漠化严重影响到我国社会经济的发展，并且有近一半的贫困人口居住在荒漠化与沙化地区，生活及发展都受到了不同程度的制约和威胁。由此可见，土地荒漠化问题应作为我国社会主义经济发展要解决的首要问题。

目前，虽然沙漠化土地面积仍在扩大，但速度明显减缓，流动沙地的面积呈逐渐减少的趋势［5］，而且固定和半固定沙地所占比例明显上升［6］。按沙丘移动性划分的流动沙丘［7］，在沙漠区分布很广。仅内蒙古自治区流动沙丘的面积就达到了9 289 154 hm2，占据全区沙漠化土地面积的29.63%［6］。流动沙丘的特点是地表植被稀少，沙丘形态较为典型，在风的吹蚀作用下容易发生顺风向移动的现象，对交通、工农业建设产生较大危害［5，8］。植被恢复重建是流沙治理的主要措施。面对沙进人退、沙压农田的威胁，防治土地沙化仍是当务之急。

受气候变化和人类活动的影响，库布齐地区沙漠化问题表现得非常突出。由于干旱缺水，主要以流动、半流动沙丘组成。其中流动沙丘占沙漠总面积的61%，形态以沙丘链和格状沙丘为主，其次为复合型沙丘；半固定沙丘占12.5%，形态有抛物线状沙丘和灌丛沙丘等；固定沙丘占26.5%，形态为梁窝状沙丘和灌丛沙堆。固定和半固定沙丘多分布于沙漠边缘，并以南部为主［9］。因此，土壤的形成发育和植被的生长演替都受到限制。近40年以来，土地沙漠化正以平均每年100 km2的速度扩展，在风力的作用下，库布齐沙漠正以每年10 m左右的速度向东南推移［10］。治理库布齐沙漠是保护黄河减少泥沙危害的需要，对抑制库布齐沙漠北段流沙侵入黄河、防风固沙、防止水土流失、美化环境以及保护生物多样性等具有重要的作用［11］。

1 库布齐沙漠概况

库布齐沙漠是中国第七大沙漠，位于内蒙古自治区鄂尔多斯市境内的黄河南岸，东西走向、带状，地势呈现由南（高）向北（低）缓慢倾斜，连接着内蒙古自治区鄂尔多斯市的杭锦旗、准格尔旗和包头市的达拉特旗，长约400 km，西部区南北宽50 km，东部区南北宽15～20 km，总面积16756km2。属典型温带大陆性干旱、半干旱季风气候，气温高，昼夜温差大，气候干燥，年大风天数为25～30 d。西风和西北风是该地区全年主要风向，一年当中平均风速为2.8 m/s，其中平均风速≥5.0 m/s的次数为323.4次，最多年份达418.0次，在频繁的大风天气下，沙丘表面又缺乏植被保护，土壤风蚀极易发生。四季温差较大，1月最冷，极端最低温度为-32.1℃；7月最热，极端最高温度为38.7℃。年总降水量为150～400 mm，自东向西递减。区内地带性植被，东部为干草原类型，西部为荒漠草原植被类型，西北部为草原化荒漠植被类型。

2 库布齐沙漠沙丘治理措施

2.1 植物营建措施

流动沙丘的特点是地表植被稀少，沙丘形态较为典型，在风的吹蚀作用下，容易发生顺风向移动的现象。为了控制沙丘的移动，早在1998年，王蕴忠、孙和国等［12-13］利用飞播造林技术，将杨柴、籽蒿、沙达旺混合播种，但是受飞播地区、时间、植物种、种子量等条件限制，影响沙地飞播造林的成活率。从2003年开始，鄂尔多斯林场的研究人员进行了前挡后拉、旱柳高杆造林、锁边林等多种模式的造林［14-15］。其中前挡后拉模式，即建立加杨、小叶杨、柠条、沙柳和杨柴等乔灌木点状、片状的防风固沙林；高杆造林模式，经科研工作者加以科学化，只选用旱柳高杆造林；锁边林模式选用沙柳与旱柳，采用两行一带形式进行栽植。这三种模式均选取背风坡坡底和丘间低地分区［16］进行挖穴种植，虽然能够有效提高树种成活率，但是造林地点受到制约，造林方法效率低、费用高。2006年，杨俊平等［17］以封育措施为主，在库布齐沙漠因地制宜地适度造林种草育藻，构建了一种创新的乔灌草藻四位一体的综合快速复合治沙模式，初步实现了脆弱生态系统趋于稳定，生物多样性明显增加，沙尘暴危害被有效遏制的目标。

为了进一步提高造林成活率，造林的树种及方法也是一项重要选择。在固沙植物中，沙柳耐旱、抗风蚀、耐沙埋、生长迅速［18］，作为沙区重要的固沙树种和工业用材林，防风固沙、保持水土功效显著，并且既可用作燃料，又能作为纤维板、刨花板、纺织、造纸的重要原料，能够发挥出较高的经济效益和生态效益［19-20］。在库布齐沙漠地区，沙柳作为优势树种，可以对已成林的沙柳林平茬获取，获取方便，而且沙柳经过平茬后，萌生枝条成活率高，枝条生长状况良好，数量多且平均直径大［21］。因此，在近些年库布齐的沙丘治理中，研究者多选用沙柳进行造林。针对沙柳造林的方法，传统的挖穴种植在库布齐沙漠的流沙地上的应用费时费力，并且增加了对沙丘的扰动，在一定程度上增加了风沙侵蚀程度［22］。2009年开始，水冲沙柳造林技术在库布齐沙漠七星湖旅游区和牧民新村周边开始推广，当年种植水冲沙柳666.67 hm2，验收成活率在90%以上。水冲沙柳种树操作简单方便，将硬质管制成的冲枪连接水管，作业时将柴油机、水泵安置在组合井上，铺好主管和支管，接上冲抢，利用有压水流在沙漠或沙地上冲出栽植穴，放入枝条，造林和灌溉一气呵成。其造林速度、造林成本效益及造林成活率都远高于挖坑造林［23-24］。

2.2 设置沙障

在库布齐沙漠的前期治理过程中，植被恢复重建是流沙治理的主要措施，大规模沙化土地治理，使得沙区形成大面积植被群落，随着时间的推移，植被由于吹蚀而根部裸露，最终出现大量枯萎死亡现象［25］。经过多年的野外考察、调查和试验发现，影响流动沙丘上植物生长的主要原因是沙丘表面沙粒的流动性［26］，干旱缺水、生态环境极端恶劣，单纯地实施生物固沙措施较为困难［27］。所以，为了保证固沙植物的成活率，设置沙障就成为一种十分必要和不可取代的沙害防治辅助措施［28-29］。曹扬［30］对库布齐沙漠中平铺式玉米秆格状沙障、平铺式芦苇格状沙障、平铺式沙柳格状沙障、低立式沙柳格状沙障和高立式尼龙网带状沙障的粒径变化规律进行了分析，认为低立式沙柳格状沙障和平铺式玉米秆格状沙障下沙物质细物质含量最多，防护效果最好。万玲玲等［31］对设置2 a及6 a的沙柳沙障在不同土层和障格内不同位置的土壤粒度组成与分布进行了分析，结果发现，沙障设置时间越长，对土壤的改良作用越明显，特别是对表层土壤的改良作用显著，障格中部细粒物质含量较低，分选性较差，土粒分布不均匀。

王文彪等［32］对比分析了平铺式沙柳沙障、芦苇沙障、玉米秆沙障、葵花秆沙障、低立式沙柳沙障、高立式尼龙网沙障和裸沙丘不同坡位、不同深度的土壤含水率后，认为从保持沙丘水分的角度出发，建议在沙丘的迎风坡铺设平铺式芦苇沙障，在坡顶和背风坡优先考虑铺设平铺式葵花秆沙障。然后又对芦苇秸秆、向日葵秸秆和玉米秸秆3种不同材料平铺式沙障在不同坡位的防风效能和地表粗糙度进行了试验分析［33］，在10 cm处防风效能最大，随高度的增加，防风效能减小，并且迎风坡和背风坡均高于坡顶。王丽英等［34］进一步对2、4、7 a的规格为1.5 m×1.5 m的沙柳方格沙障在不同坡位的防风效能进行了调查，不同年限沙障的防风效果以4 a为最好，2 a最差；不同部位的防风效应由沙丘两侧坡脚向沙丘顶部减弱，迎风坡的防风效果大于背风坡，而且以丘间低地防风效应最大。

在库布齐沙漠流动沙丘区建立的HDPE网和植物纤维网工程沙障试验区，郭彩贇等［35］对HDPE网和植物纤维网中风速廓线特征进行分析研究发现，不同材料、规格、高度的方格沙障及前沿高立式阻沙栅栏具有显著的防风效益。方格沙障中心风速垂直变化幅度与变化规律，与沙障规格和高度相关，地表侵蚀堆积状态与沙障规格有关，均与沙障的材料影响不明显［36］。王睿等［37］进一步对防风效能、积沙量、土壤含水量等进行了调查，同一规格、不同材料沙障，植物纤维网沙障防风效应优于HDPE网沙障；同一材料、不同规格沙障，小规格沙障防风效应优于规格较大的沙障；不同规格、不同材料沙障和阻沙栅栏的设置可以有效降低风速，减少积沙量，距沙障越近，积沙量越小，而且与局部地形有较大关系；随着采样深度的增加，土壤含水率有所增大，均高于裸沙地土壤含水率，而且小规格的沙障保水效果优于大规格的沙障。

成聪聪等［38］选取风季和雨季2个典型时期，探究PLA沙障对迎风坡不同坡位、不同规格沙障0～60 cm土层的土壤含水量的影响，发现在1 m×1 m、2 m×2 m沙障，不同时期对沙丘迎风坡整体和坡位间土壤含水量影响明显，而菱形沙障作用效果差；风季迎风坡浅层（5～20 cm）土壤含水量低于裸沙丘的土壤水分特征，雨季迎风坡表层（0～10 cm）土壤含水量优于裸沙丘的水分特征；不同时期迎风坡中部和下部的影响均较上部明显，迎风坡中部和下部应为重点关注区域，而在上部应采取相伴措施，弥补沙障作用的不足。

2.3 沙障与植被有机结合

沙障和植物措施一同实施，能保护植被免于风沙侵蚀，提高栽植物的成活率和保存率，并促进植被生长发育。肖芳等［39］为提高流动沙地造林成活率，在已经铺设好的沙柳沙障内运用新型低压水冲植柳技术进行沙柳造林，平铺式格状沙柳沙障中沙柳各项生长指标均低于低立式带状沙柳沙障。吕新丰等［40］利用低压水冲植柳技术造林，研究了低立式沙障、草方格沙障及混合沙障3种沙障铺设对沙柳保存率及生长指标的影响，发现3种沙障均能促进沙柳生长，效果为混合沙障＞草方格沙障＞低立式沙障。何亚锐［41］利用水冲沙柳造林技术，对比分析不同沙障对流动沙丘沙柳造林成效的影响，发现铺设沙障后沙柳的各项指标均得以改善，防护作用上低立式沙柳方格沙障大于低立式麦草方格沙障和束捆平铺式沙柳方格沙障，2 m×2 m规格沙障更适宜用于沙柳林的防护。

3 研究展望

新造林技术与沙障的有机结合，促进了库布齐沙漠流动沙丘植被恢复技术的发展，经过多年的研究取得了很多的研究成果。而近几年库布齐沙漠的沙丘治理研究停滞不前，多集中于探讨研究库布齐沙漠的形成与演化［42-46］，该地区的沙丘治理工作仍旧不能停止。在世界经济全球化、区域经济一体化飞速发展的21世纪，应抓住机会，紧跟时代步伐，结合现有的治理措施，建立低成本、更高效、快捷、适宜库布齐沙漠流动沙地治理的植被营建模式，为该地区沙丘治理及荒漠生态系统植被恢复提供新的技术支持。