我国沙障固沙技术研究进展及展望

丁新辉，刘孝盈，刘广全

(1.中国水利水电科学研究院，北京 100038； 2.国际泥沙研究培训中心，北京 100048)

沙障是我国荒漠化防治的主要措施之一。随着对荒漠化研究的不断深入，一些防风固沙的新技术、新方法越来越得到群众的认可，新材料、新工艺的运用使得治沙体系更为完善。系统梳理我国有关沙障技术研究的内容，比选出效益突出的沙障并推广应用，是加快荒漠化防治的必要途径。

1 沙障固沙技术研究进展

我国早期工程治沙的方法除利用自然风力、水力拉沙造田外，还常采用植物活沙障和黏土沙障[1-2]。后来，又从国外引进了沥青沙障[3]，但由于环境污染等问题，因此并未推广使用。近年来，有学者研究使用脱水污泥制作方格沙障[4]，但也未形成规模。沙障的材料多种多样，生态效益也不尽相同。各种材料都有其劣势，如黏土、砾石成本高且运输不便，麦草需求量大、耐腐性差等。

植物沙障可以通过多种途径保护和改善土壤状况，因此，设置各种植物沙障被认为是防风固沙、减少风蚀的一种有效途径。中国科学院兰州沙漠研究所玉门防沙组在戈壁区兰新铁路沿线采取“以林养障(沙障)”“林外截沙源，路内消积沙”的防护措施，成效显著[5]。许林书等[6]利用活体杨树枝条扦插形成沙障，沙障成林后生态效益明显。李树苹[7]采用黄柳沙障、柠条网格配置防沙效果明显，能提高柠条成活率和保存率，促进天然植被恢复。目前，我国应用生物措施防风治沙，主要是利用不同植物构成活沙障、各种秸秆组成死沙障，以及二者的结合。在干旱半干旱区荒漠化治理实践中，影响沙障防护效果的直接因素包括沙障的高度、大小和形状等，间接因素则包括地形地貌、风速、风向、风沙活动方式和活动强度及沙障维护方式等。研究影响生物沙障防护效果的因素，一方面关系到沙障防护效益的评估，另一方面关系到沙障配置参数的选择，即设置沙障的成本。值得注意的是有些因素具有双向性，比如设置沙障年限，对活沙障来说，设障年限越长，防护效果越好；而对于死沙障，防护效果会随着设障年限的增加而降低。

2 沙障比选

荒漠化治理首先要面对的问题，是植物沙障选取哪种类型植物、工程沙障选择哪种规格、化学材料沙障如何布设，才能获得最大的防风效应。问题的关键在于，如何科学评估不同类型沙障的防风效应。实际上影响沙障防风效应的因素很多，沙障的材料、规格及抗腐性能都是重要的因素，此外沙障的组合、主风方向、地貌形态等也会产生一定影响，因此要准确评估不同类型沙障防风效应的差异困难较大，但这却是合理布设沙障的必要工作。

2.1 不同规格的沙障比选

袁立敏等[8]在库布齐沙漠的裸沙丘上分别布设了1 m×1 m、2 m×2 m、3 m×3 m规格的布袋沙障，研究其防风效能、粗糙度、输沙量和土壤湿度差异，结果发现1 m×1 m的布袋沙障防风效果最好，但0～20 cm土层土壤含水率较低；经过连续3年对沙障内植物种数、植株密度、平均高度和平均盖度的调查，发现沙袋沙障对植被的促进作用是3 m×3 m方格沙障最大，2 m×2 m方格沙障次之，1 m×1 m方格沙障最小。张登山等[9]对青海湖克土沙地6种不同规格麦草方格沙障的全年插钎蚀积监测和风季后凹曲面形态测量结果进行综合分析后发现，1.5 m×1.5 m 规格的综合防护指数最大(0.64)，为高寒沙区最为适宜的规格。翟庆虎等[10]通过对流动沙地草方格沙障固沙效果进行研究，发现2 m×2 m与3 m×3 m这两个规格防护效果好且省工省料，是最理想的规格。蒙仲举等[11]研究了毛乌素沙地5种规格(1 m×0.5 m、1 m×1 m、1 m×2 m、2 m×2 m、2 m×3 m)的半隐蔽格状沙柳沙障的防风阻沙效益，综合自然条件和经济状况，认为毛乌素沙地适宜的沙柳沙障规格为2 m×2 m。

综上可知，从有利于植被恢复的角度考虑，1 m×1 m方格沙障并不是最优的。因此，在实际应用中，需要综合考虑，灵活配置，才能取得良好的防治效果。

2.2 不同工程材料的沙障比选

70年代初，甘肃省民勤治沙综合试验站科研人员通过比较干沙层厚度、雨水下渗深度和防风效应，发现黏土沙障的效能优于柴草沙障和对照[12]。钟卫等[13]通过风洞实验发现植被沙障的防护效果远优于土工格室和石方格沙障，石方格沙障的防护效果又稍好于土工格室。王训明等[14]研究了塔里木沙漠公路沿线沙障的防沙效果，结果表明，3种高立式沙障防沙效益为芦苇栅栏>抗紫外线尼龙网栏>白尼龙网栏。马学喜等[15]在塔克拉玛干沙漠油田公路机械防沙展示区对比尼龙网方格沙障和芦苇方格沙障的固沙效益及其地形适应性，结果表明，芦苇方格沙障在不同地形条件下均有显著的固沙效果，而尼龙网方格沙障更适宜布设在较平坦的地貌区。马述宏等[16]通过比较不同材料的沙障在不同风力条件下的固沙效果和保存年限等，认为麦草网格沙障综合利用价值最高，高分子固沙剂沙障、沥青沙障、生态垫沙障、尼龙网沙障实用价值较高但价格昂贵，是地形复杂、条件严酷的风沙区理想的治理措施。而孙涛等[17]综合考虑设置成本和防护效益，认为塑料沙障较其他沙障优越，具有长期、稳定的生态和经济效益。综合前人成果，考虑的侧重点不同，对设障材料的优劣会得出不同的结果。从保护环境的角度出发，大部分研究认为植被活沙障固沙效果不仅优于土石材料的沙障和秸秆材料死沙障，而且好于化学材料的网栏。需要指出的是在一些水分制约严重的地区植被活沙障并不是首选，此时应当先以其他沙障措施固沙，然后再考虑恢复植被。如果水分和风力条件允许，应考虑植物沙障等多种沙障构成的综合防风固沙体系。

2.3 不同类型的沙障比选

李凯崇等[18]对不同风速条件下板式挡沙墙、轨枕挡沙墙、高立式PE网沙障的研究表明，高度一致时，板式挡沙墙与轨枕挡沙墙的削减气流能力和阻沙效果均优于高立式PE网沙障。何志辉等[19]在塔克拉玛干沙漠腹地的垄间平地布设大条带上疏下密式(A)、大条带上密下疏式(B)、小条带疏密相间式(C)3种非均匀分布的尼龙阻沙网，以均匀结构阻沙网为对照(CK)，研究阻沙网前后的风速变化、防风效能、积沙形态、积沙量等，结果表明，综合考虑防风和阻沙效益，C阻沙网提供了一个较好的结构模式，防护效益最好，B阻沙网最差，A和CK阻沙网效益相差不大。王翔宇等[20]测定了9种不同规格的带状沙柳沙障对风速、地表粗糙度和近地表输沙率的影响，结果表明，在沙障高度一定的情况下，带状沙柳沙障的行数越多、带距越小，防护效果越好，即防护效益三行一带>两行一带>一行一带。马瑞等[21]对比了植入式、栅栏式、集束式3种结构类型的棉秆沙障对近地表风速的影响，以及沙障内的沙粒运动和沙面形态变化，防风固沙的效果为带枝叶植入式行列沙障>栅栏式格状沙障>集束式格状沙障。薛智德等[22]对高立式沙障、石方格沙障、碎石压沙措施相结合的综合防风固沙体系降低风速和输沙量的特征进行的研究表明，多排高立式沙障具有显著的降低输沙率和风速的功效。目前对不同类型沙障的效益研究较为充分，总体来说，具有仿生性能的化学材料沙障的防护性能优于均匀材质的沙障，多行一带的高立式沙障具有优良的防护性能。尚没有对不同材料的多行一带沙障防护性能进行对比研究。

3 存在的问题及研究趋势

1949年以来，我国根据以固为主、固阻结合的治沙策略，在实践中探索出多种防治风沙危害的措施，主要有植物治沙、机械沙障固沙、封沙育草、机械沙障与栽植灌木相结合等。然而，受基础理论研究和社会经济发展的制约，我国对防风治沙技术的研究和应用还存在一定不足，需要进一步完善和加强。

3.1 存在的问题

(1)重大工程中的沙障效益很难准确评价。由于影响沙障防护效果的因素众多，有些因素既可能是正向作用也可能是负向作用，因此评价时对影响因子的选取存在争议。目前尚没有建立沙障效益评价指标体系，对于重大工程中使用的关键技术还不能作出较理想的科学评价。

(2)设置沙障对沙地生态系统的影响还有待进一步研究。现有研究对设置沙障后的土壤水分、养分及植被的动态变化研究较为充分，也有一些研究分析了沙障与微生物之间的相互影响，但沙障设置后对植物和微生物即沙地生态系统的影响还需进一步研究，从而为沙地生态系统的恢复和演替研究提供帮助。

(3)沙障固沙体系布局不合理。已有大量的关于沙障规格与材料筛选的研究，但是目的性不强。现有的研究大多是先布设措施然后观测效果，未充分考虑研究区的自然条件，导致防护措施效果不显著。

3.2 研究趋势

(1)重大工程沙障效益评价指标体系研究。在沙漠化防治工作中，我国已实施了许多重大工程，各种类型的沙障发挥了非常重要的作用。因此，必须研究沙漠化地区布设沙障措施所引起的环境问题，对工程建设中的沙障防护效益作出科学评价，以提出有效合理的防治对策。

(2)沙障措施对沙地生态系统影响的研究。在现有沙障设施内，开展沙障—沙生植物—微生物相互作用的研究。在研究沙生植物生理生态、长期动态监测等的基础上，研究沙地生态系统演变过程及沙生植物对微生物和沙障设施的影响。

(3)防风固沙体系模式的优化研究。在研究风沙流特征和气候条件的基础上，有选择地在不同位置布设不同的沙障，完成防风固沙体系的优化。针对不同地方的自然条件，因地制宜地引入新的环保防风固沙材料布设在风沙区。随着植物凝结剂、生物结皮等技术的研发利用，以植被建设为主体，生物、工程与化学措施相结合的综合模式正成为发展趋势。