沙柳林林带宽度与防风功能研究

郭晓静

(陕西省榆林市榆阳区草原工作站，陕西 榆林 719000)

在沙质地区种植沙柳林可以有效减缓风速并防止沙尘移动。在生态环境建设中，植被的抗风作用是被选择和合理分配的主要因素。我国西部干旱和半干旱地区的主要植被是沙质灌木，由于自然条件和该地区落后的经济状况，在生产过程中，沙柳无法通过合理的平茬复壮恢复生机和再生，经常会发生砍伐现象，灌木生长缓慢并在树桩变质后退化，甚至死亡，从而导致恶劣的生态后果，增加沙地荒漠化程度。

1 沙柳防风功能研究目的和意义

荒漠化已成为全人类的普遍灾难，这是引发普遍关注全球环境重要问题之一。不仅威胁到整个人类的生存环境，而且已经成为限制全球经济发展和社会稳定的重要因素，引起了国际社会的广泛关注。当前，受荒漠化影响的人口占世界人口的1/6，导致自然资源枯竭，动植物灭绝，城市和农村环境质量恶化，生产和生活条件恶化及自然灾害恶化。

我国是世界上沙漠面积最大，分布广泛的发展中国家之一，沙漠化是当下严重的破坏性环境因素之一。中国近1/3的土地面积受到荒漠化的威胁。近年来，随着全球变暖和干燥加剧，沙漠化和沙尘暴越来越严重，位于中国北部长城沿农业与畜牧业之间半干旱过渡地带的毛乌素沙地，由于干旱少雨，该地区风沙频繁，生态系统脆弱，环境恶劣，除了资源的过度开发外，牧场退化、土地沙漠化、水土流失加剧，恶劣的生态环境严重限制了资源的大规模开发和利用，并限制了该地区的经济发展。

2 榆林地区沙柳资源现状

榆林市位于陕西省最北部，毗邻内蒙古毛乌素沙漠，由于气候因素，常年受西北季风影响，风沙侵袭问题严重。榆林沙地占毛乌素沙地的57.8%，在全国范围内属于生态脆弱地区之一，也是三北防护林体系和京津沙尘暴源项目的主要防治建设区域。据统计，榆林沙区目前种植的树种主要有：沙柳、沙棘、紫穗槐、柠条、柏树等。植被的增加大大改善了沙区生态环境。但从总体发展趋势来看，沙区生态环境仍然十分脆弱，沙地以灌木丛为主，出现森林质量低下，森林结构简单，老化荒芜严重，森林生长差等现象[1]。由于国家对荒漠化进行防治的紧迫性，毛乌素沙地的植被选择一直在追求高密度和大型灌木。由于耐旱、耐高温等特性，沙柳成为改善毛乌素沙地生态环境，防风防沙的首选，大规模的种植有助于提高荒漠化防治的总体水平和有效性。

沙柳是防沙治沙的主要树种，是生态改善的象征。作为毛乌素沙地的主要防风固沙树种，可以利用其特性在风沙丘之间的低地或背风坡脚处建造防风林。新种植的沙柳可在3～4年内，在地面上形成茂密的分枝和多叶灌木，并在地下形成庞大的根系，营造垂直和水平相交的防护林带。随着沙柳的生长，沙地表面粗糙度增加，使得风速降低，沙粒凝结。榆林地区沙柳覆盖面积超过30万hm2，在沙地人工生态系统中起着举足轻重的作用。

3 沙柳林林带宽度与防风固沙效能分析

该地区海拔1200 m，年平均气温6 ℃，年平均降水量348 mm，年蒸发量2400 mm，年平均风速3.6 m/s，地表起沙风速4 m/s，地表土壤形态主要为流动或半流动固定沙丘、平沙地。土壤类型以流动风沙土、固定风沙土、草甸土为主，地表植被主要为白沙蒿、沙米、软毛虫实为主。春季风沙对榆林危害较大，以榆林地区人工种植3年生沙柳林作为研究，沙柳林林带区平均株高为260 cm，在林带区内选取26 m宽作为测试区。经过林带区风速测试，沙柳林林带区中每个高度风速没有明显变化[2]。风速在3.5 m高度处变化较为平缓，因此，在这一高度沙柳林对风速影响不大。风速变化出现在3.5 m以下，下降幅度为旷野风速的65%～75%，林带区域的风速低于当地最大的起沙风速，表明沙柳林具有良好的防风效果[3]。在迎风地区，风速在每个高度上都会发生较为显著变化，风速降低为野外无遮挡处风速的65%～90%，之后波动变弱，这是由于气流涡流场的影响，也是生物茎形成的动态条件。在被风地区，每个高度的风速都同样会发生变化，并且风速急剧下降，相当于空旷风速的20%～40%，由于测量点后面没有沙柳遮蔽物，因此，风速变化急剧下降。随着测风区域向后移动，每一层的风速逐步升高，直至旷野处风速恢复。这项研究结果表明，平均树高为260 cm的3年生沙柳林采伐宽度不应超过20 m[4]。

根据沙柳林防沙层的规格，其防风效果会有所不同。在沙柳林高度不变的情况下，其形状和大小会直接影响防风效果。沙柳林高度过低，容易被埋在沙子中，无法起到相应保护作用，如果高度过高，不仅容易将沙柳吹走，而且建造成本也会增加。在防沙层高度相同的情况下，随着防沙层尺寸的增加，保护效果逐渐降低，单位面积成本降低。防沙层尺寸越小，防护效果越好，但成本会逐渐增加。因此，生产实践和研究表明，不同规格沙柳林输沙速率会随风速的变化而变化。小型沙柳林内的输沙速率遵循风速对数曲线随变化的趋势，大型沙柳林的输沙速率遵循风速指数曲线的趋势。

粗糙度是反映地面对风的阻力的重要参数，其大小会影响气流的阻力。研究表明，地表覆盖可以有效地增加表面粗糙度并减缓风沙对土壤的侵蚀。目前，采取的各种防沙固沙措施主要是为了改变地表性质，增加基层粗糙度，以有效地控制沙流动，达到防风防沙的目的。许多学者研究说明，表面覆盖物的增加可以增加土地表面粗糙度，而沙柳林前后的粗糙度会发生较大变化，对地表附近沙丘的结构也会产生影响。当沙流遇到沙丘底部防沙层时，靠近表层的风速降低，沙流中的沙粒开始下沉。随着沙粒继续沉积，气流中的沙量继续减少，使低气流迅速通过，并且高处风速会发生明显变化，导致粗糙度进一步增加。

风蚀是风和沙流对地表土壤的大量运输和积累，是导致干旱和半干旱地区土地沙漠化和沙漠化过程的最直接因素之一。输沙率是衡量沙区沙害程度的关键指标，也是防沙工程设计的关键指标。在设置防沙层的区域中，对防沙层的抑制和保护有效地降低了地表附近风速，降低了沙流承载能力，沙流中的沙粒开始下沉。随着防沙层的继续堵塞，沙砾向前的作用力也被堵塞，并发生连续沉积。防沙层可固定附近的土地表面灰尘，风沙流不能裹挟到沙尘，使得沙地表面沙粒运输量大大减少。由于沙粒的移动，一定数量的沙以球形冠状的形式积聚在沙柳林根部。第一行沙量最大，每行逐渐减少，林带中植物生长和密度比前一行和野生的要好。这表明在沙柳林带边缘形成了某些生物茎，改善了林地生态环境。

许多研究表明，即使在相同风速下的同一位置，靠近地面的沙流结构与在沙柳林带内移动的沙丘表面之间也存在明显差异。由于沙柳林防沙层的抑制作用，靠近地表面的风速显著衰减，从而改变了风沙流结构。0～1 cm范围内，沙柳林带沙含量为23.4%～28.6%，活动沙丘表面沙含量为15.2%～18.1%。0～4 cm范围内沙含量较高，沙柳林带防沙层为71.6%～75.3%，活动沙丘表面为55.1%～58.2%，并且防沙层内部风速减弱，导致承载力下降，并且沙柳防沙层会导致靠近表面的风沙流结构发生重大变化[5]。

4 结语

总的来说，沙柳灌木林带对降低整体风速具有更明显的作用。土壤风蚀的直接原因是引发表层沙粒的气流的喷发效应，而沙柳地带对整体风速降低具有更明显的影响。降低风速和风能的效果更好，保护范围更广泛。沙质地区的植被建设应基于多种保护目的，应综合考虑沙柳的防风性能，合理设计和建设防风固沙林以获得对自然环境的最佳保护。