机械沙障与治沙植物不同配置防风固沙效益研究

闫鑫苒 张倪斌 宋政梅 孙桂丽 郑旭 王璞 各文婷 吉小敏

摘要：机械沙障与植物治沙对治理荒漠化土地，固定活化沙丘，降低荒漠化危害具有重要的作用，为了解机械沙障与治沙植物不同配置防风固沙效益，以吐鲁番市高昌区公相村荒漠化土地为研究对象，在研究区内4种不同的治理模式，通过实地试验分析不同治理模式的植物保存率，防风效能，地表粗糙度，风速廓线，输沙量，地表蚀积深度等防风固沙效益指标，对比不同配置模式的活化沙丘的治理效果，结果表明：①机械沙障对治沙植物的生长起到了良好的保护作用，植物存活率大于80%，草方格沙障在初期对植物的保护作用大于高立式沙障，梭梭初期的生长情况弱于同等沙障保护下的柽柳；②4种治理模式均具有良好的防风效益，草方格沙障在0.4m以下的防风效能优于高立式沙障，在0.4m以上，高立式沙障的防风效能更好，同等保护条件下的柽柳防风效能优于梭梭；草方格沙障的地表粗糙度大于高立式沙障，柽柳的防风效能优于梭梭；③草方格沙障在0.4m以下的阻沙效益优于高立式沙障，但总体阻沙效益弱于高立式沙障，在相同沙障中，柽柳的阻沙效益优于梭梭；4种治理模式对地表均具有良好的固定作用，草方格沙障优于高立式沙障，沙面形态更加平稳，柽柳对土壤的固定作用优于梭梭。综上所述，草方格沙障与柽柳的治理模式防风固沙效益最佳。

关键词： 机械沙障、治沙植物、防风效能、治理效益

Study on the benefits of windbreak and sand fixation in different configurations of mechanical sand barriers and sand control plants

YAN Xinran1，2; ZHANG Nibin1，2;SONG Zhengmei4;SUN Guili1，2; ZHENG Xu1，2，;WANG Pu1，2; GE Wenting1，2;JI Xiaomin3

（1.College of Forestry and Landscape Architecture，Xinjiang Agricultural University，Urumqi，Xinjiang，830052; 2.Key Laboratory of Forestry Ecology and Industrial Technology in Arid Areas，Urumqi，Xinjiang，830052;3.Xinjiang Jinghe Desert Ecosystem National Positioning Observation and Research Station，Jinghe 833300，Xinjiang，China;4. Forestry and Grassland Bureau， Gaochang District， Turpan City， Turpan 838000， Xinjiang， China）

Abstract  In this study， the desertified land of Gongxiang Village， Gaochang District， Turpan City was taken as the research object， and four different treatment modes were used in the study area， and the plant preservation rate， windbreak efficiency， surface roughness， wind speed profile， sediment transport amount， surface erosion depth and other windbreak and sand fixation benefit indexes of different treatment modes were analyzed through field experiments， and the treatment effects of activated sand dunes with different configuration modes were compared， and the main research results are as follows： （1） The mechanical sand barrier played a good role in protecting the growth of sand control plants， and the plant survival rate was greater than 80% （2） The four treatment modes all had good windproof benefits， and the windproof efficiency of grass checkered sand barriers below 0.4 m was better than that of high vertical sand barriers， and the windproof efficiency of Tamarix under the same protection conditions was better than that of H. ammodendron; the surface roughness of grass checkered sand barriers was greater than that of high vertical sand barriers， and the windproof efficiency of Tamarix was better than that of H. amendoxylon under the same protection conditions; the surface roughness of grass checkered sand barriers was greater than that of high vertical sand barriers， and the windproof efficiency of Tamarix was better than that of H. ammodendron;（3） The sand blocking efficiency of grass checkered sand barriers below 0.4 m was better than that of high vertical sand barriers， but the overall sand blocking efficiency was weaker than that of high vertical sand barriers， and in the same sand barriersThe sediment blocking effect of Tamarix was better than that of H. ammodendron， and the four treatment modes had a good fixation effect on the ground surface， and the grass grid sand barrier was better than the high-standing sand barrier， and the sand surface morphology was more stable， and the fixation effect of Tamarix on soil was better than that of H. ammodendron. In summary， the treatment mode of grass grid sand barrier and tamarix had the best effect on wind prevention and sand fixation.

Key words  Mechanical sand barriers;  sand control plants;  windproof efficiency;  and treatment benefits

荒漠化是指土地荒淇化，是在脆弱生态条件下由于人为强度活动、经济开发、资源利用与环境不相协调下出现了类似荒漠景观的土地生产力下降的环境退化过程[1]。导致土地退化，生态环境破坏，影响自然环境、物种多样性、生态平衡，造成了生态与经济的多种损失[2-3]。荒漠化的治理刻不容缓，机械沙障与治沙植物是治理荒漠化的主要措施，机械沙障通过改变下垫面结构与性质，降低风速，拦截过境风沙[4]；治沙植物生长后可以有效固定地表土壤，修复生态环境，起到长期治理效果[5]；为了防止治理区域脆弱的生态环境被进一步破坏，在治理时选择机械沙障的材料多为植物枝条、多年生草本植物[6]，获取难度低，便于运输，成本低廉；治沙植物多选择本地区优势树种，要求抗风耐寒，生存能力强，且在长成后可以有效改善区域内生态环境，有效遏制沙化土地的扩张[7-8]。本研究以吐鲁番市高昌区公相村北侧荒漠化土地中布设的治理模式为研究对象，通过对机械沙障与治沙植物不同配置的治理模式进行植物生长情况的调查、防风效能、阻沙效益、固沙效益的测定研究，得出机械沙障与治沙植物不同配置的治理效益，目的在于探究更适合吐鲁番高昌区荒漠化土地的治理模式，探究何种机械沙障与治沙植物的治理效益更好，可以更有效的改善治理区域生态环境，促进区域内生态恢复，为治理荒漠化土地，促进生态修复进程提供依据[9-10]。

1 试验区概况

试验地位于新疆维吾尔自治区吐鲁番市高昌区恰特喀勒乡公相村，试验区地处东经89°19'～89°20'，北纬42°83'～42°84'，海拔-154m，东临哈密，西、南与巴音郭楞蒙古自治州的和静等县毗连，北隔天山与乌鲁木齐市及昌吉回族自治州奇台等县相接。试验区内为典型的大陆性荒漠气候，春季较为短暂，开春时间早，气温上升较快，夏季天气极端炎热，日照时间长[11]；多大风天气，最大风速可达24.7m/s，蒸发量大，沙尘暴频发，降雨量极小；自然生长植物有沙拐枣、柽柳、骆驼刺等，覆盖率较低，不足6%，土壤以风沙土为主，有部分棕漠土；多荒漠化土壤与盐碱土地，在气候条件以及人为活动的影响下，自然环境较为脆弱[12]。

2 试验布设与研究方法

2.1 试验布设

试验布设于高昌区公相村附近生物工程治理区中，将机械沙障与治沙植物综合布设为4种治理模式（见表1），布设沙障分为2种类型，1材料为芦苇，利用铁丝固定连接在水泥桩上的高立式沙障，2是材料为芦苇杆的草方格沙障，栽种植物为梭梭、柽柳。高立式沙障高度1.0m，孔隙度为10%，倾斜角度为85°，沙障间距为50m，高立式沙障固定用水泥柱进行固定，水泥柱埋深0.8m；草方格沙障规格为1m×1m，高度为0.3m，孔隙度为10%，埋深0.4m。

2.2 研究方法

①在4种治理模式内采用计数法测定植物保存率；

②在沙障后使用Windmate Wm200小型手持风速仪测量0.1m、0.25m、0.4m、0.55m、0.7m、1m等6个高度的风速，与裸沙地测量结果进行比对，以此研究4种治理模式对防风效能的影响。

③利用美国产HOBO U30小型气象站测定近地表0.1m与2m的风速，以此计算地表粗糙度，与裸沙地对比，研究4种治理模式对地表粗糙度变化的影响[13-14]。

④在沙障后设置集沙仪，裸沙地做为对照，集沙仪设定5个高度，根据前人研究成果，集沙盒距离为0.15m，测量高度为0.1m、0.25m、0.4m、0.55m、0.7m的输沙量，以此来计算4种治理模式的输沙量、阻沙效益。

⑤在沙障后及裸沙地设置测钎，每道沙障前后及裸沙地各设置测钎2根，测钎长0.5m，埋深0.25m，共计42根，测量4种治理模式的蚀积程度。

⑥将以上测定结果进行统计，综合进行主成分分析，对比4种不同治理模式的治理效益。

2.3 数据处理与分析

试验数据利用Word Processing System 2018进行整理计算，利用SPSS 2017数据分析，用origin 2018进行统计图表的绘制。

利用测钎法测定4种治理模式的下垫面蚀积量，原埋深 0.25m，覆盖位置在0.25m以上为正数，覆盖位置在0.25m以下为负数，原埋深0.25m处为水平线，为0点，绘制蚀积曲线图。

3 结果与分析

3.1 4种治理模式的植物保存率

植物保存率是衡量活化沙丘治理技术能否有效恢复生态环境的重要指标[16]，试验样地内栽种主要治沙植物为梭梭、柽柳，（见图1），由图1可知，4种不同治理模式的样地中，植物保存率的范围为80-87%，均高于80%；CC模式与其他治理模式间存在显著差异（P<0.05）；CS模式植物保存率显著大于单独布设高立式沙障的治理模式（P<0.05），同时布设高立式沙障的治理模式间植物保存率无显著差异；综合来看，草方格沙障的植物保存率优于高立式沙障，柽柳的植物保存率优于梭梭，高立式沙障后的梭梭柽柳植物保存率接近。

3.2 4种治理模式的防风效益

3.2.1 4种治理模式的防风效能

防风效能是指研究区（不同治理模式样地）与对照区（裸沙地）相比降低风速的比率，是评价治理模式的固沙效益的重要指标之一[17]。对4种不同类型的治理模式在0.10m、0.25m、0.40m、0.55m、0.70m、1.00m，6个不同高度测量其风速，并计算不同高度的防风效能（如图2所示）。由图2可知，不同治理模式的防风效能随测量高度的增加逐渐减小。

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