庫布齊沙漠流動沙丘治理技術(shù)研究進(jìn)展

張 威 高 永 張曉娜

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)沙漠治理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011）

在脆弱的生態(tài)系統(tǒng)中，由于人為的經(jīng)濟(jì)活動破壞了其平衡而產(chǎn)生的荒漠化問題，不但對生態(tài)環(huán)境造成了破壞，而且影響著社會的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展［1-2］。沙漠化地區(qū)干旱、風(fēng)沙盛行，土壤貧瘠，植被種類稀少且覆蓋度較小，惡劣的自然環(huán)境造成區(qū)域植被修復(fù)及治理任務(wù)難度較大?；哪挠绊憞?yán)重危害我國各個方面，已引起社會各界的極大關(guān)注［3］，其中主要因其發(fā)展迅速且對社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的影響重大而備受矚目［4］。土地荒漠化嚴(yán)重影響到我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并且有近一半的貧困人口居住在荒漠化與沙化地區(qū)，生活及發(fā)展都受到了不同程度的制約和威脅。由此可見，土地荒漠化問題應(yīng)作為我國社會主義經(jīng)濟(jì)發(fā)展要解決的首要問題。

目前，雖然沙漠化土地面積仍在擴(kuò)大，但速度明顯減緩，流動沙地的面積呈逐漸減少的趨勢［5］，而且固定和半固定沙地所占比例明顯上升［6］。按沙丘移動性劃分的流動沙丘［7］，在沙漠區(qū)分布很廣。僅內(nèi)蒙古自治區(qū)流動沙丘的面積就達(dá)到了9 289 154 hm2，占據(jù)全區(qū)沙漠化土地面積的29.63%［6］。流動沙丘的特點(diǎn)是地表植被稀少，沙丘形態(tài)較為典型，在風(fēng)的吹蝕作用下容易發(fā)生順風(fēng)向移動的現(xiàn)象，對交通、工農(nóng)業(yè)建設(shè)產(chǎn)生較大危害［5，8］。植被恢復(fù)重建是流沙治理的主要措施。面對沙進(jìn)人退、沙壓農(nóng)田的威脅，防治土地沙化仍是當(dāng)務(wù)之急。

受氣候變化和人類活動的影響，庫布齊地區(qū)沙漠化問題表現(xiàn)得非常突出。由于干旱缺水，主要以流動、半流動沙丘組成。其中流動沙丘占沙漠總面積的61%，形態(tài)以沙丘鏈和格狀沙丘為主，其次為復(fù)合型沙丘；半固定沙丘占12.5%，形態(tài)有拋物線狀沙丘和灌叢沙丘等；固定沙丘占26.5%，形態(tài)為梁窩狀沙丘和灌叢沙堆。固定和半固定沙丘多分布于沙漠邊緣，并以南部為主［9］。因此，土壤的形成發(fā)育和植被的生長演替都受到限制。近40年以來，土地沙漠化正以平均每年100 km2的速度擴(kuò)展，在風(fēng)力的作用下，庫布齊沙漠正以每年10 m左右的速度向東南推移［10］。治理庫布齊沙漠是保護(hù)黃河減少泥沙危害的需要，對抑制庫布齊沙漠北段流沙侵入黃河、防風(fēng)固沙、防止水土流失、美化環(huán)境以及保護(hù)生物多樣性等具有重要的作用［11］。

1 庫布齊沙漠概況

庫布齊沙漠是中國第七大沙漠，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市境內(nèi)的黃河南岸，東西走向、帶狀，地勢呈現(xiàn)由南（高）向北（低）緩慢傾斜，連接著內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市的杭錦旗、準(zhǔn)格爾旗和包頭市的達(dá)拉特旗，長約400 km，西部區(qū)南北寬50 km，東部區(qū)南北寬15～20 km，總面積16756km2。屬典型溫帶大陸性干旱、半干旱季風(fēng)氣候，氣溫高，晝夜溫差大，氣候干燥，年大風(fēng)天數(shù)為25～30 d。西風(fēng)和西北風(fēng)是該地區(qū)全年主要風(fēng)向，一年當(dāng)中平均風(fēng)速為2.8 m/s，其中平均風(fēng)速≥5.0 m/s的次數(shù)為323.4次，最多年份達(dá)418.0次，在頻繁的大風(fēng)天氣下，沙丘表面又缺乏植被保護(hù)，土壤風(fēng)蝕極易發(fā)生。四季溫差較大，1月最冷，極端最低溫度為-32.1℃；7月最熱，極端最高溫度為38.7℃。年總降水量為150～400 mm，自東向西遞減。區(qū)內(nèi)地帶性植被，東部為干草原類型，西部為荒漠草原植被類型，西北部為草原化荒漠植被類型。

2 庫布齊沙漠沙丘治理措施

2.1 植物營建措施

流動沙丘的特點(diǎn)是地表植被稀少，沙丘形態(tài)較為典型，在風(fēng)的吹蝕作用下，容易發(fā)生順風(fēng)向移動的現(xiàn)象。為了控制沙丘的移動，早在1998年，王蘊(yùn)忠、孫和國等［12-13］利用飛播造林技術(shù)，將楊柴、籽蒿、沙達(dá)旺混合播種，但是受飛播地區(qū)、時(shí)間、植物種、種子量等條件限制，影響沙地飛播造林的成活率。從2003年開始，鄂爾多斯林場的研究人員進(jìn)行了前擋后拉、旱柳高桿造林、鎖邊林等多種模式的造林［14-15］。其中前擋后拉模式，即建立加楊、小葉楊、檸條、沙柳和楊柴等喬灌木點(diǎn)狀、片狀的防風(fēng)固沙林；高桿造林模式，經(jīng)科研工作者加以科學(xué)化，只選用旱柳高桿造林；鎖邊林模式選用沙柳與旱柳，采用兩行一帶形式進(jìn)行栽植。這三種模式均選取背風(fēng)坡坡底和丘間低地分區(qū)［16］進(jìn)行挖穴種植，雖然能夠有效提高樹種成活率，但是造林地點(diǎn)受到制約，造林方法效率低、費(fèi)用高。2006年，楊俊平等［17］以封育措施為主，在庫布齊沙漠因地制宜地適度造林種草育藻，構(gòu)建了一種創(chuàng)新的喬灌草藻四位一體的綜合快速復(fù)合治沙模式，初步實(shí)現(xiàn)了脆弱生態(tài)系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，生物多樣性明顯增加，沙塵暴危害被有效遏制的目標(biāo)。

為了進(jìn)一步提高造林成活率，造林的樹種及方法也是一項(xiàng)重要選擇。在固沙植物中，沙柳耐旱、抗風(fēng)蝕、耐沙埋、生長迅速［18］，作為沙區(qū)重要的固沙樹種和工業(yè)用材林，防風(fēng)固沙、保持水土功效顯著，并且既可用作燃料，又能作為纖維板、刨花板、紡織、造紙的重要原料，能夠發(fā)揮出較高的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益［19-20］。在庫布齊沙漠地區(qū)，沙柳作為優(yōu)勢樹種，可以對已成林的沙柳林平茬獲取，獲取方便，而且沙柳經(jīng)過平茬后，萌生枝條成活率高，枝條生長狀況良好，數(shù)量多且平均直徑大［21］。因此，在近些年庫布齊的沙丘治理中，研究者多選用沙柳進(jìn)行造林。針對沙柳造林的方法，傳統(tǒng)的挖穴種植在庫布齊沙漠的流沙地上的應(yīng)用費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且增加了對沙丘的擾動，在一定程度上增加了風(fēng)沙侵蝕程度［22］。2009年開始，水沖沙柳造林技術(shù)在庫布齊沙漠七星湖旅游區(qū)和牧民新村周邊開始推廣，當(dāng)年種植水沖沙柳666.67 hm2，驗(yàn)收成活率在90%以上。水沖沙柳種樹操作簡單方便，將硬質(zhì)管制成的沖槍連接水管，作業(yè)時(shí)將柴油機(jī)、水泵安置在組合井上，鋪好主管和支管，接上沖搶，利用有壓水流在沙漠或沙地上沖出栽植穴，放入枝條，造林和灌溉一氣呵成。其造林速度、造林成本效益及造林成活率都遠(yuǎn)高于挖坑造林［23-24］。

2.2 設(shè)置沙障

在庫布齊沙漠的前期治理過程中，植被恢復(fù)重建是流沙治理的主要措施，大規(guī)模沙化土地治理，使得沙區(qū)形成大面積植被群落，隨著時(shí)間的推移，植被由于吹蝕而根部裸露，最終出現(xiàn)大量枯萎死亡現(xiàn)象［25］。經(jīng)過多年的野外考察、調(diào)查和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，影響流動沙丘上植物生長的主要原因是沙丘表面沙粒的流動性［26］，干旱缺水、生態(tài)環(huán)境極端惡劣，單純地實(shí)施生物固沙措施較為困難［27］。所以，為了保證固沙植物的成活率，設(shè)置沙障就成為一種十分必要和不可取代的沙害防治輔助措施［28-29］。曹揚(yáng)［30］對庫布齊沙漠中平鋪式玉米稈格狀沙障、平鋪式蘆葦格狀沙障、平鋪式沙柳格狀沙障、低立式沙柳格狀沙障和高立式尼龍網(wǎng)帶狀沙障的粒徑變化規(guī)律進(jìn)行了分析，認(rèn)為低立式沙柳格狀沙障和平鋪式玉米稈格狀沙障下沙物質(zhì)細(xì)物質(zhì)含量最多，防護(hù)效果最好。萬玲玲等［31］對設(shè)置2 a及6 a的沙柳沙障在不同土層和障格內(nèi)不同位置的土壤粒度組成與分布進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沙障設(shè)置時(shí)間越長，對土壤的改良作用越明顯，特別是對表層土壤的改良作用顯著，障格中部細(xì)粒物質(zhì)含量較低，分選性較差，土粒分布不均勻。

王文彪等［32］對比分析了平鋪式沙柳沙障、蘆葦沙障、玉米稈沙障、葵花稈沙障、低立式沙柳沙障、高立式尼龍網(wǎng)沙障和裸沙丘不同坡位、不同深度的土壤含水率后，認(rèn)為從保持沙丘水分的角度出發(fā)，建議在沙丘的迎風(fēng)坡鋪設(shè)平鋪式蘆葦沙障，在坡頂和背風(fēng)坡優(yōu)先考慮鋪設(shè)平鋪式葵花稈沙障。然后又對蘆葦秸稈、向日葵秸稈和玉米秸稈3種不同材料平鋪式沙障在不同坡位的防風(fēng)效能和地表粗糙度進(jìn)行了試驗(yàn)分析［33］，在10 cm處防風(fēng)效能最大，隨高度的增加，防風(fēng)效能減小，并且迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡均高于坡頂。王麗英等［34］進(jìn)一步對2、4、7 a的規(guī)格為1.5 m×1.5 m的沙柳方格沙障在不同坡位的防風(fēng)效能進(jìn)行了調(diào)查，不同年限沙障的防風(fēng)效果以4 a為最好，2 a最差；不同部位的防風(fēng)效應(yīng)由沙丘兩側(cè)坡腳向沙丘頂部減弱，迎風(fēng)坡的防風(fēng)效果大于背風(fēng)坡，而且以丘間低地防風(fēng)效應(yīng)最大。

在庫布齊沙漠流動沙丘區(qū)建立的HDPE網(wǎng)和植物纖維網(wǎng)工程沙障試驗(yàn)區(qū)，郭彩贇等［35］對HDPE網(wǎng)和植物纖維網(wǎng)中風(fēng)速廓線特征進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn)，不同材料、規(guī)格、高度的方格沙障及前沿高立式阻沙柵欄具有顯著的防風(fēng)效益。方格沙障中心風(fēng)速垂直變化幅度與變化規(guī)律，與沙障規(guī)格和高度相關(guān)，地表侵蝕堆積狀態(tài)與沙障規(guī)格有關(guān)，均與沙障的材料影響不明顯［36］。王睿等［37］進(jìn)一步對防風(fēng)效能、積沙量、土壤含水量等進(jìn)行了調(diào)查，同一規(guī)格、不同材料沙障，植物纖維網(wǎng)沙障防風(fēng)效應(yīng)優(yōu)于HDPE網(wǎng)沙障；同一材料、不同規(guī)格沙障，小規(guī)格沙障防風(fēng)效應(yīng)優(yōu)于規(guī)格較大的沙障；不同規(guī)格、不同材料沙障和阻沙柵欄的設(shè)置可以有效降低風(fēng)速，減少積沙量，距沙障越近，積沙量越小，而且與局部地形有較大關(guān)系；隨著采樣深度的增加，土壤含水率有所增大，均高于裸沙地土壤含水率，而且小規(guī)格的沙障保水效果優(yōu)于大規(guī)格的沙障。

成聰聰?shù)龋?8］選取風(fēng)季和雨季2個典型時(shí)期，探究PLA沙障對迎風(fēng)坡不同坡位、不同規(guī)格沙障0～60 cm土層的土壤含水量的影響，發(fā)現(xiàn)在1 m×1 m、2 m×2 m沙障，不同時(shí)期對沙丘迎風(fēng)坡整體和坡位間土壤含水量影響明顯，而菱形沙障作用效果差；風(fēng)季迎風(fēng)坡淺層（5～20 cm）土壤含水量低于裸沙丘的土壤水分特征，雨季迎風(fēng)坡表層（0～10 cm）土壤含水量優(yōu)于裸沙丘的水分特征；不同時(shí)期迎風(fēng)坡中部和下部的影響均較上部明顯，迎風(fēng)坡中部和下部應(yīng)為重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，而在上部應(yīng)采取相伴措施，彌補(bǔ)沙障作用的不足。

2.3 沙障與植被有機(jī)結(jié)合

沙障和植物措施一同實(shí)施，能保護(hù)植被免于風(fēng)沙侵蝕，提高栽植物的成活率和保存率，并促進(jìn)植被生長發(fā)育。肖芳等［39］為提高流動沙地造林成活率，在已經(jīng)鋪設(shè)好的沙柳沙障內(nèi)運(yùn)用新型低壓水沖植柳技術(shù)進(jìn)行沙柳造林，平鋪式格狀沙柳沙障中沙柳各項(xiàng)生長指標(biāo)均低于低立式帶狀沙柳沙障。呂新豐等［40］利用低壓水沖植柳技術(shù)造林，研究了低立式沙障、草方格沙障及混合沙障3種沙障鋪設(shè)對沙柳保存率及生長指標(biāo)的影響，發(fā)現(xiàn)3種沙障均能促進(jìn)沙柳生長，效果為混合沙障＞草方格沙障＞低立式沙障。何亞銳［41］利用水沖沙柳造林技術(shù)，對比分析不同沙障對流動沙丘沙柳造林成效的影響，發(fā)現(xiàn)鋪設(shè)沙障后沙柳的各項(xiàng)指標(biāo)均得以改善，防護(hù)作用上低立式沙柳方格沙障大于低立式麥草方格沙障和束捆平鋪式沙柳方格沙障，2 m×2 m規(guī)格沙障更適宜用于沙柳林的防護(hù)。

3 研究展望

新造林技術(shù)與沙障的有機(jī)結(jié)合，促進(jìn)了庫布齊沙漠流動沙丘植被恢復(fù)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)過多年的研究取得了很多的研究成果。而近幾年庫布齊沙漠的沙丘治理研究停滯不前，多集中于探討研究庫布齊沙漠的形成與演化［42-46］，該地區(qū)的沙丘治理工作仍舊不能停止。在世界經(jīng)濟(jì)全球化、區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化飛速發(fā)展的21世紀(jì)，應(yīng)抓住機(jī)會，緊跟時(shí)代步伐，結(jié)合現(xiàn)有的治理措施，建立低成本、更高效、快捷、適宜庫布齊沙漠流動沙地治理的植被營建模式，為該地區(qū)沙丘治理及荒漠生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)提供新的技術(shù)支持。