風沙的成因及治理

煙臺市牟平區(qū)觀水鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心 蘇維利

煙臺市牟平區(qū)自然資源局 胡海燕 徐 晶

一、風沙成因

（一）風沙流和起沙風

風吹經(jīng)沙質(zhì)地表時，將疏松的沙粒揚起并納入運動的氣流中，即形成風沙流。沙粒從靜止到運動，主要的抬升力是沖擊力，沖擊力可超過沙力重的幾十倍甚至幾百倍，通過沖擊力迅速產(chǎn)生轉(zhuǎn)動（550轉(zhuǎn)/秒），然后由氣流上升力抬起沙粒，如空氣中固體顆粒的沉速小于平均風速的1/5，顆粒就被上舉，運動沙粒是從氣流中獲取其運動的能量，沙粒只有在一定的風力作用下才開始移動的。使沙粒起動的臨界風就是起沙風。起沙風的大小受沙粒粒徑、沙地水分、沙地地表狀態(tài)影響。如粒徑0.15mm的細沙粒在光板地上起沙風為5.2m/s,而在粗沙表面上為5.85 m/s。

（二）沙粒的移動方式和風沙流結(jié)構(gòu)

（1）沙粒的移動方式

氣流搬運沙粒的形式，依風力、顆粒大小和質(zhì)量不同，有懸移（懸浮流動）、躍移（跳躍式的移動）、蠕移（滑動和滾動）三種方式。試驗表明：中等風速時，在0.2m高處移動的總沙量中，躍移方式的占50%，蠕移占15%，懸移占35%。沙粒的三種運動方式，在其運動過程中由于風速的變化，可以互相轉(zhuǎn)化。風速越大，懸移比例越大，反之越小。

（2）風沙流的結(jié)構(gòu)

同一風速下，風沙流各部分沙粒的密度與高度成反比，離地面越高，風沙流中沙粒量越少，相反離地面越近，卷入風沙流中的沙粒越多。據(jù)測定當風速5m/s時，88%的沙粒在離地面10cm的高度中通過，98%的沙粒在離地面15cm的高度中通過，超過30cm很少有沙粒分布。因此為了防止流沙移動所設(shè)的沙障，只要幾十厘米的高度就可以阻攔大部分沙子。風速增大，風沙流的總含沙量增大。同樣，沙粒也會對氣流產(chǎn)生反作用，同一速度下沙量的進一步增加，就會導(dǎo)致因負荷過重而使氣流速度和含沙量都降低。當風速增大時，風沙流中沙?；顒痈叨纫苍黾?。據(jù)有關(guān)實驗證明，輸沙率和風速減去起沙風速之差的三次方成正比。表達式為q＝1.5×10-9(V-Vt)3(q為輸沙率，單位為g/min、VVt分別為風速和起沙風，單位為m/s)。

在風沙流的運動過程中，風會對沙粒的移動產(chǎn)生動力作用，風速增大，所能搬運的沙粒的數(shù)量也會增多，但這種量的累積超過一定程度，呈現(xiàn)飽和狀態(tài)并超過了這一限度時，大量的沙粒就會對風速產(chǎn)生相反的作用，由于過于飽和，氣流的抵擋能力減小，輸沙量降低，這時吹蝕作用停止，并且開始了沙粒沉積現(xiàn)象。當飽和的風沙流將超負荷的沙粒堆積于地表以后，風沙流本身又處于不飽和狀態(tài)，風速又增加，其擋沙能力又加大，在運動過程中地表又開始被吹蝕。風沙流的這種吹蝕、搬運和堆積的反復(fù)交替的特性使流動沙地形成了形式各異的地形，這就是沙區(qū)地形形成的基本原理，也是采取各種防治治沙措施的理論依據(jù)。

（三）沙區(qū)地形

風沙流動是通過對地面吹蝕、搬運和堆積三個過程來實現(xiàn)的。在以吹蝕占優(yōu)勢的地段，風蝕地形就明顯，而在以堆積為主的地區(qū)，形成堆積地形。沙區(qū)地形是風沙流、沙地表面狀況和障礙物相互作用的結(jié)果。

（1）風蝕地形

主要在旱地區(qū)，經(jīng)過風沙流的吹蝕和磨蝕作用，形成以下幾種地形：風蝕洼地、風蝕殘丘、雅丹地形（出現(xiàn)在巖石堅硬不同較陡的山區(qū)，形成許多深1-6m的凹槽，殘存較堅硬的巖層，形成各種形態(tài)，因雅丹地方而得名）、蘑菇石、風城地形、沙漠波紋、風棱石、石袋、石篩（又叫石格窗）。

（2）風積地形

當風沙流遇到各種障礙，無法挾帶沙粒前進，發(fā)生沙物質(zhì)堆積現(xiàn)象，稱為風積作用。通過風積作用而形成的地形，稱為風積地形。形成的主要地形有：①沙紋，風移沙粒出現(xiàn)了按粗細分選的現(xiàn)象，移動很慢的最粗的沙粒沿地表滾動并聚集，成微形隆起，兩個隆起間有一定距離，就是沙紋。沙波長（脊間距）15-25cm,高度為1.5-2.5cm,長是高的10倍。②沙浪（沙波），沙紋形成后，就在沙紋脊的背風部形成穩(wěn)定的水平渦流，渦流方向與主風方向不一致，出現(xiàn)沙表風速的不均勻現(xiàn)象，使沙紋聚積起來，形成沙浪（沙波），高度20-25cm。③雛形新月形沙丘（沙峰），沙波在較大風力作用下，形成沙峰，高度50cm以上。④新月形沙丘。具有不對稱斜坡，迎風坡平緩，坡度一般在10-15°，背風坡（落沙坡）較陡，坡度30-35°，高度由0.5-15m不等，長度由幾十米至數(shù)百米。⑤新月形沙丘鏈，多個新月形沙丘彼此相連接，各自的沙丘兩側(cè)的沙角不明顯，而形成一串沙堤，迎風坡為12-15°，背風坡為30-35°，呈新月形波浪起伏。⑥格狀新月形沙丘、橫向沙垅、縱向沙垅，這三種地形均由密集的新月形沙丘（或新月形沙丘鏈）發(fā)展而成，沙垅高度可達20-150m。⑦金字塔形沙丘，高度可達100-200m。

（四）沙丘移動方式

沙丘移動有往復(fù)式（冬季風和夏季風作用力幾乎相等，方向相反，風力大致相等）、前進式（一個主風方向或幾個方向相近的風向占絕對優(yōu)勢）和前進往復(fù)式（前進和往復(fù)移動交互發(fā)生）三種基本方式。廣泛分布的新月形沙丘的移動分以下4個區(qū)域：吹揚區(qū)、轉(zhuǎn)移和交換區(qū)、堆積區(qū)、低地區(qū)。風速的加大，能加快沙丘的移動速度，地表的粗糙及植被的覆蓋則能延緩和阻止沙丘的移動。

二、沙地立地質(zhì)量分析

沙地主要由石英粒組成，一般可達90%-98%，同時還有長石、方解石、碳酸鹽、氧化鈣、氧化鉀等。如石英含量較多，由于其不易溶解，沙地就貧瘠，立地條件較差，反之其它成分增多，肥力狀況就有所改善。在降水量大的地區(qū)，淋洗作用強，可溶性物質(zhì)少，肥力較差；降水量較小的地區(qū)，由于淋洗過程弱，物理風化作用強，可溶性礦物質(zhì)就豐富，肥力較高。在流動沙丘上土壤含鹽量不超過0.05%，說明鹽漬化特征不明顯。水積形成的沙地，水流急處（洪水期）沙粒較粗，流速較?。ǔＫ冢┨幧沉］^細，來源于石質(zhì)地區(qū)的沙粒較粗，來自黃土高源地區(qū)的沙粒較細。對于風成沙，吹揚區(qū)沙粒較粗，堆積區(qū)則含有較多的細粒。沙地比熱小，導(dǎo)熱度大，因此沙地的晝夜溫差大。沙地空隙度為35%-39%（粗沙），33%-37%（細沙），隨著沙粒直徑增大，沙地疏松程度良好，非毛細孔隙度相對增大，在流沙上達到最大。由于沙地非毛管空隙發(fā)達，毛管孔隙發(fā)育微弱，滲水性強，通氣良好，持水性差。

三、沙地植物的演替

流沙危害都是由不合理的或過度的土地利用所引起的。并不是所有流動沙地都能形成自然植被，只有具備生草環(huán)境條件才有自然生草的可能。由于褐露沙地毛細作用弱，蒸發(fā)量小，滲水性高，持水性低，可吸收全部降水，并具有較豐富的凝結(jié)水。這樣就為植物生長創(chuàng)造了條件，逐漸有一些植物開始定居，隨著植物的繁殖，流沙地經(jīng)由半固定沙地過度到固定沙地，而植物生長的環(huán)境也隨之改變，植物群落也就發(fā)生了變化，被更適應(yīng)環(huán)境的植物群落所代替，這就是植被的演替。丘間低地植物容易繁殖，逐漸向高處擴展，沙生植物生長持續(xù)很長時間，隨著沙生植物的定居，流沙逐漸變緩，沙丘內(nèi)水分逐漸降低，粘粒含量增多，沙地肥力增高，地形變緩，土壤中鹽分有一定積累，這時植被變?yōu)楣潭ㄉ城鹬脖唬瓷成参锉缓瞪参锼妗?/p>

四、沙地治理措施

風沙危害主要對農(nóng)田、交通、牧場和居民點的危害，減弱風沙是沙地治理的首要任務(wù)。風是風沙流和沙丘移動的動力，沙是物質(zhì)基礎(chǔ)?？刂屏魃澈屯緩绞峭ㄟ^削弱風速，減少氣流中的含沙量，使風速小于起沙風和固定沙表減少沙源這兩方面著手。防治風沙化危害的技術(shù)措施可分為機械沙障、化學(xué)膠結(jié)劑、生物和工程措施。

（一）機械沙障

用植物枯枝莖桿、粘土、地膜等制作各種障礙物來加固沙表和削弱近地的風力。沙障因材料限制使用壽命短，一般僅維持2-3年,但因建造容易，收效快，通常用于不適于生物固沙的嚴重風沙區(qū)，或受風沙危害的重要生產(chǎn)建設(shè)用地周圍，給植物進入沙地創(chuàng)造環(huán)境。

（1）半隱蔽式沙障

用于保護造林地的種子和幼苗，以稻草、麥桔等為材料，在只有一個主風的條件下，可呈帶狀垂直于主風方向，在多風的情況下，可采用方格狀，地上部沙障高15-20cm,地下部分15-30cm,最好下部沙障頂端高于上一層沙障的基部，沙障防護高度一般為沙障高度的5倍，方格式沙障以1m×1m效果最好。

（2）鋪草（覆膜）沙障

用植物桔桿（地膜）等全面或帶狀覆蓋沙表，然后用濕沙（粘土）蓋壓以防被風吹走，這種沙障由于通水和通氣性好，不僅可以防風還可以減少水分蒸發(fā)，鋪草沙障還可增加土壤有機質(zhì)。

（3）粘土沙障

在流動沙地周圍有粘土的地區(qū)，可用粘土做成20×15cm的土埂，1m間距，或1m×1.5m方格，或平鋪沙表壓沙。這種方法不僅可以防風蝕，而且可以改良土壤。

（4）高立式沙障

用沙障埋沙不斷提高沙丘高度，逐漸形成大沙丘，以阻擋沙粒前移，然后用生物措施和其它沙障以固定沙表。

（二）化學(xué)膠結(jié)劑

用飛機或拖拉機牽引噴灑各種化學(xué)膠劑、瀝清乳劑和油田頁巖等防治風沙，易于施工運輸，但成本高，可用來固定沙表而不影響沙地的透水透氣性，也不影響植物的生長，但不能防止外來沙。

（三）生物措施

（1）改良土壤

通過增施有機肥料，秸桿還田，留茬耕種，秸桿樹葉覆蓋，種增綠肥作物，科學(xué)整地，改土換土等辦法改良土壤。

（2）封沙育林育苗

對采伐跡地擴沙荒地實行人工封禁，涵養(yǎng)生機，提高植被覆蓋度。

（3）營造防風固沙林

①流動沙地的固沙林

在水分條件較好和植被生長較好的低矮沙丘沙地上，可以通過營造防風固沙林阻擋流沙。

a背風坡的高桿造林和機械沙障相結(jié)合，用楊、柳等耐沙埋樹木在流動沙丘背風坡進行插干造林。

b營造前拉后檔林

在水分條件較好的沙區(qū)，采用迎風坡坡腳或丘間低地營造喬灌混交林，在背風坡腳營造高桿林，使迎風坡由于有了林木而削弱了風速，使沙源減少，沙丘移動減緩，背風坡由于喬木的阻檔和沙粒的堆積減弱沙丘前移。由于丘頂風速大，而使丘頂裸露呈風蝕狀態(tài)被風削平，為進一步固沙創(chuàng)造了宜林條件。

c攆沙造林

在沙丘間低地較寬廣而水分條件又比較好的地方，在沙丘迎風坡坡腳下部栽植灌木帶，借助風力，人為地在林帶迎背風面造成風蝕平地，從而擴大了丘間低地面積，然后在被拉平的林地上營造林帶，如此反復(fù)，逐步拉平，逐步營造林帶。

②農(nóng)田防風阻沙林帶

當路（水）自然形成的網(wǎng)格大于有效防護距離（網(wǎng)格面積大于400畝）時，一般不要在農(nóng)田中重新設(shè)置林帶，可結(jié)合路域水域綠化，完成農(nóng)田防護林帶設(shè)置，并結(jié)合農(nóng)林間作及其他森林合理布局形成綜合防護林體系。林帶寬度應(yīng)控制20m以內(nèi)。稀疏結(jié)構(gòu)8-11m(5-7行樹)，通風結(jié)構(gòu)11-15 m(7-10行)為宜。但在森林覆蓋率小于10%的地區(qū)（如黃河三角洲），林帶寬度可達到20m左右（14行）。株間配置不要搞成方格狀規(guī)整結(jié)構(gòu)，要做到交錯布置，以取得最大防風效果為目的。

緊密結(jié)構(gòu)林帶橫斷面形狀以不等三角形斷面形狀，仰角小的林帶防護距離為最遠，稀疏結(jié)構(gòu)以方形或長方形防護距離為最遠，通風結(jié)構(gòu)以屋脊形的林帶防護距離為最遠。其中方形或長形結(jié)構(gòu)林帶很易實現(xiàn)，在生產(chǎn)實踐中可以加以考慮，但是三角形的屋脊形結(jié)構(gòu)不易操作，可結(jié)合特殊地段的景觀設(shè)計加以考慮，一般不要考慮在內(nèi)了。

林帶設(shè)置方向應(yīng)與主風方向相垂直，才能取得較好的防風效果。但在平原地區(qū)、人口較多的地區(qū)的溝路渠都已建成，東西走向的大部分與主風方向（南、北風）相垂直，所以林帶建設(shè)結(jié)合路域水域綠化進行，一般不再考慮林帶的方向問題。對于新開發(fā)的地段新修路的要考慮林帶方向問題。

我省的林帶間距，可用農(nóng)田林網(wǎng)網(wǎng)格面積控制，一般網(wǎng)格面積控制在400畝以內(nèi)，風沙危害嚴重區(qū)控制在300畝以內(nèi)，結(jié)合田間路渠規(guī)劃統(tǒng)一安排?？蛇x擇林帶樹種主要有：窄冠毛白楊、毛白楊、黑楊、絨毛白蠟、白榆、旱柳、垂柳、紫穗槐等。