河西綠洲邊緣積沙帶的生態(tài)意義

常兆豐, 王強(qiáng)強(qiáng),張劍揮, 朱淑娟,樊寶麗, 唐進(jìn)年, 張大彪,劉世增,李愛(ài)德,張國(guó)中

1甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站, 民勤 733300 2甘肅省治沙研究所, 蘭州 730070

河西綠洲邊緣積沙帶的生態(tài)意義

常兆豐1,2,*, 王強(qiáng)強(qiáng)1,2,張劍揮1,2, 朱淑娟1,2,樊寶麗1,2, 唐進(jìn)年1,2, 張大彪1,2,劉世增1,2,李愛(ài)德1,2,張國(guó)中1,2

1甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站, 民勤 733300 2甘肅省治沙研究所, 蘭州 730070

半個(gè)多世紀(jì)的防沙治沙，在甘肅河西綠洲邊緣上風(fēng)向形成了一條積沙帶。積沙帶作為防沙治沙的副產(chǎn)物，具有怎樣的生態(tài)功能，有何生態(tài)意義？通過(guò)全面考察河西綠洲邊緣積沙帶并運(yùn)用21個(gè)樣點(diǎn)資料進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：1)積沙帶作為綠洲邊緣防沙固沙的副產(chǎn)物，其自身也具有防風(fēng)阻沙的功能，積沙帶的形成有利于綠洲邊緣的防風(fēng)阻沙。2)高度是表征積沙帶防御風(fēng)的功能的一個(gè)重要指標(biāo)，積沙帶越是高大，防御風(fēng)的范圍就越大。3)目前，河西綠洲邊緣積沙帶處于發(fā)育狀態(tài)。只要控制了積沙帶就能有效控制流沙侵入農(nóng)田。今后應(yīng)將綠洲邊緣防沙治沙的重點(diǎn)放在積沙帶上，尤其是積沙帶的沙脊線上，而對(duì)荒漠-綠洲過(guò)渡帶(阻沙帶)實(shí)行封育，無(wú)需采取其他投入措施，這樣就可以大面積壓縮實(shí)施人工措施的范圍，大大降低防沙治沙的資金投入，提高防沙治沙的投資效益。

綠洲邊緣；積沙帶；生態(tài)意義；甘肅河西

在我國(guó)西北沙區(qū)，幾乎所有的防沙治沙措施都實(shí)施在綠洲邊緣，尤其是綠洲邊緣上風(fēng)向。經(jīng)過(guò)幾十年的防沙治沙，在沙區(qū)綠洲邊緣尤其上風(fēng)向形成了一條流沙堆積帶—積沙帶[1]。

至目前國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有關(guān)于積沙帶的研究，與積沙帶相關(guān)或相近的研究主要有：一是荒漠—綠洲過(guò)渡帶研究?；哪G洲過(guò)渡帶是干旱區(qū)的生態(tài)敏感帶[2]，因此也是近些年來(lái)的研究熱點(diǎn)。這方面的研究主要圍繞著植物群落及其時(shí)空變化與多樣性[3]、植物的生態(tài)位[4]、灌叢沙堆的異質(zhì)性及植物群落的空間異質(zhì)性[5-6]、荒漠化過(guò)程及其生態(tài)恢復(fù)與重建[7-8]以及土壤粒度及其水分等[9]方面進(jìn)行的。二是灌叢沙堆的研究。目前，從地貌學(xué)的角度對(duì)灌叢沙堆的形態(tài)和發(fā)育已經(jīng)有了較系統(tǒng)的研究[10-11]。國(guó)外學(xué)者對(duì)灌叢沙堆的形態(tài)、沉積學(xué)、生態(tài)學(xué)和動(dòng)力過(guò)程等[12-14]方面進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，認(rèn)為灌叢沙堆沉積物屬短距離風(fēng)力搬運(yùn)、風(fēng)選的產(chǎn)物[15]，對(duì)保護(hù)綠洲安全有重要作用[16]。白刺沙堆和檉柳沙堆是我國(guó)西北沙區(qū)分布最廣泛的灌叢沙堆，有學(xué)者研究了紅柳沙堆和唐古特白刺灌叢沙堆的不同分布格局、成因及其生態(tài)學(xué)意義和防風(fēng)效應(yīng)[17-18]。三是風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)研究。既有理論分析和數(shù)值模擬[19-21]，也有野外觀測(cè)，但最多的是風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)[10, 22]。我國(guó)學(xué)者的研究表明，在各種風(fēng)速條件下，輸沙量分布沿垂向呈指數(shù)遞減規(guī)律，隨著水平距離的增加輸沙量亦呈指數(shù)遞減規(guī)律，其衰減速率與風(fēng)速密切相關(guān)[11]。四是植物阻沙、積沙的研究。研究表明，在營(yíng)造固沙灌木林后，林帶內(nèi)積沙厚度增加[23]。對(duì)固沙林不同密度與輸沙量和風(fēng)蝕量關(guān)系的研究表明，植被蓋度越高，土壤風(fēng)蝕程度越輕，輸沙量越少[24]。

積沙帶作為綠洲邊緣造林固沙和沙障固沙過(guò)程中的副產(chǎn)物，它有什么樣的生態(tài)功能？其自身作為一種障礙物是有利于綠洲邊緣的防風(fēng)固沙呢？還是會(huì)成為新的沙源留下更大的生態(tài)隱患呢？這既是荒漠生態(tài)學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)的一個(gè)新的科學(xué)問(wèn)題，也是防沙治沙實(shí)踐中亟待解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。如果積沙帶的形成有利于綠洲邊緣的防風(fēng)固沙，在今后的沙區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)中就應(yīng)人工促進(jìn)積沙帶的形成和發(fā)育；如果相反，就應(yīng)該改變現(xiàn)有的綠洲邊緣防風(fēng)固沙模式，防止和抑制積沙帶的形成和發(fā)育。

基于上述認(rèn)識(shí)，2011—2013年，承擔(dān)了國(guó)家973前期課題“甘肅河西綠洲邊緣積沙帶的形成及其生態(tài)效應(yīng)”，對(duì)河西綠洲積沙帶進(jìn)行了全面調(diào)查，2012年開(kāi)展了國(guó)家自然科學(xué)基金地區(qū)基金課題“甘肅民勤綠洲邊緣積沙帶形成的氣候環(huán)境因素及其生態(tài)效應(yīng)”，在民勤綠洲邊緣積沙帶上設(shè)置觀測(cè)樣點(diǎn)，重點(diǎn)測(cè)定了積沙帶的生態(tài)效應(yīng)。

1 觀測(cè)研究方法

甘肅河西地區(qū)系指境內(nèi)黃河以西的武威、金昌、張掖、酒泉、嘉峪關(guān)5市，下轄20個(gè)區(qū)縣，地理位置在92°45′E—104°15′E、36°35′N—42°45′N之間。該區(qū)南側(cè)為祁連山脈，東、東北和西面依次被騰格里沙漠、巴丹吉林沙漠和庫(kù)姆塔格3大沙漠包圍，境內(nèi)有沙漠和零星沙地7.54×102km2。

積沙帶的高度和寬度測(cè)定：本文在河西綠洲邊緣積沙帶上隨機(jī)選擇了21樣點(diǎn)(圖1)[25]，在每個(gè)樣點(diǎn)上沿垂直農(nóng)田邊緣方向設(shè)置樣線測(cè)定積沙帶的寬度和高度。植被調(diào)查：在每個(gè)樣點(diǎn)上，沿樣線上設(shè)置5—7個(gè)2m×2m的植物調(diào)查樣方，在樣方內(nèi)調(diào)查了植物的種類、植株高度、植株冠幅、植被蓋度和冠幅內(nèi)投影蓋度[26]。積沙帶防風(fēng)作用觀測(cè)：在積沙帶上選擇了一個(gè)比較典型的，即較為單一、上下風(fēng)向較為開(kāi)闊的沙丘作為防風(fēng)作用觀測(cè)樣點(diǎn)，12個(gè)風(fēng)速風(fēng)向傳感器同時(shí)觀測(cè)，分別安置在沙丘上風(fēng)向5H(沙丘高度的5倍處)、0H(迎風(fēng)坡基部)、迎風(fēng)坡中部、頂部、背風(fēng)坡基部以及下風(fēng)向距背風(fēng)坡5H、10H和20H處，另外4對(duì)風(fēng)速風(fēng)向傳感器分別安置在迎風(fēng)坡兩翼邊線中點(diǎn)及其至迎風(fēng)坡中部連線的中點(diǎn)上。氣候資料采用當(dāng)?shù)貧庀笳?971—2010年資料和中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)資料。

圖1 樣點(diǎn)位置圖[25]Fig.1 Location of sample points[25]

2 河西綠洲邊緣積沙帶的分布狀況

2.1 高度和寬度

新中國(guó)成立后，1950年河西走廊開(kāi)始了大規(guī)模群眾性造林治沙活動(dòng)，1956年開(kāi)始了農(nóng)田防護(hù)林的規(guī)劃設(shè)計(jì)與營(yíng)造試點(diǎn)工作[27]。因河西走廊東部綠洲較集中，西端較分散且面積較小，所以走廊東部農(nóng)田防護(hù)林建設(shè)相對(duì)起步較早且較為完整。如果從1956年算起，河西綠洲邊緣的防護(hù)林已經(jīng)有58年的歷史。2011—2013年我們分兩次對(duì)河西綠洲邊緣積沙帶做了較為全面的調(diào)查。走廊綠洲區(qū)主風(fēng)向以NW、W為主，因此，河西綠洲邊緣的積沙帶分布在綠洲邊緣上風(fēng)向，即古浪沙區(qū)在綠洲北側(cè)，武威沙區(qū)在綠洲東北側(cè)，民勤—金昌沙區(qū)在綠洲西北側(cè)，臨澤—高臺(tái)沙區(qū)在綠洲北側(cè)或東北側(cè)，金塔沙區(qū)在綠洲北側(cè)和西側(cè)，瓜州、敦煌沙區(qū)在綠洲西北側(cè)(圖1)。調(diào)查結(jié)果表明，走廊東端古浪以及民勤綠洲邊緣積沙帶較為高大，走廊西端敦煌、瓜州以及玉門等地積沙帶較矮小且隨斑塊狀綠洲斷帶較多，積沙帶在河西綠洲邊緣的總體分布趨勢(shì)是東高西低、東寬西窄、斷續(xù)分布(表1)。

2.2 形成原因分析

積沙帶高度與氣候環(huán)境因子的關(guān)系,研究表明積沙帶的高度與沙源的距離和與年降水以及與積沙帶迎風(fēng)坡的植被蓋度均為正相關(guān)關(guān)系[1,28]。河西走廊東端的古浪、民勤、金昌綠洲邊緣緊靠沙漠，積沙帶上風(fēng)向沙源豐富且距離很近，走廊西端則沙源相對(duì)較少且距離較遠(yuǎn)，因而積沙帶的高度與上風(fēng)向沙源的距離為正相關(guān)關(guān)系[1,28]。除沙源之外，可能還與農(nóng)田邊緣防護(hù)林建設(shè)的時(shí)間有關(guān)，但歷時(shí)60多年，防護(hù)林可能幾經(jīng)更替，現(xiàn)在的防護(hù)林和沙丘植被只代表現(xiàn)階段的狀況。綠洲邊緣高大沙丘主要是白刺(Nitrariatangutorum)沙包，其次是檉柳(Tamarixramosissima)沙包，積沙帶上的人工植被相對(duì)較少，同一樣點(diǎn)上迎風(fēng)坡植被蓋度及植被純蓋度的差異較顯著，積沙帶高度與植被蓋度正相關(guān)[28]。積沙帶高度與年降水量的相關(guān)可能只是一種數(shù)據(jù)上的相似性而并非具有顯著的因果關(guān)系。

表1 積沙帶的高度和寬度Table 1 Height and width of accumulated sand-belt

3 積沙帶的生態(tài)功能

3.1 正向作用

(1)防風(fēng)作用

河西綠洲邊緣積沙帶平均高10.08m，最高達(dá)31.9m，積沙帶的形成使得在河西綠洲邊緣形成了一道10m高的防風(fēng)墻。當(dāng)氣流(風(fēng))到達(dá)積沙帶迎風(fēng)坡時(shí)遇到障礙，一部分氣流沿坡面上升，沿坡面上升的氣流因載荷(攜沙)和向上抬升改變方向以及不同高度層面的氣流相互疊加碰撞3種因素需要大量消耗能量。而另一部分氣流則改變方向而向迎風(fēng)坡兩翼分流，同樣由于載荷和改變方向以及不同方向氣流的疊加3種因素需要大量消耗能量。不同方向、不同高度、不同速度的載荷氣流相互碰撞，大量消耗能量從而降低了風(fēng)速。測(cè)定結(jié)果顯示，積沙帶具有顯著的防風(fēng)作用，且積沙帶越高、風(fēng)速越大，則積沙帶下風(fēng)向防御風(fēng)的范圍就越大，當(dāng)上風(fēng)向空曠處風(fēng)速達(dá)2m/s時(shí)，積沙帶下風(fēng)向防御風(fēng)范圍大于積沙帶高度的 20倍，風(fēng)速越大，則沙丘下風(fēng)向降低風(fēng)速越明顯[25]。

(2)阻沙固沙作用

據(jù)測(cè)定，風(fēng)沙流中有80%的沙粒在近地表20—30cm的高度內(nèi)流動(dòng)，其中一半又在近地表0.3—0.5cm的高度內(nèi)流動(dòng)。在7m/s的風(fēng)速下，近地表10cm高度內(nèi)的輸沙量占總輸沙量的75%，76—200cm高度內(nèi)的輸沙量占總輸沙量的0.035%[29]。沙粒和氣流的密度差異很大，因而不同高度、不同載荷氣流的動(dòng)量差異亦很大。氣流在到達(dá)積沙帶迎風(fēng)坡時(shí)，不論向前或向兩翼運(yùn)移都需要抬升角度或改變方向，載荷和改變方向以及不同方向氣流的疊加3種因素都會(huì)使得風(fēng)沙流在運(yùn)移過(guò)程中大量釋放沙粒，而且這3種因素同時(shí)存在。河西綠洲邊緣積沙帶平均高10.08m，風(fēng)沙流要越過(guò)如此高的積沙帶，不得不將大量沙粒釋放到積沙帶迎風(fēng)坡，積沙帶越高大，這種阻擋和堆積作用就越顯著[25]。

(3)減少固沙成本

過(guò)去幾十年來(lái)，沙漠—綠洲過(guò)渡帶或綠洲外圍阻沙帶是防沙治沙的重點(diǎn)工程區(qū)域和重點(diǎn)研究區(qū)域[30-31]，綠洲外圍阻沙帶一般由封育帶和人工固沙林帶組成[32]，甘肅河西沙漠—綠洲過(guò)渡帶的寬度從幾百米到幾十公里，綠洲外圍阻沙帶的寬度為1—3km不等。研究結(jié)果表明，只要控制了積沙帶就能有效控制流沙侵入農(nóng)田。在民勤綠洲邊緣積沙帶的下風(fēng)向，緊靠積沙帶的農(nóng)田保護(hù)完好。河西綠洲邊緣積沙帶最寬為1210.9m，平均寬只有218m。今后應(yīng)將綠洲邊緣防沙治沙的重點(diǎn)放在積沙帶上，尤其是積沙帶的沙脊線上，而對(duì)荒漠—綠洲過(guò)渡帶(阻沙帶)實(shí)行封育，無(wú)需采取其他投入措施，這樣就可以大面積壓縮實(shí)施人工措施的范圍，大大降低防沙阻沙的資金投入，提高防沙治沙的投資效益。

3.2 負(fù)向作用

積沙帶的負(fù)向作用是，由于大量流沙堆積在綠洲邊緣，形成了距離綠洲農(nóng)田更近的新的沙源。研究結(jié)果表明，甘肅河西綠洲邊緣的積沙帶尚處在發(fā)育階段，目前的生態(tài)作用以正向作用為主，而且積沙帶越高大越穩(wěn)定[25]。

4 積沙帶的功能機(jī)理

4.1 防風(fēng)機(jī)理

為了分析積沙帶防御風(fēng)的機(jī)理，在民勤綠洲邊緣積沙帶上選擇了典型樣點(diǎn)做了風(fēng)速風(fēng)向的測(cè)定，結(jié)果表明，沿主風(fēng)方向上，1)當(dāng)風(fēng)速≥2m/s時(shí)，在下風(fēng)向沙丘20倍高范圍內(nèi)的風(fēng)速小于上風(fēng)向5H高處(對(duì)照點(diǎn))；2)當(dāng)風(fēng)速≥8m/s時(shí)，積沙帶頂部風(fēng)速<上風(fēng)向5H高處風(fēng)速，最大風(fēng)速在沙丘上風(fēng)向，當(dāng)風(fēng)速<8m/s時(shí)最大風(fēng)速在沙丘頂部；3)風(fēng)速越大，則積沙帶前后風(fēng)速的差異就越大，不同風(fēng)速在積沙帶下風(fēng)向0H—20H范圍內(nèi)的差異小于積沙帶上風(fēng)向，從背風(fēng)坡基部開(kāi)始隨著與積沙帶的距離的增大而增大。

迎風(fēng)坡中部及其兩翼的風(fēng)速變化情況是：1)沙丘迎風(fēng)坡兩翼中心點(diǎn)(測(cè)點(diǎn)3-1和測(cè)點(diǎn)3-3)的風(fēng)速>兩翼邊線中點(diǎn)(測(cè)點(diǎn)3-2和測(cè)點(diǎn)3-4)的風(fēng)速以及迎風(fēng)坡中部(測(cè)點(diǎn)3)的風(fēng)速；2)迎風(fēng)坡W翼較窄，W翼中心點(diǎn)(測(cè)點(diǎn)3-1)的坡向與主風(fēng)向NW的夾角較大，因而W翼中心點(diǎn)(測(cè)點(diǎn)3-1)較N翼中心點(diǎn)(測(cè)點(diǎn)3-3)的風(fēng)速更大(圖2)。

在圖2中，3-1號(hào)測(cè)點(diǎn)和3-3號(hào)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速均大于3號(hào)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速，表明氣流從迎風(fēng)坡舌尖(2號(hào)測(cè)點(diǎn))沿主風(fēng)方向(3號(hào)測(cè)點(diǎn)和4號(hào)測(cè)點(diǎn))的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因在此方向上抬升坡度最大而向兩翼分流。測(cè)點(diǎn)3-1和3-2位于沙丘迎風(fēng)坡W翼，迎風(fēng)坡W側(cè)較開(kāi)闊，且3-1號(hào)測(cè)點(diǎn)的坡向與主風(fēng)向(NW)的夾角相對(duì)較大，因而3-1號(hào)測(cè)點(diǎn)風(fēng)速大于3號(hào)測(cè)點(diǎn)和3-3號(hào)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)3-3和3-4位于沙丘迎風(fēng)坡N翼，3-3號(hào)測(cè)點(diǎn)的坡向與主風(fēng)向(NW)的夾角小于3-1號(hào)測(cè)點(diǎn)的坡向與主風(fēng)向(NW)的夾角，因而3-3號(hào)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速大于3號(hào)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速但小于3-1號(hào)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速。

積沙帶迎風(fēng)坡一般為鋸齒狀，即舌尖長(zhǎng)短各異，因而迎風(fēng)坡的坡度坡向各異。由圖2可見(jiàn)，3-1號(hào)測(cè)點(diǎn)在沙丘迎風(fēng)坡W側(cè)，風(fēng)向明顯偏N，這與前述氣流從舌尖(2號(hào)測(cè)點(diǎn))沿脊線(3號(hào)測(cè)點(diǎn)和4號(hào)測(cè)點(diǎn))運(yùn)動(dòng)過(guò)程中向W擠壓分流是相一致的。3-3號(hào)測(cè)點(diǎn)在沙丘迎風(fēng)坡N側(cè)，6m/s≥風(fēng)速表現(xiàn)為偏W趨勢(shì)，尤其當(dāng)8m/s≥風(fēng)速時(shí)。當(dāng)風(fēng)速越大時(shí)，沙丘迎風(fēng)坡N側(cè)風(fēng)向偏W的程度越明顯，沙丘迎風(fēng)坡W側(cè)風(fēng)向偏N的程度亦越明顯。

圖2 風(fēng)速觀測(cè)樣點(diǎn)示意圖Fig.2 Schematic diagram of wind observations sample points

4.2 穩(wěn)定性機(jī)理

前述已知，當(dāng)風(fēng)速≥8m/s時(shí)，積沙帶頂部風(fēng)速小于上風(fēng)向?qū)φ拯c(diǎn)的風(fēng)速。在近地面一定高度內(nèi)，隨著高度增加風(fēng)速會(huì)加大，而為什么當(dāng)風(fēng)速≥8m/s時(shí)，沙丘頂部的風(fēng)速會(huì)小于上風(fēng)向?qū)φ拯c(diǎn)的風(fēng)速呢？分析原因，可能是由于不同抬升角度、不同方向加之不同的風(fēng)速的氣流在沙丘迎風(fēng)坡相互碰撞又相互疊加，當(dāng)上升到積沙帶頂時(shí)在慣性力的作用下繼續(xù)向前上方運(yùn)移，于是在沙丘頂部形成了一個(gè)相對(duì)的弱風(fēng)區(qū)(圖3)，尤其當(dāng)風(fēng)速越大時(shí)，這種慣性力就越大，這可能就是積沙帶(沙丘)能保持頂部穩(wěn)定并能增高、增大的一個(gè)重要原因。

圖3 積沙帶穩(wěn)定性示意圖 Fig.3 Chematic diagram on stability of the accumulated sand-belt

5 討論與結(jié)論

(1)積沙帶作為綠洲邊緣防沙固沙的副產(chǎn)物，形成了一種防風(fēng)固沙的障礙物，其自身也具有防風(fēng)固沙的功能，國(guó)內(nèi)有關(guān)于沙丘的研究[33]也支持了本文的這一研究結(jié)論。積沙帶的生態(tài)功能所體現(xiàn)的生態(tài)學(xué)意義是：積沙帶的形成有利于綠洲邊緣的防沙治沙，具有顯著的正向生態(tài)作用，積沙帶可以廣泛運(yùn)用于綠洲邊緣的防風(fēng)阻沙，通過(guò)人工設(shè)計(jì)，借助風(fēng)力和風(fēng)沙流，促使積沙帶的形成和增高增大，從而走出一條以沙防沙、以沙阻沙的綠洲邊緣防沙阻沙新途徑，這就是本文的創(chuàng)新點(diǎn)之一。

(2)高度是表征積沙帶防御風(fēng)的功能的一個(gè)重要指標(biāo)，積沙帶越是高大，防御風(fēng)的范圍則越大。今后綠洲邊緣的防沙治沙就重點(diǎn)放到人工促進(jìn)積沙帶增高增大方面，而對(duì)積沙帶上風(fēng)向的過(guò)渡帶只需進(jìn)行封育就可以了。而且積沙帶保護(hù)和建設(shè)的單位投資所產(chǎn)生的生態(tài)功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沙漠—綠洲過(guò)渡帶單位投資所產(chǎn)生的生態(tài)功能，具有事半功倍的防沙阻沙效果。

(3)甘肅河西綠洲邊緣的積沙帶歷時(shí)近60年，目前仍處于發(fā)育狀態(tài)。今后應(yīng)當(dāng)把綠洲邊緣防沙的重點(diǎn)放到積沙帶的增高和保護(hù)上，相對(duì)于建造防護(hù)林帶，積沙帶不需要消耗額外的水分，只要嚴(yán)格管護(hù)，防止破壞就不會(huì)造成新的危害。

(4)本文的成果可直接運(yùn)用于綠洲邊緣的防沙阻沙。在課題研究的過(guò)程中，還設(shè)置了一種“可移動(dòng)式積沙沙障”已申請(qǐng)獲得了國(guó)家專利，其實(shí)現(xiàn)思路是：將此可移動(dòng)式積沙沙障設(shè)置在沙丘脊線上，將綠洲邊緣積沙帶上的多個(gè)沙丘的沙脊線連接成一條線，就可以阻截堆積流沙，形成沿沙障設(shè)置線(沙脊線)的堆積帶，促使沙脊線繼續(xù)增高和沙丘增大。當(dāng)阻擋截留的沙堆高至積沙沙障不能有效阻截堆積流沙時(shí)，或者沙脊線發(fā)生位移時(shí)，可垂直向上撥高沙障或者撥出沙障重新設(shè)置在新的沙脊線上，這樣就能人工促進(jìn)積沙帶和增高增大。而且，可移動(dòng)式積沙沙障能有效保護(hù)積沙帶的穩(wěn)定性。

[1] 常兆豐, 張劍揮, 唐進(jìn)年, 王強(qiáng)強(qiáng), 張大彪, 朱淑娟, 張國(guó)中.河西綠洲邊緣積沙帶與環(huán)境因子的關(guān)系.生態(tài)學(xué)雜志, 2012, 31(6): 1548-1555.

[2] 張新時(shí).天山北部山地-綠洲-過(guò)渡帶——荒漠系統(tǒng)的生態(tài)建設(shè)與可持續(xù)農(nóng)業(yè)范式.植物學(xué)報(bào), 2001, 43(12): 1294-1299.

[3] 王蕙, 趙文智, 常學(xué)向.黑河中游荒漠綠洲過(guò)渡帶土壤水分與植被空間變異.生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 27(5): 1731-1739.

[4] 張林靜, 岳明, 張遠(yuǎn)東, 顧峰雪, 潘曉玲, 趙桂仿.新疆阜康綠洲荒漠過(guò)渡帶主要植物種的生態(tài)位分析.生態(tài)學(xué)報(bào), 2002, 22(6): 969-972.

[5] 劉冰, 趙文智, 楊 榮.荒漠綠洲過(guò)渡帶檉柳灌叢沙堆特征及其空間異質(zhì)性.生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 28(4): 1446-1455.

[6] 于春堂, 楊曉暉, 尹偉倫, 慈龍駿.鄂爾多斯高原北緣唐古特白刺灌叢沙包的空間分布格局分析.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 30(5): 39-45.

[7] 邢文娟, 雷加強(qiáng), 王海峰, 李生宇, 靳正忠, 曾凡紅.荒漠一綠洲過(guò)渡帶風(fēng)況及輸沙勢(shì)分析——以策勒縣為例.干旱區(qū)研究, 2008, 25(6): 894-898.

[8] 唐立松, 張佳寶, 程心俊, 高新蓮, 杜恩昊.干旱區(qū)綠洲荒漠交錯(cuò)帶土地退化及生態(tài)重建.干旱區(qū)研究, 2002, 19(3): 43-48.

[9] 張建兵, 熊黑鋼, 李寶富, 龍?zhí)?綠洲-荒漠過(guò)渡帶不同植被覆蓋度下土壤水分的變化規(guī)律研究.干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2009, 23(12): 161-166.

[10] Ni J R, Li Z S, Mendoza C.Vertical profiles of aeolian sand mass flux.Geomorphology, 2002, 49(3/4): 205-218.

[11] 馮大軍, 倪晉仁, 李振山.風(fēng)沙流中不同粒徑組沙粒的輸沙量垂向分布實(shí)驗(yàn)研究.地理學(xué)報(bào), 2007, 62(11): 1194-1203.

[12] Parsons A J, Wainwright J, Schlesinger W H, Abrahams A D.The role of overland flow in sediment and nitrogen budgets of mesquite dunefields, southern New Mexico.Journal of Arid Environments, 2003, 53(1): 61-71.

[13] Wang X, Wang T, Dong Z, Liu X, Qian G.Nebkha development and its significance to wind erosion and land degradation in semi-arid northern China.Journal of Arid Environments, 2006, 65(1): 129-141.

[14] Hesp P, McLachlan A.Morphology, dynamics, ecology and fauna ofArctothecapopulifoliaandGazaniarigensnabkha dunes.Journal of Arid Environments, 2000, 44(2): 155-172.

[15] Langford R P.Nabkha (coppice dune) fields of south-central New Mexico, U.S.A..Journal of Arid Environments, 2000, 46(1): 25-41.

[16] Dougill A J, Thomas A D.Nebkha dunes in the Molopo Basin, South Africa and Botswana: Formation controls and their validity as indicators of soil degradation.Journal of Arid Environments, 2002, 50(3): 413-428.

[17] 夏訓(xùn)誠(chéng), 趙元杰, 王富葆, 曹瓊英, 穆桂金, 趙景峰.紅柳沙包的層狀特征及其可能的年代學(xué)意義.科學(xué)通報(bào), 2004, 49(13): 1337-1338.

[18] 張萍, 哈斯, 岳興玲, 莊燕美.白刺灌叢沙堆形態(tài)與沉積特征.干旱區(qū)地理, 2008, 31(6): 926-932.

[19] 曹成有, 蔣德明, 駱永明, 寇振武.小葉錦雞兒防風(fēng)固沙林穩(wěn)定性研究.生態(tài)學(xué)報(bào), 2004, 24(6): 1178-1186.

[20] Werner B T.A steady-state model of wind-blown sand transport.The Journal of Geology, 1990, 98(1): 1-17.

[21] Anderson R S, Haff P K.Wind modification and bed response during saltation of sand in air.Acta Mechanica, 1991(Suppl.1): 21-52.

[22] Butterifeld G R.Near-bed mass flux profiles in aeolian sand transport: high-resolution measurements in a wind tunnel.Earth Surface Processes and Landforms, 1999, 24(5): 393-412.

[23] 汪萬(wàn)福, 王濤, 李最雄, 張偉民.敦煌莫高窟崖頂灌木林帶防風(fēng)固沙效應(yīng).生態(tài)學(xué)報(bào), 2004, 24(11): 2492-2500.

[24] 程皓, 李霞, 侯平, 裴玉亮.塔里木河下游不同覆蓋度灌木防風(fēng)固沙功能野外觀測(cè)研究.中國(guó)沙漠, 2007, 27(6): 1022-1026.

[25] 常兆豐, 張劍揮, 王強(qiáng)強(qiáng), 朱淑娟, 張大彪, 樊寶麗, 唐進(jìn)年, 劉世增.河西綠洲邊緣積沙帶的穩(wěn)定性及其生態(tài)效應(yīng).生態(tài)學(xué)雜志, 2014, 33(2): 433-439.

[26] 常兆豐, 安富博, 樊寶麗.荒漠生態(tài)觀測(cè)研究方法.蘭州: 甘肅科學(xué)技術(shù)出版社, 2010: 62-63.

[27] 常兆豐, 樊寶麗, 王強(qiáng)強(qiáng).我國(guó)防沙治沙的現(xiàn)狀、問(wèn)題與出路——以民勤沙區(qū)為例.西北林學(xué)院學(xué)報(bào), 2012, 27(4): 93-99.

[28] 劉世增, 常兆豐, 張劍揮, 唐進(jìn)年, 王強(qiáng)強(qiáng), 張大彪, 朱淑娟, 張國(guó)中, 樊寶麗.甘肅河西綠洲邊緣積沙帶所表征的氣候環(huán)境信息.干旱區(qū)研究, 2013, 30(2): 364-371.

[29] 甘肅省民勤治沙綜合試驗(yàn)站.甘肅沙漠與治理.蘭州: 甘肅人民出版社, 1975: 37-38.

[30] 毛東雷, 雷加強(qiáng), 李生宇, 再努拉, 王翠, 周杰.策勒沙漠-綠洲過(guò)渡帶不同下墊面的輸沙通量及粒度差異特征.干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2014, 28(2): 167-174.

[31] 買買提艾力·買買提依明, 繆啟龍, 王延慧, 何清.塔克拉瑪干沙漠北緣過(guò)渡帶紫外輻射和總輻射特征.中國(guó)沙漠, 2013, 33(6): 1816-1823.

[32] 王葆芳, 劉星晨, 任培政.烏蘭布和沙地人工綠洲防護(hù)林體系模式生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià).干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2002, 16(2): 60-67.

[33] 崔學(xué)明, 閆潔, 陳友君, 李紹良, 韓鵬.沙丘小氣侯對(duì)沙地環(huán)境作用的綜述.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2008, 29(4): 257-263.

The ecological significance of accumulated sand-belts along the oasis edge of Hexi of Gansu

CHANG Zhaofeng1,2,*, WANG Qiangqiang1,2, ZHANG Jianhui1,2, ZHU Shujuan1,2, FAN Baoli1,2,TANG Jinnian1,2, ZHANG Dabiao1,2, LIU Shizeng1,2, LI Aide1,2, ZHANG Guozhong1,2

1MinqinNationalStationforDesertSteppeEcosystemStudies,Minqin733300,China2GansuDesertControlResearchInstitute,Lanzhou730070,China

In the desert area in Hexi of Gansu, China, an accumulated sand-belt formed along the oasis edge, especially at the upwind places, during the process of desert control.The accumulated sand-belt took over 50years to form and is a byproduct of combating desertification from afforestation and barriers-setting.In this study, we conducted a comprehensive analysis of the accumulated sand-belts along the Hexi oasis edge as well as data from 21samples to determine the ecological functions and significance of the accumulated sand-belts.The results showed that: 1) The accumulated sand-belt, as a byproduct of combating desertification along the oasis edge, has a function of blocking wind and sand.2) Height is an important factor determining the wind-blocking function of an accumulated sand-belt.The taller and bigger the accumulated sand-belts are, the wider the scope of wind-blocking.3) Currently, the accumulated sand-belt along the Hexi oasis edge is still in the developmental stage.As long as it is under control, the invasion of moving sands into nearby farmlands will be minimal.In the future, the emphasis of desert control should be focused on the accumulated sand-belts, especially on the sand ridgeline of the accumulated sand-belt.The desert-oasis ecotone (resistive sand-belt) should be fenced, without the need for other containment measures.In this way, areas for implementing artificial measures for desert control will be greatly decreased, which will be helpful in reducing the funds invested and in improving the investment returns in combating desertification.

oasis edge;accumulated sand-belt;ecological significance;Hexi of Gansu

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41261102)

2014-07-19; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期:

日期:2015-05-21

10.5846/stxb201407191469

*通訊作者Corresponding author.E-mail: czf123@sina.com

常兆豐, 王強(qiáng)強(qiáng),張劍揮, 朱淑娟,樊寶麗, 唐進(jìn)年, 張大彪,劉世增,李愛(ài)德,張國(guó)中.河西綠洲邊緣積沙帶的生態(tài)意義.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(24):8046-8052.

Chang Z F, Wang Q Q, Zhang J H, Zhu S J, Fan B L,Tang J N, Zhang D B, Liu S Z, Li A D, Zhang G Z.The ecological significance of accumulated sand-belts along the oasis edge of Hexi of Gansu.Acta Ecologica Sinica,2015,35(24):8046-8052.