毛烏素沙地流動沙丘不同沙障組合措施的防風(fēng)固沙效益評價

石 麟， 李紅悅， 趙雨興， 任余艷， 何金軍，于鳳強， 哈斯額爾敦

（1.鄂爾多斯市林業(yè)和草原科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017010；2.北京市廣渠門中學(xué)，北京 100001；3.鄂爾多斯市林業(yè)和草原事業(yè)發(fā)展中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017010；4.北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部自然資源學(xué)院，北京 100875）

沙障固沙是沙區(qū)廣泛采用的一種能有效固定流沙和促進植物固沙的必要措施。基本原理是通過影響下墊面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，減少風(fēng)沙流通量和改變地表蝕積狀況等，從而起到快速固定流沙的作用［1］。沙障技術(shù)的應(yīng)用最初為滿足沙區(qū)鐵路、公路和高壓線等維護需要［2-3］，后來被廣泛應(yīng)用于沙漠化治理中。沙障材料的選擇和布設(shè)首要考慮防風(fēng)固沙效益外，還要取決于各種材料獲取程度的難易，區(qū)域自然條件、施工難易及沙障成本等綜合因素。沙障材料主要包括生物沙障和機械沙障兩大類。毛烏素沙地因其水熱條件較好，多年來一些優(yōu)良固沙灌木樹種和多年生草本植物常被用作植物再生沙障應(yīng)用于防沙治沙中，其中最具代表性的為沙柳沙障和沙蒿沙障。董智等［4-6］對沙柳沙障設(shè)置規(guī)格、設(shè)置方式、防風(fēng)固沙效益進行了系統(tǒng)的研究。草方格沙障因其成本低廉，是早期流沙治理的首選，也是目前國內(nèi)應(yīng)用范圍最廣，最具代表性，研究最為深入的沙障類型［7］，2013年以來，鄂爾多斯水利局改進麥草設(shè)置方式，以網(wǎng)格麥草編織草繩鋪設(shè)的方式在毛烏素沙地進行了探索和實踐，并在同類地區(qū)進行了大面積推廣［8］。另外，隨著材料科學(xué)的發(fā)展，各種新型材料如PLA可降解纖維沙障、紗網(wǎng)沙障逐漸也被應(yīng)用到毛烏素流沙固定工程中，眾多學(xué)者［9-13］對沙障單一初設(shè)后的防護作用、阻沙效果進行了深入的研究，通過相應(yīng)野外觀測［14-16］和等比例實體沙障風(fēng)洞流場模擬［17-18］對沙障各方面防護機理、地表蝕積特征及障內(nèi)蝕積形成的風(fēng)沙流場過程進行了分析。結(jié)果表明，各類沙障均起到有效的防風(fēng)固沙效應(yīng)。但長期實踐證明，單一的沙障措施下常出現(xiàn)沙丘活化速率加快、植被恢復(fù)較慢、沙障破損度期縮減的問題。又開展了對沙障布設(shè)方式的研究，但大多側(cè)重于通過野外觀測、風(fēng)洞試驗［19-20］與數(shù)據(jù)模擬［21］等設(shè)障高度、設(shè)障間距、防護距離間的配置優(yōu)化研究。區(qū)域性沙漠化土地治理經(jīng)驗證明，因地制宜選擇沙障的基礎(chǔ)上再配置固沙植物種的優(yōu)化措施更行之有效。此外，沙障環(huán)境對氣流、風(fēng)沙及植被空間分布的再分配已得到了比較全面的定性認識，學(xué)者們［22-23］認為，將機械沙障與生物措施相結(jié)合，更能有效提高流沙治理的效率，以促進植被的良性生長和沙地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。且沙障鋪設(shè)后對提高植被恢復(fù)速率也有所不同［24-26］，但目前對機械沙障與生物固沙配置組合措施下的防風(fēng)固沙效益與形成的地表形態(tài)反饋研究較為匱乏。

本文以毛烏素沙地腹地鄂爾多斯烏審旗圖克鎮(zhèn)梅林廟嘎查為試驗地，以當(dāng)?shù)厍げ迕饶跣暂^強、資源豐富的沙柳再生沙障、水利工程常用的草繩沙障，以及近年新興的PLA 纖維沙障為基礎(chǔ)，障內(nèi)再配置當(dāng)?shù)剡m應(yīng)性較強的先鋒固沙植物種的措施，開展各類沙障組合措施下的防風(fēng)固沙效益對比研究，以期為區(qū)域大面積的防風(fēng)固沙工程提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為地處毛烏素沙地腹地的內(nèi)蒙古自治區(qū)烏審旗東北部的圖克鎮(zhèn)沙區(qū)（38°53′26″～38°53′47″N，109°13′47″～109°14′23″E；圖1）。地表景觀以新月形沙丘及新月形沙丘鏈為主，沙丘走向呈NE～SW 向，高度一般在數(shù)米至十余米，迎風(fēng)坡較緩，坡度約5°～20°；背風(fēng)坡較陡，坡度約25°～35°。該區(qū)屬半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，冬季干冷多風(fēng)，夏季炎熱少雨，年均氣溫7.2 ℃，年降水量為379 mm，蒸發(fā)量2113 mm，年均風(fēng)速3 m·s-1，3—5月風(fēng)沙活動頻繁［27］。研究區(qū)植被主要以沙生植被為主，主要有油蒿（Artemisia ordosica）、沙米（Agriophyllum pungens）、蟲實（CorispermumL.）、沙竹（Psammochloa villosa）、沙柳（Salix psammophila）、羊柴（Hedysarum laeve）等沙生植物。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location map of the study area

2 材料與方法

2.1 試驗材料

試驗采用沙柳、草繩、PLA（聚乳酸纖維）3 種沙障材料（圖2）。沙柳沙障選用具有再生能力的一、二年生沙柳活枝條；PLA 沙障是一種新型生物基可降解纖維管狀沙障，以木薯、淀粉等生物質(zhì)為原料制成的一種高分子圓筒管狀織物，管徑約8～10 cm；草繩沙障材料為麥草，采用麻花編織法將其編織成單根直徑2.5 cm草繩，再將兩根擰為一根使用。

圖2 沙障組合措施初設(shè)效果Fig.2 Laying effects of sand barrier combination

2.2 研究方法

2.2.1 試驗布設(shè) 2017 年10 月下旬植被漸進休眠期，選取大小、走向、坡度相近且周圍無障礙的獨立平緩新月形流動沙丘（植被蓋度小于5%，坡度＜15°，坡長15～20 m），在其迎風(fēng)坡按東西走向與流動沙丘南北走向垂直，分別在3 個獨立的沙丘上分別布設(shè)沙柳S1（1 m×1 m）、沙柳S3（3 m×3 m）、PLA P1（1 m×1 m）、PLA P3（3 m×3 m）、草繩C1（1 m×1 m）、草繩C3（3 m×3 m）共6種組合格狀沙障，根據(jù)新月形流動沙丘特征，沙障主要布設(shè)在沙丘迎風(fēng)坡坡腳至丘頂約4/5的范圍，沙丘頂部一般不設(shè)置沙障，主要利用風(fēng)的削蝕作用，把沙丘頂部削平緩，恢復(fù)自然植被，既起到防風(fēng)固沙效能又起到節(jié)約材料成本的效果，為降低相鄰沙障和地形間的影響，布設(shè)相鄰規(guī)格沙障時中間間隔5 m 裸沙區(qū)。沙障設(shè)置的基礎(chǔ)上，為促進植被快速恢復(fù)，采用沙障與固沙植物種組合的優(yōu)化措施，于2018年雨季前后在障格內(nèi)撒播一定比例的楊柴(Hedysarum laeve)、大籽蒿(Artemisia sieversiana)固沙植物種，后植被保持自然恢復(fù)，2019年春季開展風(fēng)沙觀測試驗。

沙柳沙障采用現(xiàn)砍現(xiàn)栽扦插栽植的方法，將所取沙柳截斷，地面留高20 cm，埋深30～40 cm，沙障孔隙度50%～60%，翌年成活率可達45%～55%；草繩沙障障高6 cm，直接平鋪于沙面，交叉處用沙柳條扦插固定；PLA沙障將沙袋一端打結(jié)，從另一端將流動風(fēng)沙土填充到袋內(nèi)，邊裝邊沿線平鋪，障高8 cm。

同時選取附近裸沙丘為對照區(qū)，以下簡稱對照。分別對不同規(guī)格實驗區(qū)進行風(fēng)沙觀測（采用HOBO 風(fēng)速儀和階梯式集沙儀觀測）和障內(nèi)微形態(tài)測定（圖3）。

圖3 風(fēng)速、積沙、障內(nèi)微形態(tài)測定現(xiàn)場Fig.3 Site for determination of wind speed sand transport rate and barrier shape in field

2.2.2 防風(fēng)效能測定 在S、P、C組合沙障沙丘分別選擇迎風(fēng)坡坡中水平方向同坡位沙障障格中心平行架設(shè)HOBO風(fēng)速儀，其中對照沙丘相應(yīng)高度、曠野2 m 高度始終同步觀測，風(fēng)杯設(shè)置0.1 m、0.3 m、0.5 m、1 m 和2 m 共5 個高度，數(shù)據(jù)采集間隔時間為10 s，所測風(fēng)速為瞬時風(fēng)速，每一部位測定時間根據(jù)風(fēng)力大小及風(fēng)向穩(wěn)定性進行調(diào)整，觀測時間20～30 min，取其連續(xù)10 min 為1 組數(shù)據(jù)，觀測期間風(fēng)向風(fēng)速見圖4。觀測期間，空曠地風(fēng)向介于NW～NNW之間，風(fēng)速范圍4～14 m·s-1。其中NNW風(fēng)所占頻率比例最大（43.75%），平均風(fēng)速8.94 m·s-1，NW 方向次之（39.20%），平均風(fēng)速9.17 m·s-1。

圖4 觀測期間風(fēng)向風(fēng)速頻率玫瑰圖Fig.4 Wind rose diagram during observation

利用所獲風(fēng)速計算防風(fēng)效能，防風(fēng)效能計算公式如下：

式中：Eh表示高度為h處防風(fēng)效能（%）；Vh0表示對照沙丘高度為h0處平均風(fēng)速（m·s-1）；Vh表示沙障內(nèi)高度為h處平均風(fēng)速（m·s-1）。本試驗選取對照沙丘200 cm高度風(fēng)速（h0）作為基準。

2.2.3 輸沙量測定 短期風(fēng)蝕觀測選擇在風(fēng)速測定的同時，在各沙丘的中上坡與下坡3 種材料不同規(guī)格的障格中心布設(shè)20 cm 高度的階梯式集沙儀，積沙盒間隔2 cm（共10 個積沙盒），積沙口面積為2 cm×2 cm，積沙儀內(nèi)置10個積沙筒分別連接10個入口，對不同沙障材料措施下墊面的輸沙量進行同步對比觀測，達到試驗風(fēng)速開始計時，每次觀測10 min，共3組平行實驗。采集的沙物質(zhì)樣品進行稱重（精度為0.001 g），從而獲得輸沙量數(shù)據(jù)［28］。

輸沙量降低率計算公式如下：

式中：ΔQ為輸沙量降低率（%）；Q0為對照裸沙丘同部位輸沙率（g·min-1·cm-1）；Qt為測點輸沙率（g·min-1·cm-1）。

2.2.4 障內(nèi)微地形測定 2019 年春季風(fēng)季后，采用插釬法對各類沙障組合布設(shè)沙丘的坡下、坡中上部位不同規(guī)格障內(nèi)地表形態(tài)測定，各規(guī)格區(qū)選取3 個障格作為重復(fù)實驗對象。以障格為邊界，以沙障原始高度并平行于沙面自建基準面，采用剛性鐵網(wǎng)四周固定木樁為支撐保持水平，沿障格間隔5 cm進行等間距劃分，在橫縱交叉處插釬做標(biāo)記，量取各交點到水平基準面的垂直距離D值，得到不同相對蝕積深度值H（H=H0-D，H0為沙障高度），所測相對蝕積深度數(shù)據(jù)利用Surfer 15.3 軟件，選用克里金插值法，完成對地表形態(tài)的3D 曲面模擬，并對障內(nèi)不同相對蝕積深度范圍所占格內(nèi)面積進行計算。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同沙障組合措施下的防風(fēng)效能分析

防風(fēng)效能是反映地表障礙物有效降低風(fēng)速的重要指標(biāo)，設(shè)置沙障能有效的起到降低地表風(fēng)速的作用，而沙障材料、設(shè)障高度、孔隙度的差異是影響沙障防風(fēng)效能的主要因素［29］。由于測定過程風(fēng)速變化較大，本試驗采用同時觀測對照裸沙丘相應(yīng)高度風(fēng)速比值為基準，對4個高度風(fēng)速效能進行比較，分析3種沙障材料組合措施下對地上不同高度處風(fēng)速效能的影響情況。

從表1可以看出，3種沙障材料組合措施的防風(fēng)效能最大值均出現(xiàn)在近地表0.1 m 高度處，達到了80.29%，在2 m 高度處風(fēng)速效能降低，最大值僅為11.22%，且表現(xiàn)出隨障格增大防風(fēng)效能降低的趨勢，這與以往有關(guān)研究中防風(fēng)效能隨高度增加、沙障規(guī)格增大而減少的變化趨勢一致［30-31］。除0.5 m、2 m 離地面較高處防風(fēng)效能差異不顯著外，近地表相同高度、同種規(guī)格下比較，整體上沙柳再生沙障的降低風(fēng)速效能均比草繩沙障、PLA 沙障措施下顯著。

表1 3種沙障組合措施防風(fēng)效能值Tab.1 Wind protection effectiveness value of three sand barrier measures

近地表0.1 m 高度1 m×1 m 規(guī)格下防風(fēng)效能表現(xiàn)為：S1、C1 防風(fēng)效能相當(dāng)，分別高于P1 9.8%、7.64%，3 m×3 m規(guī)格下S3防風(fēng)效能最佳，但降低風(fēng)速效能與P3 差異不顯著，兩者分別高于C3 3.37%、3.18%。0.3 m 高度1 m×1 m 規(guī)格下同樣表現(xiàn)為：S1防風(fēng)效能最佳，P1 次之，S1 降低風(fēng)速效能分別高于其他2 種沙障措施4.39%、8.12%，雖然C1 防風(fēng)效能最差但與P1 防風(fēng)效能僅差3.73%，差異不顯著，3 m×3 m 規(guī)格下3 種沙障措施下，隨著風(fēng)速高度和沙障規(guī)格的增加均表現(xiàn)出防風(fēng)效能遞減的趨勢，且降低風(fēng)速效能差異不顯著。

3.2 不同沙障組合措施下的阻沙效能分析

輸沙量變化是表征地表風(fēng)力蝕積的重要指標(biāo)，可直觀的反應(yīng)不同下墊面的阻沙效益，也是衡量沙區(qū)沙害程度的重要指標(biāo)之一［32］。

由圖5可以看出，沙柳、PLA、草繩3類沙障組合措施下均有不同程度的降低近地表輸沙率的作用，各類措施在不同坡位、各規(guī)格作用下的輸沙量變化幅度分別介于46%～99%、12%～51%和10%～71%，平均值依次為：75%、35%和43%，輸沙量降低率整體上表現(xiàn)為：沙柳＞草繩＞PLA。3 種沙障材料措施下迎風(fēng)坡輸沙量降低率在沙丘各區(qū)域分布表現(xiàn)均為：中上坡高于下坡。同規(guī)格同坡位沙障間輸沙量降低率平均值進行比較，1 m×1 m 規(guī)格下，各部位均表現(xiàn)為：S1＞C1＞P1；3 m×3 m 規(guī)格下，坡下輸沙量降低率表現(xiàn)為：S3＞P3＞C3，隨著坡位的增加，中上坡又表現(xiàn)出P3、C3差異不顯著的現(xiàn)象。3類沙障材料措施下同坡位均呈隨障格增大輸沙量降低率降低的趨勢，這與以往輸沙量隨障格規(guī)格變化趨勢研究結(jié)果一致［33］。

圖5 不同類型下墊面各測點輸沙量降低率Fig.5 Reduction rate of sediment transport at each measuring point on different types of underlying surface

3.3 不同沙障組合措施下的障內(nèi)蝕積凹曲面特征

格狀沙障不僅有阻擋外來風(fēng)沙流的作用，對原有沙面還起到固定作用。在氣流渦旋的長期作用下，使障格內(nèi)原始沙面充分蝕積后可形成穩(wěn)定凹曲面，是沙障地表蝕積、沙障效果最直觀的表現(xiàn)［34］。而沙障材料、規(guī)格的差異性是導(dǎo)致凹曲面形成的主要因素。植被更新2 a后，各類沙障障內(nèi)曲面特征圖顯示，不同沙障優(yōu)化措施下，障內(nèi)地形發(fā)生了明顯變化，而且起伏形態(tài)因措施不同存在明顯差異。

根據(jù)不同沙障組合措施下障內(nèi)相對蝕積深度分布狀況與擬合凹曲面形態(tài)如圖6、圖7所示。6種規(guī)格沙障在設(shè)障撒播固沙植物種2 a后，格內(nèi)蝕積差異明顯，且呈現(xiàn)出因設(shè)障措施不同障內(nèi)形態(tài)特征有明顯差異。整體障內(nèi)形態(tài)峰谷并存，沙柳沙障措施下侵蝕最低點出現(xiàn)在上風(fēng)側(cè)中間部位，四周沙障附近為沙粒阻滯沉積區(qū)，呈現(xiàn)為兩側(cè)高中間低的向風(fēng)向開口的“簸箕”狀凹曲面。PLA和草繩沙障措施侵蝕最低點均位于障格中心處，且N～NW～N方位的侵蝕明顯大于S～ES～S方位，呈現(xiàn)出中心低周圍高較規(guī)則的“漏斗狀”凹曲面。同類沙障障格微形態(tài)整體相似，但不同坡位、不同規(guī)格之間，存在蝕積程度差異，造成坡下蝕積深度普遍深于中上坡，小規(guī)格障內(nèi)凹曲面相對平緩，但大規(guī)格障內(nèi)存在凹凸不平，中心與周圍蝕積深度差異較大現(xiàn)象。

圖6 中上坡不同沙障措施下相對蝕積深度分布與凹曲面形態(tài)Fig.6 Relative distribution of erosion and depositional depth and concave surface shape under different sand barrier measures on the middle and upper slope

圖7 下坡不同沙障措施下相對蝕積深度分布與凹曲面形態(tài)Fig.7 Relative distribution of erosion and depositional depth and concave surface shape under different sand barrier measures downhill slope

由表2 可知，各類沙障措施整體表現(xiàn)為侵蝕大于堆積，坡下相對侵蝕深度、侵蝕面積均大于中上坡的現(xiàn)象。其中C3 相對侵蝕面積最大，坡中上、坡下分別達到96.88%和97.22%。

表2 不同相對蝕積深度范圍的格內(nèi)面積百分比Tab.2 Area percentage of different ranges of relative erosion and deposition depth in each checkerboard

坡中上部，沙柳沙障組合措施下，S1 障內(nèi)曲面略有起伏，蝕積深度范圍在-10～10 cm 之間，最低點距沙面7.9 cm，69.44%的相對蝕積深度面積分布在-5～5 cm 之間。S3 障內(nèi)起伏明顯增大，蝕積深度范圍延伸至-25～15 cm 之間，-10～0 cm 區(qū)組深度范圍面積占比最大，達35.94%，障內(nèi)最低點呈順風(fēng)向下移動的趨勢，最低點距沙面深度增加至23.7 cm。PLA 和草繩沙障組合措施下，P1、C1 蝕積深度范圍均分布在-15～10 cm 之間，較S1 深度范圍略有增加，P1 中-10～-5 cm 的蝕積深度分布達55.56%，C1中-5～5 cm 的蝕積深度分布范圍也在50%左右，且P1、C1 相對蝕積深度分別達10.4 cm、10.3 cm。P3、C3 隨著障格的增加均表現(xiàn)出蝕積深度范圍和相對蝕積深度增加的現(xiàn)象，蝕積深度范圍擴大到-30～5 cm，最低點深度分別達27.5 cm、25.2 cm，其中C3中-25～15 cm 區(qū)組深度范圍面積占比達51.56%，相對幾種措施下最不光滑，地表起伏波動最大。

下坡部位，S1、P1、C1中P1相對侵蝕面積最大，僅-5～0 cm蝕積深度范圍面積占比達61%，C1次之，S1侵蝕面積占比最小，且S1最大蝕積深度范圍40%分布在0～5 cm 之間，呈現(xiàn)出弱堆積狀態(tài)，最低點距沙面深度分別為8.7 cm、10.7 cm和10.4 cm。S3、P3、C3 表現(xiàn)出與坡中上部位隨規(guī)格增加蝕積深度范圍和相對蝕積深度均增加的相同規(guī)律，除C3外另兩類各深度區(qū)組面積占比分布較均勻，障內(nèi)相對較平滑，C3 相對侵蝕面積占比最大，-25～-15 cm 區(qū)組深度范圍面積占比達61.66%。

4 討論

沙障加以固沙植物種的優(yōu)化措施改變了流動沙丘表面的物理結(jié)構(gòu)特征，可再生沙柳沙障、PLA沙障和草繩沙障措施下均能起到有效的降低地表風(fēng)速和阻沙的效果，所有處理平均風(fēng)速和輸沙量均低于流動沙丘對照。3種沙障材料優(yōu)化措施下具有疏透性的直立式沙柳再生沙障對氣流具有較強的累加降低效應(yīng)，而草繩和PLA 沙障障高較低矮、表面光滑，且孔隙度密實，使得過境氣流仍然保持過障后抬升加速的規(guī)律繼續(xù)向前運行。這與以往［35-37］對不同材質(zhì)的沙障研究中，防風(fēng)固沙效果主要取決于其結(jié)構(gòu)差異的結(jié)論相一致。在1 m×1 m 較小規(guī)格中，易在障內(nèi)形成小區(qū)域渦流，形成不穩(wěn)定風(fēng)速，隨著障格增大和所測風(fēng)速高度位置的增加這種現(xiàn)象逐漸減小。劉曉波［38］也認為，沙障規(guī)格越大，影響近地表的風(fēng)速能力越小，風(fēng)沙流對地表的侵蝕作用越強。同時，不同沙障優(yōu)化措施的固沙阻沙效果在沙丘不同區(qū)域之間存在差異，沙柳沙障由于其再生萌孽性，能有效消減風(fēng)的搬運能力，且隨著坡位的增加、風(fēng)速的增強，積沙范圍延伸較遠，表現(xiàn)出較穩(wěn)定的降低輸沙量的特性。PLA、草繩沙障由于障高低于風(fēng)沙運動蠕移層，且為緊密型材料，在氣流流速較低的坡下雖能起到固沙作用，但隨著坡位的增加，當(dāng)較強輸沙氣流通過沙障時，一部分夾沙氣流受不透風(fēng)障礙物的阻擋被迫抬升，使障體高度以下通過的氣流大幅減少，風(fēng)速迅速降低，同時由于障格的影響，使得氣流的活動層被抬高，相應(yīng)輸沙量也被提升至一個新高度，導(dǎo)致PLA、草繩沙障地表輸沙率的加大，均表現(xiàn)出較不穩(wěn)定的阻沙效果。兩者相比較由于制作工藝不同，草繩沙障表面較PLA沙障粗糙，1 m×1 m 較小規(guī)格下能表現(xiàn)出較優(yōu)于PLA沙障的阻沙效果，但隨著障格的增加這種優(yōu)勢也趨于減小。綜合沙障組合防風(fēng)效能和輸沙量分析結(jié)果，沙柳再生沙障組合效果最佳，且防風(fēng)效應(yīng)和阻沙效果兩者之間基本呈正相關(guān)關(guān)系。1 m×1 m規(guī)格的PLA、草繩沙障組合，適宜布設(shè)于沙丘迎風(fēng)坡坡底，這與袁立敏等［15］在烏蘭布和沙漠地區(qū)的實驗結(jié)論相吻合。但在選用小規(guī)格活植物體沙障固沙，還需要避免因規(guī)格過小，密度過大造成對固沙植物的后期更新生長影響［39］。

流場結(jié)構(gòu)和風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)之間的互饋作用［40-41］促使沙丘表面發(fā)生侵蝕或堆積，導(dǎo)致地表形態(tài)發(fā)生變化，障格凹曲面的形成受盛行風(fēng)向、防護材料，沙障規(guī)格等影響存在差異，是人工固沙體系防護效果最直觀的體現(xiàn)。毛烏素沙地烏審旗沙區(qū)，沙柳再生沙障、PLA沙障、草繩沙障與固沙植物種的優(yōu)化組合模式下，同種沙障材料措施下在沙丘不同區(qū)域呈相似形態(tài)。沙柳再生沙障優(yōu)化措施下當(dāng)氣流通過具有一定孔隙度的障體時，對截留挾沙氣流包含的不同粒度沙物質(zhì)有一定的過濾作用，使部分沙粒得以沉降，下風(fēng)向障體周圍產(chǎn)生少量堆積，加之障內(nèi)固沙植物種的累加固沙作用，整體呈弱蝕積狀態(tài)。而PLA、草繩2 種沙障因材質(zhì)緊密，積沙范圍較窄，可能存在非均勻水平渦流，致使障格中心周圍侵蝕嚴重，撒播植物種也因風(fēng)蝕保存率較低，且實地觀測上風(fēng)向沙障沙埋現(xiàn)象嚴重，阻沙作用大大降低。蝕積深度范圍效應(yīng)也因障格的增大，障內(nèi)中心距障體距離也隨之增大，氣流速度較強，致使地表形態(tài)相對趨于不規(guī)整，蝕積面積和蝕積深度逐漸增加，這與張登山等［42-43］對不同規(guī)格麥草方格沙障蝕積效應(yīng)變化趨勢、以及可降解纖維沙障凹曲面穩(wěn)定性研究結(jié)果一致。

障內(nèi)蝕積特征顯示，不同類型沙障優(yōu)化措施下沙丘地表均以受到侵蝕為主。對比輸沙量降低率與相對蝕積深度范圍結(jié)果，可能是由于下坡部位處于丘間低地過渡帶，伴有少量植被生長，加之采取沙障配以固沙植物種的優(yōu)化措施，障內(nèi)植被隨之而生，使得沙丘固定下的植被恢復(fù)速率加快，導(dǎo)致下坡部位沙源不夠充足，障內(nèi)地表長期受到侵蝕后沙物質(zhì)不能得以補充，最終出現(xiàn)下坡侵蝕量高于中上坡的現(xiàn)象，二者呈非正相關(guān)關(guān)系。王麗英等［44］也認為，設(shè)障沙丘不同部位的防風(fēng)效應(yīng)以丘間低地防風(fēng)效應(yīng)最大。以往沙障工程效果的好壞、沙障材料及規(guī)格的篩選均以布設(shè)沙障控制風(fēng)速和阻沙效果為評價指標(biāo)［45-47］。而筆者認為，人工建立固沙植被體系一段時間后的障內(nèi)地表蝕積特征是客觀考量工程措施優(yōu)劣的最直接體現(xiàn)，在今后應(yīng)用過程中，必須要對各指標(biāo)獨立分析，再建立相關(guān)聯(lián)系，才能客觀公正的評價出最適合的工程措施。再者，本實驗沙障布設(shè)方法以及固沙植物種的選擇均以該地區(qū)林業(yè)重點工程成效應(yīng)用為參考，在沙障材料和固沙植物種對流沙適應(yīng)性選擇上具有局限性，而植被重建后對土壤的長效影響、固沙植物種的優(yōu)化選擇以及流沙固定重建穩(wěn)定后的生態(tài)效益評價有待進一步研究。

5 結(jié)論

沙障配以固沙植物種組合措施下的防風(fēng)阻沙效益，因沙障材料、規(guī)格、布設(shè)位置不同產(chǎn)生不同程度的差異，通過試驗結(jié)果的分析討論，得出以下結(jié)論。

（1）1 m×1 m 沙柳再生沙障組合措施降低風(fēng)速效能最優(yōu)，3 m×3 m草繩、PLA組合措施效能相當(dāng)且表現(xiàn)較差。

（2）沙柳再生沙障組合措施下阻沙效應(yīng)較強且穩(wěn)定，1 m×1 m 規(guī)格下，草繩沙障組合措施較優(yōu)于PLA 沙障組合措施，但隨著障格的增大在不同坡位間表現(xiàn)不穩(wěn)定。

（3）各類沙障組合措施下障內(nèi)微地形主要受NW～NNW風(fēng)向控制，在相類似區(qū)域開展防沙治沙工程布設(shè)沙障時，應(yīng)考慮當(dāng)?shù)刂黠L(fēng)方向，格狀沙障設(shè)置應(yīng)以一個障邊走向與主風(fēng)方向垂直或夾角稍大于90°為宜。

（4）草繩、PLA2種沙障組合措施下均表現(xiàn)出由N～NW～N 弱風(fēng)蝕方位帶向障格中心強侵蝕區(qū)變化的相似形態(tài)，且在坡位間障內(nèi)形態(tài)差異不明顯。

（5）坡下相對侵蝕深度范圍較大，且同種沙障材料下大規(guī)格較為明顯。3 m×3 m草繩沙障措施下坡上、坡下相對侵蝕面積分別達96.88%和97.22%，在幾類沙障措施下相對侵蝕面積最大。

（6）沙柳再生格狀沙障配以當(dāng)?shù)毓躺持参锓N優(yōu)化措施障內(nèi)形態(tài)較穩(wěn)定，防護期較長，可實現(xiàn)初期快速固定，后期穩(wěn)定持續(xù)的固沙植被特征。后期平茬利用宜可提供大量飼草料，較單一機械沙障更能提升綜合治理的效能。