機(jī)械沙障與治沙植物不同配置防風(fēng)固沙效益研究

閆鑫苒 張倪斌 宋政梅 孫桂麗 鄭旭 王璞 各文婷 吉小敏

摘要：機(jī)械沙障與植物治沙對治理荒漠化土地，固定活化沙丘，降低荒漠化危害具有重要的作用，為了解機(jī)械沙障與治沙植物不同配置防風(fēng)固沙效益，以吐魯番市高昌區(qū)公相村荒漠化土地為研究對象，在研究區(qū)內(nèi)4種不同的治理模式，通過實(shí)地試驗(yàn)分析不同治理模式的植物保存率，防風(fēng)效能，地表粗糙度，風(fēng)速廓線，輸沙量，地表蝕積深度等防風(fēng)固沙效益指標(biāo)，對比不同配置模式的活化沙丘的治理效果，結(jié)果表明：①機(jī)械沙障對治沙植物的生長起到了良好的保護(hù)作用，植物存活率大于80%，草方格沙障在初期對植物的保護(hù)作用大于高立式沙障，梭梭初期的生長情況弱于同等沙障保護(hù)下的檉柳；②4種治理模式均具有良好的防風(fēng)效益，草方格沙障在0.4m以下的防風(fēng)效能優(yōu)于高立式沙障，在0.4m以上，高立式沙障的防風(fēng)效能更好，同等保護(hù)條件下的檉柳防風(fēng)效能優(yōu)于梭梭；草方格沙障的地表粗糙度大于高立式沙障，檉柳的防風(fēng)效能優(yōu)于梭梭；③草方格沙障在0.4m以下的阻沙效益優(yōu)于高立式沙障，但總體阻沙效益弱于高立式沙障，在相同沙障中，檉柳的阻沙效益優(yōu)于梭梭；4種治理模式對地表均具有良好的固定作用，草方格沙障優(yōu)于高立式沙障，沙面形態(tài)更加平穩(wěn)，檉柳對土壤的固定作用優(yōu)于梭梭。綜上所述，草方格沙障與檉柳的治理模式防風(fēng)固沙效益最佳。

關(guān)鍵詞： 機(jī)械沙障、治沙植物、防風(fēng)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，是在脆弱生態(tài)條件下由于人為強(qiáng)度活動(dòng)、經(jīng)濟(jì)開發(fā)、資源利用與環(huán)境不相協(xié)調(diào)下出現(xiàn)了類似荒漠景觀的土地生產(chǎn)力下降的環(huán)境退化過程[1]。導(dǎo)致土地退化，生態(tài)環(huán)境破壞，影響自然環(huán)境、物種多樣性、生態(tài)平衡，造成了生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的多種損失[2-3]?；哪闹卫砜滩蝗菥彛瑱C(jī)械沙障與治沙植物是治理荒漠化的主要措施，機(jī)械沙障通過改變下墊面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，降低風(fēng)速，攔截過境風(fēng)沙[4]；治沙植物生長后可以有效固定地表土壤，修復(fù)生態(tài)環(huán)境，起到長期治理效果[5]；為了防止治理區(qū)域脆弱的生態(tài)環(huán)境被進(jìn)一步破壞，在治理時(shí)選擇機(jī)械沙障的材料多為植物枝條、多年生草本植物[6]，獲取難度低，便于運(yùn)輸，成本低廉；治沙植物多選擇本地區(qū)優(yōu)勢樹種，要求抗風(fēng)耐寒，生存能力強(qiáng)，且在長成后可以有效改善區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境，有效遏制沙化土地的擴(kuò)張[7-8]。本研究以吐魯番市高昌區(qū)公相村北側(cè)荒漠化土地中布設(shè)的治理模式為研究對象，通過對機(jī)械沙障與治沙植物不同配置的治理模式進(jìn)行植物生長情況的調(diào)查、防風(fēng)效能、阻沙效益、固沙效益的測定研究，得出機(jī)械沙障與治沙植物不同配置的治理效益，目的在于探究更適合吐魯番高昌區(qū)荒漠化土地的治理模式，探究何種機(jī)械沙障與治沙植物的治理效益更好，可以更有效的改善治理區(qū)域生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)區(qū)域內(nèi)生態(tài)恢復(fù)，為治理荒漠化土地，促進(jìn)生態(tài)修復(fù)進(jìn)程提供依據(jù)[9-10]。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于新疆維吾爾自治區(qū)吐魯番市高昌區(qū)恰特喀勒鄉(xiāng)公相村，試驗(yàn)區(qū)地處東經(jīng)89°19'～89°20'，北緯42°83'～42°84'，海拔-154m，東臨哈密，西、南與巴音郭楞蒙古自治州的和靜等縣毗連，北隔天山與烏魯木齊市及昌吉回族自治州奇臺(tái)等縣相接。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)為典型的大陸性荒漠氣候，春季較為短暫，開春時(shí)間早，氣溫上升較快，夏季天氣極端炎熱，日照時(shí)間長[11]；多大風(fēng)天氣，最大風(fēng)速可達(dá)24.7m/s，蒸發(fā)量大，沙塵暴頻發(fā)，降雨量極??；自然生長植物有沙拐棗、檉柳、駱駝刺等，覆蓋率較低，不足6%，土壤以風(fēng)沙土為主，有部分棕漠土；多荒漠化土壤與鹽堿土地，在氣候條件以及人為活動(dòng)的影響下，自然環(huán)境較為脆弱[12]。

2 試驗(yàn)布設(shè)與研究方法

2.1 試驗(yàn)布設(shè)

試驗(yàn)布設(shè)于高昌區(qū)公相村附近生物工程治理區(qū)中，將機(jī)械沙障與治沙植物綜合布設(shè)為4種治理模式（見表1），布設(shè)沙障分為2種類型，1材料為蘆葦，利用鐵絲固定連接在水泥樁上的高立式沙障，2是材料為蘆葦桿的草方格沙障，栽種植物為梭梭、檉柳。高立式沙障高度1.0m，孔隙度為10%，傾斜角度為85°，沙障間距為50m，高立式沙障固定用水泥柱進(jìn)行固定，水泥柱埋深0.8m；草方格沙障規(guī)格為1m×1m，高度為0.3m，孔隙度為10%，埋深0.4m。

2.2 研究方法

①在4種治理模式內(nèi)采用計(jì)數(shù)法測定植物保存率；

②在沙障后使用Windmate Wm200小型手持風(fēng)速儀測量0.1m、0.25m、0.4m、0.55m、0.7m、1m等6個(gè)高度的風(fēng)速，與裸沙地測量結(jié)果進(jìn)行比對，以此研究4種治理模式對防風(fēng)效能的影響。

③利用美國產(chǎn)HOBO U30小型氣象站測定近地表0.1m與2m的風(fēng)速，以此計(jì)算地表粗糙度，與裸沙地對比，研究4種治理模式對地表粗糙度變化的影響[13-14]。

④在沙障后設(shè)置集沙儀，裸沙地做為對照，集沙儀設(shè)定5個(gè)高度，根據(jù)前人研究成果，集沙盒距離為0.15m，測量高度為0.1m、0.25m、0.4m、0.55m、0.7m的輸沙量，以此來計(jì)算4種治理模式的輸沙量、阻沙效益。

⑤在沙障后及裸沙地設(shè)置測釬，每道沙障前后及裸沙地各設(shè)置測釬2根，測釬長0.5m，埋深0.25m，共計(jì)42根，測量4種治理模式的蝕積程度。

⑥將以上測定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，綜合進(jìn)行主成分分析，對比4種不同治理模式的治理效益。

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Word Processing System 2018進(jìn)行整理計(jì)算，利用SPSS 2017數(shù)據(jù)分析，用origin 2018進(jìn)行統(tǒng)計(jì)圖表的繪制。

利用測釬法測定4種治理模式的下墊面蝕積量，原埋深 0.25m，覆蓋位置在0.25m以上為正數(shù)，覆蓋位置在0.25m以下為負(fù)數(shù)，原埋深0.25m處為水平線，為0點(diǎn)，繪制蝕積曲線圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 4種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術(shù)能否有效恢復(fù)生態(tài)環(huán)境的重要指標(biāo)[16]，試驗(yàn)樣地內(nèi)栽種主要治沙植物為梭梭、檉柳，（見圖1），由圖1可知，4種不同治理模式的樣地中，植物保存率的范圍為80-87%，均高于80%；CC模式與其他治理模式間存在顯著差異（P<0.05）；CS模式植物保存率顯著大于單獨(dú)布設(shè)高立式沙障的治理模式（P<0.05），同時(shí)布設(shè)高立式沙障的治理模式間植物保存率無顯著差異；綜合來看，草方格沙障的植物保存率優(yōu)于高立式沙障，檉柳的植物保存率優(yōu)于梭梭，高立式沙障后的梭梭檉柳植物保存率接近。

3.2 4種治理模式的防風(fēng)效益

3.2.1 4種治理模式的防風(fēng)效能

防風(fēng)效能是指研究區(qū)（不同治理模式樣地）與對照區(qū)（裸沙地）相比降低風(fēng)速的比率，是評(píng)價(jià)治理模式的固沙效益的重要指標(biāo)之一[17]。對4種不同類型的治理模式在0.10m、0.25m、0.40m、0.55m、0.70m、1.00m，6個(gè)不同高度測量其風(fēng)速，并計(jì)算不同高度的防風(fēng)效能（如圖2所示）。由圖2可知，不同治理模式的防風(fēng)效能隨測量高度的增加逐漸減小。

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