全 文 ：0 引言
沙冬青是中国干旱荒漠区唯一的超旱生常绿阔叶
灌木[1]，个体高度一般为80 cm，冠幅200 cm×250 cm，
具有抗旱、抗寒、耐贫瘠的特点，枝条繁茂，且大多在基
部分枝，成匍匐状或斜倚状，侧枝沙埋后生长更好，是
优良的防风固沙植物[2-4]。长期以来，沙冬青的引种保
护和开发利用研究一直受到林业科研单位的重视，其
潜在的生态价值普遍受到林业科技工作者的关注，先
后开展了广泛的引种驯化和人工栽培试验[5-7]，在甘肃
民勤、陕西榆林、宁夏中卫、内蒙磴口等地的引种均取
得成功，并在民勤建立了小面积的人工种群，对沙冬青
种质资源的保护和开发利用起到积极作用。但是，截
基金项目：甘肃省技术研究与开发专项计划项目“甘肃沙冬青种群生态与保育技术研究”（0709TCYH036）；国家农业成果转化资金项目
（2010GB2G100489）。
第一作者简介：徐秀芸，女，1982年出生，在读硕士，研究方向：水土保持与荒漠化防治。
通讯作者：张进虎，男，1982年出生，甘肃会宁人，研实员，硕士。通信地址：730070甘肃省兰州市安宁区北滨河西路390号，E-mail：115927526@qq.
com。
收稿日期：2010-07-19，修回日期：2010-09-07。
沙冬青与几种常见物种的防风阻沙效能定量研究
徐秀芸 1，张进虎 2，朱国庆 2，尉秋实 2，李得禄 2，严子柱 2，何芳兰 2，王炜炜 3
（1甘肃农业大学林学院，兰州 730070；2甘肃省治沙研究所，兰州 730070；
3国家林业局泡桐研究开发中心，郑州 450003）
摘 要：在沙冬青生态防护方面的研究只有少量的定性描述，没有定量的结论，在一定程度上限制了其推
广应用。笔者采用多通道风速风向采集仪和阶梯式集沙仪在单株水平上测定沙冬青、梭梭、沙蒿和柠条
不同位置的风速和集沙量，并进行了计算和对比分析，定量揭示了沙冬青在生态防护方面的优越性，为
今后干旱荒漠区生态环境建设的物种选择提供理论依据。
关键词：沙冬青；防风阻沙效能；定量研究
中图分类号：Q948.1 文献标志码：A 论文编号：2010-2204
Quantitative Research on Wind and Set Sand Performance of Ammopiptanthus
and Several Common Shrubs
Xu Xiuyun1, Zhang Jinhu2, Zhu Guoqing2, Yu Qiushi2, Li Delu2,
Yan Zizhu2, He Fanglan2, Wang Weiwei3
(1The Forestry College of Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070;
2Gansu Desert Control Research Institute, Lanzhou 730070;
3Paulownia Research and Development Center of State Forestry Administration, Zhengzhou 450003)
Abstract: There were no quantitative conclusions, only small qualitative description in the study of
Ammopiptanthus’ecological protection, which limited its application to some extent. This article determined
wind and set sand respectively of one Ammopiptanthus, Haloxylon, Artemisia and Caragana in different
locations using multi-channel wind speed and direction acquisition instrument. Moreover, calculated and
analyzed comparatively, showed the superiority of Ammopiptanthu in ecological protection quantitatively, to
provide a theoretical basis for the species selection in the ecological environment construction in arid desert
area.
Key words: Ammopiptanthus; wind and set sand performance; quantitative study
中国农学通报 2011,27(04):21-25
Chinese Agricultural Science Bulletin
中国农学通报 http://www.casb.org.cn
止目前，对沙冬青防风阻沙效能的研究只有少量的定
性描述[8]，无定量研究，在一定程度上限制了沙冬青在
生态环境建设中的推广应用。因此，笔者对沙冬青与
当地生态环境建设中常采用的植物种梭梭、沙蒿、柠条
的防风阻沙效能在单株水平上进行了定量对比研究，
揭示其防护效益，为今后生态环境建设的物种选择提
供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
试验地位于腾格里沙漠西南缘、河西走廊东北部
石羊河流域下游的民勤西沙窝（薛百乡），地理位置
E102°59′05″，N38°34′28。所在区域北、西、南
3面间相分布有低山残丘，盆地内多连绵起伏的固定和
半固定沙丘、低洼丘间地、戈壁，耕地沿人工跃进渠聚
集于盆地中轴线上，人工绿洲以农田、人工灌木林和农
田防护林为主，外围多为沙质荒漠化土地。整体地势
由西南向东北倾斜；地面平均坡降 1‰，海拔 1350 m。
研究区日照强烈，干旱少雨，气温变幅大，风大沙多，属
于典型干旱荒漠气候。年均气温7.6℃，多年平均极端
最高气温 39.4℃，极端最低气温 30.8℃，年均降水量
113.8 mm，年均蒸发量 2604.3 mm，干燥度 5.15，年均
日照时数 2799.4 h，≥10℃积温 3036.4℃，无霜期 175
天，年均风速 2.45 m/s，多年平均瞬时最大风速 22.35
m/s，主导风向为西北风，多年平均 8级以上大风日数
37.7天，沙尘暴日数 26.8天，年均扬沙日数 32.9天，浮
尘日数18.9天。
1.2 试验时间、地点
试验于 2010年 4月 15日—20日在民勤治沙站进
行观测。
1.3 试验材料
选 取 梭 梭（Haloxylon ammodendron）、沙 蒿
（Artemisia desertorum）、柠条（Caragana korshinskii）与
沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）为研究对象。4
种植物的生物特征见表1。
1.4 试验方法
观测时，除沙冬青外其他3种植物均未展叶。试验
场设于四周开阔的流动平沙地上，规格为10 m×10 m。
将这4种植物分别移栽于试验场中同一位置进行轮流
观测。
1.4.1 风速观测 采用中科院沙漠与沙漠化重点实验室
研制的多通道风速风向采集仪，观测点分别布设于迎
风面 1倍树高处，背风面 1倍、3倍树高处，分别记
为－1H、1H、3H，在旷野设立对照点。观测高度为50 cm
和20 cm，采样时间20 min，采样间隔10 s。
1.4.2 集沙观测 采用 10孔阶梯式集沙仪，高度为
20 cm，每 2 cm为 1层，分别布设旷野及背风面 1H及
3H处。观测时，集沙仪布设竖立，进沙口面与主风向
垂直，底部与地面平齐，同时打开3个集沙仪的口盖开
始观测，观测时间为 20 min，沙样带回试验室用
1/10000感量天平分层称重。防风（阻沙）效能计算采
用以下公式：
Ex为x观测点处的防风（阻沙）效能；Vx、Vk分别为
x处和旷野处的风速（集沙量）。
2 结果与分析
2.1 防风效能分析
对 2个高度处所测得风速数据分别进行平均处
理，得出风速变化曲线（见图1）和防风效能统计表（见
表1）。当20 cm高度风（近地面风速）分别经过4种植
物时，对风速都有一定程度的防护作用，但防护效能各
不相同。在迎风面－1H至背风面 3H范围内沙冬青、
梭梭、沙蒿、柠条的防风效能分别为 24.09%、1.54%、
10.08%、3.59%。沙冬青的防风效能明显高于其他3种
植物，分别是梭梭、沙蒿、柠条的15.64倍、2.39倍、6.71
倍。由此可知，其防风效能顺序为：沙冬青＞沙蒿＞柠
条＞梭梭。当50 cm高度的风分别经过4种植物时，只
有沙冬青具有明显的防护作用，而其他 3种植物对风
的影响很小。在迎风面－1H至背风面3H范围内沙冬
青、梭梭、沙蒿、柠条的防风效能分别为 17.27%、
3.40%、7.96%、6.15%，沙冬青的防风效能分别是梭梭、
沙蒿、柠条的 5.06倍、2.17倍，2.8倍，其防风效能顺序
为：沙冬青＞沙蒿＞柠条＞梭梭。
表1 4种植物的生物特征
物种
沙冬青
梭梭
沙蒿
柠条
高度/cm
65
130
76
160
冠幅/cm
116×112
110×70
80×70
130×110
主干高/cm
0
25
10
5
结构类型
紧密
透风
疏透
透风
植物种
沙冬青
梭梭
沙蒿
柠条
观测位置
20 cm
－1H
27.57
13.26
27.45
14.70
1H
29.27
-5.73
5.93
-2.63
3H
15.41
-2.92
-3.15
-1.29
平均
24.09
1.54
10.08
3.59
50 cm
—1H
26.17
2.56
16.96
1.43
1H
16.92
5.01
8.31
11.41
3H
8.72
2.63
-1.38
5.60
平均
17.27
3.40
7.96
6.15
表2 4种植物的防风效能统计 %
·· 22
徐秀芸等：沙冬青与几种常见物种的防风阻沙效能定量研究
当风经过植物时，各测点处的风速都会有一定程
度的改变，但其防风效能随着测点与植物距离不同而
有差异明显（见表2）。对20 cm高度风来说，沙冬青背
风面 1H处的防护效能最大（29.27%），迎风面－1H处
次之（27.57%），背风面3H处最小（15.41%）；梭梭迎风
面－1H处的防护效能最大，而背风面 1H、3H处的防
风效能为负值，说明这2个测点处风速加强；沙蒿迎风
面－1H处的防风效能最大（27.45%），背风面 1H处次
之，3H处最小；柠条迎风面－1H的防风效能为14.7%，
背风面 1H、3H处对风速有不同程度的加强作用。对
于 50 cm高度风来说，沙冬青和沙蒿都是迎风面－1H
处的防风效能最大，背风面 1H处次之，3H处最小；梭
梭和柠条背风面 1H处防护效能最大，迎风面－1H处
最小。经上述分析可知，沙冬青和沙蒿对 20 cm和
50 cm高度风都有良好的防护作用，而梭梭和柠条对
20 cm高度风在 1H和 3H处有不同程度的加强作用，
对50 cm高度风影响很小。
一般地，当风经过植物时，增加地表粗糙度，加之
植物对风的阻挡，气流主要从植物两侧和上部通过，由
于摩擦和碰撞等作用，风的动量减小，速度逐渐降低；
当风越过植物后，由于涡旋作用，风速会迅速降低，在
植被背后形成1个低风区，然后随着距离变大，风速也
会增大，直至恢复为旷野风速。沙冬青和沙蒿基部多
分枝，贴近地面生长，对风有较大的阻挡和摩擦作用，
当近地面和50 cm高度风经过时，都会被有效地消弱，
但此时沙冬青冠幅较大、枝叶繁茂、结构紧密，对风有
很强的摩擦阻挡作用，而沙蒿未展叶，疏透度高，致使
沙冬青防风效能明显高于沙蒿。梭梭和柠条此时也未
展叶，结构疏透，对风的阻挡、摩擦作用较小，因而防风
效能较差，且当风经过植物时，由于枝下高较高的缘
故，起到“峡管”效应，对风有加强作用，特别是梭梭最
为明显，促进了风蚀。
2.2 阻沙效能分析
一般情况下，风沙流在运动过程中，遇到植物阻
挡，近地面风速会被削弱，风的动量随之减小，所含沙
物质的量也随之减少，一部分沙粒开始沉降，输沙量降
低。但有时风速会被加强，风的动量随之增大，所含沙
物质的量随之增大，输沙量增大。当风沙流经沙冬青
时，1H和3H处近地面风速都被有效地降低，加之结构
比较紧密，贴近地面生长，对沙粒有明显的阻挡作用，
导致越过和透过植株的沙粒减少（见图2A），起到良好
的阻沙作用，阻沙效能为16.47%。当风沙流经过梭梭
和柠条时，近地面风速被加强，加之主干比较高，结构
疏透，植株对沙粒几乎没有阻挡作用，当风速增大时，
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
旷野 ?H 1H 3H
观测位置
风
速
/(m/s
)
沙冬青 梭梭 沙蒿 柠条
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
旷野 ?H 1H 3H
观测位置
风
速
/(m/s
)
沙冬青 梭梭 沙蒿 毛条
图1 4种植物不同高度处风速变化
20 cm高度处风速变化曲线 50 cm高度处风速变化曲线
沙冬青
梭梭
沙蒿
柠条
旷野集沙量/g
166.79
96.68
45.62
73.65
1H
集沙量/g
131.23
110.05
68.02
122.16
阻沙效能/%
21.32
-13.83
-49.10
-65.87
3H
集沙量/g
147.42
143.41
54.76
78.50
阻沙效能/%
11.61
-48.34
-20.04
-6.58
平均阻沙效能/%
16.47
-31.08
-34.57
-36.23
表3 4种植物阻沙效能统计
·· 23
中国农学通报 http://www.casb.org.cn
就地起沙，导致植株后的集沙量增加（见图B、D），阻
沙效能分别为-31.08%，-36.23%。当风沙流经过沙蒿
时，近地面风速被降低，结构疏透，对风沙流具有一定
的阻挡作用，当风沙流越过和穿过沙蒿时，风沙流一部
分因风速降低而沉降，一部分因植株的摩擦作用而沉
降沙蒿后（见图C），形成沙舌，起到良好的固沙效果，
但其阻沙能力不强，阻沙效能为-34.57%。由此可知，
沙冬青具有明显的阻沙能力，沙蒿具有明显的固沙能
力，梭梭和柠条对风有增强作用，促进风蚀。
3 结论与讨论
4种植物的防风效能从大到小的顺序为：沙冬青
＞沙蒿＞柠条＞梭梭。沙冬青对近地面风速的防风效
能为 24.09%，分别是沙蒿、柠条、梭梭的 2.39倍、6.71
倍、15.64倍；对50 cm高度风速的防风效能为25.94%，
分别是沙蒿、柠条、梭梭的3.26倍、5倍、7.63倍。沙冬
青具有明显的阻沙效果，阻沙效能为16.47%，而其他3
种植物的阻沙效能为负数；沙蒿具有明显的固沙作用，
而梭梭和柠条促进了风蚀。
笔者的定量研究结论和前人的定性结论相一致，
充分说明了沙冬青是一种优良的防风固沙植物，加之
本身为干旱荒漠区唯一的常绿灌木，具有抗热、抗旱、
抗寒、耐盐碱、耐贫瘠、耐沙埋等特性，克服了其他植物
在春秋季节因未展叶或落叶，而不能很好地发挥防风
阻沙作用的弱点。由于试验条件的限制，笔者只在单
株尺度上进行了研究，没有扩展到林分水平，故此结论
还存在着一定的不足，还需进一步深入研究。
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A(沙冬青)
0
10
20
30
40
50
60
0～ 2 2～ 4 4～ 6 6～ 8 8～ 1
0
10～
12
12～
14
14～
16
16～
18
18～
20
积沙高度/cm
积
沙
量
/g
旷野 1H 3H
B(梭梭)
05
1015
2025
3035
4045
0～ 2 2～ 4 4～ 6 6～ 8 8～ 1
0
10～
12
12～
14
14～
16
16～
18
18～
20
积沙高度/cm
积
沙
量
/g
旷野 1H 3H
图2 4种植物集沙量随高度变化曲线
C(沙蒿)
0
5
10
15
20
25
30
0～ 2 2～ 4 4～ 6 6～ 8 8～ 1
0
10～
12
12～
14
14～
16
16～
18
18～
20
积沙高度/cm
积
沙
量
/g
旷野
1H
3H
D(柠条)
0
10
20
30
40
50
60
0～ 2 2～ 4 4～ 6 6～ 8 8～ 1
0
10～
12
12～
14
14～
16
16～
18
18～
20
积沙高度/cm
积
沙
量
/g
旷野1H3H
积
沙
量
/g
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