全 文 ：第２７卷第５期
２０１３年１０月
水土保持学报
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｉｌ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ
Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．５
Ｏｃｔ．，２０１３
　
　　收稿日期：２０１３－０６－２２
　　基金项目：国家自然科学基金项目“沙柳沙障对流沙环境变异与天然植物定居的影响及机制”（３０９７２４２０）
　　作者简介：王丽英（１９８６－），女，硕士研究生，主要从事风沙区治理与植被恢复研究。Ｅ－ｍａｉｌ：５２９５０６９９７＠ｑｑ．ｃｏｍ
　　通讯作者：李红丽（１９７２－），女，博士，副教授，硕士生导师，主要从事风沙区治理与植被恢复研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｈｌ＠ｓｄａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
沙柳方格沙障对库布齐沙漠防风固沙效应的影响
王丽英，李红丽，董 智，王丽琴，刘凤婵
（山东农业大学 林学院，山东省土壤侵蚀与生态修复重点实验室／泰山森林生态站，山东 泰安２７１０１８）
摘要：以流沙为对照，设置年限为２，４，７年规格为１．５ｍ×１．５ｍ的沙柳方格沙障沙丘为研究对象，测定各
沙丘丘间地、迎风坡底部、迎风坡中部、迎风坡中上部、沙丘顶部、背风坡中部和背风坡底部７个部位的风
速、输沙量及蚀积状况，探讨沙障对防风固沙效应的影响。结果表明：沙柳沙障对风速的降低作用随设障
年限的延长呈增强趋势，设障沙丘在０．２ｍ处较２ｍ处风速显著降低，３种设障沙丘的防风效果以设障４
年为最好，２年最差；设障沙丘不同部位的防风效应由沙丘两侧坡脚向沙丘顶部减弱，迎风坡的防风效果大
于背风坡，且以丘间低地防风效应最大。沙障具有增大地表粗糙度、减小输沙量与减弱蚀积强度的作用，
输沙量、风蚀强度与设障年限成反比，随设障年限增长，输沙量与蚀积强度呈不同程度地减小，设障年限与
沙障中心风蚀深度间遵循一元二次方程的变化趋势，沙丘不同部位的输沙量与蚀积强度自沙丘两侧向丘
顶呈增大变化趋势。
关键词：沙柳方格沙障；Ｋ值；粗糙度；输沙量；库布齐沙漠
中图分类号：Ｓ１５７．１　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１００９－２２４２（２０１３）０５－０１１５－０４
Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｓａｌｉｘ　ｐｓａｍｍｏｐｈｉｌａ　Ｃｈｅｃｋｅｒｂｏａｒｄ　Ｓａｎｄ　Ｂａｒｒｉｅｒ　ｏｎ
Ｗｉｎｄ　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｓａｎｄ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｉｎ　Ｋｕｂｕｑｉ　Ｄｅｓｅｒｔ
ＷＡＮＧ　Ｌｉ－ｙｉｎｇ，ＬＩ　Ｈｏｎｇ－ｌｉ，ＤＯＮＧ　Ｚｈｉ，ＷＡＮＧ　Ｌｉ－ｑｉｎ，ＬＩＵ　Ｆｅｎｇ－ｃｈａｎ
（Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｓｏｉｌ　Ｅｒｏｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ，Ｔａｉｓｈａｎ　Ｆｏｒｅｓｔ
Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉ’ａｎ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２７１０１８）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｍｏｂｉｌｅ　ｄｕｎｅ　ａｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅ　Ｓａｌｉｘ　ｐｓａｍｍｏｐｈｉｌａｃｈｅｃｋｅｒｂｏａｒｄ　ｓａｎｄ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｗｈｉｃｈ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｗａｓ　１．５ｍ×１．５ｍ，ｗｉｔｈ　ｐｅｒｉｏｄ　ｏｆ　２ａ，４ａａｎｄ　７ａｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｗｉｎｄ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ａｎｄ
ｔｈｅ　ｅｒｏｓｉｏｎ－ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｓｔａｔｕｓ　ａｔ　ｓｅｖｅｎ　ｌｏｃａｔｉｏｎｓ（ｔｈｅ　ｌｏｗ　ｌａｎｄ，ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｗｉｎｄｗａｒｄ　ｓｌｏｐｅ，ｔｈｅ　ｍｉｄｄｌｅ
ｐａｒｔ　ｏｆ　ｗｉｎｄｗａｒｄ　ｓｌｏｐｅ，ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｗｉｎｄｗａｒｄ　ｓｌｏｐｅ，ｔｈｅ　ｔｏｐ　ｐａｒｔ，ｔｈｅ　ｍｉｄｄｌｅ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｌｅｅｗａｒｄ　ｓｌｏｐｅ，
ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｌｅｅｗａｒｄ　ｓｌｏｐｅ）ｏｆ　ｄｕｎｅ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ：Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓａｌｉｘ
ｐｓａｍｍｏｐｈｉｌａ　ｃｈｅｃｋｅｒｂｏａｒｄ　ｓａｎｄ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｏｎ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｗｉｎｄ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｔｅｎｄｅｄ　ｂｅｔｔｅｒ　ａｌｏｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｅｒｉｏｄ
ｌｏｎｇｅｒ．Ａｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｈｅｉｇｈｔ　ｏｆ　２ｍ，ｔｈａｔ　ｏｆ　０．２ｍｈａｄ　ａ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｏｎ　ｗｉｎｄ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ．Ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ
ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｉｎｄｂｒｅａｋ，ｔｈｅ　４－ｙｅａｒ　ｓａｎｄ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　２－ｙｅａｒ　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｗｏｒｓｔ．Ｔｈｅ　ｗｉｎｄｂｒｅａｋ
ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｄｕｎｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓａｎｄ　ｂａｒｒｉｅｒ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌｏｃａｔｉｏｎｓ，ｔｈａｔ　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｆｒｏｍ　ｆｏｏｔｓ　ｏｆ　ｓｌｏｐｅ　ｔｏ
ｔｈｅ　ｔｏｐ，ａｎｄ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｗｉｎｄｗａｒｄ　ｗａｓ　ｂｅｔｔｅｒ　ｔｈａｎ　ｌｅｅｗａｒｄ．Ｔｈｅ　ｌｏｗ　ｌａｎｄ　ｈａｄ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｗｉｎｄｂｒｅａｋ．
Ｂａｒｒｉｅｒ　ｃｏｕｌｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ，ｒｅｄｕｃｅ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ａｎｄ　ｗｅａｋｅｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ
ｐｒｏｄｕｃｔ．Ｔｈｅ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ａｎｄ　ｗｉｎｄ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｗａｓ　ｉｎｖｅｒｓｅｌｙ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｂａｒｒｉｅｒ
ｐｅｒｉｏｄ　ｔｅｎｄｓ　ｌｏｎｇｅｒ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｅｒｉｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｌｏｎｇｅｒ，ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ａｎｄ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｒｅｄｕｃｅｄ
ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｄｅｇｒｅｅｓ．Ｔｈｅ　ｐｅｒｉｏｄ　ｏｆ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｙｅａｒ　ｗａｓ　ｕｎａｒｙ　ｑｕａｄｒａｔｉｃ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗｉｎｄ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ｄｅｐｔｈ　ａｔ　ｃｅｎｔｅｒ
ｏｆ　ｃｈｅｃｋｅｒｂｏａｒｄ　ｓａｎｄ　ｂａｒｒｉｅｒ．Ｔｈｅ　ｓｅｄｉｍｅｎｔ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｉｎｄ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ｓｈｏｗｅｄ　ａ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ
ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｆｒｏｍ　ｆｏｏｔｓ　ｏｆ　ｓｌｏｐｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｏｐ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓａｌｉｘ　ｐｓａｍｍｏｐｈｉｌａ　ｃｈｅｃｋｅｒｂｏａｒｄ　ｓａｎｄ　ｂａｒｒｉｅｒ；Ｋｖａｌｕｅ；ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ；ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｏｆ　ｓａｎｄ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ；
Ｋｕｂｕｑｉ　ｄｅｓｅｒｔ
荒漠化是当前全球广泛关注的重大环境问题之一。风沙活动与干旱则是沙漠环境的重要特征。在我国，
风沙活动十分广泛［１］，在干旱、半干旱甚至半湿润地区均有分布［２］。多年来我国沙漠治理的生产实践表明，在
DOI:10.13870/j.cnki.stbcxb.2013.05.014
自然环境条件恶劣的地区，沙障不仅是控制流沙的主要措施，更是恢复植被的重要先导措施和必要条件，在植
被恢复过程中起着积极作用。沙柳沙障是在沙面上设置的以沙柳为原材料的一种沙障，相对于其他类型沙障
而言，沙柳沙障具有设置成本低、作用时间久、能改善沙地土壤理化性质，而且如果季节合适，还可形成生物篱
而起到工程治沙及生物治沙的双重目的［３］。关于沙柳沙障的研究在近些年才开始，董智［４－５］等在对库布齐沙漠
穿沙公路防沙体系研究时讨论了其类型和设置规格、方式；高永等比较分析了１１种沙柳低立式方格沙障的防
风固沙效益、规格及成本效益比，提出了不同规格沙障的效益成本比参数［３］。李红丽［６－７］等研究了沙柳沙障对
土壤粒度参数、分形维数及化学性质的影响；但目前对设置沙障之后沙丘防风固沙效应的空间与时间变化的研
究欠缺。本文研究了沙丘在沙柳方格沙障的作用下，随时间延长沙丘风速、粗糙度和输沙量及输沙量的变化，
意在探索沙柳沙障防风固沙的空间动态变化规律，可以为沙障对沙丘不同部位微环境的改良提供科学依据，并
可为流沙植被恢复在部位、方式与途径上提供科学参考，因而对防止流沙扩展，促进沙漠化逆转和植被恢复都
具有重要意义。
１　研究区概况
研究区位于库布齐沙漠北部独贵塔拉镇至乌兰加巴沟的穿沙公路两侧。区内沙漠广布，多为流动新月形
沙丘。研究区属典型温带大陆性气候，年均气温６．１℃，年降水量２８６．３ｍｍ，年均风速４．４ｍ／ｓ，最大风速
２４．０ｍ／ｓ，年大风天数１５～４８ｄ，主导风为 ＷＮＷ 风，次主风为ＳＥＳ，沙丘由西北向东南呈往复摆动式前进［４］。
研究区植被种类贫乏，滩地为大面积的盐生草甸和零星的白刺沙堆、芦苇，植被覆盖度达５０％以上。沙生
植被在固定沙丘、半固定沙丘主要优势物种为油蒿、虫实、猪毛菜、雾冰藜、灰绿藜、稗草、狗尾草和牛心朴子等，
在穿沙公路建设期间进行了籽蒿、油蒿、杨柴、花棒、沙拐枣等植物种的飞播。流动、半流动沙丘优势物种为沙
米、沙竹、沙芥等，植被覆盖率为０．５％～１％。
２　材料与方法
２．１　样地选择
２０１２年４－５月份，经过实地踏查，在研究区选择沙柳沙障集中分布、且有不同设置年限的区域作为试验
区。采用空间替代时间的方法，选取高度、坡度、走向等沙丘属性相近的流动沙丘与不同时间设置的沙柳沙障
的沙丘（以下称不同设障年限沙丘）作为试验沙丘。试验沙丘高度为９～１０ｍ，迎风坡坡度为１７°～２０°，背风坡
为３３°～３４°，沙丘走向为北偏西约１５°。沙柳方格沙障在迎风坡与背风坡均全面铺设，垂直于主风向设置，障高
３０ｃｍ，沙障规格１．５ｍ×１．５ｍ。样地分为４种类型：流动沙丘（记为Ｄ０）、设障２年沙丘（记为Ｄ２）、设障４年
沙丘（记为Ｄ４）和设障７年沙丘（记为Ｄ７），每种类型沙丘选择３个。
２．２　观测方法
（１）风速测定与计算：采用 Ｈｏｂｏ便携式自动小气候站与多点自记式风速仪，在典型大风日，测定４类沙丘
各个部位沙障内２，１，０．２ｍ高处风速Ｖ２、Ｖ１、Ｖ０．２，取各个点位不同高度的平均风速，分别计算１，０．２ｍ处较２
ｍ高处风速降低百分比。
（２）地表粗糙度计算：与风速测定同一时间，在测定沙丘不同部位３个高度风速的基础上，利用２ｍ和０．２
ｍ高处的风速计算各点位的地表粗糙度［８］。
（３）输沙量测定：与测定风速同步，在每个测定沙障障格旁边的沙障内，设置１台沙尘采集仪收集输沙量，
集沙仪每层的集沙口高度为５ｃｍ，宽度为５ｃｍ，测定高度为５０ｃｍ，每次收集１５～３０ｍｉｎ，然后用１／１０００的天
平称重后，计算输沙量［８］。
图１　不同沙丘在１，０．２ｍ处风速百分比变化
３　结果与分析
３．１　沙柳方格沙障的防风效应
由图１可知，沙柳方格沙障可以有效降低近地表风速。与
Ｄ０ 相比，Ｄ２、Ｄ４、Ｄ７３种不同设障年限沙丘在１ｍ与０．２ｍ高
处风速降低百分比分别为１．７０％，５．２３％，６．１４％和１２．５３％，
３６．０２％，３０．６３％，沙障对１ｍ高处的风速影响微弱，而对近地
表２０ｃｍ的风速影响较大。这与沙障高度在３０ｃｍ左右有关，
在该高度范围内，沙障可有效削弱流过障体的风速，从而使近地
面２０ｃｍ的风速降低。整体而言，沙障对风速的降低作用随着沙障设置年限的增长而增大。
６１１ 水土保持学报　　　 　　 第２７卷
图２　不同设障沙丘不同部位Ｋ值
　　设定 Ｋ 为沙障减弱风速百分比，则 Ｋ＝（１－Ｖｉ／Ｖ）×
１００％。
式中：Ｖｉ为设障后０．２ｍ高度处平均风速；Ｖ 为相应部位流沙
上的平均风速；Ｋ 值越大说明防风效果越好，越小说明防风效
果越差［９］。
由图２可知，不同设障年限的沙丘对风速的减弱作用不同，
与Ｄ０ 相比，３种设障沙丘均呈现不同程度的防风效果，设障４
年的沙丘防风效应略好于设障７年的沙丘，在迎风坡Ｄ４、Ｄ７ 的
防风效果显著高于Ｄ２；背风坡三者的防风效应相差不大，这与
风速越过沙丘顶部后，风速发生附面层分离，风速流场减弱，并在背风坡形成涡旋，而且受到背风坡坡体的阻挡
有关。实质上，在背风坡风速的降低更多地受到背风坡地形的作用，只有在近地面层附近才体现出沙障的作
用。三类设障沙丘自沙丘两侧向丘顶防风效应减弱，在丘间地防风效果最好，Ｄ２、Ｄ４、Ｄ７ 分别为３８％，７８％，
７６％，丘顶防风效果最差，Ｄ２、Ｄ４、Ｄ７ 分别为８．６％，１９．９％，２１．０％。
从各沙丘不同部位来看，沙障的存在使得近地表风速明显受到影响，设障沙丘各部位同一高度处的平均风
速均有所下降，Ｄ０ 没有沙障，其各部位的风速主要受沙丘微地形的影响，而设置沙障后，除沙丘微地形的影响
外，还受沙障的影响，特别是近地表的风速。以丘间低地为例，Ｄ２、Ｄ４、Ｄ７１ｍ处的风速降低百分比是Ｄ０ 的
１．７２，２．６５，２．７６倍，在０．２ｍ处则是Ｄ０ 的１．８８，２．８０，２．７６倍，因而，沙柳沙障对０．２ｍ处风速的影响较大
（表１）。沙障对风速的影响在丘间低地、迎风坡下部等风速较小区域作用更加显著，而在风速最大区域的沙丘
顶部，沙障对风速的降低作用较丘间低地有所降低，Ｄ２、Ｄ４、Ｄ７ 沙丘顶部１ｍ处的风速较２ｍ处风速降低百分
比是Ｄ０ 的１．３３，１．４０，１．５７倍，在０．２ｍ处则是Ｄ０ 的１．５７，２．３４，２．４１倍。而在背风坡，风速更多地受到背风
坡坡体本身的影响，风速降低百分比较迎风坡降幅明显（表１）。整体上，风速降低百分比随设障年限延长而增
大，在０．２ｍ风速降低百分比中，除迎风坡中部和沙丘丘顶部外，其余各部位Ｄ４ 沙丘对风速的降低作用较Ｄ７
大，可能是Ｄ７ 由于年久沙障破损造成的，但Ｄ７ 中生长的植被可弥补这一损失造成的影响，因而二者相差不
大。各设障沙丘在不同高度风速减小值各不相同，总体上呈现由沙丘两侧下部向沙丘顶部逐渐减小的变化趋
势。随着沙障设置时间的延长，风速减弱值增大。
表１　设障沙丘１ｍ和０．２ｍ高处风速较流沙同高度风速降低比值
测定
高度／ｍ
沙障类型
沙丘不同部位较流沙同高度风速降低比值（倍）
１　 ２　 ３　 ４　 ５　 ６　 ７
Ｄ２ １．７２　 １．４３　 １．４６　 １．３６　 １．３３　 １．０２　 １．０２
１ Ｄ４ ２．６５　 ２．２８　 １．５８　 １．５５　 １．４１　 １．２７　 １．３２
Ｄ７ ２．７６　 ２．４２　 １．５３　 １．５８　 １．５７　 １．３１　 １．３７
Ｄ２ １．８８　 １．６４　 １．５６　 １．５８　 １．５８　 １．２６　 １．１９
０．２ Ｄ４ ２．８０　 ２．７７　 ２．６９　 ２．６７　 ２．３４　 １．３３　 １．２７
Ｄ７ ２．７６　 ２．６８　 ２．７９　 ２．５９　 ２．４１　 １．２３　 １．２３
表２　不同设障沙丘各部位的输沙量
ｇ／（ｍｉｎ·ｃｍ２）
沙丘部位 Ｄ０ Ｄ２ Ｄ４ Ｄ７
１　 １．６４５　 ０．５０５　 ０．２０２　 ０．０１６
２　 ２．１８５　 １．０５２　 ０．５２６　 ０．０１９
３　 ３．２１９　 １．８３５　 ０．８５３　 ０．０４７
４　 ５．３０５　 ３．２１７　 １．２０８　 ０．０６９
５　 ６．３５８　 ２．６２０　 １．７４４　 ０．１４６
６　 ３．２６７　 １．２１８　 ０．７７４　 ０．０６９
７　 ３．４４３　 １．０４４　 ０．６２２　 ０．０４５
３．２　不同设障年限沙丘输沙量的变化
四类沙丘的输沙量均是自沙丘两侧底部向丘顶递增，丘间
地、迎风坡底部输沙量最小，沙丘顶部最大（表２）。就不同沙丘
同一部位而言，流沙的输沙量最大，随设障年限增加输沙量减
小，以丘间低地为例，流沙的输沙量达１．６４５ｇ／（ｍｉｎ·ｃｍ２），设
障７年的还不足０．０２ｇ／（ｍｉｎ·ｃｍ２）。结合风速变化可知，随
着沙障年限延长，输沙量和风速均有不同程度减小，相应的防风
阻沙作用增强。经实地考察也可知，设障４年的沙丘植物较多，
盖度２０％～４０％，且地表形成一层０．５～２ｃｍ厚的结皮，沙障
与植被的耦合使之有较好的阻沙作用。而设障７年的沙丘沙障
虽遭到破坏，但沙生植物已形成一定规模，结皮层也较厚，同时破坏的沙柳沙障及沙生植物的枯落物在地表形
成保护层，只有较少的沙物质可以被吹蚀。
７１１第５期 　　　 　　王丽英等：沙柳方格沙障对库布齐沙漠防风固沙效应的影响
３．３　不同设障年限沙丘地表粗糙度的变化
粗糙度用来描述不同下垫面对近地面层气流的不同阻隔作用，是衡量治沙防护效益的重要指标之一［８，１０］。
目前人们采取的防沙固沙措施首先是改变地表性质，增加下垫面的粗糙度［８，１０］。沙柳沙障可有效增大地表粗
糙度，不同设障年限沙丘的粗糙度存在差异。流沙的粗糙度最小，为０．００３　８ｃｍ，３种设障年限的沙柳方格沙
障中，随着设障年限的延长，粗糙度明显增大，设障２年的沙丘粗糙度为５．０５ｃｍ，设障４年的为８．９７ｃｍ，设障
７年的粗糙度最大，为１０．８４ｃｍ。这一方面取决于沙障本身的作用，另一方面，与障内植物数量的增加也有极
大的关系。近地表粗糙度与设障年限成正比，年限越久，粗糙度越大，近地表的风速降低得越明显，起动风速也
就越大，地表沙粒越不易起动。
３．４　不同设障年限沙丘地表蚀积状况的变化
流沙上的风蚀强度为０．５０８ｃｍ／ｄ，设置沙障后风蚀强度减弱，Ｄ２ 沙障的风蚀强度为０．２８ｃｍ／ｄ，而Ｄ７ 的
风蚀强度仅为０．０８ｃｍ／ｄ，仅为Ｄ２ 沙障的２８．５７％，是流沙的１５．６８％。不同设障年限障格内的风蚀强度减弱
了４４．８０％～８５．０６％。沙障中心风蚀深度（Ｙ）与沙障设置年限（Ｘ）成反比，即设障年限越长，障格内中心风蚀
就越小，二者的关系符合一元二次方程Ｙ＝０．０４７　Ｘ２－０．３７９４　Ｘ＋０．８４３（Ｒ２＝０．９９８　８）。沙柳方格沙障不仅可
以障格中心的风蚀强度，还可以拦截障格内、外的沙粒，使之在障内边角部位积沙。各设障沙丘障格内边角积
沙厚度随设障时间的延长而增大，Ｄ２ 沙丘障格内边角积沙厚度为０．１１ｃｍ／ｄ，而Ｄ４ 与Ｄ７ 沙丘障格内边角积
沙厚度分别为０．２２ｃｍ／ｄ和０．３１ｃｍ／ｄ。
表３　不同设障沙丘不同部位的
蚀积强度变化 ｃｍ／ｄ
沙丘部位 Ｄ０ Ｄ２ Ｄ４ Ｄ７
１ －０．１６　 ０．１１　 ０．１４　 ０．１４
２ －０．３５ －０．１８ －０．１１　 ０．０９
３ －０．５９ －０．４９ －０．３２ －０．１３
４ －０．９１ －０．８６ －０．４６ －０．２６
５ －１．１２ －０．７２ －０．５３ －０．３５
６　 ０．０９　 ０．０９　 ０．１３　 ０．１２
７　 ０．１４　 ０．１４　 ０．１７　 ０．１４
就不同沙丘各个部位而言，与流沙相比，三类设障沙丘的蚀
积强度随设障年限均有不同程度的减小。蚀积强度表现为在流
沙上沿迎风坡风蚀强度增大，丘间地最小为０．１６ｃｍ／ｄ，顶部最
大达１．１２ｃｍ／ｄ，背风坡呈积沙状态，堆积强度为０．０９～０．１４
ｃｍ／ｄ；设障沙丘则表现为在丘间地与背风坡均有积沙，其他部
位有不同程度的风蚀，但随设障年限增加风蚀强度均减弱（表
３）。由表３可以看出，流动沙丘在迎风坡表现为风蚀，且自丘间
地沿迎风坡蚀积强度均增大，在背风坡堆积，自背风坡上部至下
部堆积强度均增大，设障２年与４年的沙丘在丘间地出现堆积，
沿迎风坡风蚀强度增大，但同部位增大的强度较流沙减小明显，且随着设障年限的增长，蚀积强度均减小，在设
障７年的沙丘上风蚀在顶部最大，为０．３５ｃｍ／ｄ，在丘间地、迎风坡底部和背风坡产生沙粒堆积。
沙丘不同部位的蚀积深度与强度的变化主要受到沙障的影响，由于沙柳方格沙障改变风沙流的方向和流
场，分割了沙丘表面的蚀积状况。沙丘表面气流在迎风坡由坡脚至丘顶加速，风速放大率增大，增加了丘顶区
的输沙率和活动性，在背风坡风速减弱并发生气流分离形成弱的反向气流［１１－１２］，导致在迎风坡发生风蚀，背风
坡发生堆积。而且，设置沙障后，地表粗糙度增大，粗糙度越大，地面对风速的阻力越大，削弱风速的能力就越
大［１３］。风速流经沙障障格时，在上、下风向的障前、障后分别出现一个阻滞及涡旋减速区，加速了能量的耗
损［１４－１５］，因沙障障格改变的涡旋气流导致障格中部风蚀，在障角处堆积，随设障年限增长，风沙活动逐步受到削
弱，迎风坡风蚀减弱，受坡体影响，丘间地、沙丘迎风坡底部出现堆积。
４　结 论
（１）沙柳沙障对风速的降低作用随着沙障设置年限延长呈递增趋势。设障沙丘在０．２ｍ处较２ｍ处风速
显著降低，３种设障沙丘的防风效果以设障４年的沙障最好，其次是设障７年的沙障。受沙柳沙障的影响，设
障沙丘不同部位１ｍ和０．２ｍ高处的风速降低值由沙丘两侧坡脚向沙丘顶部减弱，丘间低地防风效应最大，
迎风坡沙障防风作用明显，背风坡沙障防风作用较小。
（２）四类沙丘的输沙量均呈自沙丘两侧向顶部逐渐增大的趋势，沙柳沙障具有减小输沙量的作用，输沙量
与设障年限成反比，随着设障年限增长，输沙量呈不同程度地减小，相应的防风阻沙作用增强。
（３）沙柳沙障具有增加地表粗糙度、降低风蚀强度的作用，且随着设障年限的延长，地表粗糙度极显著增
加，风蚀强度显著减弱。设障年限与沙障中心风蚀深度间成反比，并遵循一元二次方程变化。沙丘不同部位以
沙丘顶部风蚀强度最大，丘间低地堆积强度最大，不同部位的蚀积强度沿沙丘两侧坡脚向沙丘顶部逐步增大，
且随着设障年限的增长，蚀积强度在各部位均较流沙减小。
下转第１２４页
８１１ 水土保持学报　　　 　　 第２７卷
遍较好，各种离子平均含量均符合ＧＢ　５７４９－８５《生活饮用水卫生标准》，并满足ＧＢ　３８３８－２００２《地表水环境
质量标准》中Ⅰ类水质要求。
（２）以老爷岭为界，北麓２个森林流域溪流中ＮＯ－３ 和Ｋ＋含量，以及Ｐｂ２＋和Ｍｎ的变化幅度要大于南麓的
３个流域，而Ｆｅ和 Ｍｎ含量则是北麓流域小于南麓流域。
（３）溪流中Ｃａ２＋和 Ｍｇ２＋含量，以及ＴＤＳ、总硬度、Ｆ－、Ｃｌ－、Ｆｅ变化幅度均表现出针叶树比例大的流域大
于针叶树比例小的流域。说明阔叶树种对稳定地表径流中的化学成分有一定的积极作用。
（４）溪流中ｐＨ值、ＴＤＳ、ＳＯ２－４ 、ＮＯ－３ 和Ｆｅ均以８月下旬为分界点，表现出较为明显的季节变化，根据漠河
的气候情况划分，８月２５日－１０月５日恰为漠河的秋季，即ｐＨ值、ＴＤＳ、ＳＯ２－４ 、ＮＯ－３ 等指标夏季波动较秋季
明显，Ｆｅ则恰巧相反，夏季含量低，波动小，秋季含量高，波动大。
（５）溪流中Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｎａ＋、Ｍｇ２＋、ＳＯ２－４ 、Ｆ－、Ｆｅ相对雨水为淋失型迁移，说明雨水对植物、凋落物和土壤
表层具有较强的淋溶作用。而Ｃｌ－、ＮＯ－３ 、Ｚｎ２＋、Ｐｂ２＋为内贮型迁移，说明森林生态系统对这些成分具有吸收
和吸附作用，但研究区的此种作用并不十分强烈。Ｍｎ的移动趋势不明显。
参考文献：
［１］　王怀宇，张福利，霍宏．我国森林植被变化对河川径流影响的研究进展［Ｊ］．林业科技情报，２０１０，４２（１）：８－１１．
［２］　王礼先，张志强．森林植被变化的水文生态效应研究进展［Ｊ］．世界林业研究，１９９８（６）：１４－２３．
［３］　张凤凤．亚热带地区不同林相对水质的影响及小流域水质预测模型研究［Ｄ］．杭州：浙江大学，２００８．
［４］　卢俊培．海南岛尖峰岭热带林生态系统的水化学特征［Ｊ］．林业科学研究，１９９１，４（３）：２３１－２３７．
［５］　刘鸿雁，黄建国，郭艳娜．不同植被类型及土壤对径流水化学特征的影响［Ｊ］．环境科学，２００６，２７（４）：６５５－６６０．
［６］　姜海燕，赵雨森，信小娟，等．大兴安岭几种典型林分林冠层降水分配研究［Ｊ］．水土保持学报，２００８，２２（６）：１９７－２０１．
［７］　周梅，余新晓．兴安落叶松原始林区降水化学输入的特征研究［Ｊ］．中国生态农业学报，２００３，１１（２）：１１９－１２１．
［８］　徐洪亮，满秀玲，盛后财．大兴安岭不同类型落叶松天然林水源涵养功能研究［Ｊ］．水土保持研究，２０１１，１８（４）：９２－９６．
［９］　李奕，满秀玲，蔡体久，等．大兴安岭山地樟子松天然林土壤水分物理性质及水源涵养功能研究［Ｊ］．水土保持学报，２０１１，２５
（２）：８７－９６．
［１０］　应敏．大兴安岭地区森林对年径流量影响的初步研究［Ｊ］．东北林业大学学报，１９８７，１５（Ｓ１）：４４－４８．
［１１］　蔡体久，周晓峰，杨文化．大兴安岭森林火灾对河川径流的影响［Ｊ］．林业科学，１９９５，３１（５）：４０３－４０７．
［１２］　赵雨森，辛颖，曾凡锁．黑龙江省东部山地樟子松人工林生态系统水化学特征［Ｊ］．水土保持学报，２００６，２０（４）：１７５－１７８．
［１３］　辛颖，赵雨森，潘保原．黑龙江东部山地兴安落叶松人工林对水质的影响［Ｊ］．中国水土保持科学，２００６，４（２）：２９－３３．
［１４］　苏日娜．内蒙古大兴安岭兴安落叶松林降水化学特征研究［Ｄ］．内蒙古：内蒙古农业大学，２００９．
［１５］　刘菊秀，温达志，周国逸．广东鹤山酸雨地区针叶林与阔叶林降水化学特征［Ｊ］．中国环境科学，２０００，２０（３）：１９８－２０２．
［１６］　乐嘉祥，王德春．中国河流水化学特征［Ｊ］．地理学报，１９６３，２９（１）：１－１２．
［１７］　李晓涛，刘彦军，徐宏勋．黑龙江省地表水水化学特征［Ｊ］．黑龙江水利科技，２００８，３６（１）：３－４．
上接第１１８页
参考文献：
［１］　史培军，张宏，王平，等．我国沙区防沙治沙的区域模式［Ｊ］．自然灾害学报，２０００，９（３）：１－７．
［２］　朱震达．中国沙漠、沙漠化、荒漠化及其治理的对策［Ｍ］．北京：中国环境科学出版社，１９９９．
［３］　高永，邱国玉，丁国栋，等．沙柳沙障的防风固沙效益研究［Ｊ］．中国沙漠，２００４，２４（３）：３６５－３７０．
［４］　董智，刘永茂，白凤武．杭锦旗穿沙公路综合防治技术及其效益研究［Ｊ］．内蒙古林学院学报：自然科学报，１９９９（２）：１９－２４．
［５］　胡春元，杨茂，杨存良，等．库布齐沙漠穿沙公路沙害综合防治技术［Ｊ］．干旱区资源与环境，２００２，１６（２）：７１－７７．
［６］　李红丽，万玲玲，董智，等．沙柳沙障对沙丘土壤颗粒粒径及分形维数的影响［Ｊ］．土壤通报，２０１２，４３（３）：５４０－５４５．
［７］　万玲玲，董智，李红丽，等．沙柳方格沙障对库布齐沙漠沙丘粒度分布的影响［Ｊ］．干旱区资源与环境，２０１３，２７（１）：１６５－１７０．
［８］　丁国栋，赵廷宁，董智，等．风沙物理学［Ｍ］．北京：中国林业出版社，２０１０．
［９］　王翔宇，丁国栋，高函，等．带状沙柳沙障的防风固沙效益研究［Ｊ］．水土保持学报，２００８，２２（２）：４２－４６．
［１０］　马世威，马玉明，姚洪林，等．沙漠学［Ｍ］．呼和浩特：内蒙古人民出版社，１９９８．
［１１］　哈斯．腾格里沙漠东南缘沙丘迎风坡风速变化的初步研究［Ｊ］．干旱区地理，１９９９，２２（１）：４１－４６．
［１２］　哈斯，王贵勇．沙丘背风侧气流的变化特征及其意义［Ｊ］．地理科学，２０００，２０（６）：５７３－５７６．
［１３］　赵国平，胡春元，张勇，等．髙立式沙柳沙障防风阻沙效益研究［Ｊ］．内蒙古农业大学学报，２００６，２７（１）：５９－６３．
［１４］　董智，李红丽，左合君，等．土壤凝结剂沙障防风固沙实验研究［Ｊ］．中国水土保持科学，２００４，２（２）：１６－２０．
［１５］　董智，李红丽，汪季，等．土工格栅沙障防风积沙效应风洞模拟实验［Ｊ］．中国水土保持科学，２００７，５（１）：３５－３９．
４２１ 水土保持学报　　　 　　 第２７卷