全 文 ：第 29 卷 第 5 期 干 旱 区 资 源 与 环 境 Vol． 29 No． 5
2015 年 5 月 Journal of Arid Land Ｒesources and Environment May． 2015
文章编号:1003 － 7578(2015)05 － 105 － 06 doi:10． 13448 / j． cnki． jalre． 2015． 160
新疆策勒砾质戈壁沙拐枣(Calligonum)
灌丛沙堆形态特征
*
毛东雷1，2，3，4，5，雷加强3，5，薛杰3，4，5
(1．新疆维吾尔自治区重点实验室新疆干旱区湖泊环境与资源实验室，乌鲁木齐 830054;
2．新疆师范大学地理科学与旅游学院，乌鲁木齐 830054;3．中国科学院新疆生态与地理研究所，乌鲁木齐 830011;
4．中国科学院大学，北京 100049;5．新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站，策勒 848300)
提 要:通过对策勒河下游砾质戈壁典型的沙拐枣植株及灌丛沙堆形态参数进行野外测量，用数理统计
方法进行相关性分析。结果表明:沙拐枣植株冠幅南北宽度与沙堆宽度呈明显正相关性，植株冠幅东西宽度与
沙堆长度不呈现明显相关性。植株冠幅面积与沙堆底面积呈现明显线性相关性，确定系数 0． 81，冠幅面积与
沙堆体积呈现良好线性相关性，确定系数 0． 69，沙堆长度与沙堆宽度、沙堆高度与沙堆底面积之间呈现一定程
度相关性。株高、冠幅东西宽度、南北宽度与沙堆迎风坡和背风坡长度、总长度、沙堆宽度、沙堆高度两两之间
都呈现出极显著相关性。沙堆迎风坡坡度与沙堆高度、背风坡坡度之间呈现极显著相关外，与其余形态参数都
没有显著相关性。沙堆背风坡坡度除了与株高、背风坡长度、沙堆总长度无明显相关外，与其余形态相关参数
都表现为极显著相关性。
关键词:沙拐枣;灌丛沙堆;形态特征;砾质戈壁;策勒
中图分类号:P931． 3 文献标识码:A
灌丛沙堆是一种重要的风积地貌类型［1］。Hesp 根据灌草丛沙堆形态将其分为早期盾形、晚期不规
则形、圆锥形和半球形沙堆，随着沙堆发育，其形态参数之间的关系也发生变化［2］。Tengberg 研究也发现
各发育阶段沙堆的长度和宽度之间均有显著的相关性，但是长度、宽度与高度之间的相关性受发育阶段影
响［3］。刘冰等［4，5］研究指出荒漠 －绿洲过渡带柽柳沙堆长短轴间、体积、冠幅间均为线性关系，泡泡刺沙
堆高度和面积、株高和盖度间具线性关系。白刺灌丛沙堆发育、稳定、退化阶段沙堆水平投影面积和高度
之间分别为线性、幂函数、二次函数关系［6］。武胜利、岳兴玲等指出灌丛沙堆演化对揭示干旱区环境演变
过程具有重要意义［1，7 － 10］。艾比湖周边白刺灌丛沙堆长轴、短轴、迎风坡坡长和背风坡坡长之间具有显著
相关性，短轴长度与迎风坡坡长具有显著相关性［11］。
武胜利等［12］研究了和田河流域灌草丛沙堆的形态特征与发育过程，各种灌(草)丛沙堆的长度、宽度
与高度之间存在较好的相关性。王翠等［13］研究发现，花花柴盾形沙堆的长度与宽度、底面积与高度间均
呈直线线性相关。张萍等［14］发现白刺沙堆长与宽之间同步增加，高度则表现为先增大后逐渐降低。狭叶
锦鸡儿和小叶锦鸡儿的沙堆半径与灌丛半径、沙堆高度与灌丛高度均呈现显著线性正相关性［15］。沙拐枣
具有耐干旱、高温、贫瘠，抗风蚀沙埋，繁殖容易、适应性强等特性［16］。沙拐枣成活率高，且生长迅速、需水
量少、疏透度较小，防风阻沙效果更为理想［17］。文中针对策勒河下游砾质戈壁沙拐枣灌丛及沙堆形态参
数特征进行分析，对沙拐枣灌丛沙堆发育环境演变、防风固沙功能评价等具有重要理论和实践意义。
* 收稿日期:2014 － 1 － 14;修回日期:2014 － 3 － 16。
基金项目:新疆师范大学地理科学与旅游学院地理学博士点支撑学科和新疆维吾尔自治区重点实验室“新疆干旱区湖泊环境与资源
实验室”基金(XJDX0909 － 2013 － 08) ;新疆维吾尔自治区重大科技专项项目(201130106 － 1) ;公益性行业(气象)科研专
项(GYHY201106025)资助。
作者简介:毛东雷(1975 －) ，男，汉族，新疆石河子人，讲师，博士研究生，主要研究方向为风沙地貌及荒漠化防治。
E － mail:donglei6325@ sina． com
通讯作者:雷加强(1961 －) ，男，汉族，博士，研究员，主要从事荒漠化防治及风沙物理等方面的研究。E － mail:desert@ ms． xjb． ac． cn
1 研究区概况
策勒县位于塔克拉玛干沙漠南缘与昆仑山北麓之间，地理位置 80°0324″ ～ 82°1034″ E，35°l755″ ～
39°3000″ N (图 1)，属典型内陆暖温带荒漠气候，夏季炎热，干旱少雨，光热充足，昼夜温差大，极端最高
气温 41． 9℃，极端最低气温 － 23． 9℃。多年平均降水量为 35． 1mm，年潜在蒸发量 2600mm。由于地处塔
里木盆地两大主导风向(NW，NE)的下风区域，风沙灾害频繁，多年平均沙尘日数 25． 2d，最多年高达 59d，
每年 8 级以上大风 3 ～ 9 次［18］。在历史上策勒县城曾 3 次因风沙埋没而被迫迁移，风沙灾害天气严重制
约着当地社会经济的发展。研究区风向以 WNW、W风为主，频率占 62． 43% ～ 76． 25%，NW风次之，频率
占 17． 75%［19］。策勒流动沙丘沙粒度平均值以极细沙为主，其中极细沙含量多在 70%左右，粉沙含量
20%［20］。策勒河下游位于策勒县城的西南端，河床宽约 2 － 5km，为砂砾石干河床，分布有零散流动沙丘，
地表主要植被有沙拐枣、盐生草、柽柳、麻黄草等，其中沙拐枣数量分布最多。
图 1 沙拐枣灌丛沙堆研究区示意图
Figure 1 Sketch map of study area for Calligonum nebkhas
2 野外实验设计及研究方法
2013 年 10 月在策勒河下游砾
质戈壁滩上随机选取 150 个典型中
幼期的单株沙拐枣灌丛沙堆进行人
工测量(图 1)，测量的指标有株高
(H1)、植株冠幅东西宽度(L1)和冠
幅南北宽度(W1)、沙堆高度(H2)、
沙堆宽度(W2)、沙堆迎风坡长度
(YL)、沙堆背风坡长度(BL)、沙堆
总长度(L2)、迎风坡坡度(α)、背风
坡坡度(β)、沙堆走向、冠幅面积
(S1)、沙堆底面积(S2)、沙堆体积
(V)，对植物冠幅的测定以其东西
和南北方向宽度来度量，主要是由
于该区域 W、WNW 风占全年起沙
风的 75%以上，沙堆的长轴大致平
行于主风向呈东西走向，短轴为南
北走向，可以更好地与沙堆形态相
对应。植株冠幅面积以植株东西宽
度和南北宽度的乘积来计算。采用
数理统计方法，对植株灌丛及沙堆相关形态参数进行相关性分析。数据分析及绘图采用 Excel2003、
Spss17． 0 和 Origin8． 0 软件。
调查区的灌丛沙堆形态主要为盾形。盾形沙堆的形态近似三角锥形，其底面积(S2)和体积(V)的计
算公式为:
S2 = 1 /2W2L2 (1) V =1 /6W2L2H2 (2)
3 结果与分析
3． 1 沙拐枣植株及灌丛沙堆基本形态特征
沙拐枣平均株高 28． 02cm，平均冠幅东西宽度 61． 97cm，平均冠幅南北宽度 69． 22cm，平均冠幅面积
0． 49m2。灌丛沙堆平均高度 11． 02cm，平均宽度 67． 3cm，平均迎风坡和背风坡坡长分别为 31． 38cm 和
174． 88cm，平均总长度 206． 26cm，沙堆最小总长度 49． 5cm，最大总长度 549． 5cm，平均走向 90． 9°，和当地
年合成输沙势方向基本一致。沙堆平均底面积 78． 56dm2，平均灌丛沙堆体积 35． 61dm3，最小和最大体积
分别为 0． 92 和 228． 5dm3，沙堆的平均迎风坡、背风坡坡度分别为 15． 8°和 7． 98°(表 1)，迎风坡坡度最小
·601· 干 旱 区 资 源 与 环 境 第 29 卷
值和最大值分别为 2°、33． 5°，背风坡坡度最小值和最大值分别为 1． 5°、29°，迎风坡坡度基本为背风坡坡
度的 2 倍左右，都小于流动沙丘的休止角 34°［21］。沙堆平均背风坡坡长为平均迎风坡坡长的 5． 57 倍，说
明沙物质主要在灌丛背风坡堆积，灌丛沙堆总体形态呈近东西向三角棱锥体形。
沙堆总长度平均值和标准差都表现出最大，说明沙堆长度较长且个体差异性较大。沙堆背风坡坡度
标准差最小为 4． 8，说明不同高度和长度、宽带的沙堆背风坡的坡度都比较平缓而且相对比较稳定，个体
间差异很小。迎风坡坡度偏态最大，植株冠幅的南北宽度偏态最小，分别为 4． 6 和 0． 82，沙堆迎风坡坡度
峰度最大为 39． 74，灌丛宽度峰度最小为 0． 51，受地形及植株形态和迎风坡表面枯枝落叶的影响，迎风坡
坡度变异性最大，植株冠幅南北宽度分布范围相对较集中。
表 1 沙拐枣植株及沙堆相关形态参数统计
Table 1 Parameters related to the plants and the nebkhas of Calligonum
参数 统计量 最小值 最大值 平均值 标准差 偏态 峰度
H1 /cm 150 5． 8 77． 8 28． 02 12． 43 1． 12 1． 96
L1 /cm 150 17 162 61． 97 25． 22 0． 91 1． 04
W1 /cm 150 23． 1 167 69． 22 27． 32 0． 82 0． 51
S1 /dm2 150 4． 44 270． 5 48． 62 39． 24 2． 02 6． 44
H2 /cm 150 4． 1 33． 2 11． 02 4． 93 1． 22 2． 47
α(°) 150 2 33． 5 15． 8 7． 8 4． 6 39． 74
YL /cm 150 9 86 31． 38 15． 27 1． 12 1． 49
β(°) 150 1． 5 29 7． 98 4． 8 1． 28 2． 33
BL /cm 150 38 520 174． 88 91． 28 1． 17 2． 05
W2 /cm 150 19． 8 159 67． 31 27． 75 0． 98 1． 02
L2 /cm 150 49． 5 549． 5 206． 26 99． 17 1． 01 1． 34
S2 /dm2 150 5． 48 311． 5 78． 56 63． 87 1． 59 2． 55
V /dm3 150 0． 92 228． 5 35． 61 45． 4 2． 59 7． 12
3． 2 灌丛沙堆形态与灌丛相关特征关系分析
沙拐枣植株冠幅南北宽度与沙堆宽度、株高与沙堆高度之间都呈现出明显线性正相关性，Ｒ2 分别为
0． 79、0． 78。植株冠幅东西宽度与沙堆长度、冠幅面积与株高之间不呈现明显相关性(图 2)，说明主要是
植株冠幅南北宽度和高度控制着沙堆宽度和沙堆高度的增长和发育，冠幅东西宽度、冠幅面积与沙堆长
度、株高之间具有一定相关性，但相关性不明显。
图 2 沙拐枣植株冠幅宽度、株高、冠幅面积与沙堆长度、宽度、高度、株高相关性分析
Figure 2 Correlation analysis between length and width and height of Calligonum plants and nebkhas
·701·第 5 期 毛东雷等 新疆策勒砾质戈壁沙拐枣(Calligonum)灌丛沙堆形态特征
沙堆宽度与迎风坡长、沙堆宽度与背风坡长之间分别呈线性和指数函数相关，相关程度中等，沙堆宽
度与迎风坡长相关性好于沙堆宽度与背风坡长之间相关性(图 3)。冠幅面积与沙堆底面积、灌丛沙堆体
积之间都分别呈现出明显线性正相关性，Ｒ2 分别为 0． 81、0． 69，植株冠幅面积越大，对风场的扰动和降低
风速作用越明显，沉积堆沙底面积相应会变大，也有利于灌丛对近地表风沙流的拦截和堆积。沙堆长度与
沙堆宽度、沙堆高度与沙堆底面积之间都呈现出一定程度相关性，但相关性不明显(图 4)。
图 3 沙堆宽度与迎风坡坡长、背风坡长相关性分析
Figure 3 Correlation analysis between nebkhas width and length of windward slope and length of leeward slope
图 4 沙堆长度、高度、植株冠幅面积与沙堆宽度、底面积、体积相关性分析
Figure 4 Correlations between length and width of nebkhas，height and base area
of nebkhas，plant crown area and base area of nebkhas，plant crown area and volume of nebkhas
通过沙拐枣植株和灌丛沙堆的 13 个形态指标显著性差异分析，可以看出株高、冠幅东西宽度、南北宽
度与沙堆的迎风坡坡长、背风坡坡长、总长度、沙堆宽度、沙堆高度指标两两之间都呈现出极显著相关性
(p ＜ 0． 01)(表 2)，说明植株形态和灌丛沙堆之间在发育生长的过程中是相互影响、相互反馈的过程，从
而达到沙堆表面蚀积动态平衡状态。除了沙堆迎风坡坡度与沙堆高度、背风坡坡度之间呈现极显著相关
外(p ＜ 0． 01)，与其余 11 个形态指标都没有显著相关性。灌丛沙堆背风坡坡度除了与株高、背风坡长度、
沙堆总长度相关性不显著之外，与其余 10 个植株及沙堆相关形态参数都表现为极显著相关性(表 2)。沙
·801· 干 旱 区 资 源 与 环 境 第 29 卷
堆迎风坡坡度和背风坡坡度与迎风坡长度、背风坡长度之间相关性不显著，灌丛沙堆坡度主要受沙堆高
度、沙堆底面积和体积等形态参数的影响和控制。
4 讨论
灌草丛沙堆的形态主要与沙堆的发育阶段、沙源供给和植物的类型、形态、地形等有关。武胜利、李志
忠等［1，22］把灌丛沙堆发育划分为各形态指标协同变化的增长阶段，以植物动力影响为主、长宽尺度均衡发
展、坡度较大的稳定阶段，以及沙堆长度相对缩短、各形态指标关系趋于复杂的风蚀衰退阶段。沙拐枣灌
丛沙堆除了迎风坡和背风坡坡度外，其他相关形态指标之间都具有显著相关性，处于各形态指标协同变化
的增长阶段。随着植株的生长发育，沙堆在植株的影响下继续堆积风沙物质，沙堆的长度变短，宽度、高度
表 2 沙拐枣植株与沙堆相关参数相关性分析
Table 2 Correlations between related parameters of Calligonum plants and nebkhas
H1 L1 W1 S1 H2 α YL β BL W2 L2 S2 V
H1 1
L1 0． 663＊＊ 1
W1 0． 622＊＊ 0． 836＊＊ 1
S1 0． 624＊＊ 0． 935＊＊ 0． 929＊＊ 1
H2 0． 308＊＊ 0． 547＊＊ 0． 558＊＊ 0． 557＊＊ 1
α 0． 048 0． 099 0． 126 0． 093 0． 233＊＊ 1
YL 0． 438＊＊ 0． 590＊＊ 0． 673＊＊ 0． 620＊＊ 0． 641＊＊ 0． 086 1
β 0． 078 0． 308＊＊ 0． 255＊＊ 0． 321＊＊ 0． 471＊＊ 0． 297＊＊ 0． 295＊＊ 1
BL 0． 431＊＊ 0． 528＊＊ 0． 531＊＊ 0． 508＊＊ 0． 502＊＊ － 0． 013 0． 455＊＊ 0． 122 1
W2 0． 551＊＊ 0． 727＊＊ 0． 890＊＊ 0． 812＊＊ 0． 615＊＊ 0． 061 0． 743＊＊ 0． 272＊＊ 0． 602＊＊ 1
L2 0． 464＊＊ 0． 577＊＊ 0． 593＊＊ 0． 564＊＊ 0． 561＊＊ 0． 002 0． 573＊＊ 0． 158 0． 991＊＊ 0． 669＊＊ 1
S2 0． 531＊＊ 0． 682＊＊ 0． 782＊＊ 0． 746＊＊ 0． 647＊＊ 0． 037 0． 703＊＊ 0． 244＊＊ 0． 862＊＊ 0． 875＊＊ 0． 901＊＊ 1
V 0． 435＊＊ 0． 638＊＊ 0． 700＊＊ 0． 710＊＊ 0． 814＊＊ 0． 112 0． 674＊＊ 0． 349＊＊ 0． 740＊＊ 0． 773＊＊ 0． 785＊＊ 0． 916＊＊ 1
注:* 为 α = 0． 05 显著水平;＊＊为 α = 0． 01 极显著水平。
将持续增长，使之向稳定的圆锥形沙堆形态演化，其阻沙固沙能力将持续变大。沙拐枣植株冠幅面积与株
高呈中等相关性，这是由于砾质戈壁滩风力环境虽然强劲，但较大的砾石覆盖度和砾石层沙土有机质缺乏
使沙拐枣生长缓慢，地表细粒沙源物质相对不丰富，沙拐枣枝叶呈针条状，幼期疏透度较大，相比于其他植
物物种其灌丛沙堆增长速度较为缓慢。
5 结论
(1)沙拐枣冠幅南北宽度与沙堆宽度、株高与沙堆高度之间都呈明显线性正相关，冠幅东西宽度与沙
堆长度、冠幅面积与株高呈现一定程度相关性。
(2)冠幅面积与沙堆底面积呈现明显的线性相关性，冠幅面积与沙堆体积呈现良好线性相关性，沙堆
长度与沙堆宽度、沙堆高度与沙堆底面积之间呈现中等程度相关性。
(3)株高、冠幅东西宽度、冠幅南北宽度与沙堆的迎风坡长度、背风坡长度、总长度、沙堆宽度、沙堆高
度两两之间都呈现极显著水平相关性(p ＜ 0． 01)。
(4)沙堆迎风坡坡度与沙堆高度、背风坡坡度之间呈现极显著正相关外(p ＜ 0． 01)，与其余形态指标
无显著相关性。沙堆背风坡坡度除了与株高、背风坡长度、沙堆总长度不呈现显著水平相关外，与其余形
态参数都表现为极显著水平正相关性(p ＜ 0． 01)。
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Morphological characteristics of Calligonum nebkhas on the surface of gravel
Gobi desert in Cele，Xinjiang
MAO Donglei1，2，3，4，5，LEI Jiaqiang3，5，XUE Jie3，4，5
(1． Xinjiang Uygur Autonomous Ｒegion Key Laboratory Xinjiang Laboratory of Lake Environment and Ｒesources in Arid Zone，Urumqi 830054;
2． College of Geography Science and Tourism，Xinjiang Normal University，Urumqi，Xinjiang 830054;
3． Xinjiang Institute of Ecology and Geography，Chinese Academy of Sciences，Urumqi 830011;
4． University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049;
5． Cele National Station of Observation and Ｒesearch for Desert － Grassland Ecosystem in Xinjiang，Xinjiang 848300，China)
Abstract:Through field measurement for the morphological parameters of typical Calligonum plants and Calligo-
num nebkhas on gravel Gobi desert in the downstream Cele Ｒiver，the relativity between them were analyzed by
method of mathematical statistics． The outcomes indicated that there was significant positive correlation between
plant width in north － south direction of crown diameter and nebkhas width of Calligonum ，the correlations be-
tween plant width for east － west direction of crown diameter and nebkhas width was not obvious． There was sig-
nificant linear correlation between crown area of plants and base area of nebkhas，and the square of determination
coefficient were 0． 81． There was well correlation between crown area of plants and nebkhas volumes，and the
square of determination coefficient was 0． 69． There existed certain correlation between length and width of
nebkhas and height and base area of nebkhas． There were significant correlations between height，crown width in
north － south direction and east － west direction of plants and width，height and base area of nebkhas． There
were no significant correlated except that of significant correlative correlation between windward slope and
nebkhas height and leeward slope of nebkhas． There were significant correlations between leeward slope and oth-
er relative parameters except for plants height and length of leeward side and total length of nebkhas．
Key words:Calligonum ;nebkhas;morphological characteristics;gravel Gobi desert;Cele
·011· 干 旱 区 资 源 与 环 境 第 29 卷