全 文 ：王翠，雷加强，李生宇，等．新疆策勒绿洲－沙漠过渡带花花柴（Ｋａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ）沙堆的形态特征［Ｊ］．中国沙漠，２０１３，３３（４）：
９８１－９８９，ｄｏｉ：１０．７５２２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－６９４Ｘ．２０１３．００１４０．
新疆策勒绿洲－沙漠过渡带花花柴（Ｋａｒｅｌｉｎｉａ
ｃａｓｐｉｃａ）沙堆的形态特征
收稿日期：２０１２－０５－０６；改回日期：２０１２－０６－０５
基金项目：国家科技支撑计划项目（２００９ＢＡＣ５４Ｂ０１）；中国科学院知识创新工程重要方向项目（ＫＺＣＸ２－ＹＷ－ＱＮ３１６）资助
作者简介：王翠（１９８８—），女（汉族），内蒙古乌兰察布市人，硕士研究生，主要从事沙漠环境研究。Ｅｍａｉｌ：ｗａｎｇｃｕｉ２００３＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者：雷加强（Ｅｍａｉｌ：ｌｅｉｊｑ＠ｍｓ．ｘｊｂ．ａｃ．ｃｎ）
王 翠１，２，３，雷加强１，２，李生宇１，毛东雷１，２，３，
再努拉·热合木吐拉１，２，３，周 杰１，２，３
（１．中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆 乌鲁木齐８３００１１；２．新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站，
新疆 策勒８４８３００；３．中国科学院大学，北京１０００４９）
摘要：通过野外调查花花柴（Ｋａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ）植株及其沙堆形态指标，应用统计学原理和方法，分析了绿洲－沙漠
过渡带花花柴沙堆的形态特征及沙堆与植株形态间的关系，初步估算了花花柴植株可固定的沙量。结果表明：（１）
花花柴沙堆形态依据其发育时期的不同主要分为早期的盾形沙堆和较稳定时期的半球形沙堆。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，半球形沙堆则呈二次线性相关。盾形沙堆在向半球形沙堆发育的过
程中，沙堆长度缩短，但是其高度、宽度以及体积仍随着植物的生长而不断地增长。（２）沙堆的发育与植株的形态
有显著的相关关系。早期发育的盾形沙堆长度约为植株长度的２倍，体积为植株体积的１．５倍，半球状沙堆的长
度和体积均约为植株的０．５倍左右。（３）通过估算，在策勒绿洲－沙漠过渡带上，花花柴草丛沙堆体积可达约５０ ０００
ｍ３·ｋｍ－２，表明花花柴沙堆截留了绿洲外围大量的流沙，是绿洲的重要屏障。
关键词：花花柴沙堆；形态特征；固沙能力；绿洲－沙漠过渡带；策勒
文章编号：１０００－６９４Ｘ（２０１３）０４－０９８１－０９ ｄｏｉ：１０．７５２２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－６９４Ｘ．２０１３．００１４０
中图分类号：Ｐ９３１．３ 文献标志码：Ａ
１ 引言
灌（草）丛沙堆是干旱、半干旱及半湿润荒漠区风
沙流遇到植物阻拦后逐渐堆积形成的一种风积地貌，
是一种特殊的沙丘类型［１］，其发育主要受当地植被、
风沙活动以及水文地质条件影响［２－３］。灌（草）丛沙
堆发育的物质基础是充足的沙源和植物灌（草）丛，动
力条件是风。按照灌（草）丛沙堆上植物的生活型，可
将灌（草）丛沙堆分为灌丛沙堆和草丛沙堆［４］。
学者们对灌（草）丛沙堆已经开展了较多研究。
在沙堆的发育过程和形态划分上，穆桂金［５］将灌草
丘的发育分为沉积增长、掩埋覆盖和侵蚀殆尽３个
阶段，第一阶段对应历史时期的洪泛堆积期，第二和
第三阶段对应风沙推进期。不同发育阶段的灌（草）
丛沙堆，形态也不同。朱震达等［６］按照沙堆形态，将
灌（草）丛沙堆类型划分为沙条、沙嘴、沙堆和沙包４
个发育阶段。Ｈｅｓｐ［７］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。张萍等［８］发现白刺（Ｎｉｔｒａｒｉａ ｔａｎｇｕｔｏｒｕｍ）
沙堆长与宽之间同步增加，高度则表现为先增大后
经过一段稳定时期后逐渐降低。刘冰等［９］发现白刺
沙堆的长轴与短轴之间、沙堆面积与高度之间都有
很好的相关性，植株的冠幅和沙堆体积也有很好的
相关性。Ｔｅｎｇｂｅｒｇ［１］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。
灌（草）丛沙堆发育受环境条件影响很大，对于
环境变化也有指示作用。国内外很多学者将灌（草）
丛沙堆的出现作为草地或者耕作区土地植被退化的
标志［１，１０］，武胜利［１１］认为在半干旱半湿润地区，灌
（草）丛沙堆的出现是土壤风蚀和土地荒漠化的标
志，但是在极端干旱的沙漠区，灌草丛沙堆的出现可
能是该地区土地绿洲化、水量增多、环境变好的一个
标志。
绿洲－沙漠过渡带是干旱区重要的一种生态景
第３３卷 第４期
２０１３年７月
中 国 沙 漠
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＤＥＳＥＲＴ ＲＥＳＥＡＲＣＨ
Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．４
Ｊｕｌ．２０１３
观，也是绿洲的安全屏障。在新疆策勒绿洲－沙漠过
渡带上，分布有大量的花花柴（Ｋａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ）
草本植物群落，发育了相应的草丛沙堆。目前国内
主要研究的沙堆类型有小叶锦鸡儿（Ｃａｒａｇａｎａ ｍｉ－
ｃｒｏｐｈｙｌｌａ）、柽柳（Ｔａｍａｒｉｘ ｒａｍｏｓｉｓｓｉｍａ）、白刺等
灌丛沙堆［３］，关于草丛沙堆的研究较少。本文以策
勒绿洲－沙漠过渡带为研究区，通过研究花花柴草本
植物与沙堆的形态发育特征及其相关关系，估算绿
洲－沙漠过渡带花花柴沙堆的体积。研究结果有助
于定量分析绿洲外围过渡带上草本植物的固阻沙效
果，为沙漠－绿洲过渡带合理开发利用和保护提供科
学的基础数据。
２ 研究区概况与研究方法
２．１ 研究区概况
研究区位于塔克拉玛干沙漠南缘，策勒绿洲－沙
漠过渡带西北侧的半流动沙漠上，具体调查范围为
３７°０１′４７″—３７°０２′３７″Ｎ，８０°４０′５３″—８０°４２′３２″Ｅ。该
区位于塔克拉玛干沙漠南缘，内陆暖温带荒漠气候，
夏季炎热，干旱少雨，光热充足，日照时间长，昼夜温
差大。平原区多年平均降水量３５．１ｍｍ，年潜在蒸
发量接近２ ６００ｍｍ。极端最高气温４１．９℃，极端
最低气温－２３．９℃。风沙天气频繁，年平均风速２
ｍ·ｓ－１，起沙风集中在每年４—９月，以 Ｗ、ＷＮＷ
风向为主，约占全年起沙风的７５％，年平均起沙风
速７ｍ·ｓ－１［１２］。土壤以风沙土、棕漠土为主，质地
轻，肥力较低［１３］。草本植物花花柴作为过渡带上的
优势种，呈斑块状分布。花花柴为菊科（Ｃｏｍｐｏｓｉ－
ｔａｅ）花花柴属（Ｋａｒｅｌｉｎｉａ），多年生草本，叶肉质，椭
圆形，表面密被绒毛［１４］，在干旱多风沙的荒漠区主
要以克隆繁殖为主，对盐生环境有极强的适应能力，
是改良内陆盐渍化的先锋植物。花花柴冬季保留程
度尚好，第二年仍然可见到去年遗留下来的枯枝，加
上策勒地区冬季风沙活动较弱，因此花花柴草丛沙
堆在此得以发育和保留。因此花花柴草丛沙堆得到
较好发育。
２．２ 研究方法
２．２．１ 数据获取
２０１１年９月，在策勒绿洲－沙漠过渡带选取１
ｋｍ２调查区域，随机抽取花花柴盾形沙堆７５个，半
球形沙堆７５个，用卷尺和地质罗盘测量植株和沙堆
的形态参数。植株形态参数包括冠幅的东西长度
（Ｌ）、南北宽度（Ｗ）、植株最大高度（Ｈ）、枝条数量
（Ｍ），沙堆形态参数包括长轴长度（Ｌ）、短轴宽度
（Ｗ）、沙堆高度（Ｈ）、迎风坡坡度（α）和背风坡坡度
（β）。对植物冠幅的测定之所以以其东西和南北方
向的长度来度量，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，这样测定可以
更好地与沙堆形态相对应。
２．２．２ 数据处理
调查区的草丛沙堆形态主要分为盾形和半球形
两种。盾形沙堆的形状近似三棱锥，其底面积（Ｓ１）
和体积（Ｖ１）的计算公式为：
Ｓ１ ＝ １２ＷＬ
（１）
Ｖ１ ＝ １６ＷＬＨ
（２）
半球形沙堆的形状可近似为半椭球形，花花柴的形
状也看作是半椭球形，其底面积（Ｓ２）和体积（Ｖ２）的
计算公式为：
Ｓ２ ＝ １４πＷＬ
（３）
Ｖ２ ＝ １６πＷＨＬ
（４）
用Ｅｘｃｅｌ、ＳＰＳＳ１６．０及Ｏｒｉｇｉｎ对数据进行分析
和处理。
３ 结果与分析
３．１ 花花柴的形态特性
花花柴植株茎直立，多分枝，外形近似半球形，高
度在２２～１５２ｃｍ之间，平均高度８５ｃｍ，植株冠幅长
度变化范围为３２～２７７ｃｍ，平均长度１１９ｃｍ，冠幅宽
度变化范围在３９～３１３ｃｍ，平均宽度１２３ｃｍ，植株体
积在１０～２ ９０８ｄｍ３之间变化。植株枝条数各不相
同，在１～７０枝范围内变化，平均枝条数１５枝。由图
１可以看出，花花柴的长度、宽度、枝条数、面积和体
积的分布均呈正偏态，但是其高度的分布为负偏态，
其中花花柴植株长、宽、高度呈平峰分布，枝条数、冠
幅和体积呈尖峰分布，分布相对集中。
３．２ 沙堆的形态与发育特征
３．２．１ 沙堆的形态特征
花花柴沙堆根据其形态分为盾形沙堆和半球形
沙堆。花花柴盾形沙堆大小不一，高度变化在７～１２２
ｃｍ，平均高度２９ｃｍ。沙堆长度变化在７７～８４８ｃｍ，
２８９ 中 国 沙 漠 第３３卷
图１ 花花柴植株形态参数统计分析
Ｆｉｇ．１ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ Ｋａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ
平均长度２０８ｃｍ。宽度小于长度，最大宽度３２９
ｃｍ，最小宽度３４ｃｍ，平均宽度１０８ｃｍ。花花柴沙
堆体积变化在３．６～５ １１４．８ｄｍ３之间，大小相差很
大。盾形沙堆的高度、长度、宽度和体积的分布呈正
偏尖峰态。沙堆迎风坡坡角略大于背风坡，平均坡
度８°，呈正偏平峰态。花花柴半球形沙堆的高度变
化在６～７７ｃｍ，平均高度４１ｃｍ，长度变化在６９～
４５０ｃｍ，平均长度１５４ｃｍ，宽度在２９～２４０ｃｍ间变
化，平均宽度１２４ｃｍ，体积在１９～２ ２５３ｄｍ３间变
化，平均体积５１１ｄｍ３，迎风坡坡度平均为１８．９°，背
风坡坡度为２４．６°，最大坡度为４５°。
由表１的统计数据可以看出，半球形沙堆的平均
长度小于盾形沙堆，半球形沙堆的宽度、高度和体积
均要大于盾形沙堆。由此可以看出，草丛沙堆在由盾
形沙堆向半球形沙堆发育的过程中，长度在不断变小，
但是其高度、宽度以及体积仍在不断地增长。朱震达
等［６］也认为沙堆在发育过程中长度先增加、后缩小。
３．２．２ 沙堆的发育特征
由表２可以看出，盾形沙堆的高度与其长轴、短
轴之间呈现中度相关，长轴与短轴之间有高度正相
关关系。盾形沙堆坡度与其长短轴和高度间的相关
性较低。半球形沙堆形态参数间的相关系数较盾形
沙堆小，表明半球形沙堆参数间的相关性较低。正
如李鸿儒［１５］对白刺沙堆的研究发现，随着沙堆不断
发育，形态参数间的相关性越来越不显著。沙堆的
迎风坡和背风坡坡度与沙堆的高度呈中度正相关，
即随着沙堆不断的增高，其坡度也在增加。Ｈｅｓｐ［１６］
的研究也表明沙堆的高度决定其坡度，刘金伟等［１７］
的研究表明白刺沙堆的背风坡坡度与沙堆的背风坡
坡长呈负相关，与沙堆的高度等均呈正相关。沙堆
在由盾形向半球形沙堆发育的过程中，其背风坡坡
长缩短，高度增加，坡度也相应增大。
由图２可以看出，盾形沙堆的长度随宽度线性
增加，高度也随底面积线性增加，表明盾形沙堆在发
育的过程中，长度、宽度、高度间呈线性增长。盾形
沙堆的长度约为宽度的２．５倍，半球形沙堆的长度
略相当于其宽度。半球形沙堆的长度与宽度、底面
积与高度间均呈现出二次函数关系，半球形沙堆的
宽度和高度随沙堆长度和底面积增加，均呈现出先
增加后逐渐减小的趋势。Ｔｅｎｇｂｅｒｇ等［１８］根据沙堆
３８９ 第４期 王 翠等：新疆策勒绿洲－沙漠过渡带花花柴（Ｋａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ）沙堆的形态特征
的轴长与沙堆高度间的二次关系，将沙堆分为３个
发育阶段，沙堆的高度随轴长增长的阶段称为增长
阶段，高度基本处于平稳时称为稳定阶段，高度随轴
长降低的阶段称为衰退阶段。穆桂金［５］、朱震达
等［６］根据沙堆所在地区的植被覆盖度来判定沙堆的
发育阶段，因为植被覆盖度会影响到当地的沙源、起
沙风速、风沙流结构、地表水分含量等。本文认为沙
堆形态参数特征只是沙堆发育阶段的一个参考，而
非绝对的判断标准，因为沙堆的形态参数受到植物
的形态、地形和流动沙量等的影响。
表１ 花花柴沙堆形态参数统计分析
Ｔａｂｌｅ １ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ Ｋａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ ｎｅｂｋｈａｓ
沙堆类型 参数 统计量 最小值 最大值 平均值 标准差 偏态 峰态
盾形沙堆 Ｈ／ｃｍ ７５ ７．０ １２２．０ ２９．０ １９．８７ ２．４７ ８．５７
Ｌ／ｃｍ ７５ ７７．０ ８４８．０ ２０８．５ １１８．０５ ２．５４ １０．６９
Ｂ／ｃｍ ７５ ３４．０ ３２９．０ １０８．０ ４８．１０ １．７０ ５．６４
Ｖ／ｄｍ３ ７５ ３．６ ５１１４．８ ２１９．５ ６３２．３４ ６．７７ ５０．５２
Ｓ／ｄｍ２ ７５ １５．３ １３９５．０ １３６．９ １８０．００ ５．０６ ３２．６９
α／（°） ７５ ０．０ ３７．５ １４．０ ８．２６ ０．５５ －０．０９
β／（°） ７５ ２．０ ３５．０ １６．４ ７．３８ ０．３４ －０．３１
半球形沙堆 Ｈ／ｃｍ ７５ ６．０ ７７．０ ４１．５ １７．５３ ０．１６ －０．９２
Ｌ／ｃｍ ７５ ６９．０ ４５０．０ １５４．０ ６８．７７ １．８４ ４．４８
Ｂ／ｃｍ ７５ ２９．０ ２４０．０ １２４．４ ４１．００ ０．７６ ０．８６
Ｖ／ｄｍ３ ７５ １９．１ ２ ２５３．６ ５１０．８ ４８４．５８ １．５９ ２．２８
Ｓ／ｄｍ２ ７５ ３７．９ ５３３．７ １６０．７ １０８．３０ １．４３ １．９６
α／（°） ７５ ０．０ ４５．０ １８．９ １０．３９ －０．１５ －０．５２
β／（°） ７５ ２．０ ４５．０ ２４．６ ９．１１ －０．２９ －０．１３
注：Ｈ．沙堆高度；Ｌ．沙堆长轴长度；Ｂ．沙堆短轴宽度；Ｖ．沙堆体积；Ｓ．沙堆底面积；α．沙堆迎风坡坡度；β．沙堆背风坡坡度。
表２ 花花柴沙堆形态参数间的相关性分析
Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｏ ｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ Ｋａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ ｎｅｂｋｈａｓ
沙堆参数 Ｈ Ｌ Ｂ Ｖ Ｓ α β
盾形沙堆
Ｈ １
Ｌ ０．７３＊＊ １
Ｂ ０．７８＊＊ ０．８７＊＊ １
Ｖ ０．７５＊＊ ０．８１＊＊ ０．７５＊＊ １
Ｓ ０．７４＊＊ ０．９３＊＊ ０．８８＊＊ ０．９５＊＊ １
α ０．４２＊＊ ０．３６＊＊ ０．３５＊＊ ０．３７＊＊ ０．３９＊＊ １
β ０．５４＊＊ ０．３４＊＊ ０．５１＊＊ ０．３２＊＊ ０．３５＊＊ ０．４７＊＊ １
半球形沙堆
Ｈ １
Ｌ ０．３３＊＊ １
Ｂ ０．６７＊＊ ０．４７＊＊ １
Ｖ ０．７５＊＊ ０．７６＊＊ ０．８０＊＊ １
Ｓ ０．５３＊＊ ０．８９＊＊ ０．８０＊＊ ０．９２＊＊ １
α ０．５２＊＊ ０．２５＊ ０．２７＊ ０．４４＊＊ ０．３０＊＊ １
β ０．５０＊＊ ０．０３ ０．２４＊ ０．３０＊＊ ０．１６ ０．４２＊＊ １
注：Ｈ．沙堆高度；Ｌ．沙堆长轴长度；Ｂ．沙堆短轴宽度；Ｖ．沙堆体积；Ｓ．沙堆底面积；α．沙堆迎风坡坡度；β．沙堆背风坡坡度；＊为α＝０．０５显
著水平；＊＊为α＝０．０１显著水平。
４８９ 中 国 沙 漠 第３３卷
图２ 花花柴沙堆形态参数间的关系
Ｆｉｇ．２ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ Ｋａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ ｎｅｂｋｈａｓ
３．３ 沙堆与花花柴植株的关系
３．３．１ 沙堆与花花柴植株形态参数间的相关性
由表３可以看出，盾形沙堆的高、底面积、体积
与花花柴的株高均显著相关，沙堆的长轴、短轴与花
花柴的株高相关度较低，沙堆各个参数与花花柴的
长度、宽度、投影面积、体积和枝条数均呈中度乃至
高度相关。半球形沙堆长轴与植株参数间的相关性
显著，但直线相关性较差，半球形沙堆的短轴、高度、
体积等与植株参数的相关系数在０．６７～０．９０间变
化，相关性显著。总体看来，盾形沙堆与植株参数的
相关性大于半球形沙堆，沙堆高度与植株高度间有
着高度的相关性。Ｔｅｎｇｂｅｒｇ等［１８］认为沙堆高度与
植株高度之间没有显著相关性，Ｋｈａｌａｆ等［１９］则认为
沙堆的高度与灌丛高度存在较好的相关性。笔者认
为之所以有这两种截然不同的观点，可能与测量植
株高度的方法有关。本文和 Ｋｈａｌａｆ等在测量植株
的高度时，是以地面高度距植物顶端高度为植株高
度（Ｇ），还有一些文章是以植物出露沙堆高度为测
量高度（ｈ）。植株高度关系到沙堆与植物间的相互
作用过程。在植物萌芽时，附近并没有形成沙包，随
着植物的生长，流沙堆积在植物周围，覆盖了植物茎
的一部分。因此，植物的高度应该包括沙埋的部分。
Ｔｅｎｇｂｅｒｇ等没有给出测量图，推测其对植株高度测
表３ 花花柴与沙堆形态参数间的相关性分析
Ｔａｂｌｅ ３ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｋａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ ａｎｄ ｎｅｂｋｈａｓ
沙堆形态参数
盾形沙堆植株形态参数
Ｈ Ｌ Ｂ Ｖ Ｓ Ｍ
半球形沙堆植株形态参数
Ｈ Ｌ Ｂ Ｖ Ｓ Ｍ
Ｈ ０．７８＊＊ ０．７３＊＊ ０．６６＊＊ ０．６８＊＊ ０．７３＊＊ ０．８４＊＊ ０．９０＊＊ ０．７３＊＊ ０．７１＊＊ ０．６７＊＊ ０．７３＊＊ ０．７４＊＊
Ｌ ０．３２＊＊ ０．７０＊＊ ０．７８＊＊ ０．７７＊＊ ０．８２＊＊ ０．８５＊＊ ０．３６＊＊ ０．３６＊＊ ０．３８＊＊ ０．３７＊＊ ０．４０＊＊ ０．４０＊＊
Ｂ ０．４９＊＊ ０．８１＊＊ ０．８８＊＊ ０．８０＊＊ ０．８６＊＊ ０．８４＊＊ ０．７２＊＊ ０．７３＊＊ ０．８４＊＊ ０．７６＊＊ ０．８０＊＊ ０．７６＊＊
Ｖ ０．６１＊＊ ０．６４＊＊ ０．６９＊＊ ０．８３＊＊ ０．８５＊＊ ０．８１＊＊ ０．６９＊＊ ０．７２＊＊ ０．７４＊＊ ０．７０＊＊ ０．７７＊＊ ０．７４＊＊
Ｓ ０．５２＊＊ ０．７０＊＊ ０．８０＊＊ ０．８５＊＊ ０．８９＊＊ ０．８５＊＊ ０．５５＊＊ ０．６０＊＊ ０．６６＊＊ ０．６１＊＊ ０．６６＊＊ ０．６２＊＊
注：Ｈ．沙堆高度；Ｌ．沙堆长轴长度；Ｂ．沙堆短轴宽度；Ｖ．沙堆体积；Ｓ．沙堆底面积；＊＊为α＝０．０１显著水平。
量时可能是以出露沙堆高度来确定的，武胜利［１１］也
认为沙堆形态参数与Ｇ的相关性系数高于与ｈ 的
相关性。
３．３．２ 盾形沙堆与花花柴植株形态参数间的回归
性分析
由图３可以看出，调查区的盾形沙堆长轴为植
５８９ 第４期 王 翠等：新疆策勒绿洲－沙漠过渡带花花柴（Ｋａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ）沙堆的形态特征
图３ 盾形沙堆与花花柴植株形态参数的关系
Ｆｉｇ．３ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ｏｆ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｋａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｈｉｅｌｄ－ｓｈａｐｅｄ ｎｅｂｋｈａｓ
株冠幅长度的１．９倍，底面积为植株投影面积的
１．７倍，体积为植株体积１．３倍，短轴约等于植株冠
幅宽度。花花柴投影面积与体积的回归曲线截距为
负值，由截距的值可以推断，植物投影面积为２３
ｄｍ２、体积１７７ｄｍ３、高度为３ｃｍ时方可形成盾形沙
堆。Ｈｅｓｐ［２０］提出植物高度最少要在１０～１５ｃｍ才
能有效截留风沙，在实际调查中，花花柴植株在高度
达到５ｃｍ时周围就可积沙，这可能与花花柴植株叶
片肉质、幼龄时枝条多且密集成簇状有关。
３．３．３ 半球形沙堆与花花柴植株形态参数间的回
归性分析
由图４、图５可以看出，半球形沙堆体积和花花
柴的长度、宽度、投影面积间的回归曲线截距均小于
０，表明在没有植被的情况下不会有半球形沙堆的形
成，只有当植株冠幅的长度大于３ｃｍ、宽度大于１６
ｃｍ、高度大于４０ｃｍ、植株投影面积大于１９ｄｍ２、体
积大于１７３ｄｍ３时才可能会形成半球形沙堆。由上
述数据可以看出，半球形沙堆起始发育的植株尺度
要远大于盾形沙堆，由此也可以推断，半球形沙堆是
由盾形沙堆发育而来的。同时由回归方程的斜率可
以看出，半球形沙堆的长轴、短轴和底面积约等于植
株的冠幅长度、冠幅宽度和投影面积。
３．４ 沙堆体积
根据相关分析可知，沙堆与花花柴形态参数间
有较好的相关性。本文拟通过花花柴的投影面积来
估算１ｋｍ２内花花柴沙堆的体积，即花花柴可固定
的沙量。植株的投影面积和沙堆体积的计算公式在
前面已列出。计算步骤如下：
１）在植被盖度为２７％的１ｋｍ２的沙地上，应该
有植被投影面积１×１０６×２７％＝２．７×１０５ ｍ２。
２）共调查了１９３ｍ２的花花柴植株投影面积，固
定的沙量为３６．４ｍ３，如果有２．７×１０５ ｍ２的植株投
影面积，可以固定的沙量为３６．４÷１９３×２．７×１０５
＝５．１×１０４ ｍ３体积的沙量。这个估算值的意义是
每破坏１ｋｍ２过渡带上的植被，就会有约５０ ０００ｍ３
的沙丘活化。这充分说明了花花柴沙堆对策勒绿洲
具有重要的保护作用。
４ 讨论
灌（草）丛沙堆之所以呈现不同的形态，主要与
沙堆的发育阶段、沙源供给和植物的形态等有关。
本文主要探究了两种沙堆形态———盾形和半球形。
Ｈｅｓｐ［７］根据灌（草）丛沙堆形态将其分为早期盾形、
晚期不规则形、较稳定阶段的圆锥形和半球形。因
此本文对盾形沙堆和半球状沙堆所表现出来的不同
特征的研究，其实是对沙堆在早期发育阶段和稳定
阶段的探讨。研究结果表明盾形沙堆的长度、底面
积和体积均大于相似植株条件下的半球状沙堆，对
６８９ 中 国 沙 漠 第３３卷
图４ 半球状沙堆与花花柴植株形态参数的关系
Ｆｉｇ．４ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ｏｆ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｋａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｎｅｂｋｈａｓ
图５ 花花柴沙堆高度与植株形态参数的关系
Ｆｉｇ．５ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｋａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｎｅｂｋｈａｓ’ｈｅｉｇｈｔ
于这种现象有以下推测。策勒绿洲－沙漠过渡带属
单峰低风能环境［１２］，在有花花柴植株覆盖的５—１０
月，风力最强，风向集中在 Ｗ、ＷＮＷ，盾形沙堆的背
风坡即Ｅ、ＥＳＥ方向形成长长的沙尾。１１月到次年
４月，植株枯死，此时该地区风力较弱，风向多变，沙
堆会遭到各个方向侵蚀，沙尾长度缩短。因此盾形
７８９ 第４期 王 翠等：新疆策勒绿洲－沙漠过渡带花花柴（Ｋａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ）沙堆的形态特征
沙堆在长期多风向的交替作用下逐渐演变为半球形
沙堆。在同一地区造成沙堆形态参数发育不一致的
原因主要是沙堆发育阶段的不同。
花花柴半球形沙堆的最大坡度大于盾形沙堆，
推测其原因是花花柴沙堆进入稳定阶段后，沙堆沙
粒胶结密而紧实，沙粒之间的作用力不仅受沙粒间
摩擦力、沙粒圆度等的影响，更多的受到植物根系对
他们的支撑作用，因此稳定阶段的花花柴沙堆最大
休止角可以达到４５°。雏形阶段和发育阶段的盾形
沙堆积沙量多分布于植株后方，受植株根系的支撑
作用力较小，主要通过植株形态影响风流场结构导
致沙粒的堆积，因此其休止角类似于新月形沙丘的
休止角，最大值在３５°左右［２１］。
不同种类植物的形态构型决定了沙堆发育的大
小和形状。何明珠等［２２］研究了民勤绿洲４８种典型
的荒漠植物的枝系构型，发现白刺通过增加分枝率、
分枝长度和角度来增加对光照、温度等资源的利用，
该类型植物通过扩展、扩大空间来构建其枝系构型；
小叶锦鸡儿主要通过增加分枝率、减小分枝长度等
来增加其空间的复杂程度。花花柴的空间分布构型
趋于简单化，它主要通过叶构件的复杂化来增加其
对物质和能量的积累。植物的构型会影响沙堆的形
态，杜建会等［３］提到垂向生长、分枝少、密度高的灌
草丛形成近似圆锥形的沙堆，而植物分枝多、呈簇状
分布的灌草丛捕沙能力强，常形成半球形的沙堆，具
体表现为白刺沙堆的高度在０．１３～４．５ｍ，小叶锦
鸡儿灌丛沙堆的高度在０．４～１．８ｍ，柽柳沙堆的高
度在１～１５ｍ，花花柴沙堆在０．０７～１．２ｍ。除植
物的形态对沙堆形态大小的影响外，刘金伟等［１７］发
现不同风力、沙源和植被生长状况造成了白刺沙堆
的形态和大小存在着明显的空间异质性。彭飞
等［２３］发现不同地下水位埋深和沙源状况的白刺灌
丛沙堆形态参数特征间有显著差异。
灌（草）丛沙堆对绿洲的保护作用不仅体现在其
防风固沙上，沙堆对土壤的改良作用也十分显著。
杨雪等［２４］发现两种不同的白刺沙堆Ｎ、Ｐ的含量和
分布层次都存在差异，靳虎甲等［２５］发现不同发育阶
段的白刺沙堆土壤呼吸速率不同，这些均反映了灌
丛与沙堆之间物质能量的交换与互馈关系。杜建会
等［２６］研究了白刺沙堆不同发育阶段土壤的理化性
质，发现沙堆从发育到稳定阶段，土壤中有机质和全
氮、全磷等的含量都逐渐升高，沙堆的表面养分含量
高于丘间地，沙堆土壤呈现出“肥岛现象”。
５ 结论
策勒地区位于塔克拉玛干沙漠南缘，在策勒绿
洲外围的绿洲－沙漠过渡带中，以花花柴和骆驼刺为
优势种，丰富的沙源和风动力为过渡带上草丛沙堆
的发育提供了条件。过渡带上花花柴植株大小不
一，体积相差很大，最小冠幅为１０ｄｍ２，最大冠幅约
为６７１ｄｍ２。花花柴草丛沙堆的形态特征与其发育
阶段有密切关系。发育初期为盾形沙堆，其长轴与
短轴、底面积和高度间呈线性关系，发育稳定阶段为
半球形沙堆，各形态参数则均呈二次函数型关系。
沙堆的形态参数和植株的形态间有着显著的相关
性，沙堆的短轴与植株的宽度相当，盾形沙堆的长轴
约为植株冠幅长度的２倍，体积为植株体积的１．５
倍，而半球状沙堆的长轴和体积均约为植株的０．５
倍。由此可见，在沙堆由雏形向稳定阶段发育的过
程中，沙堆长轴变短，高度增加。
花花柴草丛沙堆对策勒绿洲具有重要的保护作
用。策勒绿洲－沙漠过渡带每破坏１ｋｍ２的花花柴
植物群落，就将会有约５０ ０００ｍ３的沙丘活化。因此
过渡带上的植物对保护绿洲环境有着极为重要的作
用，人类要重视和保护绿洲－荒漠过渡带这一天然防
护屏障，对过渡带资源开发利用要科学和适度。
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ＷＡＮＧ Ｃｕｉ １，２，３，ＬＥＩ Ｊｉａ－ｑｉａｎｇ１，２，ＬＩ Ｓｈｅｎｇ－ｙｕ１，ＭＡＯ Ｄｏｎｇ－ｌｅｉ １，２，３，
ＲＡＨＭＵＴＵＬＬＡ Ｚａｙｎｕｌａ１，２，３，ＺＨＯＵ Ｊｉｅ１，２，３
（１．Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｇｅｏｇｒａｐｈｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｕｒｕｍｑｉ ８３００１１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｅｌｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ
Ｓｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｄｅｓｅｒｔ Ｓｔｅｐｐｅ Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ，Ｃｅｌｅ ８４８３００，Ｘｉｎｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ；３．Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｄａｔａ ｏｆ ｃａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ ａｎｄ ｃａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ ｎｅｂｋｈａｓ ａｎｄ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｍｅｔｈ－
ｏｄｓ，ｗｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｃａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ ｎｅｂｋｈａｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ
ｎｅｂｋｈａｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｌａｎｔ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓａｎｄ ｆｉｘｅｄ ｂｙ ｐｌａｎｔｓ ａｔ ｔｈｅ ｏａｓｉｓ－ｄｅｓｅｒｔ ｅｃｏ－
ｔｏｎｅ ｏｆ Ｃｅｌｅ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ ｏｆ Ｃｈｉｎａ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ａｓ ｆｏｌｏｗｓ．（１）Ｃａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ Ｎｅｂｋｈａｓ ｃａｎ ｂｅ ｍａｉｎｌｙ
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ｐｉｎｇ ｓｔａｇｅｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｅｒｉｏｄｓ．Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｌｉｎｅａｒ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ
ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｓｈｉｅｌｄ－ｓｈａｐｅｄ ｎｅｂｋｈａｓ，ａｎｄ ｓｏ ｄｏ ｔｈｅ ｂａｓａｌ ａｒｅａ ａｎｄ ｈｅｉｇｈｔ，ｂｕｔ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｑｕａｄｒｉｃ ｌｉｎｅａｒ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
ｆｏｒ ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｎｅｂｋｈａｓ．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｒｏｍ ｓｈｉｅｌｄ－ｓｈａｐｅｄ ｎｅｂｋｈａｓ ｔｏ ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌ
ｎｅｂｋｈａｓ，ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｂｋｈａｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ，ｗｉｄｔｈ ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ ｎｅｂｋｈａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ａｓ
ｐｌａｎｔｓ ｇｒｏｗｓ．（２）Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｎｅｂｋｈａｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ｏｆ
ｐｌａｎｔｓ．Ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｓｈｉｅｌｄ－ｓｈａｐｅｄ ｎｅｂｋｈａｓ ｉｓ ｔｗｉｃｅ ａｓ ｌｏｎｇ ａｓ ｔｈａｔ ｏｆ ｐｌａｎｔｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ ｓｈｉｅｌｄ－
ｓｈａｐｅｄ ｎｅｂｋｈａｓ ｉｓ １．５ ｔｉｍｅｓ ａｓ ｌａｒｇｅ ａｓ ｔｈａｔ ｏｆ ｐｌａｎｔｓ．Ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｎｅｂｋｈａｓ ａｒｅ
０．５ ｔｉｍｅｓ ａｓ ｌａｒｇｅ ａｓ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｐｌａｎｔｓ．（３）Ｉｔ ｉｓ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ Ｃａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ ｎｅｂｋｈａｓ ｃａｎ
ｂｅ ５０ ０００ ｍ３ ｐｅｒ ｋｍ２ ａｔ ｔｈｅ ｏａｓｉｓ－ｄｅｓｅｒｔ ｅｃｏｔｏｎｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ Ｃａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ ｎｅｂｋｈａｓ ｆｉｘ ａ ｇｒｅａｔ
ｄｅａｌ ｏｆ ｓａｎｄ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｔｈｅ ｏａｓｉｓ ａｎｄ ｐｌａｙｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｏａｓｉｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ ｎｅｂｋｈａｓ；ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｓａｎｄ－ｆｉｘａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ；ｏａｓｉｓ－ｄｅｓｅｒｔ ｅ－
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９８９ 第４期 王 翠等：新疆策勒绿洲－沙漠过渡带花花柴（Ｋａｒｅｌｉｎｉａ ｃａｓｐｉｃａ）沙堆的形态特征