全 文 ：第 卷 第 期
年 月
林 业 科 学研 究
。
。 ,
。
榆林毛乌素沙地飞播植被对流动
沙丘链的逆转作用
周 士 威
中国林业科学研究院林业研究所
漆建忠 麻保林 刘冰泉
映西省榆林地区治沙研究所
摘要 本文系 年在榆林毛乌素沙地 , 采用 个梯度 , 个测风探头 , 对流
动沙丘和 飞播地进行风速的同步或相对值观测报告 。测试阐明 飞播形成的植被踏郎
勿 二 二 与花棒 如 叩 坛 ,
尤 以踏郎对流 动沙丘的逆转作用效果显著。 由于踏郎地下茎的萌生 , 使原来 宽
的植被带扩 大到 后保存面积由 增到 以 上 , 形 成固 定沙地 。
改造后 的沙丘 , 不仅坡度减 小 、 坡长增大 , 沙丘高度显著降低 , 并呈 “舌状”前
移 , 丘间地也 不断缩小等 , 出现一 系列 飞播地的地貌形态变化 , 使 “水平” 、 “垂直”
风速的降低值均衡 。 对比封禁十年后 的流动沙丘 , 除沙丘前移外 , 坡面上仍然寸草
不长 。 因此 , 提倡远处飞播 , 近处人工直播是改造沙漠的有效措施 。
关键词 飞播植被 , 流动沙丘链 逆转作用
榆林地 区沙地总面积 万五 , 其中尚未治理的流沙 万 。 一年飞 播 试
验及近年生产性飞播固沙 万 。 对改变沙区恶劣的自然面貌、 改善人 民生产和生活条件
及减少黄河泥沙沉积具有重要意义 。
对各种类型流动沙丘的形态发生 、 发育 , 国内外学者进行过大量的研究〔’。 但用地貌学
观点 , 认识大面积流动沙丘 , 在植被作用下的良性转化过程 , 前人研究的并不多。 毛乌素沙
地边缘的流动沙丘 , 形成的历史已有几百年 , 在飞播 或人工直播后 左右的时间 或更
短 里已形成固定沙地 , 主要是介入的飞播植被的群体抗逆性改变了风对沙质地表的吹蚀 、搬
运和沉积的结果 。 因此进行风速观测 , 揭示风与植被及其下垫面的沙质地表 被覆盖的 或 裸
露的的动力学机理 , 阐明在长有植被的沙丘上 , 风的分布规律和流动沙丘在被植被 固 定过程
中 , 所形成的活跃地貌 , 尤为必要。 此项野外观测研究国内外迄今尚未系统做过。
一 、 自 然 概 况
榆林沙区地处毛乌素沙地 的 南 缘 , 地 理 坐 标为 ‘一 ‘、 “
本文于年月 吕 日收到 。
林 业 科 学 研 究 卷
’ , 海拔 。一 。本区大部分母岩由侏罗纪、 白至纪地层的杂色沙岩 、 页岩 、
砂砾岩 、 泥岩等组成 。 由于风沙地貌发育 , 形成了新月形沙丘链、 格状沙丘等类型。 本区为
大陆性季风气候 , 降水量变化大 , 多雨年份高达 , 旱年仅 , 平均为 ·
。 风速 一 , 在寒冷季节 , 盛行西北风 , 温暖季节盛行偏南风 , 月的风速为
全年最大值 。 全年沙暴日 , 扬沙 日 。 干燥度 一 , 属温带半干旱气候。
年平均日照时数 。年 平均气温了 一 。℃ , 极端最低温 一 ℃ , 最高 。 ℃ ,
℃以上积温 !。 一 ℃ , 无霜期一 。
本区流动沙地植被稀疏 , 通常只有沙米 盯叩 二 。 细。 、 沙 竹
, 二 、白沙篙 二 , 等的分布 。在沙地自
然固定过程中逐渐形成以油篙 汀 耐’ ’ 为主的群种 , 并伴有白草 凡
。 二 二 、 沙 芦 草 , , 二 。 材 、 苦 豆 子
王 。, 、 棘豆 万, 宕 、 冷 篙 材。, 畜
一 等。 在地下水位较高的流沙低地 , 常有沙柳灌 丛 优
生长 。
本区属黄河水系 , 主要有无定河、 窟野河 、 秃尾河及其支流 , 流域面 积 。 水
质矿化度多在 以下 , 水资源较丰富 。
二 、 观测内容和方法
观测飞播地独特的地貌对风速的影响 , 飞播植物种踏郎 、 花棒的不同盖度、 群体大小和
高度对风速分布状况的影响 。
测 区选在榆林红石峡西沙飞播封禁区中航 、 南航境内 , 共 块观测样地 , 分别设在 、
、 了年播的花棒林地和 、 、 年播的踏郎林地内。 两块对照 , 一块选在附
近未飞播过的流动沙丘 另一块设在附近平沙地 高处风向杆上 , 每次与观测点同步取值 ,
公式为,
互一 了。 ‘ 卜二一厂一一二 一 一乙 玉 一 。奋。
—任意高度风速值 —任意高度的对数值 , u :—10 m高处 已 知 风 速 值 ,
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. 盆:—10m高度的对数值 , L. :‘—现场地表粗糙度值为。. 0 2 5 c m 。先求 出与测点对应高度的风速值 , 再与样地测值比较 , 最后用百分数表示 , 若是同步观
测时 , 以绝对值表示。 测值 (。2 )均为 5 分钟 5 次的平均值 。 测试仪器为 SF Y 四道 电子风 速
仪。 观测前 , 对上述所有样地进行了地形测量和用线段法对植物种做常规调 查 。 另外在面上
对42 个飞播后沙丘的地貌形态的发生、 发育和消失与飞播植被的关系进行了调查 。
风速观测点设置有两种形式:
1 . 贴地层25 cm 高观测点 自沙丘迎风坡至背风坡 、 丘间地 , 布点28 一30 个 , 同 步 观
测 。
2
. 不同梯度的观沏l点 每个测点上分25 em 、 1 0 0 e m 、 2 0 0 e m 、 3 0 0 e m 四种高度 , 测
点沿沙丘中心线等距分布 , 从沙丘迎风坡 、 背风坡到丘间地 , 一般设14一16 个测点。
期 周士威等:榆林毛乌素沙地飞播植被对流动沙丘链的逆转作用 103
三 、 结果与分析
1. 流动沙丘上风速分布的规律和特征 从表 1看出: 迎风坡上的平均风速绝对值 , 由下
往上是递增趋势。 说明迎风坡有聚风的作用 , 和受布点高度增加的影响 , 其风蚀强度亦基本
表 1 流动沙丘各部位25 cm 高度密集布点同步风速观侧
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林 业 科 学 研 冗 2 卷
上由下而 _仁增强 。 唯有迎风坡中上都 , 风速增值减小 , 并出现负值 (15测点) , 说明受迎风坡
巾上部稍有隆起的微地形影响 , 因而此处风蚀强度亦相对轻些 。 迎风坡下 1 / 3 处的风速值 ,
稍低于 一} 毛沙地 _L汤”“点的风速位 , 说明该处多少还受到后而沙丘的庇护 。 此处向上 , 风速值
开始大于对热玉{乙沙坟 。 丘顶风速位最大 , ,迢出对照6 4 .4 % 。 沙丘 背风琴_ ;部 , 风速位最小 ,
仅为对照的 31.6 % , 即 1 / 3 的风速值。
表 2 的 4 个梯度的“水平” (只是借用术语 , 其实并不水平 , 是沿沙丘外形设点)风速值 ,
亦是符合表 1 沙丘各部位风速值的分布规律。 但是第 14 个测点上的风速梯度值例外 , 不完全
符合平沙地上的风速与高度的对效正比规徉 〔Zj。 各测点上的梯度风速的分布特征是 :
迎风坡中部以下 ( 1一 4 测点)各测点的梯度风速值随高度的拼加而增加 ;
迎风坡中部以上( 5 一 7 测点)各测点的梯度风速值 , 开始随着高度增加 , 而后又降低;
背风坡中上部(10 一11测点)的梯度风 速值 , 随高度增加 ;
背风坡中下部(12 一13测点)的梯度风速值 , 开始随高度场加 , l叮后又降低 。
迎风坡上测点的梯度风速值之所以随高度增加 , 其原因是 3 m 的梯度 , 还在受 迎 风 坡
聚风的控制(尤如半边风 速“管道”效应); 随着高度增加 , 梯度风 速值反而下降 , 是因为测点
的高度已脱离了迎风坡聚风的影响。 背风坡中上部梯度风速增值是受迎风坡丘顶高速风加速
的影响 , 特别是测杆高出丘 顶时; 背风坡中下部风速梯度值下降 , 是测点接近回旋紊流中心
的缘故。 口旋紊流气团外围风速 , 上面受丘顶强风加速 , 风速大 , 下面受地表摩擦 , 风速减
衰 3 沙丘上的花棒、 踏 郎林地的防风效应观洲¹
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¹ 花伟、 踏郎均为19 7 5年 飞播。 花棒、 咬郎侧点间满分别为 3 m 、 2 . s m , 侧 点高度均为25 cm
期 周士威等: 榆林毛乌素沙地飞播植被对流动沙丘链的逆转作用 105
- ~-一- 一 一- 一 - - ~ - - - ~ 一一-- -一-一一小 , 而气团中心风速最小 , 这就是造成背风坡下部风速随高度增加 , 而后又 降 低 的 原因 。 总之沙丘上的风速分布 , 无论是 “水平”和“垂直”两个方面 , 都受到沙丘高度 、 坡度和坡长等影响 。2 。 沙丘上 花棒、 踏郎林地的防风效应从表 3 可以看出: 花棒林地风速的最大值和最小值 , 都出现在林外迎风坡上 。 丘顶风速最大 , 为平沙地对照风速的105 % ; 最小风速在林后 6 m 处(13 号测点) , 约为对照风速的
l / 5 , 说明整个花棒林地地形起伏较大 。 在
踏郎林地所有的测点 , 包括丘顶各点 , 没有
一处超过平沙地对照风速(表 3 ) , 说明整个
踏郎林地风速降低比较均衡 , 沙 丘 变 得 平
缓 , 高凸的丘顶 已不明显了 。 花棒林和踏郎
林相比 , 后者改造沙丘地形的功能强 。 两块
林地所测得的数据 , 并不因林内 测 点 的 增
加 , 风速有规律的降低 , 仍有高有低 , 因为
植被有疏有密 。 在林地中部一般积沙较多 ,
形成几平方米的小平台 , 此处植 被 较 少 或
无 , 因此风速值就大 (表 3 踏 郎 林10 一11测
点)。 花棒林后 g m 距离内 , 风速降低 , 风速
最大降低值在 6 m 处(13 号测点) , 踏郎却在
3 m ( 5 号一个测点)。 说明花棒林的积沙高
度大 , 林缘后几乎形成了小背风坡 , 而踏郎
林后仍较平缓 。
从表 4 看出 “水平 ”布点的风速规律 , 已
完全被林地植被干扰打乱 , 花棒林地无论是
“水平”或梯度风速观测值 , 变幅较大 , 如林
内 25cm 高度的风速降低非常明显。 踏郎林
内25cm 高 度风速降低值与花棒林内_100 cm
高度观测值相近似 (表 5 )。 表明林地降低风
速的能力 , 与植物种有关。 花棒植株长得稀
而高 (比踏郎高两倍多) , 而且林下混主许多
天然侵入植物; 踏郎林稠而低 (约1.5 m 高) ,
天然侵入植物较少。 花棒 、 踏郎 同 播 种 于
1975 年 , 但固沙效果显 然 不 同 。 从现场看
24 m 宽的花棒林地(表 3 , 从 4 一1 号测点),
户日O教眼众婆逗城氯仇卑尸玲畏州。歌打盆纽户耸粉O利 -气
二
{ 宜跪 { 瑞叫 谈、是二
林 业 科 学 研 究 2 卷
除积沙增高 , 形成 “台地状”林地(或“孤岛状” 林地)外 , 林带宽度几乎没有增加 , 而路 郎靠地
下茎的萌生 , 从原有24 m 带宽扩大到40 m (表 3 中 1一 16 号点), 沙丘迎风坡地形变得 比较
平缓 。 所以单靠林地降低风速的大小 , 来评定植物种固沙能力是不够的 , 更重要的是考虑植
物种本身的生物学特性 。
表 S 花棒 、 踏郎林地和流动沙丘降低风速百分数象计值对比¹
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对 照 流 功 沙 丘观 测 梯 度 迎 风 坡 . 全 沙 丘º
2 5 C m
100 Cm
2 00 C】1 1
3 0 0 C m
合 计
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一 4 3 . 6 1
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¹ 花 棒、 踏郎均为19了5年飞 播。 º 全 沙丘即包括丘顶 和背风坡侧点。
对照流动沙丘 , 同样处于飞播的封禁区内 , 无人畜破坏 。然而 13 a 后 , 除了沙丘前移外 ,
沙丘的迎风 、 背风坡仍无植被。 与平沙地相 比(表 5 ) , 其不同梯度风速降低值的 累 计 百 分
数 , 在迎风坡上 出现负值 (因沙丘各测点的相对高程 , 相应大于平沙地四个梯度 , 以及坡度 、
坡长的影响) , 说明迎风坡的 总风速值要大于对照平沙地 , 因此 , 风蚀必然 比平沙 地 大; 而
背风坡风速值 比平沙地小得多 , 造成沙粒大量沉积 , 即严重的沙埋 。 在流动沙丘上风蚀和沙
埋严重 , 都是植物生长不利条件。
上述分析 , 仅仅说明由于飞播植物种、 群体密度和高度不同 , 因而防风固沙 效 益 不 一
样。 为了进一步了解活 动沙丘被飞播植被固定的过程 , 现举踏郎为例:
19 7了年飞播于中等高度( 7 一10 m )的新月形沙丘链上踏郎植物 , 当年保存面积 为37 .7%
(沙丘背风坡和副梁背风坡无苗)。 幼苗在迎风坡上呈横向“绿色带”着生 , 这种“绿色带 ”在平
四梁
沙丘许幼
幼苗在沙丘粉生 部位典型棋式图
台状的迎风坡上 , 有时会出现两条。 而在风以
较轻的副梁上 , 幼苗呈现纵 向“绿 色 带”着 生
(见图 )。 但是在以后的 3一 4 a 中 , 由于风$1l
植被消长作用 , 出现了飞播 (或直播 )独特的地
貌和逐年下降的保存面积 , 第三年仅为17 .4 % 。
但林带内积沙逐年 增 高 , 适 度 的 沙 埋 为天
然植被沙米 、 棉蓬等侵入创造了条件。横向“绿
色带”前缘出现“风蚀基线” , 最初几年 “ 基 线 ”
缓慢前移 , 到风蚀停止时 , “基线 ” 有 的 高 达
: m 。 “绿色带”林缘后亦被风蚀 , 前后遭受风
蚀 , 结果 , “绿色带”被切割成长短不等 的 “绿
色带”或圆形的 “绿色孤岛” , 其 间 形 成 “风 蚀
槽 ” , 宽几米到十儿米不等 。 沙丘两翼副 梁 和
迎风坡上的纵 、 横 “绿色带” 、 “绿色孤岛”林缘
期 周士威等: 榆林毛乌素沙地飞播植被对流动沙丘链的逆转作用 10夕
被风蚀的同时 , 林内仍不断积沙 , 但侵入的植被和踏郎却生长旺盛 , 这样就增强了整体的防
风固沙效应 , 表现为丘顶不断被削平 , 使原来凹形的背风坡 , 呈“舌状”向前推进 。表面上看 ,
迎风坡支离破碎 、 幼苗保存面积明显缩小 , 给人一种飞播固沙前景暗淡的感觉 , 实际上 , 飞
播后的流动沙丘已蕴藏着一种质的转变 。 定居下来的踏郎 为自身创造了适生的沙埋条件 , 加
上踏郎本身串茎萌生的生物学特性 , 使林地逐年向外扩展 。 1 9 8 了一1988年每 年 以1.6 m 的距
离向外延伸 , 每条地可萌发 5一 6 株。 1 9 7 7 年飞播 , 到198。年面积有所下降 , 但到1986年又
增到60 % 以上 。 上述就是踏郎 3 一 4 a 后保存面积扩大的主要原因 。 由于沙丘“舌状 ”前移 ,
与后一沙丘相连接 , 除沙丘个别部位外 , 踏郎植被已连成片。 林下苔醉结皮不断增多 , 厚度
约 1 cm 左右 。 值 得一提的是 , 1 9 8 8 年 7 月 7 日 , 林地经一次暴雨袭击 , 雨量3 .l m m , 雨
后竟出现地表通流的痕迹 (完全是沙质地段) , 这是流沙上不曾见过的现象 。 以上仅是中等高
度的沙丘上 , 踏郎的 固沙作用 , 倘若在平缓的流沙地上 , 单播踏郎或踏郎、 白沙篙、 沙打旺
混播 , 则第二年就能固定流沙。
13 a 的事实说明: 单靠封禁恢复流动沙丘的植被 , 不仅岁月漫长 , 而且成 效 甚 微。 今
后在毛乌素流动沙丘类型 区 , 不应采用这种措施 。 目前通过飞播或人工直播试验 , 已掌握了
最适宜沙地生长的植物种 , 同时建立了充足的种源基地 , 制定了最佳的技术规范 。 今后应大
力提倡远处飞播 , 近处人工直播固沙造林 , 只有这样才能把毛乌素沙地改变为收草丰盛的收
业基地。
四 、 结 论
1. 在中等高度 流动沙丘迎风坡上 , 25 c m 高 度的 风速绝对值 , 基本上由下往上呈递增
趋势 , 唯有迎风坡上部风速增值减小 。 迎风坡下 1 / 3 处 , 仍受到后一沙丘的庇护 , 其风 速
低于对照平沙地 。 丘顶风速最大 , 超 出对 照 64 。 4 % 。 背风 坡 中部 风 速 最 小 , 为 对 照 的
31 。 6 % 。
2
. 各测点 3 m 高梯度风速分布值 , 不完全符合风速与高度的对数正比的规律。 某些 测
点上 , 风速的梯度分布(高 3 m 以内)随高度增加风速反而降低。 前者是测点开始脱 离 迎 风
坡聚风影响造成; 后者是测点接近背风坡回旋紊流中心的低风区造成 。
3
. 花棒林地25 cm 水平 测点 , 降低风速的最大值和最小值 , 都是在林外迎风坡 上 , 说
明花棒林地地形起伏变化大 。 踏郎林地的风速降低值比较均衡 , 所有测点没有一处超过对照
风速 , 沙丘地形变得比较平缓。 花棒和踏郎相 比 , 后者改造沙丘地形功能强 。
4
. 花棒林地无论是水平或梯度风速值都变幅较大 。花棒 100 cm 高度风速值与踏郎 25 cm
高处近似。 因此 , 林地降低风速的大小 , 关键在于不同植物种在流动沙丘上的适应性。
5
. 流动沙丘被植被 固定过程中 , 具有独特的地貌形态: 纵 、 横“绿色带 ”; “绿色孤岛” ,
“舌状”推进的丘顶; 林地前沿 “风蚀基线” ; 风蚀槽等 , 其形态 出现的种类 、 存在时间的长短
与植物种有关 。 流沙一旦被固定 , 这些地貌特征也随之先后消失。
6
. 流动沙丘靠封禁恢复植被 , 13 a 未见成效。 因此 , 流动沙丘上封禁固沙的措施不 宜
采用。
林 业 科 学 研 究 2 卷
— 一一- 一 一一一 一一一一 一, , - ~ . - ~ ~ 一 - 一一-一一一-一一一一 , ~ - ~ - - 一-~.参 考 文 献
〔1 〕拜格诺 , 1 9 5 9 , 风沙 和荒 漠沙丘物理学 , 北京科学出版社 。
〔2 〕吴 正 , 1 9 8 7 , 风沙地貌学 , 北京科学出版社 。
〔3 〕翁笃鸣等 , 1 9 8 0 , 小气候 与农田 小气候 , 农业 出版社 。
T H E C O N V E R S ! N G E F F E C T O F A E R I A L S E E D E D
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