全 文 ：第 5 1卷 第3 期
19 95年 9月
中 国 沙 漠
JR N O UF O A LDR S T E ER ES ER A H C
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15
S ep
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N 认
l , 日b
砂旋复花的防风固沙作用
韩 厂
(湖南师范大学资源环境系 长沙 4 10 8 1)
提 要 砂旋复花是一种沙生先锋多年生草本植物 ,营养繁殖能力极强 , 能很好地适应恶劣的消
沙环境 。 研究结果表明 , 砂旋复花群聚的防风固沙作用非常突出 ,作为一种优 良固沙植物 ,值得在北
方沙区大力推广 。
关 键 词 砂旋复花 群聚 营养繁殖 防风固沙
植物在防风固沙中的作用极其重要 , 它是彻底治理流沙的根本所在 。在国内外的治沙研究
与实践中 ,都非常强调乔灌草相互配合的重要性 (彼得罗夫 M . 几 . , 1 96 0 ; 朱震达等 , 1 98 0 ;朱震
达等 , 1 98 9 ) 。 目前 , 国内对樟子松 ( lP 胡 .、 习的康二 va r . ~ 州。 )
、 黄柳 ( J , “ 盘 卿记绝毛夕翻滋 )和 油篙
( A
,
e7t
n
~ oT
己a如刀 )等乔木 、 灌木与半灌木的研究较多 ,而很少涉及砂旋复花 ( nI 咖 犯如蜘跄名 )之类
的沙生多年生草本 。在科尔沁沙地奈曼旗定位研究的基础上 ,对砂旋复花的防风固沙作用进行
初步探讨 。
1 研究区概况
奈曼旗位于科尔沁沙地南缘 , 地处温带半干旱季风气候区 。 年均温 6 . 4 C ,年降水量为
36 2
.
3 m m
,变率较大 , 集中于夏季 ; 年均风速 3 . s m ,s/ ,大风 (妻 17 . Z m / s ) 日数为 2 . 4 d , 3一 5
月为风季 ,风力强劲 ,盛行风向为 w N w , 最大风速的风向为 w N ,南风次之 。 7 月份地面温度在
6 5 C 以上 , 流沙表面可达 7 5 ` C , 炎热干燥 。
本 区流动沙丘以细砂 (0 . 05 一 0 . 25 m m ) 为主 , 含量在 85 % 以上 . 粘粒仅 占 2 %左右 ;矿物
组成中以石英和长石居多 , 化学成分 以 jS o : 为主 , 占 85 %以上 。 与邻近的丘 间甸子沙质栗钙
土相比 ,有机质含量相差 10 多倍 , 肥力极低 (表 l ) 。
表 1 流沙的肥力特征
土壤类型 有机质
(% )
pH 值 阳离子代换量
( m
e八 0 09 土 )
全养分 (% ) 速效养分 ( gm / gk )
P Zo s K Zo 水解 N P 20 s K 2 0
普通风沙土
砂质栗钙土
7
.
8 2
8
.
10
1
.
1 4
4
.
12
0
.
0 0 4
0
.
0 4 0
0
.
0 12 3
.
1 9 7
.
7 8
.
0
.
0 4 0 3
.
3 8 2 4
.
4 9
.
流动沙丘沙层含水量一般为 3一 4% , 雨后可达 5 % ,春旱时为 2一 3% ,迎风坡略低于落沙
坡 , 最大吸湿水在 0 . 3%左右 , 因此有效水分的储量比较丰富 。 一般来说 , 沙层的持水性较差而
透水性较强 。 表层干沙厚度随沙丘部位和季节而变化 , 一般仅 4一 5 c m , 但风季落沙坡可达
收稿日期 : 19 9 4一 0 8一 0 5 改回日期 : 1 9 9 4一 1 1一 2 1
27 4 中 国 沙 漠 1 5卷
20一 30 c m,干沙层的存在可防 l上水分过度蒸发 。 另外 ,迎风坡较之落沙坡而言 , 容重较高 , 两者
分别为 1 . 68 和 1 . 52 9 c/ m 3 ,而孔隙度较低 ,分别为 37 . 3 和 4 3 . 3% ,孔 隙度大 , 有助于植物生
根出苗 。
由此可见 , 流沙环境对植物生长发育来说 , 极为严酷 , 干燥 、 贫痔 、 流动性大 。春季沙埋与吹
蚀频繁 ,沙打沙割严重 ,抄面极为干燥 , 对神于的发芽 、 生根和幼苗生 长极为不利 ;夏季高温烤
灼 , 空气极端干燥 , 强烈干扰植物的正常生理活动 , 使之难以定居 。砂旋复花能在流沙上着生扩
展 , 充分说明它有极强的抗逆性与适应能力 。
2 生物学特性
砂 旋复花又名寥子朴 ,菊科旋复花属植物 , 多年生草本 。 一般 5 月初开始萌芽 , 6 月初开
花 , 花期长达 3 个月 , 9 月上旬停止生长 。 地下芽植物 。 地下茎横走 ,木质化 , 纵横交错 ,可延伸
10 多米或更远 ,水平支根易生不定根与不定芽 ,特别是在缓慢沙埋情况下 ,萌孽能力更强 。 根
系发达 , 营养繁殖能力强 。 这为适应恶劣的流沙条件奠定了基础 。
植株一般高 20 一 3 0 c m ,最高可达 4 5 c m 。 基部稍木质化 , 由此 向上分枝发达 ,被硬糙毛 ,混
生长柔 毛 。 叶小型 ,披针形或矩圆状条形 ,稍 肉质化 ,上面无毛 ,下 面有短毛 。 头状花序顶生枝
端 ,瘦果 . 被粗疏毛 ,上部有长毛 , 种子产量高 ,传播距离远 。 种子繁殖不太普遍 。
3 地理分布与生境特点
砂旋复花在中国北方分布极广 , 西部从新疆维吾尔自治区开始 , 经青海 、 甘肃 、 宁夏 、 陕西 、
山西 、 内蒙古和河北等省 , 东到辽宁省 , 即主要分布于草原地带 ,但也可进入荒漠区的湖盆 。 蒙
古与中亚地区也有分布 ,属中亚一蒙古区 系成分 。
它是喜沙植物 , 一般生长在水分条件较好的覆沙平地 、 河湖沙滩和低缓的流动沙丘 ,也可
在起伏较大的新月形沙丘或沙垅上生长 。 对流沙的固着力极强 , 扩展迅速 ,往往形成单一的群
丛 , 大面积覆盖于流沙之上 。 较之砂 引草 、 eIA 、 。 、 如记。 占功功二 、即 . 。 卯就。 ) 、 牛心朴子 (C卿脱加 7n
初刀次王、 流 )和苦豆子 (肠 ,俪。 lo(z脚、 而 )等沙生多年生植物 , 一其密度和群聚的空间范围均大 。
4 群聚的基本特征
本文选择了奈 曼旗中部沙区 内的 4 个样地 ,对砂旋覆花群聚进行调查 。 弓个样地的具体位
置是 :样 l 位于 中国科学院兰州沙漠研究所奈曼野外试验站 ( 1 20 0 41 ’ E , 4 2 0 5 8l N ) 北偏 东 .5 0
k m 处 ,样 2 位于试验站西南 5 . 4 k m 处 ,样 3 位于试验站西偏南 1 . 0 k m 处 ,样 4 位于样 3 以西
S O m
。 相应 的调查时 l司分别为 : 一9 9 1 年 8 月 3 0 日 , 19 9 1 年 9 月 2 日 , 1 9 , l 年 1 2 月 1 8 日和
1 9 9 2年 4 月 9 日 。
在每个样地 内随机布置 9 个 l m 沐 l m 的样方 , 分别测定其投影盖度 、 密度 、 最大高度 、 平
均高度 、 总生物量与镇 20 c m 的草层生物量等 ,其 中生物量为烘干重 (表 2 ) 。
( l) 地形对群聚的影响 由表 2 中可以看出 ,沙垅顶部与覆沙平地相 比 , 尽管生长 比较旺
盛 ,但无论从外貌还是从生物量来看 ,均不如后者 , 生物量相差 1倍多 。 由密度和平均高度来
推测 ,低新月形沙丘上的群聚也要优于沙垅上的 。 可见 ,随沙丘高度增大 ,群聚趋于衰退 ,本区
高大流动沙丘上未 见其分布 ,便可说明这一点 。
( 2) 沙丘高度对群聚影响 随着沙丘高度降低 ,群聚中其它植物种趋干增加 。在沙垅上 ,仅
3 期 韩 广 :砂旋复花的防风固沙作用初探 27 5
有少量沙米 ( A尹。泌vUu 。 恻。 。 爪 )与之伴生 ;而低新月形沙丘上则有所增加 , 除有较多的沙米伴 生外 , 尚有半灌木的差巴嘎篙 (方emt ~ 如左角分刀d r on )和 1年 生的狗尾草 ( J夕已抚即 。 夕公配口 )伴 生 ;到
了覆沙 平地 上 则更 为 丰 富 , 除沙 米 较多 外 , 可 见到 1 年 生 的 狗 尾草 、 小 画眉 草 (肠a 少OtS ”
环恐叨漩 s ) 、 止血马唐 (环帅沙犯 云义八脚刀u m ) 、 地锦 (肠尸腼 ,俪 加 m咖胡 )和苍耳 ( xa n htl 刀n ~ 卯俪m ) , 以及多年生的地稍瓜 ( C护泊 n clm 。 艺触初沁、 ) 、 扁楷豆 (刀 c z俪“ us : 以俪~ )和地榆幼苗 (U lm肪 尹“ 阴由 )等 ,种
数可达 5 种 / m ’ 。 沙丘起伏大不利于其与邻近植被地段进行种子交流和保 留 ,进而不利于流沙
的固定 。
( 3) 季节对群聚的影响 砂旋复花停止生长后 ,地上部分趋于死亡 , 叶片 、 果实与部分枝杀
逐渐枯落 ,这种生物量损失到翌年春季达到顶峰 。 冬 、 春季与秋季相比 ,盖度 降低近一半 ,高度
略有下降 , 生物量降幅较大 ,一般仅及秋季的 30 一 50 % 。
表 2 群聚的基本特征
样地
编号
盖度
( % )
密度
(株 /m Z )
最大高度 平均高度 种数
(c m ) ( e m ) (种 /m Z )
生物量 ( g / m Z )— 地 貌 部 位B o B I P (% )12 1 . 6 1 1 1 . 6 9 1 . 82 7 6 . 1 2 6 0 . 7 9 4 . 45 1 . 6 4 7 . 2 9 1 . 67 2 . 8 6 8 . 7 9 4 . 4 沙垅顶部覆沙平地低新月形沙丘顶部低新月形沙丘落沙坡0乙曰口互住J任ū乃门é0口吸以ù匀勺八向了40` l乙八IC山ó乃ē日O曰1火J任Jq仓曰q二d,一O七O口0é` IQ目9妇,ù勺d少úO744129已.71,工C合J任表中 B。 表示总生物量 , B I表示 20 c m 内的生物量 , P 为 B l / 0B
此外 , 无论季节和地形如何 ,砂旋复花的生物量主要集中于近地面 20 c m 以 内 , 占总生物
量的 90 % 以上 , 而枝条与 叶片主要集中于近地面 20 c m 内为阻风与防风提供了必要的基础 。
砂旋复花群聚 因地因时而异 ,地上部分与发达的地下部分相互配合 , 是防风固沙的根本所在 。
5 群聚的防风固沙作用
在砂旋复花生长季节里 , 风力小 ,频率低 , 降水频繁 ,沙面经常处于湿润状态 ,不易起沙 ; 同
时 , 叶层较茂密 , 枝条湿润有弹性 , 防风固沙作用较强 ,致使风沙活动很弱 。在高大沙丘上 , 由于
地形的影响 , 风季期 间风沙活动仍较明显 ,但沙丘形态变化不大 ,而对低矮和缓的沙丘而言 ,风
季期间沙丘表层风沙活动很弱 ,沙面仅缓慢移动 ,或沙埋吹蚀 。
在非生长季节里 , 尤其是春季 ,风 日多且风力大 ,地面干燥 ,植株枝条稀疏 , 缺乏韧性 ,防风
固沙作用明显减弱 。 但通过 实地风沙观测发现 ,砂旋复花群 聚的防风 固沙作用非 常突出 (表
3 )
。 其中风速观测是在 0 . s m 和 2 . 0 m Z 个高度 ,用 3 枚轻便风速仪测定 , 4 次重复 ; 输沙率采
用 10 孔 2 c m x Z c m 的阶状集沙仪测定 , 2 个重复 。 风速和输沙率的测定是同时同地进行的 。
表中 v 、 z 。 、 u . 、 q 、 丫分别为 Z m 高实测输沙量和根据经验公 式计算的流沙条件下的输沙
率 ,其 中 z 。和 u , 由风速廓线方程 o( . G . 萨顿 , 1 95 9 ) :
( 1 )
z一0Zl了( z )一令1n
推导而得 :
、少、2今口八j2沙、了
·` Z 。一 (`· 2 2一绘`· 2 1 , / (` 一片)
U一 K (` 22一 ` 2 1 ,`·会
27 6 中 国 沙 漠 1 5卷
式 中 K为卡曼常数 , 介于 0 . 35 一 0 . 40 之间 , u 、 、 u : 为高度 z , 、 z : 处的风速 。 q ,依拜格诺经验公
式 (拜格诺 R . A . , 19 5 9) :
q ` = 日( v 一 V t ) 3 ( 4 )
计算而得 ,对于 2 , 的测风高度和沙丘混合砂而言 , 日一 续. 52 x 1 0一 , , v 。一 4 . 0 m / 、 . q `的单位为
g
·
cm
一 .l 爪执 一 1 。
由表 3 可知 ,不管是冬季还是春季 ,砂旋复花群聚沙面与流沙表面相比 ,粗糙度高 3一 4 个
数量级 ,摩阻速度大 1 倍左右 ,实测输沙率却低 2一 3 个数量级 。 可见 , 由于群聚的存在 ,对气
流的扰动加剧 , 拖曳作用明显 ,削弱了贴地面层的风速 ,使风的直接作用面抬 升 ,风力不能直接
作用于地表 ,丰富的松散沙变为无效沙源 。 另外 , 不管风速如何变化 ,群聚的输沙率变异不大 。
q 与 q `相 比 ,低 2 个数量级 , 也就说明在相同风速条件下 , 群聚 内的输沙率 比流沙上的输沙率
低两个数量级 , 这从另一个侧面进一步证 明了砂旋复花群聚的 巨大防风固沙作用 。
表 3 砂旋复花群聚的防风固沙作用 ’
V 7 n I J
` n 门 )
地点 季节
( m / s )
7
.
2 4
9
.
4 1
9
.
1 0
9
.
2 1
(。 / s ) (夕 · 。 1 ) ( (夕 · 彻 一 玉 · , ,朋一 1 )
54巧一0243 39一70流沙 冬
流沙 春
0
.
4 7
3
.
6 0又 10 一 5
1
.
9 7
2
.
8 4 X 10 一 3
2
.
2 0 X 1 0 一 2
0
.
3 6
2
.
6 0 X I O一 2
:
`
从流沙的情况看 ,春季的输沙率与推测值接近 ,而冬季则相差近 20 倍 ,这主要是由于冬季
沙丘上风向积雪和冻土层的影响 , 使沙源减少所致 。
另外 ,冬季砂旋复花群 聚对 降雪的阻留作用 明显 , 株丛 间积雪一般厚 2一 3 cm ,上风向前
缘可达 7 二 (同期降水量为 1 . l m爪 ) , 这在一定程度上也削弱了风沙活动的强度 。
值得一提的是 ,砂旋复花枝条主要集中于近地面 20 。 以内 ,而风沙活动也主要集中于这
一高度 内 , 其前缘防风阻沙作用非常 突出 , 这可从冬季前缘大量积雪和春季大量积沙得以证
实 。气流遇前缘植丛后 ,产生大量涡旋 , 贴地面层风速降低 ,从而使风沙流中的砂粒大量沉积下
来 , 使沙面趋于稳定 。
可见 ,砂旋复花群聚在非生长季节里 , 防风固沙作用非常显著与独特 。
6 讨论
沙旋复花是一种分布很广的沙生植物 ,有较强的抗旱耐高温性能 ,喜沙埋 ,耐沙打沙割 ,地
下茎发达 ,萌集能力极强 。 在流沙上的先锋作用已引起人们注意 (北京大学地理系 , 1 98 3 ; 中国
科学院内蒙古宁夏综合考察队 , 1 9 8 5 ) ,但对其防风固沙作用却无人问津 。
经实地风沙观测发现 ,砂旋复花群聚的防风固沙作用非常突出 。 枝条主要集中于近地表
20 c7n 内 , 气流遇之产生大量涡旋并降低流速 ,从而在上风向前缘聚集大 量沙粒 ; 群聚的存在
使地表粗糙度大幅度提高 ,阻力增大 ,风力不能直接作用于地表松散砂 , 从而使沙面趋于稳定 。
此外 , 尚可阻 留冬季风吹雪 ,使沙层得到部分水分补给 ,也可阻留部分植物种籽 , 为其它植物的
侵入创造条件 。
3期 韩 广 :砂旋复花的防风固沙作用初探 27 7
虽然砂旋复花植株低矮 ,寿命短 , 不及乔木和灌木的防风作用大 ,但它分枝发达 ,直接保护
地表 。 地下茎和寿命基本上与流沙相 同 ,并且固着力很强 ,拓展迅速 , 固沙能力优于乔灌木 。 因
此 , 它是一种优良的先锋固沙草本植物 。
更为重要 的是 ,植株有毒 ,牲畜很少采食 ; 木质化程度低且低矮 , 当地居民很少樵采充作
薪柴 ;尽管可 以入药 ,但并非名贵 ,人们很少采挖 。 这些方面均是其它 固沙植物无法 比拟的 , 因
此 , 有必要在北方广大沙区大力推广与利用 。砂旋复花这种多年生草本与乔木 、 灌木相配合 ,既
可在垂直方 向也可在水平方 向 , 因地制宜加以配置 , 以充分发挥其优势 。
参 考 文 献
中国科学院内蒙古宁夏综合考察队 , 1 9 8 5 . 内蒙古植被 . 北京 : 科学出版社 .
北京大学地理系等 , 1 9 8 3 . 毛乌素沙区 自然条件及其改造利用 . 北京 : 科学出版社 , 82 一 87 .
朱震达等 , 1 9 8 0 . 中国沙漠概论 (修订版 ) . 北京 : 科学出版社 , 9 0一 107 ·
朱震达等 , 1 9 89 . 中国的沙漠化及其治理 . 北京 : 科学出版社 , 8 一9 .
陇 J工. 彼得罗夫 ,徐国锰等译 , 19 6 0 . 流沙的固定 . 北京 : 中国林业出版社 , 151 一 17 .9
R
. 月 . 拜格诺著 ,钱宁 、 林秉南译 , 19 59 . 风沙和荒漠物理学 . 北京 : 科学出版社 , 64 一 67 .
0
.
G
. 萨顿 , 徐尔颧等译 , 1 9 59 . 微气象学 . 北京 :高等教育出版社 , 2 60 一 3 09 .
A T E N T A T I V E S T t」D Y O N T H E E F F E C I S O F IN U L A S A L S O L O I] D I二5 O N
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K e y w o r d s 八咖 胡 Z义 ,左爪距占 T r o Ph i e r e P r o d u e t i o n C o n t r o ll i n g w i n d a n d f i x i n g s h i f t i n g sa n d