植物固沙技術研究進展及展望

張鈺佳，張克海，方 橋

(蘭州交通大學 環境與市政工程學院，甘肅 蘭州 730070)

1 引言

聯合國防治荒漠化《公約》對荒漠化[1]的定義為：因氣候變化、人類活動等諸多干擾因素造成的干旱、半干旱和亞濕潤干旱地區的土地退化過程，即為荒漠化。相關調查顯示[2]：目前，世界已有100多個國家受到荒漠化的影響，受災還影響的人數已經超過10億人，現有受影響面積與全球耕地面積之比已超過1/4，荒漠化面積以15 km2/年的速度持續增長。我國作為全球受荒漠化嚴重危害的國家之一，受災總面積高達33.4萬km2，其中荒漠化面積占53 %以上。受荒漠化影響，引起我國的經濟損失值占總GDP的14 %以上。目前，防治荒漠化成為人們亟待解決的問題。

多年來，國內外在防風固沙技術方面開展了大量研究，植物固沙技術作為最根本，有效改善荒漠化的措施，在防風固沙技術中占據了主導地位。本文在介紹了防風固沙措施的基礎上，對植物固沙技術研究進展進行梳理，并提出發展前景，以期為我國防風固沙措施的選擇和植物空間格局的布設方案提供參考。

2 固沙措施

目前，防風固沙措施主要分為機械固沙、化學固沙及植物固沙三大類。

機械(工程)固沙是根據風沙移動規律與風沙環境特征，在沙地表面設置障礙物，防止沙丘運動，起到防風固沙的作用。設置沙障在機械固沙措施里最具有代表性。相關研究發現[3]，沙障的高度與規格將直接影響沙障的防護效益，隨著其防護效果的增強，投資成本也逐漸增加。加之沙障的防護高度較低，經常被流沙掩埋。因此，固沙工程中常將機械固沙作為輔助性措施進行采用[4]。

化學固沙是指將化學粘結材料噴灑在易發生沙害的土地表面，起到保水增肥與沙地固結的目的。因其具有施工快速方便，固沙效果顯著等諸多優勢，使化學固沙技術被全球廣泛采用。相關研究發現[5]:有機-無機復合化學固沙材料將成為未來防沙固沙材料的主要研究方向。這種材料在保證固定沙丘，防止沙害的前提下，還可以改變沙地內部溫度和水分之間的關系，這一改變將對固沙植物的生長產生積極地作用。我國關于化學固沙技術的應用至今已有30余年的歷史，化學固沙技術在控制和改善沙害環境的同時，還可以提高沙地的生產力。這一優勢將有助于提高固沙植物的存活率，因此可以與植物固沙技術相配合使用，以期提高防風固沙效益。化學固沙技術成本高，成為限制其使用的重要因素。

植物(生物)固沙，是通過在荒漠地區載種植被，達到抑制沙漠侵蝕，改善沙漠的生態環境質量的一種固沙措施。植物固沙區別于其他固沙措施的最大優勢是，在固定流沙和改良土地資源的同時，還可以改善當地氣候。一些研究表明[6]：使用機械固沙或化學固沙的成本雖低于使用植物固沙的成本，但從防護年限和固沙性能來看，植物固沙技術遠遠優于機械固沙技術和化學固沙技術。在實際固沙工程中，植物固沙技術的采用常認為是一種永久性固沙防護；機械固沙則作為一種臨時性的、輔助性的措施出現。在一些特殊的沙地與區域，化學固沙技術則有較好的應用前景。綜上所述，要徹底治理流沙，必須采取根本性措施-植物固沙技術。

3 固沙植物

荒漠區植被不僅能防止和減輕荒漠化，而且可以維持著綠洲的穩定性，具有重要的生態價值。因此，固沙植物種類的選擇成為決定固沙成敗的關鍵因素之一。常見的固沙植物如下。

泡泡刺(Nitrariassphaerocarpa)屬灌木，對高光強、高溫的荒漠環境具有較好的適應性。其種群以斑塊狀格局形式存在；因長期處于風沙環境，沙埋使得泡泡刺種群成為優勢種群，并形成相對獨立的灌叢沙堆。沙埋往往不利于固沙植物的生長。由于泡泡刺長期生長在極端的環境下，不但具有了特殊的生存模式，而且一定高度的沙埋對泡泡刺種群的生長產生了促進作用[7]。

沙拐棗(CalligonummongolicumTurcz)屬蓼科灌木植物，其主要分布于新疆、甘肅、寧夏和內蒙古西部荒漠、半荒漠地帶。雖然沙拐棗是一種淺根系植物，但其根系發達，根系主要分布在20～60cm的土層中[8]。因其具有耐干旱、容易繁殖、生長速度快、抗風蝕等特點，可以作為荒漠區域的主要建群種。

梭梭(Haloxylonammodendron)屬小喬木，因其生長特點，分布在中亞地區。其根系極其發達，主根最深可達4.0～6.5 m。長期生長在極端干旱的環境下，引起葉片的退化，形成適合荒漠生長的形態。梭梭不僅具有良好的抗旱性、耐鹽堿性，耐寒性，而且是名貴中藥材肉蓯蓉的寄主。

沙蓬(Agriophyllumsquarrosum)是一年生草本植物，多分布在中國西北的荒漠地區。沙蓬具有極強的抗旱、抗寒、抗鹽堿，易繁殖等特征。作為沙地植被群落演替的先鋒植物，具有在短期內維持沙面的穩定的重要作用。

4 植物固沙研究現狀

早在20世紀中期，國外就開始采用植物固沙措施來防治荒漠化。固沙植物利用其枝葉作為一種障礙，通過覆蓋沙面來增加地面的粗糙度，并降低近地層的風速；另一方面植物的枯落物可以加速土壤形成過程，提高土壤的粘聚性，促進地表形成結皮，根系也能起到固結沙粒的作用，進而提高了臨界起沙風速值，達到逆轉荒漠化的結果。因固沙植被在防風固沙方面具有明顯的優勢，近年來，成為學者們關注和研究的重心。

野外觀測下的風蝕發生期和植物生長期在時間上具有不一致性，且風蝕過程極其復雜，致使以往關于植被影響風蝕的研究結果多停留在理論推導或風洞模擬的基礎上。現有研究表明:植被對風蝕的影響程度主要取決于植被類型及植被特征(蓋度、高度等)[9]。例如，張春來等[10]利用風洞模擬實驗系統的研究了植被覆蓋對土壤風蝕的影響。結果表明：相對裸地而言，有植被覆蓋的沙面對風蝕現象有顯著的抑制效果。在特定風速下，隨著植被覆蓋度的增大，土壤風蝕率也會迅速降低。根據植被蓋度的大小，可以將風能環境對沙土的影響劃分為3種類型：當植被覆蓋度大于60 %時，地表呈現輕度風蝕或無風蝕狀態；植被覆蓋度在20 %～60 %之間，地表呈現中度風蝕狀態；植被覆蓋度小于20 %時，地表呈現強烈風蝕狀態[11]。

以往的研究中，學者們主要通過風洞模擬實驗對固沙植物防風固沙方面進行了較多的研究，這些結論因缺乏野外實地數據，僅在理論意義上具有可行性，不能反映出真實風沙環境下土地的蝕積狀況。因此，學者們展開大量的野外實地研究。尚潤陽等[12]采用野外定點觀測的方法，研究植被各種特征對風力作用和土壤風蝕的影響。實驗結果表明，相同的風力環境下，植被蓋度是影響土壤風蝕的主要因素，而植被高度和分布形式對土壤風蝕影響相對較小。這一研究結果，具有普遍適用性。馬士龍等[13]利用野外實測數據研究白刺灌叢周圍風速流場時發現，在影響白刺灌叢防風效果的眾多因素中，迎風面寬度起主導作用，其影響明顯大于其他因素。這一發現不僅進一步明確了白刺的防風機理，還可以為荒漠化防治工作提供參考。李昂等[15]通過研究處于不同生境下的甘草(GlycyrrhizauralensisFiach)時發現，甘草主要通過將其枯枝落葉覆蓋在地表的方式，減弱風沙對土壤的危害。進一步說明，固沙植物不同，固沙機理和固沙效果存在顯著差異。一些學者針對同種固沙植物，不同空間配置格局進行了深入研究。例如，屈志強等[15]在研究毛烏素沙地不同配置格局的沙蒿灌木林帶的防護效益時發現：3種不同配置方式下的沙蒿林，其周邊的風速廓線都遵循相同的運動規律；但在沙蒿林覆蓋度相同的情況下，行帶式沙蒿林防風效果最好。這進一步說明了同種固沙植被，防沙治沙效益會因其空間配置格局的不同產生較大差異。

目前，雖然人類在研究植物固沙方面取得較大進步，但野外實地應用還需進一步的完善。

5 存在的問題及展望

植物固沙技術具有防風治沙穩定性高、經濟效益高等諸多優點，但也存在很多問題。

(1) 沙漠地區氣候干旱，資源匱乏，固沙植物將難以存活。

(2) 固沙植被配置單一，且空間格局配置不合理，加之種內競爭激烈，成活率下降。

因此，單一的采用植物固沙技術，將很難實現全面治沙的目的。隨著防風治沙研究的深入，今后不僅要加強對固沙植被類型的合理選擇，還要合理配置空間格局的分布。此外，防風治沙的過程中，應以植物固沙技術為主，考慮與機械固沙技術、化學固沙技術有機結合使用，這將成為今后有效治理荒漠化的研究重心。