风沙的成因及治理

烟台市牟平区观水镇农业综合服务中心 苏维利

烟台市牟平区自然资源局 胡海燕 徐 晶

一、风沙成因

（一）风沙流和起沙风

风吹经沙质地表时，将疏松的沙粒扬起并纳入运动的气流中，即形成风沙流。沙粒从静止到运动，主要的抬升力是冲击力，冲击力可超过沙力重的几十倍甚至几百倍，通过冲击力迅速产生转动（550转/秒），然后由气流上升力抬起沙粒，如空气中固体颗粒的沉速小于平均风速的1/5，颗粒就被上举，运动沙粒是从气流中获取其运动的能量，沙粒只有在一定的风力作用下才开始移动的。使沙粒起动的临界风就是起沙风。起沙风的大小受沙粒粒径、沙地水分、沙地地表状态影响。如粒径0.15mm的细沙粒在光板地上起沙风为5.2m/s,而在粗沙表面上为5.85 m/s。

（二）沙粒的移动方式和风沙流结构

（1）沙粒的移动方式

气流搬运沙粒的形式，依风力、颗粒大小和质量不同，有悬移（悬浮流动）、跃移（跳跃式的移动）、蠕移（滑动和滚动）三种方式。试验表明：中等风速时，在0.2m高处移动的总沙量中，跃移方式的占50%，蠕移占15%，悬移占35%。沙粒的三种运动方式，在其运动过程中由于风速的变化，可以互相转化。风速越大，悬移比例越大，反之越小。

（2）风沙流的结构

同一风速下，风沙流各部分沙粒的密度与高度成反比，离地面越高，风沙流中沙粒量越少，相反离地面越近，卷入风沙流中的沙粒越多。据测定当风速5m/s时，88%的沙粒在离地面10cm的高度中通过，98%的沙粒在离地面15cm的高度中通过，超过30cm很少有沙粒分布。因此为了防止流沙移动所设的沙障，只要几十厘米的高度就可以阻拦大部分沙子。风速增大，风沙流的总含沙量增大。同样，沙粒也会对气流产生反作用，同一速度下沙量的进一步增加，就会导致因负荷过重而使气流速度和含沙量都降低。当风速增大时，风沙流中沙粒活动高度也增加。据有关实验证明，输沙率和风速减去起沙风速之差的三次方成正比。表达式为q＝1.5×10-9(V-Vt)3(q为输沙率，单位为g/min、VVt分别为风速和起沙风，单位为m/s)。

在风沙流的运动过程中，风会对沙粒的移动产生动力作用，风速增大，所能搬运的沙粒的数量也会增多，但这种量的累积超过一定程度，呈现饱和状态并超过了这一限度时，大量的沙粒就会对风速产生相反的作用，由于过于饱和，气流的抵挡能力减小，输沙量降低，这时吹蚀作用停止，并且开始了沙粒沉积现象。当饱和的风沙流将超负荷的沙粒堆积于地表以后，风沙流本身又处于不饱和状态，风速又增加，其挡沙能力又加大，在运动过程中地表又开始被吹蚀。风沙流的这种吹蚀、搬运和堆积的反复交替的特性使流动沙地形成了形式各异的地形，这就是沙区地形形成的基本原理，也是采取各种防治治沙措施的理论依据。

（三）沙区地形

风沙流动是通过对地面吹蚀、搬运和堆积三个过程来实现的。在以吹蚀占优势的地段，风蚀地形就明显，而在以堆积为主的地区，形成堆积地形。沙区地形是风沙流、沙地表面状况和障碍物相互作用的结果。

（1）风蚀地形

主要在旱地区，经过风沙流的吹蚀和磨蚀作用，形成以下几种地形：风蚀洼地、风蚀残丘、雅丹地形（出现在岩石坚硬不同较陡的山区，形成许多深1-6m的凹槽，残存较坚硬的岩层，形成各种形态，因雅丹地方而得名）、蘑菇石、风城地形、沙漠波纹、风棱石、石袋、石筛（又叫石格窗）。

（2）风积地形

当风沙流遇到各种障碍，无法挟带沙粒前进，发生沙物质堆积现象，称为风积作用。通过风积作用而形成的地形，称为风积地形。形成的主要地形有：①沙纹，风移沙粒出现了按粗细分选的现象，移动很慢的最粗的沙粒沿地表滚动并聚集，成微形隆起，两个隆起间有一定距离，就是沙纹。沙波长（脊间距）15-25cm,高度为1.5-2.5cm,长是高的10倍。②沙浪（沙波），沙纹形成后，就在沙纹脊的背风部形成稳定的水平涡流，涡流方向与主风方向不一致，出现沙表风速的不均匀现象，使沙纹聚积起来，形成沙浪（沙波），高度20-25cm。③雏形新月形沙丘（沙峰），沙波在较大风力作用下，形成沙峰，高度50cm以上。④新月形沙丘。具有不对称斜坡，迎风坡平缓，坡度一般在10-15°，背风坡（落沙坡）较陡，坡度30-35°，高度由0.5-15m不等，长度由几十米至数百米。⑤新月形沙丘链，多个新月形沙丘彼此相连接，各自的沙丘两侧的沙角不明显，而形成一串沙堤，迎风坡为12-15°，背风坡为30-35°，呈新月形波浪起伏。⑥格状新月形沙丘、横向沙垅、纵向沙垅，这三种地形均由密集的新月形沙丘（或新月形沙丘链）发展而成，沙垅高度可达20-150m。⑦金字塔形沙丘，高度可达100-200m。

（四）沙丘移动方式

沙丘移动有往复式（冬季风和夏季风作用力几乎相等，方向相反，风力大致相等）、前进式（一个主风方向或几个方向相近的风向占绝对优势）和前进往复式（前进和往复移动交互发生）三种基本方式。广泛分布的新月形沙丘的移动分以下4个区域：吹扬区、转移和交换区、堆积区、低地区。风速的加大，能加快沙丘的移动速度，地表的粗糙及植被的覆盖则能延缓和阻止沙丘的移动。

二、沙地立地质量分析

沙地主要由石英粒组成，一般可达90%-98%，同时还有长石、方解石、碳酸盐、氧化钙、氧化钾等。如石英含量较多，由于其不易溶解，沙地就贫瘠，立地条件较差，反之其它成分增多，肥力状况就有所改善。在降水量大的地区，淋洗作用强，可溶性物质少，肥力较差；降水量较小的地区，由于淋洗过程弱，物理风化作用强，可溶性矿物质就丰富，肥力较高。在流动沙丘上土壤含盐量不超过0.05%，说明盐渍化特征不明显。水积形成的沙地，水流急处（洪水期）沙粒较粗，流速较小（常水期）处沙粒较细，来源于石质地区的沙粒较粗，来自黄土高源地区的沙粒较细。对于风成沙，吹扬区沙粒较粗，堆积区则含有较多的细粒。沙地比热小，导热度大，因此沙地的昼夜温差大。沙地空隙度为35%-39%（粗沙），33%-37%（细沙），随着沙粒直径增大，沙地疏松程度良好，非毛细孔隙度相对增大，在流沙上达到最大。由于沙地非毛管空隙发达，毛管孔隙发育微弱，渗水性强，通气良好，持水性差。

三、沙地植物的演替

流沙危害都是由不合理的或过度的土地利用所引起的。并不是所有流动沙地都能形成自然植被，只有具备生草环境条件才有自然生草的可能。由于褐露沙地毛细作用弱，蒸发量小，渗水性高，持水性低，可吸收全部降水，并具有较丰富的凝结水。这样就为植物生长创造了条件，逐渐有一些植物开始定居，随着植物的繁殖，流沙地经由半固定沙地过度到固定沙地，而植物生长的环境也随之改变，植物群落也就发生了变化，被更适应环境的植物群落所代替，这就是植被的演替。丘间低地植物容易繁殖，逐渐向高处扩展，沙生植物生长持续很长时间，随着沙生植物的定居，流沙逐渐变缓，沙丘内水分逐渐降低，粘粒含量增多，沙地肥力增高，地形变缓，土壤中盐分有一定积累，这时植被变为固定沙丘植被，即沙生植物被旱生植物所代替。

四、沙地治理措施

风沙危害主要对农田、交通、牧场和居民点的危害，减弱风沙是沙地治理的首要任务。风是风沙流和沙丘移动的动力，沙是物质基础。控制流沙和途径是通过削弱风速，减少气流中的含沙量，使风速小于起沙风和固定沙表减少沙源这两方面着手。防治风沙化危害的技术措施可分为机械沙障、化学胶结剂、生物和工程措施。

（一）机械沙障

用植物枯枝茎杆、粘土、地膜等制作各种障碍物来加固沙表和削弱近地的风力。沙障因材料限制使用寿命短，一般仅维持2-3年,但因建造容易，收效快，通常用于不适于生物固沙的严重风沙区，或受风沙危害的重要生产建设用地周围，给植物进入沙地创造环境。

（1）半隐蔽式沙障

用于保护造林地的种子和幼苗，以稻草、麦桔等为材料，在只有一个主风的条件下，可呈带状垂直于主风方向，在多风的情况下，可采用方格状，地上部沙障高15-20cm,地下部分15-30cm,最好下部沙障顶端高于上一层沙障的基部，沙障防护高度一般为沙障高度的5倍，方格式沙障以1m×1m效果最好。

（2）铺草（覆膜）沙障

用植物桔杆（地膜）等全面或带状覆盖沙表，然后用湿沙（粘土）盖压以防被风吹走，这种沙障由于通水和通气性好，不仅可以防风还可以减少水分蒸发，铺草沙障还可增加土壤有机质。

（3）粘土沙障

在流动沙地周围有粘土的地区，可用粘土做成20×15cm的土埂，1m间距，或1m×1.5m方格，或平铺沙表压沙。这种方法不仅可以防风蚀，而且可以改良土壤。

（4）高立式沙障

用沙障埋沙不断提高沙丘高度，逐渐形成大沙丘，以阻挡沙粒前移，然后用生物措施和其它沙障以固定沙表。

（二）化学胶结剂

用飞机或拖拉机牵引喷洒各种化学胶剂、沥清乳剂和油田页岩等防治风沙，易于施工运输，但成本高，可用来固定沙表而不影响沙地的透水透气性，也不影响植物的生长，但不能防止外来沙。

（三）生物措施

（1）改良土壤

通过增施有机肥料，秸杆还田，留茬耕种，秸杆树叶覆盖，种增绿肥作物，科学整地，改土换土等办法改良土壤。

（2）封沙育林育苗

对采伐迹地扩沙荒地实行人工封禁，涵养生机，提高植被覆盖度。

（3）营造防风固沙林

①流动沙地的固沙林

在水分条件较好和植被生长较好的低矮沙丘沙地上，可以通过营造防风固沙林阻挡流沙。

a背风坡的高杆造林和机械沙障相结合，用杨、柳等耐沙埋树木在流动沙丘背风坡进行插干造林。

b营造前拉后档林

在水分条件较好的沙区，采用迎风坡坡脚或丘间低地营造乔灌混交林，在背风坡脚营造高杆林，使迎风坡由于有了林木而削弱了风速，使沙源减少，沙丘移动减缓，背风坡由于乔木的阻档和沙粒的堆积减弱沙丘前移。由于丘顶风速大，而使丘顶裸露呈风蚀状态被风削平，为进一步固沙创造了宜林条件。

c撵沙造林

在沙丘间低地较宽广而水分条件又比较好的地方，在沙丘迎风坡坡脚下部栽植灌木带，借助风力，人为地在林带迎背风面造成风蚀平地，从而扩大了丘间低地面积，然后在被拉平的林地上营造林带，如此反复，逐步拉平，逐步营造林带。

②农田防风阻沙林带

当路（水）自然形成的网格大于有效防护距离（网格面积大于400亩）时，一般不要在农田中重新设置林带，可结合路域水域绿化，完成农田防护林带设置，并结合农林间作及其他森林合理布局形成综合防护林体系。林带宽度应控制20m以内。稀疏结构8-11m(5-7行树)，通风结构11-15 m(7-10行)为宜。但在森林覆盖率小于10%的地区（如黄河三角洲），林带宽度可达到20m左右（14行）。株间配置不要搞成方格状规整结构，要做到交错布置，以取得最大防风效果为目的。

紧密结构林带横断面形状以不等三角形断面形状，仰角小的林带防护距离为最远，稀疏结构以方形或长方形防护距离为最远，通风结构以屋脊形的林带防护距离为最远。其中方形或长形结构林带很易实现，在生产实践中可以加以考虑，但是三角形的屋脊形结构不易操作，可结合特殊地段的景观设计加以考虑，一般不要考虑在内了。

林带设置方向应与主风方向相垂直，才能取得较好的防风效果。但在平原地区、人口较多的地区的沟路渠都已建成，东西走向的大部分与主风方向（南、北风）相垂直，所以林带建设结合路域水域绿化进行，一般不再考虑林带的方向问题。对于新开发的地段新修路的要考虑林带方向问题。

我省的林带间距，可用农田林网网格面积控制，一般网格面积控制在400亩以内，风沙危害严重区控制在300亩以内，结合田间路渠规划统一安排。可选择林带树种主要有：窄冠毛白杨、毛白杨、黑杨、绒毛白蜡、白榆、旱柳、垂柳、紫穗槐等。