植物固沙技术研究进展及展望

张钰佳，张克海，方 桥

(兰州交通大学 环境与市政工程学院，甘肃 兰州 730070)

1 引言

联合国防治荒漠化《公约》对荒漠化[1]的定义为：因气候变化、人类活动等诸多干扰因素造成的干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的土地退化过程，即为荒漠化。相关调查显示[2]：目前，世界已有100多个国家受到荒漠化的影响，受灾还影响的人数已经超过10亿人，现有受影响面积与全球耕地面积之比已超过1/4，荒漠化面积以15 km2/年的速度持续增长。我国作为全球受荒漠化严重危害的国家之一，受灾总面积高达33.4万km2，其中荒漠化面积占53 %以上。受荒漠化影响，引起我国的经济损失值占总GDP的14 %以上。目前，防治荒漠化成为人们亟待解决的问题。

多年来，国内外在防风固沙技术方面开展了大量研究，植物固沙技术作为最根本，有效改善荒漠化的措施，在防风固沙技术中占据了主导地位。本文在介绍了防风固沙措施的基础上，对植物固沙技术研究进展进行梳理，并提出发展前景，以期为我国防风固沙措施的选择和植物空间格局的布设方案提供参考。

2 固沙措施

目前，防风固沙措施主要分为机械固沙、化学固沙及植物固沙三大类。

机械(工程)固沙是根据风沙移动规律与风沙环境特征，在沙地表面设置障碍物，防止沙丘运动，起到防风固沙的作用。设置沙障在机械固沙措施里最具有代表性。相关研究发现[3]，沙障的高度与规格将直接影响沙障的防护效益，随着其防护效果的增强，投资成本也逐渐增加。加之沙障的防护高度较低，经常被流沙掩埋。因此，固沙工程中常将机械固沙作为辅助性措施进行采用[4]。

化学固沙是指将化学粘结材料喷洒在易发生沙害的土地表面，起到保水增肥与沙地固结的目的。因其具有施工快速方便，固沙效果显著等诸多优势，使化学固沙技术被全球广泛采用。相关研究发现[5]:有机-无机复合化学固沙材料将成为未来防沙固沙材料的主要研究方向。这种材料在保证固定沙丘，防止沙害的前提下，还可以改变沙地内部温度和水分之间的关系，这一改变将对固沙植物的生长产生积极地作用。我国关于化学固沙技术的应用至今已有30余年的历史，化学固沙技术在控制和改善沙害环境的同时，还可以提高沙地的生产力。这一优势将有助于提高固沙植物的存活率，因此可以与植物固沙技术相配合使用，以期提高防风固沙效益。化学固沙技术成本高，成为限制其使用的重要因素。

植物(生物)固沙，是通过在荒漠地区载种植被，达到抑制沙漠侵蚀，改善沙漠的生态环境质量的一种固沙措施。植物固沙区别于其他固沙措施的最大优势是，在固定流沙和改良土地资源的同时，还可以改善当地气候。一些研究表明[6]：使用机械固沙或化学固沙的成本虽低于使用植物固沙的成本，但从防护年限和固沙性能来看，植物固沙技术远远优于机械固沙技术和化学固沙技术。在实际固沙工程中，植物固沙技术的采用常认为是一种永久性固沙防护；机械固沙则作为一种临时性的、辅助性的措施出现。在一些特殊的沙地与区域，化学固沙技术则有较好的应用前景。综上所述，要彻底治理流沙，必须采取根本性措施-植物固沙技术。

3 固沙植物

荒漠区植被不仅能防止和减轻荒漠化，而且可以维持着绿洲的稳定性，具有重要的生态价值。因此，固沙植物种类的选择成为决定固沙成败的关键因素之一。常见的固沙植物如下。

泡泡刺(Nitrariassphaerocarpa)属灌木，对高光强、高温的荒漠环境具有较好的适应性。其种群以斑块状格局形式存在；因长期处于风沙环境，沙埋使得泡泡刺种群成为优势种群，并形成相对独立的灌丛沙堆。沙埋往往不利于固沙植物的生长。由于泡泡刺长期生长在极端的环境下，不但具有了特殊的生存模式，而且一定高度的沙埋对泡泡刺种群的生长产生了促进作用[7]。

沙拐枣(CalligonummongolicumTurcz)属蓼科灌木植物，其主要分布于新疆、甘肃、宁夏和内蒙古西部荒漠、半荒漠地带。虽然沙拐枣是一种浅根系植物，但其根系发达，根系主要分布在20～60cm的土层中[8]。因其具有耐干旱、容易繁殖、生长速度快、抗风蚀等特点，可以作为荒漠区域的主要建群种。

梭梭(Haloxylonammodendron)属小乔木，因其生长特点，分布在中亚地区。其根系极其发达，主根最深可达4.0～6.5 m。长期生长在极端干旱的环境下，引起叶片的退化，形成适合荒漠生长的形态。梭梭不仅具有良好的抗旱性、耐盐碱性，耐寒性，而且是名贵中药材肉苁蓉的寄主。

沙蓬(Agriophyllumsquarrosum)是一年生草本植物，多分布在中国西北的荒漠地区。沙蓬具有极强的抗旱、抗寒、抗盐碱，易繁殖等特征。作为沙地植被群落演替的先锋植物，具有在短期内维持沙面的稳定的重要作用。

4 植物固沙研究现状

早在20世纪中期，国外就开始采用植物固沙措施来防治荒漠化。固沙植物利用其枝叶作为一种障碍，通过覆盖沙面来增加地面的粗糙度，并降低近地层的风速；另一方面植物的枯落物可以加速土壤形成过程，提高土壤的粘聚性，促进地表形成结皮，根系也能起到固结沙粒的作用，进而提高了临界起沙风速值，达到逆转荒漠化的结果。因固沙植被在防风固沙方面具有明显的优势，近年来，成为学者们关注和研究的重心。

野外观测下的风蚀发生期和植物生长期在时间上具有不一致性，且风蚀过程极其复杂，致使以往关于植被影响风蚀的研究结果多停留在理论推导或风洞模拟的基础上。现有研究表明:植被对风蚀的影响程度主要取决于植被类型及植被特征(盖度、高度等)[9]。例如，张春来等[10]利用风洞模拟实验系统的研究了植被覆盖对土壤风蚀的影响。结果表明：相对裸地而言，有植被覆盖的沙面对风蚀现象有显著的抑制效果。在特定风速下，随着植被覆盖度的增大，土壤风蚀率也会迅速降低。根据植被盖度的大小，可以将风能环境对沙土的影响划分为3种类型：当植被覆盖度大于60 %时，地表呈现轻度风蚀或无风蚀状态；植被覆盖度在20 %～60 %之间，地表呈现中度风蚀状态；植被覆盖度小于20 %时，地表呈现强烈风蚀状态[11]。

以往的研究中，学者们主要通过风洞模拟实验对固沙植物防风固沙方面进行了较多的研究，这些结论因缺乏野外实地数据，仅在理论意义上具有可行性，不能反映出真实风沙环境下土地的蚀积状况。因此，学者们展开大量的野外实地研究。尚润阳等[12]采用野外定点观测的方法，研究植被各种特征对风力作用和土壤风蚀的影响。实验结果表明，相同的风力环境下，植被盖度是影响土壤风蚀的主要因素，而植被高度和分布形式对土壤风蚀影响相对较小。这一研究结果，具有普遍适用性。马士龙等[13]利用野外实测数据研究白刺灌丛周围风速流场时发现，在影响白刺灌丛防风效果的众多因素中，迎风面宽度起主导作用，其影响明显大于其他因素。这一发现不仅进一步明确了白刺的防风机理，还可以为荒漠化防治工作提供参考。李昂等[15]通过研究处于不同生境下的甘草(GlycyrrhizauralensisFiach)时发现，甘草主要通过将其枯枝落叶覆盖在地表的方式，减弱风沙对土壤的危害。进一步说明，固沙植物不同，固沙机理和固沙效果存在显著差异。一些学者针对同种固沙植物，不同空间配置格局进行了深入研究。例如，屈志强等[15]在研究毛乌素沙地不同配置格局的沙蒿灌木林带的防护效益时发现：3种不同配置方式下的沙蒿林，其周边的风速廓线都遵循相同的运动规律；但在沙蒿林覆盖度相同的情况下，行带式沙蒿林防风效果最好。这进一步说明了同种固沙植被，防沙治沙效益会因其空间配置格局的不同产生较大差异。

目前，虽然人类在研究植物固沙方面取得较大进步，但野外实地应用还需进一步的完善。

5 存在的问题及展望

植物固沙技术具有防风治沙稳定性高、经济效益高等诸多优点，但也存在很多问题。

(1) 沙漠地区气候干旱，资源匮乏，固沙植物将难以存活。

(2) 固沙植被配置单一，且空间格局配置不合理，加之种内竞争激烈，成活率下降。

因此，单一的采用植物固沙技术，将很难实现全面治沙的目的。随着防风治沙研究的深入，今后不仅要加强对固沙植被类型的合理选择，还要合理配置空间格局的分布。此外，防风治沙的过程中，应以植物固沙技术为主，考虑与机械固沙技术、化学固沙技术有机结合使用，这将成为今后有效治理荒漠化的研究重心。