丁新輝，劉孝盈，劉廣全

(1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038； 2.國際泥沙研究培訓(xùn)中心，北京 100048)

沙障是我國荒漠化防治的主要措施之一。隨著對(duì)荒漠化研究的不斷深入，一些防風(fēng)固沙的新技術(shù)、新方法越來越得到群眾的認(rèn)可，新材料、新工藝的運(yùn)用使得治沙體系更為完善。系統(tǒng)梳理我國有關(guān)沙障技術(shù)研究的內(nèi)容，比選出效益突出的沙障并推廣應(yīng)用，是加快荒漠化防治的必要途徑。

1 沙障固沙技術(shù)研究進(jìn)展

我國早期工程治沙的方法除利用自然風(fēng)力、水力拉沙造田外，還常采用植物活沙障和黏土沙障[1-2]。后來，又從國外引進(jìn)了瀝青沙障[3]，但由于環(huán)境污染等問題，因此并未推廣使用。近年來，有學(xué)者研究使用脫水污泥制作方格沙障[4]，但也未形成規(guī)模。沙障的材料多種多樣，生態(tài)效益也不盡相同。各種材料都有其劣勢(shì)，如黏土、礫石成本高且運(yùn)輸不便，麥草需求量大、耐腐性差等。

植物沙障可以通過多種途徑保護(hù)和改善土壤狀況，因此，設(shè)置各種植物沙障被認(rèn)為是防風(fēng)固沙、減少風(fēng)蝕的一種有效途徑。中國科學(xué)院蘭州沙漠研究所玉門防沙組在戈壁區(qū)蘭新鐵路沿線采取“以林養(yǎng)障(沙障)”“林外截沙源，路內(nèi)消積沙”的防護(hù)措施，成效顯著[5]。許林書等[6]利用活體楊樹枝條扦插形成沙障，沙障成林后生態(tài)效益明顯。李樹蘋[7]采用黃柳沙障、檸條網(wǎng)格配置防沙效果明顯，能提高檸條成活率和保存率，促進(jìn)天然植被恢復(fù)。目前，我國應(yīng)用生物措施防風(fēng)治沙，主要是利用不同植物構(gòu)成活沙障、各種秸稈組成死沙障，以及二者的結(jié)合。在干旱半干旱區(qū)荒漠化治理實(shí)踐中，影響沙障防護(hù)效果的直接因素包括沙障的高度、大小和形狀等，間接因素則包括地形地貌、風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)沙活動(dòng)方式和活動(dòng)強(qiáng)度及沙障維護(hù)方式等。研究影響生物沙障防護(hù)效果的因素，一方面關(guān)系到沙障防護(hù)效益的評(píng)估，另一方面關(guān)系到沙障配置參數(shù)的選擇，即設(shè)置沙障的成本。值得注意的是有些因素具有雙向性，比如設(shè)置沙障年限，對(duì)活沙障來說，設(shè)障年限越長(zhǎng)，防護(hù)效果越好；而對(duì)于死沙障，防護(hù)效果會(huì)隨著設(shè)障年限的增加而降低。

2 沙障比選

荒漠化治理首先要面對(duì)的問題，是植物沙障選取哪種類型植物、工程沙障選擇哪種規(guī)格、化學(xué)材料沙障如何布設(shè)，才能獲得最大的防風(fēng)效應(yīng)。問題的關(guān)鍵在于，如何科學(xué)評(píng)估不同類型沙障的防風(fēng)效應(yīng)。實(shí)際上影響沙障防風(fēng)效應(yīng)的因素很多，沙障的材料、規(guī)格及抗腐性能都是重要的因素，此外沙障的組合、主風(fēng)方向、地貌形態(tài)等也會(huì)產(chǎn)生一定影響，因此要準(zhǔn)確評(píng)估不同類型沙障防風(fēng)效應(yīng)的差異困難較大，但這卻是合理布設(shè)沙障的必要工作。

2.1 不同規(guī)格的沙障比選

袁立敏等[8]在庫布齊沙漠的裸沙丘上分別布設(shè)了1 m×1 m、2 m×2 m、3 m×3 m規(guī)格的布袋沙障，研究其防風(fēng)效能、粗糙度、輸沙量和土壤濕度差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1 m×1 m的布袋沙障防風(fēng)效果最好，但0～20 cm土層土壤含水率較低；經(jīng)過連續(xù)3年對(duì)沙障內(nèi)植物種數(shù)、植株密度、平均高度和平均蓋度的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)沙袋沙障對(duì)植被的促進(jìn)作用是3 m×3 m方格沙障最大，2 m×2 m方格沙障次之，1 m×1 m方格沙障最小。張登山等[9]對(duì)青海湖克土沙地6種不同規(guī)格麥草方格沙障的全年插釬蝕積監(jiān)測(cè)和風(fēng)季后凹曲面形態(tài)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行綜合分析后發(fā)現(xiàn)，1.5 m×1.5 m 規(guī)格的綜合防護(hù)指數(shù)最大(0.64)，為高寒沙區(qū)最為適宜的規(guī)格。翟慶虎等[10]通過對(duì)流動(dòng)沙地草方格沙障固沙效果進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)2 m×2 m與3 m×3 m這兩個(gè)規(guī)格防護(hù)效果好且省工省料，是最理想的規(guī)格。蒙仲舉等[11]研究了毛烏素沙地5種規(guī)格(1 m×0.5 m、1 m×1 m、1 m×2 m、2 m×2 m、2 m×3 m)的半隱蔽格狀沙柳沙障的防風(fēng)阻沙效益，綜合自然條件和經(jīng)濟(jì)狀況，認(rèn)為毛烏素沙地適宜的沙柳沙障規(guī)格為2 m×2 m。

綜上可知，從有利于植被恢復(fù)的角度考慮，1 m×1 m方格沙障并不是最優(yōu)的。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要綜合考慮，靈活配置，才能取得良好的防治效果。

2.2 不同工程材料的沙障比選

70年代初，甘肅省民勤治沙綜合試驗(yàn)站科研人員通過比較干沙層厚度、雨水下滲深度和防風(fēng)效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)黏土沙障的效能優(yōu)于柴草沙障和對(duì)照[12]。鐘衛(wèi)等[13]通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)植被沙障的防護(hù)效果遠(yuǎn)優(yōu)于土工格室和石方格沙障，石方格沙障的防護(hù)效果又稍好于土工格室。王訓(xùn)明等[14]研究了塔里木沙漠公路沿線沙障的防沙效果，結(jié)果表明，3種高立式沙障防沙效益為蘆葦柵欄>抗紫外線尼龍網(wǎng)欄>白尼龍網(wǎng)欄。馬學(xué)喜等[15]在塔克拉瑪干沙漠油田公路機(jī)械防沙展示區(qū)對(duì)比尼龍網(wǎng)方格沙障和蘆葦方格沙障的固沙效益及其地形適應(yīng)性，結(jié)果表明，蘆葦方格沙障在不同地形條件下均有顯著的固沙效果，而尼龍網(wǎng)方格沙障更適宜布設(shè)在較平坦的地貌區(qū)。馬述宏等[16]通過比較不同材料的沙障在不同風(fēng)力條件下的固沙效果和保存年限等，認(rèn)為麥草網(wǎng)格沙障綜合利用價(jià)值最高，高分子固沙劑沙障、瀝青沙障、生態(tài)墊沙障、尼龍網(wǎng)沙障實(shí)用價(jià)值較高但價(jià)格昂貴，是地形復(fù)雜、條件嚴(yán)酷的風(fēng)沙區(qū)理想的治理措施。而孫濤等[17]綜合考慮設(shè)置成本和防護(hù)效益，認(rèn)為塑料沙障較其他沙障優(yōu)越，具有長(zhǎng)期、穩(wěn)定的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。綜合前人成果，考慮的側(cè)重點(diǎn)不同，對(duì)設(shè)障材料的優(yōu)劣會(huì)得出不同的結(jié)果。從保護(hù)環(huán)境的角度出發(fā)，大部分研究認(rèn)為植被活沙障固沙效果不僅優(yōu)于土石材料的沙障和秸稈材料死沙障，而且好于化學(xué)材料的網(wǎng)欄。需要指出的是在一些水分制約嚴(yán)重的地區(qū)植被活沙障并不是首選，此時(shí)應(yīng)當(dāng)先以其他沙障措施固沙，然后再考慮恢復(fù)植被。如果水分和風(fēng)力條件允許，應(yīng)考慮植物沙障等多種沙障構(gòu)成的綜合防風(fēng)固沙體系。

2.3 不同類型的沙障比選

李凱崇等[18]對(duì)不同風(fēng)速條件下板式擋沙墻、軌枕擋沙墻、高立式PE網(wǎng)沙障的研究表明，高度一致時(shí)，板式擋沙墻與軌枕擋沙墻的削減氣流能力和阻沙效果均優(yōu)于高立式PE網(wǎng)沙障。何志輝等[19]在塔克拉瑪干沙漠腹地的壟間平地布設(shè)大條帶上疏下密式(A)、大條帶上密下疏式(B)、小條帶疏密相間式(C)3種非均勻分布的尼龍阻沙網(wǎng)，以均勻結(jié)構(gòu)阻沙網(wǎng)為對(duì)照(CK)，研究阻沙網(wǎng)前后的風(fēng)速變化、防風(fēng)效能、積沙形態(tài)、積沙量等，結(jié)果表明，綜合考慮防風(fēng)和阻沙效益，C阻沙網(wǎng)提供了一個(gè)較好的結(jié)構(gòu)模式，防護(hù)效益最好，B阻沙網(wǎng)最差，A和CK阻沙網(wǎng)效益相差不大。王翔宇等[20]測(cè)定了9種不同規(guī)格的帶狀沙柳沙障對(duì)風(fēng)速、地表粗糙度和近地表輸沙率的影響，結(jié)果表明，在沙障高度一定的情況下，帶狀沙柳沙障的行數(shù)越多、帶距越小，防護(hù)效果越好，即防護(hù)效益三行一帶>兩行一帶>一行一帶。馬瑞等[21]對(duì)比了植入式、柵欄式、集束式3種結(jié)構(gòu)類型的棉稈沙障對(duì)近地表風(fēng)速的影響，以及沙障內(nèi)的沙粒運(yùn)動(dòng)和沙面形態(tài)變化，防風(fēng)固沙的效果為帶枝葉植入式行列沙障>柵欄式格狀沙障>集束式格狀沙障。薛智德等[22]對(duì)高立式沙障、石方格沙障、碎石壓沙措施相結(jié)合的綜合防風(fēng)固沙體系降低風(fēng)速和輸沙量的特征進(jìn)行的研究表明，多排高立式沙障具有顯著的降低輸沙率和風(fēng)速的功效。目前對(duì)不同類型沙障的效益研究較為充分，總體來說，具有仿生性能的化學(xué)材料沙障的防護(hù)性能優(yōu)于均勻材質(zhì)的沙障，多行一帶的高立式沙障具有優(yōu)良的防護(hù)性能。尚沒有對(duì)不同材料的多行一帶沙障防護(hù)性能進(jìn)行對(duì)比研究。

3 存在的問題及研究趨勢(shì)

1949年以來，我國根據(jù)以固為主、固阻結(jié)合的治沙策略，在實(shí)踐中探索出多種防治風(fēng)沙危害的措施，主要有植物治沙、機(jī)械沙障固沙、封沙育草、機(jī)械沙障與栽植灌木相結(jié)合等。然而，受基礎(chǔ)理論研究和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約，我國對(duì)防風(fēng)治沙技術(shù)的研究和應(yīng)用還存在一定不足，需要進(jìn)一步完善和加強(qiáng)。

3.1 存在的問題

(1)重大工程中的沙障效益很難準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。由于影響沙障防護(hù)效果的因素眾多，有些因素既可能是正向作用也可能是負(fù)向作用，因此評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)影響因子的選取存在爭(zhēng)議。目前尚沒有建立沙障效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)于重大工程中使用的關(guān)鍵技術(shù)還不能作出較理想的科學(xué)評(píng)價(jià)。

(2)設(shè)置沙障對(duì)沙地生態(tài)系統(tǒng)的影響還有待進(jìn)一步研究。現(xiàn)有研究對(duì)設(shè)置沙障后的土壤水分、養(yǎng)分及植被的動(dòng)態(tài)變化研究較為充分，也有一些研究分析了沙障與微生物之間的相互影響，但沙障設(shè)置后對(duì)植物和微生物即沙地生態(tài)系統(tǒng)的影響還需進(jìn)一步研究，從而為沙地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和演替研究提供幫助。

(3)沙障固沙體系布局不合理。已有大量的關(guān)于沙障規(guī)格與材料篩選的研究，但是目的性不強(qiáng)?，F(xiàn)有的研究大多是先布設(shè)措施然后觀測(cè)效果，未充分考慮研究區(qū)的自然條件，導(dǎo)致防護(hù)措施效果不顯著。

3.2 研究趨勢(shì)

(1)重大工程沙障效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究。在沙漠化防治工作中，我國已實(shí)施了許多重大工程，各種類型的沙障發(fā)揮了非常重要的作用。因此，必須研究沙漠化地區(qū)布設(shè)沙障措施所引起的環(huán)境問題，對(duì)工程建設(shè)中的沙障防護(hù)效益作出科學(xué)評(píng)價(jià)，以提出有效合理的防治對(duì)策。

(2)沙障措施對(duì)沙地生態(tài)系統(tǒng)影響的研究。在現(xiàn)有沙障設(shè)施內(nèi)，開展沙障—沙生植物—微生物相互作用的研究。在研究沙生植物生理生態(tài)、長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等的基礎(chǔ)上，研究沙地生態(tài)系統(tǒng)演變過程及沙生植物對(duì)微生物和沙障設(shè)施的影響。

(3)防風(fēng)固沙體系模式的優(yōu)化研究。在研究風(fēng)沙流特征和氣候條件的基礎(chǔ)上，有選擇地在不同位置布設(shè)不同的沙障，完成防風(fēng)固沙體系的優(yōu)化。針對(duì)不同地方的自然條件，因地制宜地引入新的環(huán)保防風(fēng)固沙材料布設(shè)在風(fēng)沙區(qū)。隨著植物凝結(jié)劑、生物結(jié)皮等技術(shù)的研發(fā)利用，以植被建設(shè)為主體，生物、工程與化學(xué)措施相結(jié)合的綜合模式正成為發(fā)展趨勢(shì)。