综述：中国西北河西走廊风沙阻滞与固定带的输沙特征及防护现状评估

本综述系统评估了河西走廊沙漠-绿洲过渡带沙障固沙体系的风沙输移特性与防护效能。研究通过同步野外观测，揭示了灌草带与防护林带对近地表风速的削弱机制（如侧向盖度λ与孔隙度），建立了基于平均粒径（d）、风速（u1.5m）与植被参数的沙通量预测方程（q∝u3·e-2.7λ），并量化了年输沙量（QT、QR）。结果表明：植被退化导致防护效率降至40%以下，沙丘前移威胁绿洲生态安全；提出需通过机械固沙（如草方格）、植被恢复（如柽柳Tamarix、梭梭Haloxylon）与林带优化以提升体系功能。

　　

引言

干旱区绿洲面临风蚀与沙侵的严峻挑战，尤其在河西走廊这类生态脆弱区。作为社会经济核心地带，绿洲依赖有限水资源，易受沙漠化与不可持续土地利用影响。沙漠-绿洲过渡带充当物质循环与能量交换的缓冲区，其防沙功能直接关系到区域生态安全。过去数十年间，河西走廊建立了综合防护系统，结合机械与生物措施，但绿洲扩张与水资源过度利用导致植被退化，显著削弱了沙障固沙带的功能。本研究旨在通过典型断面观测，解析风沙输移规律，评估体系现状，并提出优化策略。

材料与方法

研究区位于河西走廊（35°75′–42°78′ N, 92°29′–104°76′ E），涵盖民勤与临泽-高台绿洲边缘。选择5条代表性断面（HX-1至HX-5），同步监测1.5 m高度风速（三维超声风速仪）与沙通量（垂直集沙仪）。表面沉积物粒度采用激光衍射法分析，植被参数通过无人机航测与影像解析获取（如侧向盖度λ计算公式：λ = Σ(N_v·b·h·P)/S）。沙通量拟合采用指数与洛伦兹分布模型，并基于Bagnold方程推导输沙率预测公式。

结果

近地表风速变化

风速自流动沙丘向绿洲内部递减，沙丘迎风坡风速增幅与坡度正相关（HX-4坡度14.9°，增幅1.9% m^-1）。灌草带使风速降低8.7%–59.5%，减少程度主要取决于侧向盖度（λ），且符合指数衰减规律（U ∝ e^-λ）。防护林带后方风速进一步减弱，但沙堆积地形会改变局部流场。

沙通量预测方程

建立适用于沙障固沙带的输沙率公式：

q = 6.7×10^-5·(ρ_a/g)·(d/D)^0.5·u_1.5m³·e^-2.7λ

其中ρ_a为空气密度（1.25 kg m^-3），g为重力加速度，d为平均粒径，D为参考粒径（0.25 mm）。该方程预测值与实测值高度吻合（R² = 0.92），均方根误差较小。

年输沙量评估

2020–2024年间，除HX-3外，各断面总输沙量（Q_T）与 resultant输沙量（Q_R）均沿风向递减。灌草带以风沙沉积为主，表层沉积物细化、分选变差。输入防护林带的沙通量介于18.2–3468.4 kg m^-1，其中HX-3因植被退化导致沙堆积活跃。沙堆积年均迁移近1米（方向WNW），直接威胁绿洲。

讨论

防护现状评估

沙障固沙带整体效率差异显著：HX-4因高大沙丘屏蔽作用效率达99.5%，而HX-2与HX-3因植被退化均低于50%。机械措施（如草方格）可有效稳定沙丘，但植被恢复才是长效策略。

沙堆积威胁

灌草带失效时，沙粒在防护林带迎风侧沉积形成沙堆。其迁移模型（基于Bagnold-dune模型）显示年位移量达57.5 cm（2023）与39.8 cm（2024），主要发生在春季。此类沙堆缺乏植被覆盖，易被再活化，成为新的沙源。

功能提升建议

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  流动沙丘控制：优先在沙丘区布设机械沙障（如草方格），降低输沙输入。

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  灌草带修复：针对退化植被（如梭梭、白刺Nitraria tangutorum），采取围封、修剪、切根等措施，提升侧向盖度；低覆盖区可补充植播。

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  防护林带优化：清除根系埋沙，补植缺口，采用乔灌混交结构增强防风效果。

结论

河西走廊沙障固沙体系防护效能取决于灌草带与林带的协同作用。侧向盖度（λ）是调控风速与输沙的关键参数，所建方程可精准预测沙通量空间变化。当前部分体系因植被退化效率不足40%，需通过机械固沙、植被恢复与林带结构优化提升功能。研究结果对全球干旱区风沙防治具有参考价值。