沙漠植物分層側(cè)影與積沙成丘的關(guān)系

常兆豐, 張進(jìn)虎,*, 石學(xué)剛, 王 祺, 張德魁, 段曉峰

1 甘肅省治沙研究所, 蘭州 730070 2 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 蘭州 730070

沙漠植物分層側(cè)影與積沙成丘的關(guān)系

常兆豐1, 張進(jìn)虎1,*, 石學(xué)剛2, 王 祺1, 張德魁1, 段曉峰1

1 甘肅省治沙研究所, 蘭州 730070 2 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 蘭州 730070

選用民勤沙區(qū)常見的幾種固沙植物,在民勤西沙窩沙漠邊緣設(shè)置了108個(gè)植物和沙堆樣方,通過對(duì)不同植物的分層側(cè)影寬度、分層側(cè)影面積和側(cè)影中心等指標(biāo)的測(cè)定和對(duì)比分析,得出如下結(jié)果：1)可積沙成丘植物的側(cè)影為三角形或柱形,即由地面向上側(cè)影寬度變小,側(cè)影中心在近地面30 cm高度內(nèi),具備這一條件的植物為叢生灌木。而不能積沙成丘的植物側(cè)影為菱形,側(cè)影中心距地面高度在30 cm以上。2)風(fēng)沙流以及沙塵暴中的沙粒主要集中在近地表0—30 cm高度內(nèi)流動(dòng),這便是植物側(cè)影越低,越易積沙成丘的重要原因之一。3)沙埋后莖稈能產(chǎn)生不定根的植物可形成高于植株幾倍至數(shù)十倍高度的沙堆/沙丘,而不具備這一屬性的植物,有些雖然能形成沙堆,但沙堆受植物高度限制,即沙堆高度不會(huì)超過植株高度。4)側(cè)影面積大小是反映植物防風(fēng)固沙功能的一個(gè)十分重要的指標(biāo),能積沙成丘是植物阻固流沙的物質(zhì)體現(xiàn),形成的沙堆越高大則表明植物阻固流沙的功能越強(qiáng),但不能積沙成丘的植物如梭梭、沙拐棗、沙蒿等也是具有一定防風(fēng)阻沙效果的。

沙漠植物；分層側(cè)影；灌叢沙堆；積沙成丘；民勤沙區(qū)

在沙漠中經(jīng)?？梢钥吹酱蟠笮⌒〉纳城?、沙堆,在這些沙丘、沙堆當(dāng)中,有一部分是由于植物的阻擋截留流沙堆積形成的,如白刺沙丘/沙堆、檉柳沙丘/沙堆、麻黃沙堆等(圖1),由于灌叢的阻擋作用形成的沙堆一般統(tǒng)稱為灌叢沙堆。

圖1 民勤綠洲邊緣的灌叢沙堆Fig.1 Nabkhas along the oasis edge in Minqin

國(guó)內(nèi)外有關(guān)灌叢沙堆的研究報(bào)道有許多,主要包括其分布環(huán)境[1- 5]、形態(tài)特征與演化[6- 9]、生態(tài)學(xué)特性[10-16]等幾個(gè)方面,而有關(guān)灌叢沙堆形成條件的研究較少。灌叢沙堆是干旱半干旱及半濕潤(rùn)荒漠地區(qū)風(fēng)沙流遇到灌叢阻攔而堆積形成的一種地貌形態(tài)[3]。沙源供應(yīng)的豐富程度對(duì)任何風(fēng)積地貌都起著關(guān)鍵性作用,它影響灌叢沙堆的空間尺度和存活時(shí)間[3]。灌叢的類型和性質(zhì)是灌叢沙堆形態(tài)塑造的重要因素,植被在灌叢沙堆形成中起關(guān)鍵作用。植被主要通過覆蓋地表、分解風(fēng)力和阻擋流沙3種形式改變近地面流場(chǎng),從而使得沙物質(zhì)在灌叢中沉積,而且可以保護(hù)其下的沙物質(zhì)不被侵蝕。不同植被類型形成的沙堆形態(tài)不同,高大密集的灌叢具有更大的攔截能力[2- 3]。新疆艾比湖周邊灌叢沙堆主要發(fā)育于晚全新世,晚全新世以來艾比湖周邊灌叢沙堆發(fā)育較普遍[17]。國(guó)外學(xué)者研究認(rèn)為,灌叢沙堆的高度與灌叢高度有較好的相關(guān)性,而沙堆的長(zhǎng)度則與整個(gè)灌叢的高度具有高度的相關(guān)[18]。草叢背風(fēng)側(cè)沙丘形態(tài)決定于草叢的寬度和沙堆的休止角,灌叢沙堆是在草叢背風(fēng)側(cè)有逆向氣流的區(qū)域堆積形成的[19]。

植物的構(gòu)型不同,阻截堆積流沙的能力不同。有關(guān)沙漠植物構(gòu)型的研究報(bào)道不少[20- 24]。普遍認(rèn)為植被蓋度、風(fēng)力強(qiáng)度和沙源是控制灌叢沙堆形成的3個(gè)主要因素[2- 3]。植物的擋風(fēng)效應(yīng)主要取決于植株迎風(fēng)方向的側(cè)影面積[21-24]。內(nèi)蒙古高原荒漠草原區(qū)狹葉錦雞兒和小葉錦雞兒灌叢固沙能力的比較研究結(jié)果表明,沙堆底面積、沙堆高度、沙堆體積和固沙效率均與地上枝條鮮重呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系,沙堆高度與灌叢高度均呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系[6]。另外,有學(xué)者研究了科爾沁沙地3種沙蒿植株構(gòu)型特征與防風(fēng)固沙效應(yīng)[24]。

以上關(guān)于灌叢沙堆的研究很少考慮沙堆的形成與植物構(gòu)型的關(guān)系,而有關(guān)沙漠植物構(gòu)型的研究卻往往側(cè)重于構(gòu)型特征及其與環(huán)境條件的關(guān)系,亦即忽視了因植物不同構(gòu)型而導(dǎo)致的不同結(jié)果—灌叢沙堆。如果說高大密集的灌叢具有更大的攔截能力[2- 3],梭梭(Haloxylonammodendron(C.A.Mey.) Bunge)在甘肅河西走廊沙區(qū)及民勤沙區(qū)為小喬木或大灌木,而其為何不能積沙成丘呢？顯然,簡(jiǎn)單地用植株高度和構(gòu)型是不能揭示灌叢積沙成丘機(jī)理的。灌叢沙堆是植物阻截流沙的結(jié)果,是固沙植物固沙功能大小的具體體現(xiàn)。不同的植物構(gòu)型必將形成或不形成不同的沙堆。那么,沙漠里生長(zhǎng)的植物中,為什么有的植物能積沙成丘,而有的植物則不能？其反映了植物構(gòu)形方面的什么特征呢？這就是本文試圖探討的問題。

1 研究方法

圖2 樣點(diǎn)位置圖Fig.2 Location of sample points

圖3 植株側(cè)影觀測(cè)示意圖 Fig.3 The correlation coefficient between nabkhas and the height of under-branches of plants

研究區(qū)：民勤縣位于中國(guó)西北干旱荒漠區(qū),地處甘肅河西走廊東北側(cè)石羊河流域下游的騰格里沙漠西緣(101°48′—104°13′E,38°05′—39°27′N)(圖2),土地面積為16016km2。民勤縣屬于中國(guó)最典型的干旱荒漠化地區(qū),據(jù)民勤縣統(tǒng)計(jì)部門提供的資料,目前境內(nèi)沙漠、戈壁、鹽堿灘地和低山殘丘占總土地面積的94.2%。其中：沙漠面積占總面積的55.03%,戈壁占總面積的5.00%,荒漠草地占總面積的34.13%。民勤縣多年平均降水量116.52 mm,蒸發(fā)量2351.79 mm,年平均≥17 m/s大風(fēng)28.2 d,沙塵暴25.8 d,揚(yáng)沙天氣37.8 d,浮塵天氣30.2 d。目前綠洲內(nèi)部及其邊緣地下水位已下降至20m左右。

研究方法：當(dāng)?shù)靥烊恢脖恢饕邪状?NitrariatangutorumBobr)、沙蒿(ArtemisiaarenariaDC. Prodr)、麻黃(EphedraprzewalskiiStapf)、泡泡刺(NitrariasphaerocarpaMaxim)、沙拐棗(CalligonummongolicumTurcz)、檉柳(TamarixramosissimaLedeb)等,人工植被主要是梭梭和毛條(CaraganakorshinskiiKom),天然植被和人工林均為斑塊狀分布。在民勤西沙窩沙漠邊緣,沿主風(fēng)向(NW)和平行綠洲邊緣設(shè)置兩條樣線,在樣線上選取成年植株(株/叢),有沙堆的植被以沙堆為單位調(diào)查,無(wú)沙堆植被以植株為單位進(jìn)行調(diào)查,共調(diào)查了108個(gè)植物和沙堆樣方(表1)。植被冠幅面積以其長(zhǎng)軸和短軸計(jì)算的橢圓面積表示；沙堆蓋度以其上的植被面積占沙堆面積百分比表示；投影蓋度為扣除了空隙后的植被面積與樣方面積的百分比,枝條間的空隙目測(cè)獲得；分層側(cè)影面積：即從主風(fēng)向迎風(fēng)面自地徑處開始向上,將植株高度依次分為10、30、50、100、150、200 cm等若干高度層,于植株迎風(fēng)面豎起立一直尺,測(cè)量各高度層側(cè)影的寬度(最上一層不足該層高度時(shí)還需測(cè)量其實(shí)際高度)。側(cè)影度即植物枝條所占側(cè)影輪廓面積的百分比,用目估法獲得,并于每株/叢植物迎風(fēng)面豎起立一直尺拍照(圖3),然后運(yùn)用Auto CAD勾畫并計(jì)算出空隙的面積,以校準(zhǔn)目估的側(cè)影度。沙堆直接量取其長(zhǎng)度,于長(zhǎng)度垂直方向最寬處量取其寬度,測(cè)定沙堆最高點(diǎn)高度,以此表示沙堆特征。枝下高即為從地莖至最下一層枝條著生部位的高度。用下式計(jì)算各層側(cè)影面積。

該層側(cè)影面積=該層梯形面積×(1-側(cè)影度)

(1)

各高度層中,側(cè)影面積最大層的中心高度即為側(cè)影中心高度。數(shù)據(jù)分析采用SPSS 13.0完成。

2 結(jié)果分析

2.1 沙堆的形態(tài)特征

調(diào)查結(jié)果表明,在當(dāng)?shù)刂挥邪状獭⑴菖荽?、檉柳、麻黃和沙生針茅(StipaglareosaP. Smirn)5種植物能積沙成堆,沙蒿、梭梭、沙拐棗和毛條等不能形成沙堆。

在調(diào)查的樣點(diǎn)中,檉柳沙堆最高大,其次是白刺沙堆,再次是麻黃沙堆。即檉柳沙堆高135—275 cm,平均高193.6cm；白刺沙堆高64—250 cm,平均高135.5 cm；麻黃沙堆高17—77cm,平均高45.5 cm；泡泡沙堆高15—48cm,平均高28.8cm；沙生針茅沙堆高5—15 cm,平均高9.3cm。沙堆的長(zhǎng)寬比麻黃最大(2.42),其次是沙生針茅(2.10),再次是泡泡刺(2.03),白刺沙堆和檉柳沙堆的長(zhǎng)寬比很小。白刺沙堆大體呈圓形或橢圓形,麻黃沙堆和沙生針茅沙堆為長(zhǎng)三角形,其他沙堆為不規(guī)則形狀。

以上幾種灌叢沙堆上的植被都十分單一,白刺沙堆和泡泡刺沙堆上的植被除背風(fēng)坡外,頂部和其他三面幾乎全覆蓋,白刺的平均投影蓋度0.23,泡泡刺平均投影蓋度0.30；檉柳沙堆幾乎是被植被全覆蓋,背風(fēng)坡下部少有裸露,植被平均投影蓋度0.52；麻黃沙堆和沙生針茅沙堆的植被覆蓋位于沙堆上風(fēng)向頭部,其余部分裸露,麻黃平均投影蓋度0.70,沙生針茅平均投影蓋度0.34。其他幾種無(wú)沙堆的植物平均投影蓋度分別是：沙蒿0.30,梭梭0.44,沙拐棗0.19,毛條0.30(表1)。從單株/叢植物投影蓋度看,灌叢沙堆植被的平均投影蓋度略高于無(wú)沙堆植被,但差異不顯著(P>0.05)。

表1 植物及沙堆形態(tài)特征

2.2 主風(fēng)向植物側(cè)影

2.2.1 分層側(cè)影

主風(fēng)方向0—10 cm高度平均側(cè)影寬度的排序是：檉柳>白刺>麻黃>泡泡刺>沙拐棗>毛條>梭梭>沙生針茅>沙蒿；10—30 cm高度平均側(cè)影寬度的排序是：檉柳>白刺>麻黃>泡泡刺>沙拐棗>毛條>梭梭>沙蒿>沙生針茅；30—50 cm高度平均側(cè)影寬度的排序是：檉柳>麻黃>沙拐棗>毛條>梭梭>白刺>泡泡刺>沙蒿；30—50 cm高度平均側(cè)影寬度的排序是：檉柳>麻黃>沙拐棗>毛條>梭梭>白刺>泡泡刺>沙蒿；50—100 cm高度平均側(cè)影寬度的排序是：檉柳>毛條>梭梭>沙拐棗>麻黃>沙蒿。

主風(fēng)方向0—10 cm高度平均側(cè)影度的排序是：梭梭>麻黃>檉柳>沙蒿>沙拐棗>毛條>沙生針茅>泡泡刺>白刺；10—30 cm高度平均側(cè)影度的排序是：麻黃>檉柳>梭梭>毛條>沙蒿>泡泡刺>白刺>沙拐棗>沙生針茅；30—50 cm高度平均側(cè)影度的排序是：麻黃>檉柳>梭梭>毛條>沙蒿>泡泡刺>沙拐棗>白刺>；50—100 cm高度平均側(cè)影度的排序是：檉柳>梭梭>麻黃>毛條>沙拐棗>沙蒿。

主風(fēng)方向0—10 cm高度平均側(cè)影面積的排序是：檉柳>白刺>麻黃>泡泡刺>梭梭>沙拐棗>毛條>沙生針茅>沙蒿；10—30 cm高度平均側(cè)影面積的排序是：檉柳>麻黃>白刺>泡泡刺>梭梭>毛條>沙拐棗>沙蒿>沙生針茅；30—50 cm高度平均側(cè)影面積的排序是：檉柳>麻黃>毛條>梭梭>沙拐棗>泡泡刺>沙蒿>白刺；50—100 cm高度平均側(cè)影面積的排序是：檉柳>梭梭>毛條>麻黃>沙拐棗>沙蒿(圖4)。

圖4 灌叢沙堆的植物及其側(cè)影Fig.4 Silhouette data of plants of nabkhas

由圖4可見,檉柳、白刺、麻黃及泡泡刺近地面?zhèn)扔皩挾茸畲?而麻黃和檉柳的近地面?zhèn)扔岸容^大(梭梭主桿較粗但近地面枝條稀少),檉柳、白刺、麻黃的近地面?zhèn)扔懊娣e亦較大；白刺、麻黃、泡泡刺和沙生針茅的側(cè)影寬度從地面向上逐漸減小,檉柳、梭梭、毛條、沙拐棗和沙蒿的側(cè)影寬度從地面向上為先增后減趨勢(shì)；除麻黃和檉柳側(cè)影度從地面向上為先增后減外,其他均為減小趨勢(shì)；沙生針茅側(cè)影面積在0—10 cm高度最大,麻黃、白刺和泡泡刺側(cè)影面積在10—30 cm高度最大,沙蒿側(cè)影面積在30—50 cm高度最大,而其他的均在50—150 cm高度最大。

2.2.2 側(cè)影中心高度

在表2基礎(chǔ)上,進(jìn)一步計(jì)算每10 cm高度的側(cè)影面積,結(jié)果顯示：白刺、泡泡刺和沙生針茅的側(cè)影中心在0 —10 cm高度,麻黃的側(cè)影中心在10—30 cm高度,檉柳的側(cè)影中心在30—50 cm高度。而不能積沙成丘的植物的側(cè)影中心均在30 cm高度以上,即沙蒿和沙拐棗的側(cè)影中心在50—100 cm高度,毛條的側(cè)影中心在50—100 cm高度,梭梭的側(cè)影中心在100—150 cm高度(圖5)。

2.3 沙堆與植物側(cè)影的關(guān)系

全部115個(gè)樣點(diǎn)的分析結(jié)果顯示,沙堆高度、沙堆寬度和沙堆長(zhǎng)度與植物側(cè)影寬度和側(cè)影面積均為極顯著正相關(guān)(P<0.01)；與植物10—200 cm高度的側(cè)影度極顯著正相關(guān)(P<0.01),與200—250 cm高度的側(cè)影度為顯著正相關(guān)(P<0.05)；與植物側(cè)影面積極顯著正相關(guān)(P<0.01)。相對(duì)而言,植物的側(cè)影度與沙堆形態(tài)指標(biāo)的相關(guān)性較弱(表2)。

由表3可以看出：1)植物主風(fēng)向側(cè)影寬度均與沙堆高度、沙堆寬度和沙堆長(zhǎng)度為極顯著正相關(guān)(P<0.01),植株地莖處的寬度與沙堆高度、沙堆寬度和沙堆長(zhǎng)度為極顯著正相關(guān)(P<0.01)。從數(shù)值上看,沙堆寬度與植物側(cè)影寬度的相關(guān)程度更大。2)從豎向看,沙堆高度、沙堆寬度和沙堆長(zhǎng)度與植物側(cè)影寬度越是靠近地面的相關(guān)系數(shù)越大,與植物側(cè)影面積亦為越是靠近地面的相關(guān)系數(shù)越大。3)沙堆高度、沙堆寬度與植物側(cè)影度越是接近植株中心高度(50 —100 cm)的相關(guān)系數(shù)越大,而與植株200—250 cm高度的側(cè)影度為顯著正相關(guān)(P<0.05),與0—10 cm高度的側(cè)影度不相關(guān)(P>0.05),亦即植株上下兩端的側(cè)影度變化較大。4)從數(shù)值上看,在沙堆形態(tài)3個(gè)指標(biāo)中,沙堆寬度與植物側(cè)影面積的相關(guān)性更大。

沙堆高度、沙堆寬度和沙堆長(zhǎng)度均與植株枝下高為極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)(表3)。

表2 灌叢沙堆與側(cè)影的相互關(guān)系

*表示顯著水平(P<0.05);**表示極顯著水平(P<0.01)

表3 灌叢沙堆與植物枝下高的相關(guān)系數(shù)

*表示顯著水平(P<0.05);**表示極顯著水平(P<0.01)

3 討論

由以上分析可知,可積沙成丘植物的側(cè)影為三角形或柱形,即側(cè)影寬度下大上小,側(cè)影中心貼近地面。具備下寬上窄的三角形側(cè)影的植物均為叢生灌木,亦即沒有明顯的主桿,如白刺、泡泡刺、麻黃和沙生針茅等,檉柳也為叢生灌木,其側(cè)影大體呈柱形。而不能積沙成丘的植物的側(cè)影則為菱形,即中間寬,上、下窄,側(cè)影中心距地面有一定高度,如沙蒿、梭梭、沙拐棗、毛條等。有研究表明,在新疆沙拐棗積沙成丘[9],在烏蘭布和沙漠白沙蒿(A.sphaerocphalaKrasch.)可積沙成丘[7],在庫(kù)布齊沙漠油蒿(A.ordosica)可積沙成丘[10],這可能與植物在當(dāng)?shù)氐拈L(zhǎng)勢(shì)有關(guān),民勤以及河西走廊沙區(qū)均有沙拐棗(C.mongolicum)和沙蒿(A.arenaria)分布,但這兩種植物在當(dāng)?shù)匾话闶遣荒芊e沙成丘的,究其原因,可能是民勤沙區(qū)氣候條件較上述地區(qū)更差,尤其是降水量少,這些植物在民勤沙區(qū)枝條更加稀疏所致。

灌叢沙堆高度是由其植物的屬性決定的,即可產(chǎn)生不定根的灌叢/植物的沙堆可隨著植物的逐漸增高,如白刺、檉柳、泡泡刺等,這類植物沙埋后可產(chǎn)生不定根,沙埋愈長(zhǎng),因而沙堆高大。而麻黃和沙生針茅雖然能積沙成丘,但其不產(chǎn)生不定根,因而沙堆高度受植物高度的限制。沙拐棗可產(chǎn)生不定根,但因其靠近地面枝條稀疏,側(cè)影中心在50—100 cm高度,因而也不能積沙成丘。白刺沙堆、檉柳沙堆和泡泡刺沙堆除了北風(fēng)坡植被較稀疏外,沙堆基本可被植被覆蓋。而麻黃沙堆和沙生針茅沙堆為長(zhǎng)三角形,植物位于上風(fēng)向不到沙堆長(zhǎng)度1/5的沙堆頭部,其余部分裸露,這是為什么呢？據(jù)筆者觀測(cè)分析,這也是由植物能否產(chǎn)生不定根所決定的：白刺、檉柳枝條沙埋后可產(chǎn)生不定根,隨著積沙、沙埋,灌叢增大,而麻黃和沙生針茅沙埋后不能產(chǎn)生不定根,受灌叢大小限制,沙堆不會(huì)增寬,而只能在灌叢下風(fēng)向形成長(zhǎng)三角形裸露沙堆。

據(jù)民勤治沙綜合試驗(yàn)站的觀測(cè)測(cè)定,風(fēng)沙流中有80%的沙粒在近地表20—30 cm的高度內(nèi)流動(dòng),其中一半又在近地表0.3—0.5 cm的高度內(nèi)流動(dòng)。在7m/s的風(fēng)速下,近地表10 cm高度內(nèi)的輸沙量占總輸沙量的75%,76—200 cm高度內(nèi)的輸沙量占總輸沙量的0.035%[25]。由此可見,風(fēng)沙流(包括沙塵暴)中的沙粒主要集中在近地表流動(dòng),這便是植物側(cè)影越低,越易積沙成丘的重要原因之一。結(jié)合植物的側(cè)影和風(fēng)沙流的垂直結(jié)構(gòu)可見,0—10 cm高度的側(cè)影是積沙成丘的關(guān)鍵高度。由此還可進(jìn)一步推測(cè),該層的植株結(jié)構(gòu)也代表了下一次沙埋后的植株結(jié)構(gòu)。在美國(guó)新墨西哥州的南部的研究表明,灌叢沙堆一般形成于沙源下風(fēng)向1—6.5 km的地方[26]。沙源是沙堆形成的必要條件,但并不是充分條件,因?yàn)樵谕痪值丨h(huán)境,具有同樣的沙源條件,白刺、檉柳、泡泡刺可形成沙堆,而沙蒿、沙拐棗不能形成沙堆。由此可見,沙堆的形成與沙源有一定關(guān)系,但這并不是主要的。另外,一般研究認(rèn)為,戈壁風(fēng)沙流是不飽和的[27],但在戈壁上有時(shí)也可見到白刺沙堆和檉柳沙堆。有學(xué)者指出,沙源豐富則沙堆體積較大,反之則較小[3],這只是相對(duì)于大致相同的植被條件和風(fēng)力條件而言。有學(xué)者指出,灌叢沙堆水平尺度與高度的關(guān)系是劃分其沙堆發(fā)育階段的重要指標(biāo)[28],這是從灌叢沙堆自身發(fā)育過程而言的。還有學(xué)者指出,灌叢沙堆是標(biāo)志風(fēng)蝕和土地退化的重要指標(biāo),在判定沙漠化方面有重要作用[29]。然而,灌叢形成的沙堆是植物截留、阻固流沙的物質(zhì)體現(xiàn)。側(cè)影,尤其是垂直主風(fēng)向側(cè)影面積大小則是反映植物防風(fēng)固沙功能的一個(gè)十分重要的指標(biāo)。那么,不能積沙成丘的植物是不是就不能防風(fēng)固沙呢？這顯然是錯(cuò)誤的。沙漠里生長(zhǎng)的植物,有的雖然不能積沙成丘,但其有增加沙面覆蓋度、阻擋沙漠近地表氣流速度等作用。

由上述分析可見,植物的側(cè)影,尤其是近地面30 cm高度內(nèi)的側(cè)影才是灌叢沙堆形成的要素之一,較之植被蓋度是灌叢沙堆形成的3個(gè)主要因素之一[2- 3]的結(jié)論更為準(zhǔn)確；而形成灌叢沙堆較之于植物側(cè)影面積的擋風(fēng)效應(yīng)[21- 24]的結(jié)論更深入了一步。由于灌叢沙堆表面一般無(wú)土壤結(jié)皮,因而可貯存降水,有利于植物生長(zhǎng)。部分灌叢沙堆植被退化后,如果具備新月形沙丘形成的環(huán)境條件和沙源條件,可能會(huì)過渡為新月形沙丘。灌叢沙堆會(huì)不會(huì)是新月形沙丘雛形,這是一個(gè)尚待進(jìn)一步研究的問題。

4 結(jié)論

可積沙成丘植物的側(cè)影為三角形或柱形,即由地面向上側(cè)影寬度變小,側(cè)影中心在近地面30 cm高度內(nèi),具備這一條件的植物為叢生灌木。而不能積沙成丘的植物側(cè)影為菱形,側(cè)影中心距地面高度在30 cm以上。

風(fēng)沙流以及沙塵暴中的沙粒主要集中在近地表0—30 cm高度內(nèi)流動(dòng),這便是植物側(cè)影越低,越易積沙成丘的重要原因之一。

沙埋后莖稈可產(chǎn)生不定根的植物可形成高于植株幾倍、數(shù)十倍高度的沙堆/沙丘,而不具備這一屬性的植物,有些雖然能形成沙堆,但沙堆受植物高度限制,即沙堆高度不會(huì)超過植株高度,也由此決定了沙堆的形狀。

側(cè)影是植物構(gòu)型的重要特征之一。側(cè)影面積大小是反映植物防風(fēng)固沙功能的一個(gè)十分重要的指標(biāo),能積沙成丘是植物阻固流沙的物質(zhì)體現(xiàn),形成的沙堆越高大則表明植物阻固流沙的功能越強(qiáng),但不能積沙成丘的植物也是具有一定防風(fēng)效果的。

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Initialresearchontherelationshipbetweensand-moundformationandthelayeredsilhouetteofdesertplants

CHANG Zhaofeng1, ZHANG Jinhu1,*, SHI Xuegang2, WANG Qi1, ZHANG Dekui1, DUAN Xiaofeng1

1GansuDesertControlResearchInstitute,Lanzhou730070,China2GansuAgriculturalUniversityForestryCollege,Lanzhou730070,China

Some desert plants can accumulate sand into mounds and form nabkhas, whereas some cannot. The reason for the difference is unknown. To understand the difference, we selected several common sand-fixing plants in the Minqin desert area and collected 108 samples of these plants and sand from the mounds along the fringe of Minqin Xishawo. We measured and compared the layered silhouette width, the layered silhouette area, and the silhouette center of different plants. The results showed 1) the silhouette of plants that form sand mounds are triangular or cylindrical, which means the width of the silhouette becomes smaller from the ground to the top, and the silhouette center is within 30 cm from the ground. Plants with this characteristic are clumping shrubs. The silhouettes of plants that do not form sand mounds were diamond-shaped, and the silhouette center was 30 cm or more from the ground. 2) Sand particles in aeolian-sand flow and sandstorm flow were primarily concentrated within 0—30 cm above the surface, which was an important reason why the lower the plant silhouette, the more easily the nabkhas were formed. 3) Plants with stems that can produce adventitious roots after sand burial can form sand mounds or dunes, which are several to dozens of times higher than the plant itself. Although some plants do not produce adventitious root after sand burial, they can nonetheless form sand mounds or dunes; however, the height of the sand mound or dune will not be higher than the plant itself because of the limitation of the height of the plant itself. 4) The size of the silhouette was an important indicator that reflected its function as a windbreak and sand-fixing properties of the plant. The plant′s ability to accumulate sand into a mound was the manifestation of the function of stopping and fixing mobile sand. Higher sand mounds reflected a stronger function in stopping and fixing mobile sand by the plant. However, plants that do not form sand mounds or dunes, such asHaloxylonammodendron,CalligonummongolicumandArtemisiaarenariaetc., also can function in stopping and fixing mobile sands.

desert plants; layered silhouette; nabkhas; accumulate sand into mound; Minqin desert area

國(guó)家自然科學(xué)基金(41361004); 國(guó)家973前期(2014CB460611)

2016- 08- 16; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 07- 11

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhangjinhu_100@163.com

10.5846/stxb201608161680

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