摘要：我国北方农牧交错带生态环境脆弱、土地沙化严重已经成为了一个不争的事实，本文对内蒙古武川县生物篱的防风蚀效应进行了研究，结果表明：驼绒藜带和向日葵残茬均能起到降风作用，并且篱高以下的降风效果明显;生物篱保护地的地表粗糙度明显大于裸地，留茬地的土壤水分高于裸地，并对附近裸地土壤水分含量有所影响;生物篱能有效降低其带间及其保护地的风蚀量，10m带宽的向日葵对其下风向的裸地的保护作用局限在6m以内。

　　关键词生物篱相对风速风蚀

　　1.研究背景及意义

　　近些年来，人们把越来越多的注意力集中在了环境变化问题上，就全球而言，陆地面积占29.1%，其中沙漠和沙漠化面积占陆地面积的1/4，每年有600万hm2的土地变成沙漠，经济损失每年有423亿美元。我国国土上的荒漠化土地已占国土陆地总面积的27.3%，而且，荒漠化面积还以每年2460km2的速度增长。中国每年遭受的强沙尘暴天气由50年代的5次增加到90年代的23次。每年我国由于土壤沙化流失的土壤总量达50多亿吨，每年流失的土壤养分为4000万吨标准化肥(相当于全国一年的化肥使用量)。

　　我国北方农牧交错带土地荒漠化甚为严重，内蒙处于北方农牧交错带，土地沙化甚至造成了内蒙古一些地区的居民被迫迁移他乡[1]。对此，学者就植被防治土壤风蚀、保持水土效益做了多种研究[2-5]。驼绒藜喜沙、耐寒、耐瘠薄、耐风蚀沙埋、繁殖能力强，防风固沙保持水土能力强，生态效益好，其所具有的独特的生态优势使阴山北麓地区的人们常将它用作防风带[6]，它的防风效果如何是个非常值得研究的问题。

　　2.试验设计与结果分析

　　本文的数据是基于农业部生态环境重点野外观测试验站—武川试验站的试验结果，武川盛行西北风，试验站东侧带状分布着10条南北走向的生物篱，包括驼绒藜和向日葵篱。其中，驼绒藜为多年生，带宽1.5m，平均高度1.25m，疏透度为60%，向日葵篱平均高度为1.15m，行、朱间距均为0.4m。

　　2.1生物篱的对风速的影响

　　如图1所示，在作物收获后的大风天对生物篱保护地的风速进行测定，风速测定仪器选择AV—30WS风速传感器，风向测定仪器选择AV—30WD风向传感器，计数采用AR5数据自动采集器，设定计数为10s平均。将AV—30WS风速传感器置于防风带下风向的裸地上，测定距离生物篱不同距离处不同高度上的风速，并选取同时刻大面积裸地同高度风速作为对照。试验布局如图1所示。

　　图1. 测风示意图

　　Fig1.crosswind schematic

　　(1)2015年春季选取驼绒藜带和向日葵茬地之间的平整裸地①作为观测地点，在裸地上分别同时测定距驼绒藜d=1m、2m、3m、4m、5m、6m处h=0.2m、0.5m、0.8m、1.0m、1.2m、1.5m高度上的风速，同时测定大面积裸地③上同高度风速作为对照，每个高度的风速测定时长为30min。如图2所示，驼绒藜下风向所有距离所测高度上的风速相对裸地同高度上的风速都有所降低，随着距篱距离的增加，相对风速逐渐增大，并且篱高以下的相对风速增幅明显。所有高度的风速在距篱为1m处降幅最明显，其中降幅最大的是在高度为20cm处的风速，仅为裸地风速的19.1%。篱高以上高度只是在距篱1m处相对风速较小，其他距离处相差不大，这说明，生物篱对篱高以上的风速影响较小。

　　图2.驼绒藜下风向各高度上的相对风速

　　Fig2. the downwind relative of speed of ceratoides at each height

　　(2)选取10m带宽向日葵茬地东边的平整裸地②作为观测地点，分别同时测定距向日葵茬d=1m、2m、3m、4m、5m、6m处h=0.2m、0.5m、0.8m、1.0m、1.5m高度上的风速，每个高度的风速测定时长为30min。如图3所示，与驼绒藜保护地的风速一样，向日葵茬地下风向测定所有高度上的风速都有所降低，但是降幅不如驼绒藜带保护地风速降幅大，最大降幅是在距篱1m处0.2m高度上，为同高度裸地的58%。所有高度的相对风速的总体趋势是随着距离的增大而增大的，但是在距篱2m处的相对风速都有一个显著上升，在距篱3m处又有所下降。这是因为10m带宽的向日葵篱对气流有一定的抬升作用，致使风速在距离2m处增大。

　　图3.12m带宽向日葵下风向各高度上的相对风速

　　Fig3. 12m bandwidth of flower downwind relative of speed at each height

　　2.2生物篱对地表粗糙度的影响

　　2015年3月15日和3月16日分别同时对驼绒藜和10m带宽的向日葵茬地下风向1m处以及裸地的h=0.2m、0.5m、0.8m、1.0m、1.2m、1.5m高度上的风速进行测定，测定时长为30min。表1给出了各模式下的风速随高度的廓线方程，如图4所示，所有处理风速在垂直方向上都是随着高度的增加而增加，平整裸地和两种生物篱保护地的风速廓线方程很好的符合了对数函数y=Aln(x)+B，相关系数都达到了0.9以上，风速随高度的呈现出对数变化趋势，说明生物篱对近地表风速的影响较大，随着高度的增加，生物篱的防风效率逐渐减弱。

　　图4.不同模式下风速随高度的变化趋势

　　Fig4. the change of wind velocity with height

　　表1.采用最小二乘法回归模拟出生物篱保护和裸地的风速随高度变化趋势

　　Table1. wind speed profile equation with the Least squares method 风速高度廓线方程 R2 驼绒藜 y=0.8995ln(x)-0.8599 0.9705 10m带宽向日葵 y=0.9307ln(x)-0.5455 0.9659 大面积裸地 y=0.7482ln(x)+2.0994 0.9143

　　本文利用空气动力学粗糙度计算公式Z0=exp(A/B)计算不同处理的地表的空气动力学粗糙度。计算结果见表，驼绒藜+裸地、向日葵茬地+裸地和对照组大面积裸地三种模式下的地表粗糙度分别为：2.60、1.79、和0.06。因此，生物篱保护地的地表粗糙度明显大于裸地，这就意味着其抗蚀能力大于裸地的抗蚀能力。

　　表2 三种模式下的地表粗糙度

　　Table2. the surface roughness in three patterns 驼绒藜+裸地 向日葵+裸地 大面积裸地 准地表粗糙度 2.60 1.79 0.06

　　2.3生物篱对风蚀量的影响

　　在总结前人经验的基础上[7-10]本文采用风蚀圈法对秋收后至翌年春耕前一段时间内的风蚀量进行测定，风蚀圈[11]是由一个外径25cm、厚0.5cm的封闭PVC圈，一块通气、透水性能好的尼龙布嵌套而成，实现风蚀季节沙区土壤风蚀量的定量连续监测。

　　如图5所示，2014年秋收整地后，将自制的风蚀圈装入1.1kg的水分含量为5.8%的原始土壤埋入实验地地表，其处理如下：(1)将相距7.2m的两个驼绒藜带间记为观测点①，等距放置3个风蚀圈;(2)驼绒藜带和向日葵茬地之间的裸地记为观测点②，自西至东在距离驼绒藜2m、4m、6m、8m、10m、12m、14m、16m、18m、20m处分别埋入一个风蚀圈;(3)10m带宽的向日葵茬地记为观测点③，由南至北间隔2m埋入5个风蚀圈;(4)将靠近向日葵茬地东边的耕翻整平裸地记为观测点④，距离向日葵茬地2m、4m、6m、8m、10m、12m、14m、16m、18m、20m处分别埋入一个风蚀圈;(5)将最东边的大面积马铃薯秋收后耕翻整平裸地记为观测点⑤，由南至北间隔2m埋入5个风蚀圈作为对照。其中，观测点①、②、④内每个处理均设置三组重复。

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