郭子玥 海春興 解云虎

1.內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 2.內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭師范學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院

中國北方沙質(zhì)草原風(fēng)蝕坑多發(fā)生于錫林郭勒草原和呼倫貝爾草原等沙質(zhì)草原。錫林郭勒草原位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，由東至西依次為草甸草原、典型草原和荒漠草原，在人為和自然因素的復(fù)合作用下出現(xiàn)了荒漠化，并且呈階梯式變化。呼倫貝爾草原位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部，植物群落眾多、物種豐富度高，受人為和自然因素的影響，風(fēng)蝕沙化日漸嚴(yán)重，現(xiàn)有三條沙帶：北部沙帶位于海拉爾河沿岸，中部沙帶從鄂溫克族自治旗莫和爾圖嘎查至新巴爾虎左旗罕達蓋蘇木，南部沙帶從新巴爾虎左旗阿木古郎鎮(zhèn)到鄂溫克族自治旗輝蘇木。風(fēng)蝕坑的出現(xiàn)是固定沙丘開始活化的重要標(biāo)志，其形成和發(fā)展與草原沙化聯(lián)系密切，形成原因、現(xiàn)狀及防治措施具有相似性。目前，針對沙質(zhì)草原風(fēng)蝕坑的發(fā)育階段、防治技術(shù)已開展了大量的研究和實踐工作。本文對已有相關(guān)研究成果進行了綜述，對風(fēng)蝕坑在裸地沙斑階段、活化發(fā)展階段、固定階段、消亡階段和重新活化階段的特征，以及機械和生物防治技術(shù)進行了總結(jié)，可為后期風(fēng)蝕坑修復(fù)治理提供理論依據(jù)。

一、風(fēng)蝕坑的發(fā)育階段

1.裸地沙斑階段

在干旱多風(fēng)的環(huán)境下，由于翻耕、棄耕等人類活動造成地表植被破壞，在強風(fēng)的作用下沙粒吹揚，形成裸地，在風(fēng)沙流的磨蝕推進和地表徑流的沖刷下，土層的松散處出現(xiàn)破口，露出散沙，形成裸地沙斑，誘發(fā)風(fēng)蝕坑發(fā)展（張德平等，2007）。該階段是風(fēng)蝕坑形成的最初階段，其他部位尚未發(fā)育，形態(tài)參數(shù)之間相關(guān)性小，方向性尚不明顯，受表層物質(zhì)吹蝕的影響，風(fēng)蝕坑呈短軸型形態(tài)，坑長的增長速度加快。隨著風(fēng)蝕坑的發(fā)展，裸露造成的沙斑呈現(xiàn)出底面較平、整體不規(guī)則的形態(tài)，深度通常不超過1 米，現(xiàn)存植被較少；翻耕形成的沙斑呈橢圓狀，其他部位不明顯，植被保留較好，基本不受影響。輸沙量趨于向上層移動，總輸沙量是未風(fēng)蝕草地的7.87 倍，植被蓋度降低，風(fēng)速迅速加快，高度達到200 厘米時，風(fēng)速已超過每秒10 米，風(fēng)速廓線呈對數(shù)分布，無植被覆蓋的區(qū)域氣流呈對數(shù)分布（張惜偉等，2018）。與其他階段相比，土壤粒度分形維數(shù)和細(xì)砂含量在此階段數(shù)值最大，細(xì)砂含量可達63.46%，粉粒和極細(xì)砂含量與未風(fēng)蝕草地相比有所降低（張惜偉，2017）。有學(xué)者將高原地區(qū)風(fēng)蝕坑發(fā)育初期稱為胚胎期至幼年期，該階段風(fēng)蝕坑面積小于100 平方米，長寬比約為1 ∶1，發(fā)育有不同方向的風(fēng)蝕斑，這是對影響因素的直接響應(yīng)，地表以下開始受到侵蝕，生成小尺度的碟形或碗形坑（LUO W Y，et al.，2019）。

2.活躍發(fā)展階段

風(fēng)力掏蝕造成土層崩塌和風(fēng)沙堆積，風(fēng)蝕坑開始形成，并逐步擴大規(guī)模。經(jīng)過長時間的發(fā)育，風(fēng)蝕坑已達到一定規(guī)模，進入活躍發(fā)展階段，又稱青年期?？娱L與坑寬快速增加，挾沙氣流到達坑時經(jīng)過較長的距離后侵蝕能力下降，坑長的增長速度減緩，風(fēng)蝕坑的下蝕作用增強，侵蝕搬運的沙粒物質(zhì)在坑后沉積。各形態(tài)間的相關(guān)系數(shù)增加，形態(tài)發(fā)育表現(xiàn)出更強的規(guī)律，呈碟形或槽形?？雍蠓e沙長、寬、深的增長主要受坑的深度制約，與坑長和坑寬的增長速度基本一致。由于坑后植被不斷減少，風(fēng)沙流作用增強，坑后積沙長的增長速度快于坑長（Hesp p A.，1996）。在該階段，風(fēng)力侵蝕基準(zhǔn)面會限制向下的侵蝕，侵蝕方向發(fā)生改變，側(cè)向侵蝕增強，坑底逐漸變平，形成侵蝕洼地?；钴S發(fā)展階段的風(fēng)沙活動強烈，風(fēng)速達到最大值，風(fēng)廓線遵循對數(shù)分布。共和盆地的中尺度槽形坑在高于坑底的0.3～0.5米處因存在渦流，在此高度會出現(xiàn)拐點，拐點以上的風(fēng)廓線不符合對數(shù)規(guī)律。輸沙量趨于向高層移動，總輸沙量是未風(fēng)蝕草地的16.03 倍，沙粒濃度隨著高度增加衰減速率達到最快，近地表蠕移輸沙量和躍移高度在所有階段中最大。在顆粒分布方面，由于風(fēng)力分選較強，顆粒分布最為集中，表層土壤中細(xì)砂和中砂分布集中含量高達92.67%，極細(xì)砂和粉粒的含量降至最低，粗砂的含量與其他階段相比最高，平均粒徑明顯較小。風(fēng)蝕坑對周圍草地的含水量影響較為顯著，在邊緣地區(qū)出現(xiàn)了一條近3 米寬的“干燥帶”，為風(fēng)蝕坑的擴張?zhí)峁┝藯l件（袁立敏等，2022）。

3.固定階段

在侵蝕基準(zhǔn)面的控制下，植被開始發(fā)育，風(fēng)蝕坑被固定下來，進入成熟期，發(fā)展相對穩(wěn)定。固定階段的放牧踩踏活動存在雙重性，一方面會使固定后的風(fēng)蝕坑發(fā)生活化，出現(xiàn)新的破口，重新進入活化階段，加劇風(fēng)蝕坑的發(fā)展；另一方面會使風(fēng)蝕坑邊緣物質(zhì)落在坑底，使風(fēng)蝕坑更加平滑，有利于氣流速度降低、侵蝕減弱，牲畜排放的糞便可以增加土壤養(yǎng)分，促進種子傳播，加快植被的生長，促進風(fēng)蝕坑的消亡（王帥等，2007）。風(fēng)力侵蝕造成側(cè)壁坍塌，邊緣侵蝕顯著，中尺度的風(fēng)蝕坑繼續(xù)合并形成巨型槽形坑，風(fēng)蝕坑坑長、寬、深的增長速度為坑長＞坑寬＞坑深。風(fēng)蝕活動減弱，風(fēng)速降低，輸沙量開始減少，是未風(fēng)蝕草地的5.06 倍，細(xì)砂和粉粒的含量開始恢復(fù)，風(fēng)沙流趨于貼近地表，風(fēng)廓線仍呈對數(shù)分布規(guī)律?？雍笾脖婚_始緩慢發(fā)育，侵蝕和沉積作用基本達到平衡，充足的水分條件對植被的生長具有促進作用，優(yōu)先形成微型生態(tài)環(huán)境，加快風(fēng)蝕坑的消亡。在呼倫貝爾沙質(zhì)草原風(fēng)蝕坑的剖面土層中可以觀察到，經(jīng)過固定階段后，坑后沙丘會發(fā)育一層古土壤，當(dāng)再次活化后埋藏于背風(fēng)坡。

4.消亡階段

由于植被覆蓋、群落演替或風(fēng)蝕沙坑作用下，風(fēng)蝕坑變小直至消亡，翻耕型和道路型風(fēng)蝕坑基本消失。由于人類和牲畜活動或沙丘移動對風(fēng)蝕坑坑底的填補，使坑的寬度增加，坑的深度變淺，形態(tài)趨向于橢圓形，風(fēng)蝕坑的其他部位不易區(qū)分（張惜偉，2018）。植被逐漸恢復(fù)，風(fēng)力侵蝕作用降低，氣流活動受到影響，風(fēng)廓線呈“S”形分布，輸沙量降低為未風(fēng)蝕草地的1.72 倍。在消亡階段，極細(xì)砂和粉粒的含量繼續(xù)增加，接近未風(fēng)蝕草地中的含量，沙粒分布集中程度在所有階段中最低。

5.活化階段

在發(fā)育過程的任何一個階段中，風(fēng)蝕坑都可能活化，重新進入活躍發(fā)展階段?；罨某跏嘉恢猛ǔＮ挥陲L(fēng)蝕坑的邊緣區(qū)域，或在迎風(fēng)坡面疊加新的風(fēng)蝕坑，再次完成整個發(fā)育過程?？娱L和坑寬的發(fā)育與裸地沙斑階段相似，以表層物質(zhì)的侵蝕為主，生長模式與活躍發(fā)展階段相似，由于氣流、植被覆蓋等因素，表現(xiàn)出坑長增長快于坑后積沙長度增長的特點，坑長、坑寬和坑深的相關(guān)系數(shù)基本一致，向下侵蝕的作用減弱，以水平方向的擴展為主。氣流活動受植被的影響減弱，風(fēng)蝕活動增強，輸沙量增大為未風(fēng)蝕草地的7.54 倍，風(fēng)廓線符合對數(shù)分布。表層土壤中的極細(xì)砂和粉粒的含量再次降低，細(xì)砂含量繼續(xù)增高，平均粒徑僅次于活躍發(fā)展階段，沙粒分布最為集中。

二、風(fēng)蝕坑的防治技術(shù)

1.風(fēng)蝕坑的機械防治技術(shù)

沙質(zhì)草原風(fēng)蝕坑治理的機械防治技術(shù)，主要包括平整土地、埋置沙障和鋪設(shè)枯草，實現(xiàn)防風(fēng)固沙的效果。

在作業(yè)面積小于10 畝的情況下，根據(jù)風(fēng)蝕面與地面的角度，選取挖掘機（大于45°）或裝載機（小于45°）平整沙地，面積大于10 畝且角度大于45°時，應(yīng)同時選擇兩種機械裝備。沙地平整后，沙地的風(fēng)蝕面與地面的角度小于30°，為設(shè)置機械沙障和生物沙障創(chuàng)造條件。

受極端天氣影響形成的風(fēng)蝕坑，采用麥秸草和蘆葦條，做成2 米×2 米的菱形網(wǎng)格沙障或1 米×1米的麥秸網(wǎng)格沙障，地上和地下各保留30 厘米，枯草鋪設(shè)于網(wǎng)格中，分別用于防風(fēng)和固定沙地（陳翔等，2019）。由固定半固定沙丘活化形成的風(fēng)蝕坑，應(yīng)沿迎風(fēng)坡垂直于風(fēng)向設(shè)置間隔為3 米的蘆葦、麥秸草，埋藏深度和留高均為50 厘米。當(dāng)周圍存有較為豐富的種子時，鋪設(shè)間距為2～4 米的枝條沙障、紗網(wǎng)沙障等透風(fēng)型沙障，透風(fēng)型沙障具有較好的攔截能力，可將通過風(fēng)蝕坑側(cè)邊坍塌或者隨風(fēng)沙飄落進入風(fēng)蝕坑內(nèi)的種子截留在風(fēng)蝕坑內(nèi)部，有利于坑內(nèi)植物的自然恢復(fù)（閆德仁等，2019）。

風(fēng)蝕坑治理（沙障鋪設(shè)2 年后） 黃海廣

針對風(fēng)蝕坑不同部位的不同風(fēng)蝕程度，采取相應(yīng)的機械防治技術(shù)，在受風(fēng)蝕嚴(yán)重的坡面鋪設(shè)聚乙烯（PE）紗網(wǎng)帶狀沙障；在風(fēng)沙危害最嚴(yán)重的積沙區(qū)，鋪設(shè)3 米×3 米、4 米×4 米、6 米×6 米的PE 紗網(wǎng)網(wǎng)格沙障，或1 米×1 米、4 米×4 米的聚乳酸（PLA）纖維沙袋網(wǎng)格沙障和1 米、4 米帶間距的帶狀沙障；在風(fēng)蝕坑的邊坡上部采用削坡處理減緩坡度，鋪設(shè)PE 紗網(wǎng)沙障與坡面的沙障連接，或在表層土壤和下伏沙土之間設(shè)置PE 紗網(wǎng)沙障，防止土層崩塌造成風(fēng)蝕坑的快速發(fā)展（曲娜等，2020）。

2.風(fēng)蝕坑的生物防治技術(shù)

植苗造林和灌木直播造林、人工植被建立和天然植被恢復(fù)相結(jié)合的風(fēng)蝕坑生物防治技術(shù)，具有成本低、作用時間長和促進植被自然修復(fù)效果好的明顯優(yōu)勢。其中，選擇適宜的種子是關(guān)鍵。一般選擇一年生禾本科、多年生禾本科和豆科植物種子進行機械播種，如谷子、莜麥等一年生植物可以快速生長、固定沙地，植物生長環(huán)境可在短期內(nèi)得到改善，為多年生植物的生長做好保障。在雨季選擇羊柴、沙打旺和檸條種子，以人工撒播的方式調(diào)整播種量，增加植物蓋度，建立灌木種群在群落中的優(yōu)勢。選擇黃柳和小紅柳等易成活植物造林，可以同時達到防風(fēng)固沙和提升經(jīng)濟效益的目的。植物沙障選取灌木型目的樹種和燕麥或小麥作為伴生植物種，按照一定比例播種，可提升風(fēng)蝕坑內(nèi)的植被蓋度和物種豐富度，加快植被的正向演替（薛博等，2020）。

在風(fēng)蝕坑的不同部位采取不同的生物措施，風(fēng)蝕坑邊沿設(shè)置大麥的生物沙障，補播檸條和羊柴種子；在風(fēng)蝕坑底部和背風(fēng)處，風(fēng)蝕程度較弱，直接混播檸條和羊柴；風(fēng)蝕坑內(nèi)種植牧草沙打旺，借助沙打旺的固氮作用提升土壤肥力，待3～5 年土壤肥力逐漸恢復(fù)后，種植灌木和喬木，治沙效果顯著。在風(fēng)蝕嚴(yán)重且植被覆蓋度極低的風(fēng)蝕沙堆頂部，應(yīng)采取綜合防治技術(shù)。

不同區(qū)域形成的風(fēng)蝕坑應(yīng)采取相應(yīng)的治理措施，在平坦開闊的流沙區(qū)域，設(shè)置4 米×4 米的直播植物沙障，將冰草、羊柴、檸條和沙蒿的種子進行丸衣化處理，增大種子體積保證落粒均勻，采取人工播種或飛播方式混播。在路堤迎風(fēng)側(cè)的風(fēng)蝕坑，設(shè)置以黃柳和小紅柳為主的高立式柳條沙障，使起沙風(fēng)速快速降低，粗糙度增加，防風(fēng)效果明顯。針對天然樟子松林內(nèi)的風(fēng)蝕坑，可在雨季直播羊柴，設(shè)置生物復(fù)合沙障進行治理，風(fēng)蝕坑坡中部的治理效果最為顯著，沙化得到控制，樟子松可以天然更新（張寶珠等，2014）。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，在鄂爾多斯高原的毛烏素沙地東部的風(fēng)蝕坑治理中加入了克隆植物治理技術(shù)，在以賴草和沙鞭為主的植物群落人工模擬風(fēng)蝕坑，以觀測修復(fù)狀態(tài)，由于在風(fēng)蝕坑中有良好的光照條件，與自然條件相比，風(fēng)蝕坑中均產(chǎn)生了更多的植株分株，但受到養(yǎng)分的限制，植株的其他指標(biāo)低于自然環(huán)境中形成的分株，總體表明植被修復(fù)能力均有所提高。合軸型克隆草本賴草通過周圍根莖的擴展方式，可以產(chǎn)生多于沙鞭的植株，對風(fēng)蝕坑的修復(fù)能力更強（葉學(xué)化，2011）。

三、結(jié)論與展望

在現(xiàn)有的沙質(zhì)草原風(fēng)蝕坑發(fā)育階段的研究中，按照發(fā)育過程對裸地沙斑階段、活化發(fā)展階段、固定階段、消亡階段和重新活化階段的形態(tài)變化、輸沙量和土壤粒度等因素已進行了詳細(xì)的研究，但是在這五個階段之間，缺乏明顯界限，不利于針對不同發(fā)育階段的風(fēng)蝕坑采取相應(yīng)的治理措施。在今后的研究中應(yīng)在發(fā)育階段的劃分上給出更詳細(xì)、明確的界限區(qū)分。

風(fēng)蝕坑的防治技術(shù)以機械防治和生物防治為主，目前的研究集中于呼倫貝爾沙質(zhì)草原和錫林郭勒沙質(zhì)草原的風(fēng)蝕坑防治。不同區(qū)域、不同原因?qū)е碌娘L(fēng)蝕坑，治理時設(shè)置沙障的高度、埋深和網(wǎng)格或帶狀的規(guī)格，也可在今后的研究中繼續(xù)豐富。在風(fēng)蝕坑不同部位的治理中，已有基礎(chǔ)性的研究，今后可以考慮按照風(fēng)蝕坑不同部位進行防治措施布局，同時要更關(guān)注獨立和呈片狀分布的風(fēng)蝕坑的治理。

目前針對風(fēng)蝕坑不同發(fā)育階段的治理技術(shù)較為缺乏。在對發(fā)育階段進行明確的界限劃分后，對不同發(fā)育階段采取相應(yīng)的措施，盡可能在裸地沙斑階段及時遏制風(fēng)蝕坑的進一步發(fā)展，或在其他階段加速風(fēng)蝕坑向消亡階段轉(zhuǎn)變，并考慮如何阻止固定消亡的風(fēng)蝕坑再次活化。