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我国半干旱地区城镇密集、人口众多,风沙灾害严重。在该区域为保护城镇开展防沙治沙工作势在必行。该区域具备城镇防沙治沙工程实施的自然条件与经济基础,但近期针对城镇防沙治沙的研究主要是植被恢复与重建的理论研究。根据城镇周边不同下垫面,设计科学、合理的防沙技术体系,成为城镇防沙治沙新的研究领域。内蒙古自治区乌审旗位于毛乌素沙地腹地,旗政府所在地达布察克镇是半干旱区小城镇的典型代表。本文以达布察克镇为中心,通过野外风沙观测和风洞室内模拟实验,采用治沙工程学、景观生态学、恢复生态学等基本理论和方法,从防沙治沙和景观美化的角度,结合城镇防沙高经济效益、高土地利用效率等原则,针对半干旱区城镇周边不同下垫面的防沙治沙措施,以及不同措施配置的技术体系进行了研究,旨在为半干旱区城镇防沙治沙工程设计提供理论支持。
(1)研究区近20年来(1986～2005年)土地沙漠化发生逆转；土地沙漠化的自然因素是促进沙漠化发生发展的,包括地表物质松散、气候增温减湿和多大风；而人为因素是影响该区土地沙漠化的主要影响因素,并且是有利于沙漠化逆转的,包括人口压力、土地利用方式和结构以及植被生态系统恢复。研究区风沙活动频繁,在扬沙、浮尘和沙尘暴三种风沙天气中,扬沙是风沙灾害的主要形式,这也是围绕达布察克镇周边进行防沙治沙工程技术研究的因为所在；研究区在1959～2005年间,1961～1965年、1971-1977年为风沙活动最强烈的两个阶段,1978年以来风沙活动逐渐减弱:风沙天气现象均以4月最多,7、8月最少,春季最多,冬季次之,夏、秋二季最少；研究区风沙天气的组合特征分为扬沙型和扬沙.沙尘暴型两种；研究区主害风为西北风,区内风沙活动强度呈现自北向南逐渐减弱的趋势。不同下垫面的风速和输沙的野外观测都表明:该区风沙灾害防治的主要对象是植被盖度较小的沙地和黄土梁地；而且在0～60cm高度范围内,流动沙丘、平坦流沙地和半流动沙丘三者90％的输沙量都集中在近地表0～10cm高度范围内。因此,该区的防沙治沙工作应主要针对位于达布察克镇北部(上风向)的沙尘源地,通过植被的恢复与重建,以减少近地表的起沙起尘。
(2)研究区从1986～2005年,景观结构发生了较为明显的变化,居民点建设用地、工矿用地所占面积比例明显增加；沙地面积持续减少；草地面积持续增加。在此期间,乌审旗景观多样性指数、均匀度指数上升,优势度指数下降。耕地、草地、居民地景观类型的分离度明显减小,水域、工矿用地和其他未利用地分离度呈增加趋势,沙地景观分离度保持为0不变；研究区景观整体较为完整。但是,从1996～2000年破碎度指数呈现增大的趋势。各类景观斑块的平均面积整体上是增加的,变化比较显著的包括草地、居民地、工矿用地,其他未利用地持续增加,耕地、林地、草地、水域、居民地的平均斑块面积随时间推移先增加后减少。研究区斑块的分形维数随着时间的推移先下降后上升。研究区的景观演变有多方面的驱动因素,其中人为因素中的人口增长、国民经济、工矿产业发展,以及政府决策与生态工程的实施对景观格局演变起重要作用。研究区景观格局演变期间,土地沙漠化发生逆转。因此,人为的积极干预可以改变研究区的景观格局,并使其为城镇防沙治沙服务。
(3)研究区主要沙尘源地的下垫面流场,以及单项生物、机械防沙治沙措施的风洞模拟表明:风洞可以实现对野外流场的很好模拟。气流经过沙蒿沙障时,沿程会形成减-增—减-增—减-增-减7个新能区；气流经过沙柳沙障时,近地面流场可以划分为:障前气流减速区、沙障上方气流加速区、障后涡流区以及障后气流恢复区。对高立式机械沙障的风洞模拟确定0.35为最佳孔隙度,通过对不同行间距双行机械沙障防风效应的比较,确定6H(H为沙障高度)为最佳行间距。单株植物,以及单行、双行和多行植物沙障与机械沙障的防风效益均与风速大小有关,因此,应该根据沙尘源区的风速大小,选择合适的防沙治沙措施配置。
(4)根据建立半干旱区城镇防沙工程体系的原则,以及城镇周边不同下垫面的防沙治沙措施配置,达布察克镇防沙治沙模式可以概括为城镇周边的“三圈模式”。其中第一圈是以达布察克镇为核心的绿化景观带,这一圈层大致位于达布察克镇以外600～900m宽度范围内；第二圈层为沙丘(地)封禁与农牧业生产区,包括两个次级圈层。设施农业次级圈层的宽度约为1km；远郊沙丘(地)封禁与农牧户独立生产次级圈层的范围较大,这一次级圈层的显著特点是大面积用于生态环境建设和保护,小面积用于农牧业生产。第三圈层是沙丘(地)封禁保护圈。该圈层位于乌审旗的西北位置,圈层内主要包括流动、半流动沙丘链以及平坦流沙地,是达布察克镇上风向主要的沙尘源地,应按照防沙治沙措施对其进行封禁与保护。