第3章 风蚀荒漠化

第三章风蚀沙漠化与防治邵天杰旅游与环境学院思考题（第4、5、7、8题为作业题）1.分析影响风力作用的因素。2.分析风沙流搬运高度与搬运物特点。3.论述沙丘移动的特点。4.探讨风蚀沙漠化防治的基本原理与治理技术。5.论植物对干旱与流沙环境的适应性与意义。6.分析植物对流沙环境作用的原理和应用价值。7.如何进行对沙漠化地区的植被建设。8.试论绿洲、农田、牧场、铁路4类防护林体系的建设与特点。风力作用主要包括：1风力侵蚀作用2风力搬运作用3风力堆积作用第一节风力作用与沙丘移动一风力侵蚀作用（一）风力侵蚀方式：1.吹蚀作用风将地面的松散沉积物或基岩上的风化产物吹走，从而使地表物质遭受破坏的作用称吹蚀。2.磨蚀作用风沙流以其所含砂粒作为工具对地表物质进行碰撞、冲击和摩擦，或者在岩石裂隙和凹坑内进行旋磨的作用称磨蚀作用。（二）砂粒的起动1.起动风速当风作用于沙质地表时，使砂粒沿地表开始运动所必需的最小风速，称为起动风速，又称临界摩阻速度。2.颗粒起动有2种形式：即流体起动和冲击起动（1）如果砂粒的运动完全出于风对沙面砂粒的直接推动作用，使砂粒开始起动的临界风速称为流体起动值。（2）若砂粒的运动主要是由于跃移砂粒的冲击作用，其起动的临界风速则称为冲击起动值。（三）影响风蚀的因素1.自然因素2.人类活动（1）土壤抗蚀性（2）地表土垄（3）降雨（4）土丘坡度（5）裸露地块长度（6）地表类型（7）植被覆盖度（8）挟沙风（1）土地翻耕（2）樵采（3）牲畜践踏二风力搬运作用（一）砂粒运动形式：4种1.悬移：砂粒起动后，沙土颗粒保持一定时间悬浮于空气中，并以与气流相同的速度向前运移，称为悬移运动，悬移运动的砂粒称为悬移质。2.跃移：跃移是砂粒运动的最主要形式。3.蠕移：由于一些跃移运动的砂粒在降落时不断冲击地面，使地表面的较大砂粒受冲击后缓慢滑动或滚动称为蠕移，蠕移运动的砂粒称为蠕移质。4.振动：振动是近年来对风沙运动研究总结出的一种新的风沙运移方式。图3-1风力搬运的3种形式（二）风沙流及其结构特征1.风沙流：是气流及其搬运的固体颗粒（砂粒）的混合流。2.风沙流结构特征：（1）砂粒粒径随高度的分布特征（2）含沙量随高度的分布特征（3）含沙量随风速的变化（三）风沙流的固体流量1.定义：气流在单位时间通过单位宽度或面积所搬运的沙量叫做风沙流的固体流量，也称为输沙率。2.影响因素：它不仅取决于风力的大小、砂粒粒径、形状和其比重，而且也受砂粒的湿润程度、地表状况及空气稳定度的影响。三、风力堆积作用（一）沉降堆积：在气流中悬浮运行的砂粒，当风速减弱，沉速大于紊流漩涡的垂直风速时，就要降落堆积在地表，称为沉降堆积。砂粒直径(mm)0.010.020.050.060.10.22沉速(cm/s)2.85.51650167250500砂粒沉速随粒径增大而增大，粒径愈大，其沉速愈大，粒径愈小，沉速愈小。表.砂粒直径与沉速的关系（二）遇阻堆积：风沙流运行时，遇到障阻，使砂粒堆积起来，称遇阻堆积。图3-2风沙遇阻堆积图3-3沙丘移动的3种方式C.往复前进式四、沙丘的移动（一）沙丘的移动方式B.往复式A.前进式（二）沙丘的移动速度1.沙丘在单位时间内前移距离（D）表示：式中Q—单位时间内通过单位宽度的全部沙量；H—沙丘高度；r—沙子容重。rHQD2.沙丘移动强度分为下面4种类型:（1）慢速类型（2）中速类型（3）快速类型（4）特别快速类型（三）沙丘的移动方向1.沙丘移动的方向取决于起沙风的风向，移动总方向与大于起沙风的年合成风向大体一致，但不完全重合，二者之间有一夹角。2.我国沙漠地区风沙移动主要受东北风和西北风两大风系的影响。第二节风蚀沙漠化的分布和人为成因类型一、我国草地与风蚀退化现状1.世界第二大草地资源大国，草地面积为4×108hm2，仅位居澳大利亚之后。2.我国草地面积占全国总面积的42.05%。为耕地面积的3.12倍，林地面积的2.28倍，是我国土地、森林、草地、矿产、水、海洋这六大自然资源之一。3.我国的天然草地以西藏自治区草地面积最大。4.草地沙漠化是土地荒漠化中最严重的一种，是沙漠化土地的主要组成部分。二我国风蚀沙漠化的分布其中大致可分为下面3个分布区：（1）半湿润森林草原和湿润的森林地带沙漠化分布区。（2）半干旱草原及干旱荒漠草原地带沙漠化分布区。（3）干旱荒漠地带沙漠化分布区。三、草地风蚀沙漠化的人为成因类型人为成因：（1）过度樵采：引起沙漠化面积占第一位（2）过度放牧：引起的沙漠化面积占第二位（3）过度农垦：造成的沙漠化面积占第三位第三节草地沙漠化的动力一、草地沙漠化的风动力风是沙漠化地区塑造地貌的主要营力，对沙漠化的形成与发展，以及地表形态的塑造都起着主要的作用。二、草地沙漠化的生物动力（1）人类开垦草地产生的动力（2）人类的滥樵与挖取药材动力（3）工矿开发、城市化及道路建设动力（4）过度放牧牛羊产生的动力第四节沙漠化发生机理一、人类生产系统对沙漠化作用的机制（一）种植业对沙漠化的影响机制正反馈（据兹龙骏，1998）负反馈（据兹龙骏，1998）畜牧业对沙漠化的正反馈（据兹龙骏，1998）（二）畜牧业对沙漠化的影响机制林业对沙漠化的负反馈（据兹龙骏，1998）（三）林业对沙漠化的影响机制二、气候变化对沙漠化作用的机制（一）全球气候变化对沙漠化的影响全球气候变暖是当前的大趋势，而温度升高将会导致中纬度干旱、半干旱地区沙漠化扩展速度加快。（二）干旱对沙漠化的影响很大。第五节草地风蚀沙漠化的等级和地表景观（一）草地土壤粒度与土壤厚度变化一、草地风蚀沙漠化过程中的土壤变化地表土壤受到风力的侵蚀作用会使得土壤中的粉砂和黏土颗粒减少，由于风的搬运能力较弱，土壤中较粗粒的中砂和细砂及更粗粒的成分残留原地，造成土壤粗化甚至土壤消失，形成沙质荒漠化景观。草地沙漠化过程中，伴随着土壤中大量细粒物质不断被吹蚀，土壤厚度变薄。（二）草地沙漠化过程中的土壤水分变化1.土壤粒度组成的变化，必然会改变土壤的蓄水保肥能力，使土壤水分状况和养分含量发生变化。2.长期野外观测证明在20～200cm沙地土层中土壤含水量基本是流动沙丘＞半流动沙丘＞半固定沙丘＞固定沙丘。在草场分布沙丘地里，随着沙漠化的发展和植被的减少，土壤含水量呈增加趋势。（三）草地沙漠化过程中的土壤养分变化大量研究资料证明，随着草地沙漠化的发展，土壤养分环境会明显恶化。主要从三方面来说：1.沙质草地沙漠化过程中土壤养分变化2.不同类型沙漠化土地表层（0～30cm）土壤养分含量3.不同类型沙漠化土地微量元素含量变化表沙质草地沙漠化过程中土壤养分变化沙漠化类型深度（cm）有机质（%）全量养分（%）NP2O5K2O潜在沙漠化土地0～311.400.0470.0742.8831～670.460.0190.0312.8437～1030.180.0050.0353.04中度沙漠化土地1～280.410.0190.0182.6428～600.200.0360.0112.8860～900.100.0190.013.18严重沙漠化土地0～300.110.0040.0112.2930～500.080.0070.0121.9350～1000.090.0630.0151.55不同类型沙漠化土地表层（0～30cm）土壤养分含量沙漠化土地类型有机质（%）全量养分（%）NP2O5K2O固定沙地0.9750.0430.0332.90半固定沙地0.3990.0130.0143.01半流动沙地0.2670.0080.0153.23流动沙地0.0650.0030.0082.77不同类型沙漠化土地微量元素含量变化沙地类型深度（cm）微量元素含量（质量浓度10-6）TiMnVCuNiCoZn固定沙地0～10582126101978479～253821247145749半固定沙地0～20410103815575020～403801127238851流动沙地0～1019155316735430～40277593146264二草地风蚀沙漠化的等级划分与指标程度风积地表形态占地面积/%风蚀地表形态占地面积/%植被覆盖度/%地表景观综合特征生物量较荒漠化前下降/%轻度≤10≤1031～50斑点状流沙或风蚀地。2m以下低矮沙丘或吹扬的灌丛沙堆。固定沙丘群中有零星分布的流沙(风蚀窝)。旱作农地表面有风蚀痕迹和粗化地表，局部地段有积沙。30中度11～3011～3011～302～5m高流动沙丘成片状分布。固定沙丘群中沙丘活化显著，旱作农地有明显风蚀。31～50重度≥31≥31≤10洼地和风蚀残丘。广泛分布的粗化砂砾地表5m高以上密集的流动沙丘或风蚀地51以上三中国北方草地退化等级中国北方草地分布范围涉及较广大地区如以省为单位分析,草地退化比例最高的是宁夏、陕西、山西3省；其次为甘肃、辽宁、河北,草地退化面积占80%左右到87%;再次为新疆、内蒙古、青海、吉林,草地退化面积占42%～64%;最后西藏草地退化比例较低,占23.37%。四草地风蚀沙漠化的地表景观它们的主要类型如下：（一）沙波纹与沙堆（二）纵向沙丘（三）新月形沙丘（四）抛物线沙丘（五）横向沙丘（一）沙波纹与沙堆1.沙波纹：是沙地和沙丘表面呈波状起伏的微地貌，其排列方向与风向垂直。2.沙堆：是沙丘地貌的初级形态，最初为蝌蚪状。如图3-4所示：（二）纵向沙丘在单向风或几个方向近似的风的作用下形成的顺风向延伸的风积地貌。图3-5图3-6（三）新月形沙丘1.新月形沙丘：在风向较固定的风力作用下形成的堆积地貌，形似新月，两翼顺主风向延伸，迎风坡略凸，长而缓，背风坡凹而陡，高度不大，很少超过15m。2.形成过程：盾形沙堆→雏形新月形沙丘→新月形沙丘。（四）抛物线形沙丘抛物线沙丘：是一种固定或半固定的沙丘，在水分和植被条件较好的荒漠边缘地区或者海岸带常有发育，平面形态呈弧形，弧形突出方向指向下风向，两个尖角指向上风向。（五）横向沙丘当两个方向相反的风交替出现，其中一个风向占优势的情况下所形成的风积地貌，也称季风型沙丘。（六）其他类型的风蚀地貌景观风蚀地貌景观还包括风蚀蘑菇、风蚀柱、石窝（风蚀壁龛）、风蚀垄槽（雅丹）、风蚀洼地、风蚀谷、风蚀残丘、风蚀城堡（风城）、石漠与砾漠（戈壁）、羽毛状沙丘、格状沙丘链和金字塔状沙丘等形式。图3.24风蚀柱垂直裂隙发育的岩石经过长期的风蚀，易形成柱状，故称风蚀柱。孤立突起的岩石，或水平节理和裂隙发育的岩石，特别是下部岩性软于上部的岩石，受到长期的风蚀和风磨，易形成顶部大、基部小的形似蘑菇的岩石，称之为风蚀蘑菇。图3.25风蚀蘑菇在陡峭的岩壁上，经风蚀形成大小不等、形状各异的小洞穴和凹坑。大的深10-25cm，口径达20cm。有的分散，有的群集，使岩壁呈蜂窝状外貌，称之为石窝。这种现象在花岗岩和砂岩壁上最为发育。图3.26石窝风蚀洼地由松散物质组成的地面经风吹蚀后，形成宽广而轮廓及界面不大明显的洼地。它们多呈椭圆形成行分布并沿主要风向伸展，有时也形成巨大的围椅形风蚀洼地，自地面向下凹进。洼地的背风壁较陡，常达30度以上。图3-29风蚀洼地的形成岩土层地下水面风向风蚀在干旱地区遇有较大暴雨产生的地表径流冲刷地面后形成沟谷，这些沟谷再经长期风蚀形成风蚀谷。风蚀谷无一定形状，有狭长的壕沟，也有宽广的谷地，蜿蜒曲折，长达数十公里，谷底崎岖不平宽窄不均，不象河谷有一定的纵坡。在陡峭的谷壁上分布着大小不同的石窝，在壁坡的坡脚堆积着崩塌岩屑锥。风蚀谷和风蚀残丘风蚀谷不断发展扩大，原始地面不断缩小，最后残留下不同形状的孤立小丘称之为风蚀残丘。它们常成带状分布，丘顶有不易被直接吹扬的砾石或粘土所保护，平顶的较多，也有尖峰的，高度一般在10～20m左右，在柴达木盆地的残丘多在数米至30m之间。在地形隆起、有产状近似水平的裸露基岩地面，由于岩性软硬不一，垂直节理发育不均，在长期强劲风力作用下，被分割残留的平顶山丘，远看宛如颓毁的城堡树立在平地上，称为风蚀城堡或风城。典型风城分布在我国新疆吐鲁番盆地哈密西南。风蚀城堡（风城）在干旱地区某些地势较高的基岩或山麓地带，由于强劲风力将地表大量碎屑细粒物质吹蚀而去，使