張 昊， 黨曉宏,2,3， 蒙仲舉,2， 高 永,4， 劉 陽， 秦青船

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)沙漠治理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古杭錦荒漠生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017400；3.包頭市林業(yè)和草原局，內(nèi)蒙古 包頭 014030；4.中央與地方共建高校特色優(yōu)勢學(xué)科“風(fēng)沙物理”重點實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；5.內(nèi)蒙古自治區(qū)水利科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020；6.東烏珠穆沁旗水利事業(yè)發(fā)展中心，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026300）

風(fēng)沙災(zāi)害是近地層強風(fēng)攜帶沙物質(zhì)吹蝕地表，使其形態(tài)發(fā)生改變，形成各種風(fēng)沙地貌，并對人類生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重危害的自然過程［1］。在風(fēng)沙災(zāi)害研究中，風(fēng)沙運動是關(guān)鍵內(nèi)容，地表風(fēng)況受局部地形和氣候影響，導(dǎo)致風(fēng)沙運動具有明顯的區(qū)域性特點。風(fēng)沙運動影響地表沉積物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，而沉積物粒度特征也是反映風(fēng)沙和沉積環(huán)境的重要指標(biāo)之一［2-3］。因此，掌握區(qū)域風(fēng)沙環(huán)境特征對研究地表風(fēng)沙流具有重要意義。

在風(fēng)沙運動研究中一般采用輸沙勢作為衡量區(qū)域風(fēng)沙活動強度的指標(biāo)［4］。輸沙勢代表區(qū)域內(nèi)潛在最大風(fēng)沙活動強度，具有統(tǒng)一的風(fēng)沙運動環(huán)境評判標(biāo)準(zhǔn)，方便不同地區(qū)進行風(fēng)能環(huán)境對比分析。如房彥杰［5］利用輸沙勢分析了塔克拉瑪干沙漠風(fēng)沙活動強度的時空變化特征，重點研究了輸沙勢的估算偏差；李志星等［6］發(fā)現(xiàn)，河北昌黎海岸沙丘向岸和離岸的輸沙勢總體呈衰減趨勢，且風(fēng)積沙丘的類型和走向受風(fēng)動力影響。然而，單以輸沙勢評價風(fēng)沙環(huán)境仍具有一定的局限性，未能充分考慮除風(fēng)況以外的其他環(huán)境因素影響。表層沉積物特征是多種環(huán)境因素共同作用的結(jié)果，對區(qū)域風(fēng)況和沉積環(huán)境具有重要指示作用［7］。將風(fēng)能環(huán)境與地表沉積物特征相結(jié)合，有利于精準(zhǔn)掌握野外風(fēng)沙輸移規(guī)律，提供更重要的科學(xué)參考意義［8］。

烏珠穆沁草地是錫林郭勒草原的重要組成部分［9］。自20世紀(jì)50年代以來，由于全球氣候逐漸變暖以及人類墾荒和過度放牧等原因，造成草原發(fā)生嚴(yán)重退化，烏珠穆沁草地平均每年被風(fēng)沙吞沒的面積約1000 hm2［10］，嚴(yán)重的草地沙化導(dǎo)致草地載蓄力持續(xù)減少，沙塵天氣頻繁發(fā)生，嚴(yán)重威脅區(qū)域居民生存與發(fā)展［11］。“三北”工程的工作重心以防沙治沙為主攻方向，內(nèi)蒙古作為中國北方的重要生態(tài)屏障，具有突出的戰(zhàn)略地位。烏珠穆沁沙地是京津冀地區(qū)沙塵暴的主要來源地之一。治理烏珠穆沁沙地，恢復(fù)天然草原，是筑牢北方生態(tài)安全屏障的必要前提，因此，烏珠穆沁沙地的防沙治沙工作刻不容緩。目前，針對烏珠穆沁沙地的研究主要集中在沙地景觀格局［12］、土壤風(fēng)蝕［13］以及土壤理化性質(zhì)［14］和沙地植被等方面，而關(guān)于風(fēng)沙環(huán)境特征研究較少。鑒于此，本文基于烏珠穆沁沙地周邊氣象站的數(shù)據(jù)資料，系統(tǒng)分析沙地起沙風(fēng)況及輸沙勢特征，同時結(jié)合研究區(qū)地表沉積物粒徑數(shù)據(jù)，研究揭示該地區(qū)風(fēng)沙運動環(huán)境特點和沙塵遷移規(guī)律，研究結(jié)果豐富研究區(qū)風(fēng)沙流研究內(nèi)容，以期為今后烏珠穆沁沙地的區(qū)域環(huán)境特征分析和風(fēng)沙災(zāi)害防治工作提供科學(xué)參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

烏珠穆沁沙地位于內(nèi)蒙古錫林郭勒草原東部，行政區(qū)劃屬錫林郭勒盟西烏珠穆沁旗（圖1）。沙地呈西南寬、東北窄的扇形分布，海拔在835～1957 m之間，屬中溫帶典型半干旱大陸性季風(fēng)氣候，長期受蒙古高壓控制，自然環(huán)境較為惡劣，春季干寒風(fēng)多，夏季短促干燥，秋季霜凍早，冬季寒冷漫長［15］；年平均氣溫1.6 ℃，極端最高溫度37 ℃，極端最低溫度-37.5 ℃；年降雨量700 mm 左右，主要集中在7—8 月；年平均風(fēng)速3.8 m·s-1，極端最大風(fēng)速可達34.0 m·s-1，年均8級風(fēng)速以上天氣73 d；主要土壤類型為栗鈣土和黑鈣土［12］。沙地植被呈地帶性分布，東南部植被以貝加爾針茅（Stipa baicalensisRoshev）、線葉菊（Filifolium sibiricum）等雜類草群落為主，西北部植被以小葉錦雞兒（Caragana microphylla）、大針茅（Stipa grandis）、冷蒿（Artemisia frigida）等群落為主。

圖1 烏珠穆沁沙地氣象站點分布Fig.1 Distribution of meteorological stations in Wuzhumuqin Sandy Land

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本文所采用的風(fēng)況數(shù)據(jù)來源于烏珠穆沁沙地周邊的巴拉噶爾高勒鎮(zhèn)、巴彥高勒鎮(zhèn)、巴彥胡碩蘇木、烏蘭哈拉噶蘇木4 個氣象站點，分別代表沙地南、西、北、東4 個方位的區(qū)域特征。數(shù)據(jù)記錄時間范圍為2017 年1 月1 日至2021 年12 月31 日。風(fēng)況觀測高度為10 m，每日從0：00開始，每間隔1 h記錄1 次，共記錄24 個定時觀測的連續(xù)10 min 的平均風(fēng)速。參考相關(guān)研究［2,13,16］，烏珠穆沁沙地風(fēng)速達到5 m·s-1時，地面沙物質(zhì)開始出現(xiàn)移動，故本文以5 m·s-1作為地表沙粒移動的臨界風(fēng)速。首先將原始?xì)庀髷?shù)據(jù)中所有風(fēng)速大于5 m·s-1的風(fēng)況按照不同月份分別計算平均起沙風(fēng)速、起沙風(fēng)頻率及最大風(fēng)速。再將風(fēng)向數(shù)據(jù)按照360°方位角平均分成N、NNE、NE、ENE、E、ESE、SE、SSE、S、SSW、SW、WSW、W、WNW、NW 和NNW 16個風(fēng)向方位，分別計算不同方位的起沙風(fēng)頻率。輸沙勢的計算方法采用Fryberger等［17］提出的DP輸沙勢計算模型：

式中：DP代表輸沙勢，為矢量單位（VU）；V代表大于起沙風(fēng)的風(fēng)速（節(jié)，1 節(jié)≈0.5 m·s-1）；Vt代表起沙風(fēng)速（節(jié)）；t代表觀測時間范圍內(nèi)起沙風(fēng)作用時間與總觀測時間的百分比。合成輸沙勢（Resultant Drift Potential，簡稱RDP）是16個方位的輸沙勢矢量相加的結(jié)果，代表了一個地區(qū)風(fēng)沙運動過程中凈輸沙能力的大小。合成輸沙勢方向（Resultant Drift Direction，簡稱RDD）代表了區(qū)域內(nèi)沙物質(zhì)的整體移動方向。根據(jù)Fryberger 的風(fēng)能環(huán)境劃分方法可將研究區(qū)分為：低風(fēng)能（DP＜200）、中風(fēng)能（200≤DP＜400）、高風(fēng)能（DP≥400）三種不同的風(fēng)能環(huán)境。Fryberger 還提出可以通過風(fēng)向變率指數(shù)（RDP/DP）來反映起沙風(fēng)的復(fù)雜程度，風(fēng)向變率指數(shù)與起沙風(fēng)風(fēng)向組合情況呈反比，當(dāng)RDP/DP＜0.3 時，為高風(fēng)向變率，一般為復(fù)雜風(fēng)況；當(dāng)0.3≤RDP/DP≤0.8時，為中風(fēng)向變率，一般為鈍雙峰或銳雙峰風(fēng)況；當(dāng)RDP/DP＞0.8時，為低風(fēng)向變率，風(fēng)向較為單一，一般為對應(yīng)窄單峰或?qū)拞畏屣L(fēng)況。將起沙風(fēng)速組合以及輸沙勢結(jié)果繪制成玫瑰圖，能夠簡單直觀的分析各自的變化情況。

沉積物表層樣品取自烏珠穆沁沙地不同方位，取樣時間為2023 年4—5 月，該時段草地生長狀況較差，可以避免地表植被對土壤粒徑的影響。分別在不同方位選取6 個地勢平坦的樣地進行取樣，取樣點間隔約4 km，每個取樣點隨機采取4 個范圍為20 cm×20 cm，深度為0～3 cm的表層沙土樣品500 g，采集范圍基本代表烏珠穆沁沙地東、西、南、北4 個方位的主要區(qū)域。利用Mastersizer 2000 激光粒度儀測得每個土樣的沉積物組分體積百分比，每個土樣測3次，取其平均值。為方便辨析，將每個取樣點的4 個土壤數(shù)據(jù)結(jié)果進行算術(shù)平均，來表征該地的沉積物組分特征，同時根據(jù)Folk-Ward 公式［18］計算沉積物的平均粒徑MZ、分選系數(shù)σ、偏度SK等參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 起沙風(fēng)特征

烏珠穆沁沙地整體起沙風(fēng)頻率為33.8%，受海拔高度及地表植被蓋度等影響，沙地起沙風(fēng)具有明顯的空間分布差異。如圖2 所示，北部和西部起沙風(fēng)頻率較大，東部和南部相對較小。巴拉噶爾高勒鎮(zhèn)、巴彥高勒鎮(zhèn)、巴彥胡碩蘇木、烏蘭哈拉噶蘇木的年起沙風(fēng)頻率分別為21.4%、37.5%、48.0%、28.6%。年內(nèi)各月起沙風(fēng)頻率具有相同的變化趨勢，均呈現(xiàn)2—5 月遞增，6—8 月遞減，8 至翌年1 月遞增的趨勢，各地最大起沙風(fēng)頻率集中在4—5 月，且均以春季起沙風(fēng)頻率最高。

圖2 烏珠穆沁沙地起沙風(fēng)頻率月均變化Fig.2 Monthly mean variation of sand-blowing wind frequency in Wuzhumuqin Sandy Land

烏珠穆沁沙地年平均風(fēng)速為3.34～5.40 m·s-1、年平均起沙風(fēng)速為6.46～8.49 m·s-1。各地平均起沙風(fēng)速和起沙風(fēng)頻率具有相同的區(qū)域分布特點，西部和北部平均起沙風(fēng)速較大，總體變幅較大，南部和東部平均起沙風(fēng)速相對較小，風(fēng)速差值相對較?。▓D3）。巴拉噶爾高勒鎮(zhèn)、巴彥高勒鎮(zhèn)、巴彥胡碩蘇木、烏蘭哈拉噶蘇木的年均起沙風(fēng)速為6.46 m·s-1、7.62 m·s-1、8.49 m·s-1、6.94 m·s-1。各地年內(nèi)月平均起沙風(fēng)速呈現(xiàn)同增共減的趨勢，最大平均起沙風(fēng)速與最大起沙風(fēng)頻率特征一致，最大值仍集中在4—5月，且均以春季平均起沙風(fēng)速最大。

圖3 烏珠穆沁沙地平均起沙風(fēng)速月均變化Fig.3 Monthly average variation of average wind speed of sand rising in Wuzhumuqin Sandy Land

從起沙風(fēng)風(fēng)向特征來看（表1和圖4），烏珠穆沁沙地主要受西南風(fēng)向影響，不同區(qū)域均以WSW 風(fēng)向頻率最高。巴拉噶爾高勒鎮(zhèn)以偏西風(fēng)為主（WSW、SW、W、WNW），頻率為69.0%。其次為偏北風(fēng)（NW）和偏南風(fēng)（SSW、S），頻率依次為8.8%、13.2%。巴彥高勒鎮(zhèn)與巴拉噶爾高勒鎮(zhèn)風(fēng)向結(jié)構(gòu)一致，以偏西風(fēng)為主（WSW、SW、W、WNW），頻率為59.1%，其次為偏北風(fēng)（NNW、NW、N），頻率為20.0%。巴彥胡碩蘇木亦以偏西風(fēng)為主（WSW、W、SW、WNW），頻率為63.7%，偏北風(fēng)次之（NW、NNW），頻率為17.1%。烏蘭哈拉噶蘇木同樣以偏西風(fēng)為主（WSW、WNW、NW、W），頻率為56.7%，其次為偏南風(fēng)（SW、SSE、S），頻率為25.1%。

表1 烏珠穆沁沙地各區(qū)域主風(fēng)向分布Tab.1 Distribution of main wind directions in different regions of Wuzhumuqin Sandy Land

圖4 烏珠穆沁沙地各區(qū)域起沙風(fēng)玫瑰圖Fig.4 Rose chart of sanding wind in different regions of Wuzhumuqin Sandy Land

如圖5 所示，巴拉噶爾高勒鎮(zhèn)春季起沙風(fēng)與年起沙風(fēng)風(fēng)向結(jié)構(gòu)相似，以偏西風(fēng)為主（SW、NW、WSW、WNW、W），頻率為71.2%。夏季以偏南風(fēng)為主（S、SW、SSW、SSE），頻率為54.6%。秋季與春季一致，以偏西風(fēng)為主（WSW、SW、WNW、W），頻率為74.5%。冬季以西南風(fēng)為主（WSW、W、SW），頻率為79.8%。巴彥高勒鎮(zhèn)春季以偏西風(fēng)為主（WNW、WSW、W、SW、NW），頻率為55.5%。夏季以西南風(fēng)向為主（WSW、SW、W、SSW），頻率為43.6%。秋季與夏季相似，以西南風(fēng)向為主（WSW、SW、W），頻率為53.7%。冬季以西南風(fēng)向為主（WSW、SW、W），頻率為75.9%。

巴彥胡碩蘇木春季起沙風(fēng)以偏西風(fēng)向為主（NW、WSW、W、SW、WNW），頻率為63.0%。夏季以偏南風(fēng)向為主（SW、WSW、SSE、S）頻率為43.6%。秋季以偏西風(fēng)向為主（WSW、SW、W、WNW、NW），頻率為80.2%。冬季以西偏南風(fēng)（WSW、W、SW）為主，頻率為77.3%。烏蘭哈拉噶蘇木春季起沙風(fēng)以偏西為主（NW、WSW、WNW、W），頻率為53.1%。夏季以偏南風(fēng)（SSE、S、SE）為主，頻率為38.4%。秋季起沙風(fēng)亦以偏西風(fēng)為主（WSW、WNW、NW、W、SW），頻率為72.2%，冬季起沙風(fēng)主要集中在西南方向（WSW、SW），頻率為62.5%。

總體來看，烏珠穆沁沙地各地春季和秋季起沙風(fēng)均以偏西風(fēng)向為主，夏季起沙風(fēng)除烏蘭哈拉噶蘇木以南偏東風(fēng)為主，其余地區(qū)均以西南風(fēng)向為主，冬季整體起沙風(fēng)向結(jié)構(gòu)簡單，多以西偏東風(fēng)及部分西風(fēng)為主。

2.2 輸沙勢特征

烏珠穆沁沙地整體屬于低風(fēng)能環(huán)境（圖6），巴拉噶爾高勒鎮(zhèn)、巴彥高勒鎮(zhèn)、巴彥胡碩蘇木、烏蘭哈拉噶蘇木的年均輸沙勢分別為19.2 VU、98.7 VU、193.7 VU、41.7 VU，合成輸沙勢分別為14.8 VU、65.9 VU、145.1 VU、24.4 VU，沙地北部和西部輸沙勢較大，南部和東部較小。各地風(fēng)向變率指數(shù)均介于0.3～0.8 之間，屬于中風(fēng)向變率，風(fēng)況多為銳雙峰風(fēng)況，全年沙物質(zhì)整體向東、東北方向輸移。巴彥高勒鎮(zhèn)、巴彥胡碩蘇木、烏蘭哈拉噶蘇木的合成輸沙方向相近，為85°±5°，巴拉噶爾高勒鎮(zhèn)合成輸沙方向為61.99°，不同地區(qū)均以西南和西北方向為主要的輸沙來源。

圖6 烏珠穆沁沙地各區(qū)域輸沙勢玫瑰圖Fig.6 Rose chart of sediment transport potential in different regions of Wuzhumuqin Sandy Land

從烏珠穆沁沙地不同地區(qū)風(fēng)沙活動強度的時間尺度上來看（圖7），巴拉噶爾高勒鎮(zhèn)年內(nèi)合成輸沙方向集中在東北方向，春季風(fēng)沙活動強度最強，輸沙勢為8.3 VU，夏季風(fēng)沙活動強度最弱，輸沙勢為1.5 VU。秋、冬兩季一致，輸沙勢均為4.7 VU。春、夏兩季屬中風(fēng)向變率，秋、冬兩季為低風(fēng)向變率。巴彥高勒鎮(zhèn)除春季合成輸沙方向集中在東南方向，其余三季均集中在東北方向。春季是最主要的風(fēng)沙活動期，輸沙勢為44.7 VU，冬季風(fēng)沙活動強度最弱，輸沙勢為12.8 VU，夏季和秋季輸沙勢分別為17.2 VU 和24.0 VU。除冬季屬低風(fēng)向變率，其余三季均為中風(fēng)向變率。巴彥胡碩蘇木年內(nèi)輸沙勢特征與巴彥高勒鎮(zhèn)一致，同樣以春季輸沙勢最高，為67.2 VU，合成輸沙方向為東南方向，其余三季為東北方向。夏季是風(fēng)沙活動衰弱期，輸沙勢為20.5 VU，秋季和冬季輸沙勢分別為46.2 VU 和59.8 VU。春季和夏季是中風(fēng)向變率，秋季和冬季是低風(fēng)向變率。烏蘭哈拉噶蘇木春、夏、秋季均屬中風(fēng)向變率，冬季為低風(fēng)向變率。其中，春季輸沙勢年內(nèi)最高，為20.1 VU，合成輸沙方向為東南方向，夏季輸沙勢最小，為5.3 VU，合成輸沙方向為東北方向，秋季和冬季輸沙勢分別為9.4 VU 和6.9 VU，合成輸沙方向均為東北方向。

總體而言，同一時期內(nèi)烏珠穆沁沙地南部輸沙勢最低，北部最高，西部大于東部。不同地區(qū)均以春季輸沙勢最大，年內(nèi)合成輸沙勢方向均集中在東北、東南方向，且春季和夏季均屬于中風(fēng)向變率，冬季為低風(fēng)向變率。

2.3 土壤粒徑特征

如圖8所示，巴彥高勒鎮(zhèn)、巴拉噶爾高勒鎮(zhèn)和巴彥胡碩蘇木的沉積物粒徑曲線均呈現(xiàn)不對稱的雙峰分布，主次峰相差較大，主峰均位于735～965 μm，屬粗沙組分。巴彥高勒和巴拉噶爾高勒次峰位于250～365 μm，屬中沙組分。巴彥胡碩次峰位于110～375 μm，為細(xì)沙和中沙混合組分。烏蘭哈拉噶蘇木沉積物粒徑曲線呈不對稱的單峰分布，峰值位于250～450 μm，屬中沙組分。整體來看，烏珠穆沁沙地不同區(qū)域的沉積物沙粒粗細(xì)度分布不均，西部、北部、南部沙物質(zhì)粒級較復(fù)雜，粒徑偏粗，東部沙粒較細(xì)，粗細(xì)度相對集中。

圖8 烏珠穆沁沙地各區(qū)域沉積物粒徑曲線Fig.8 Sediment particle size curves in different regions of Wuzhumuqin Sandy Land

由表2可知，巴拉噶爾高勒鎮(zhèn)主要以粗沙為主，占樣品總量的30.8%，其次為細(xì)沙和中沙，分別占26.7%和25.3%，黏土和極細(xì)沙含量較低，僅為1.6%和1.9%。巴彥高勒鎮(zhèn)以粗沙和中沙為主，分別占36.4%和31.0%，其次為細(xì)沙，占17.8%，粉粒、黏土和極細(xì)沙的含量均不高，合計占7.4%。巴彥胡碩蘇木以粗沙組分為主，占35.0%，其次為細(xì)沙和中沙，占比分別為23.5%和16.6%。極細(xì)沙和黏土占比最少，分別為3.5%和2.0%。烏蘭哈嘎蘇木以中沙為主，占比38.3%，其次為粗沙和細(xì)沙，占比分別為25.6%和22.3%，極細(xì)沙、極粗沙和黏土占比最少，合計占6.4%。整體來看，烏珠穆沁沙地整體地表層物質(zhì)以粗沙和中沙為主，其次為細(xì)沙、粉粒和極粗沙含量較少，黏土和極細(xì)沙含量最低。結(jié)合沉積物粒度參數(shù)特點來看，研究區(qū)不同區(qū)域的平均粒徑為0.74～2.60 Φ，均值為1.41 Φ，參照Wentworth 粒度分級標(biāo)準(zhǔn)［19］，沙地整體優(yōu)勢粒徑顆粒較粗。研究區(qū)沉積物粒徑分選系數(shù)為0.90～2.51 Φ，均值為1.55 Φ，整體沉積物分選性較差，其中，烏蘭哈拉噶地區(qū)分選系數(shù)最大，分選性最差，說明該地區(qū)沙物質(zhì)組分較為復(fù)雜，是沙物質(zhì)聚集的結(jié)果。同時，研究區(qū)沙粒偏度的變化范圍在0.06～0.78，均值為0.37，整體以極正偏態(tài)為主，沙地東部和北部偏度值較高，說明該地區(qū)風(fēng)沙搬運能力相對較強，沉積物外來組分偏多，再次印證了在風(fēng)沙運動過程中，沙物質(zhì)整體向東、東北方向遷移。

表2 烏珠穆沁沙地各區(qū)域粒徑組分含量與參數(shù)Tab.2 Content and parameters of particle size components in Wuzhumuqin Sandy Land

3 討論

從研究結(jié)果來看，烏珠穆沁沙地整體西南風(fēng)向發(fā)生頻率最高，主要原因是受地形因素影響。研究區(qū)南部多為山地丘陵，北部為荒漠草原，地勢呈東南向西北傾斜，受蒙古氣旋影響，高空低槽自西向東移動，氣流受到山丘影響呈西南走向，從而導(dǎo)致研究區(qū)盛行西南風(fēng)。另外，地表植被的空間差異性也是導(dǎo)致風(fēng)能環(huán)境區(qū)域特點的主要原因之一。繁茂的植物不僅可以降低風(fēng)速，還可以增大地表沙粒的啟動風(fēng)速，從而減少沙塵天氣的發(fā)生頻率［20］。根據(jù)已有研究結(jié)果表明［12］，烏珠穆沁沙地西部和北部的植被覆蓋度偏低，防風(fēng)固沙效果較差，而東部和南部植被狀況良好，且近幾年植被蓋度有持續(xù)增加的趨勢，從而導(dǎo)致沙地整體風(fēng)能環(huán)境為西北高，東南低。

研究區(qū)的主要風(fēng)沙運動活躍期集中在3—5月，此時正值春季，空氣溫度寒冷干燥，植物尚未返青，地表基本呈裸露狀態(tài)。結(jié)合降雨數(shù)據(jù)來看，春季降雨量僅占年降雨量的1.2%，而同期蒸發(fā)量卻遠超降雨量，使得該時期的土壤水分得不到充分的補充，土壤呈干旱疏松狀，在強風(fēng)作用下極易發(fā)生風(fēng)力侵蝕。夏季降雨量占年降雨量的54.0%，降雨增加能夠有效降低風(fēng)沙運動的強度，而風(fēng)季和雨季在時間上的差異會加劇該地區(qū)風(fēng)沙災(zāi)害的強度及發(fā)生頻率，導(dǎo)致研究區(qū)春季是沙塵暴的頻發(fā)時期。

烏珠穆沁沙地輸沙勢為19.2～193.7 VU，與周邊的渾善達克沙地（36.9～174.8 VU）［21］均屬于低風(fēng)能環(huán)境，且合成輸沙方向都集中在東偏北方向。不同于渾善達克沙地的是，烏珠穆沁沙地的形成是由于錫林郭勒草原近年來人口急劇增長和過度放牧超過了草場的自然更新速度，導(dǎo)致草場出現(xiàn)“斑禿”，形成大量分散不連片的斑塊狀沙地，這種退化作用是相對緩慢的。而渾善達克沙地至少形成于晚第三紀(jì)，是天然的荒漠化環(huán)境［22］。退化草地治理比裸沙地修復(fù)具有天然的優(yōu)勢條件［23］，草地退化修復(fù)過程可以逐漸改善土壤的理化性質(zhì)，最終使退化草地生態(tài)系統(tǒng)由碳源轉(zhuǎn)向碳匯［24］，從而增大植被恢復(fù)后土壤的固碳潛力，草地碳儲量的提升有助于區(qū)域內(nèi)的氣候調(diào)節(jié)，促進原生草場的生長，從而使草地退化得到快速恢復(fù)，而過度退化則會加速草地碳庫的損失，破壞草地土壤有機碳的恢復(fù)和積累，影響草原的自然演替進程［25］。因此，要及時遏制烏珠穆沁草原的退化趨勢，避免沙地面積進一步擴張。

沉積物粒度參數(shù)是追溯沙源背景的重要判別標(biāo)準(zhǔn)，研究沉積物粒度特征及其分異規(guī)律，有助于辨別地表沙物質(zhì)來源和探討風(fēng)沙流的運動機制［26］。烏珠穆沁沙地不同地區(qū)的沉積物粒徑變化存在顯著差異，沙地整體沉積物粒徑偏粗，說明地表大量細(xì)顆粒在風(fēng)力作用下隨風(fēng)遷移，導(dǎo)致粒徑組分多以粗沙、中沙為主。粗沙組分較多表明研究區(qū)搬運介質(zhì)的動能不高，整體屬于弱風(fēng)能環(huán)境。在風(fēng)沙運動過程中，粉粒是沙塵暴中可遠距離搬運的細(xì)粒組分。細(xì)沙和中沙是風(fēng)沙運動的活動主體，也是沙物質(zhì)的躍移組分。巴拉噶爾高勒鎮(zhèn)和巴彥高勒鎮(zhèn)的粉粒含量低于巴彥胡碩蘇木和烏蘭哈拉噶蘇木，主要原因是受高頻率的起沙風(fēng)天氣影響，在風(fēng)力搬運作用下，沙地南部和西部沉積物粉粒發(fā)生大量遷移。而沙地北部由于受到高強度的風(fēng)沙運動吹蝕，使得地表受到持續(xù)侵蝕，導(dǎo)致土壤粉粒含量增多。沙地東部粗沙和極粗沙含量較低，細(xì)沙和中沙含量偏高，占合計總量的60.6%，整體沉積物粒度偏細(xì)，粗細(xì)度相對集中，且沙物質(zhì)分選性差，組分較為復(fù)雜，結(jié)合研究區(qū)風(fēng)況和輸沙勢特點來看，在高頻率的西南風(fēng)向影響下，沙地大量細(xì)沙組分在風(fēng)力作用下向東、東北輸移，導(dǎo)致研究區(qū)東部內(nèi)部躍移物質(zhì)在運動過程中不斷積累，向東遷移，使得沙區(qū)東部沉積物外來組分偏多。

烏珠穆沁沙地總體處于固定、半固定沙地狀態(tài)，沙化程度較輕，但土地沙化的趨勢也比較明顯［27］。如果不加以防治，勢必會造成草地進一步退化、沙化。因此，針對烏珠穆沁沙地的防風(fēng)固沙系統(tǒng)設(shè)計，要做到因地制宜，以恢復(fù)沙地北部生態(tài)環(huán)境為重點，采用人工播種、圍欄禁牧等措施快速恢復(fù)草原植被。根據(jù)蘇日古嘎的研究發(fā)現(xiàn)［28］，西烏珠穆沁草原地區(qū)小葉錦雞兒灌叢化程度加重會導(dǎo)致黏粒、粉粒、極細(xì)沙含量減少，而細(xì)沙、中沙、粗沙含量增加。結(jié)合研究區(qū)土壤粒徑分布特征，沙地北部適宜種植大量小葉錦雞兒以減少粉粒等沙塵飛揚，同時防止裸沙地表遭受高強度風(fēng)力侵蝕。另外，可在嚴(yán)重沙化地區(qū)鋪設(shè)適宜的機械沙障，增加地表粗糙度，降低風(fēng)速以減弱風(fēng)蝕強度，減緩沙地面積進一步擴大。朱泊年等［9］通過在烏珠穆沁沙地南部鋪設(shè)PLA沙障發(fā)現(xiàn)，PLA沙障能明顯降低地表風(fēng)速，2 m×2 m 規(guī)格防風(fēng)固沙效果最佳，適宜布設(shè)在沙地北部及西部等沙化程度較重，植被恢復(fù)困難的沙區(qū)。同時，應(yīng)在沙地東部栽植與輸沙勢方向垂直的防護林，加強東部地區(qū)防風(fēng)固沙的能力，防止沙物質(zhì)持續(xù)向東輸移，避免破壞東部優(yōu)良草場。選取優(yōu)勢草種對沙地嚴(yán)重退化地區(qū)進行人為干預(yù)，在烏珠穆沁沙地生態(tài)脆弱區(qū)，形成以流沙快速固定與植被穩(wěn)定恢復(fù)為核心的治理技術(shù)體系，為我國沙化天然草地快速恢復(fù)與綜合高效治理提供科學(xué)依據(jù)。

研究地表風(fēng)沙活動強度和沉積物粒度特征是研究區(qū)域風(fēng)沙環(huán)境的關(guān)鍵內(nèi)容［29］。評價區(qū)域風(fēng)沙活動強度不僅需要對風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)進行分析，還應(yīng)進行野外實測風(fēng)沙流，同時考慮地形地貌、植被蓋度等環(huán)境因素對風(fēng)沙活動的影響［30］。本文只考慮了烏珠穆沁沙地風(fēng)況、輸沙勢及輸沙方向，缺少長期陸地觀測數(shù)據(jù)和對環(huán)境因素的考量。另外，本文土壤取樣時間為春季，沙地植被狀況仍處于較低水平，忽略了植被蓋度對土壤粒徑的分選作用，且沙地腹地取樣點較少，土壤樣品在空間部分上具有一定的局限性。因此，在今后的研究中，應(yīng)重點考慮環(huán)境因素對風(fēng)沙環(huán)境的影響作用，將氣象要素與野外實測風(fēng)沙流相結(jié)合，同時豐富地表沉積物組分?jǐn)?shù)據(jù)，綜合考慮區(qū)域風(fēng)沙活動強度與沉積環(huán)境特征，深入研究風(fēng)沙環(huán)境的成因機制，以期為烏珠穆沁沙地風(fēng)沙災(zāi)害防治與生態(tài)環(huán)境修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

（1）烏珠穆沁沙地年均起沙風(fēng)頻率為33.8%，平均風(fēng)速3.34～5.40 m·s-1，平均起沙風(fēng)速6.46～8.49 m·s-1，沙地北部和西部起沙風(fēng)頻率和風(fēng)速較高，南部和東部相對較低。不同地區(qū)均以春季最高，年內(nèi)起沙風(fēng)向以西南方向為主，WSW方向發(fā)生頻率最高。

（2）沙地年均輸沙勢為19.2～193.7 VU，整體屬于低風(fēng)能環(huán)境，風(fēng)況多為銳雙峰風(fēng)況。沙地北部及西部輸沙勢較大，南部和東部相對較小。南部和北部以西南方向為主要輸沙來源，西部和東部以西南和西北方向為主，沙物質(zhì)整體向東、東北方向輸移，不同地區(qū)均以春季輸沙勢最大。

（3）沙地整體表層物質(zhì)以粗沙和中沙為主，西部和南部粒徑組分偏粗，東部偏細(xì)，且東部地區(qū)土壤分選性最差，東部和北部均以極偏正態(tài)為主，外來組分偏多，印證了研究區(qū)的沙物質(zhì)整體向東、東北方向聚集。

（4）結(jié)合研究區(qū)風(fēng)沙環(huán)境特征分析，沙地北部風(fēng)沙活動最強，起沙條件充足，適宜進行人工建植或鋪設(shè)沙障等人為干預(yù)活動，減緩地表風(fēng)蝕進程，快速恢復(fù)草原植被。同時，應(yīng)在沙地東部栽植與輸沙勢方向垂直的防護林，避免沙物質(zhì)持續(xù)東移。