风蚀发生机理及其防治技术
（3）加拿大防治风蚀耕作法
加拿大位于北美，气候寒冷，夏季土壤休闲期长，土壤翻耕后，裸露休闲18～21个月。由于缺乏覆盖物导致土壤水分蒸发，增加土壤盐碱度和土壤风蚀、水蚀。20世纪50年代，加拿大开始研究保护性耕作。集中解决了免耕播种机、除草剂等关键技术，现在已全部淘汰铧式犁，实行残茬覆盖免耕播种。研究表明免耕法有利于减少土壤侵蚀，保蓄水分，改善土壤结构，增加作物产量。
（4）前苏联无壁犁耕作法
前苏联旱区分布在北纬50～53度，包括草原带与半荒漠带，约有耕地9700万hm2，年降雨量350～450mm.干旱、风蚀和水蚀是农业的主要威胁。风蚀面积7000 万hm2，沙尘暴是该地区的主要灾难。20世纪50年代试验无壁犁耕法，又叫马尔采夫耕作法。包括留高茬（20cm）,、无壁犁深松35～40cm，茬地播种机播种，能保留雨雪，减轻风蚀、水蚀，提高作物产量，在前苏联得到大面积推广应用。
2.1.2 我国实行保护性耕作技术防治农田风蚀
免耕法是最大限度地减少土壤耕作和将作物残茬留于地表的一种耕作体系，是一种改良的、集约的、防治水蚀和风蚀的作物生产方法。免耕法耕作体系取消了耕翻、耙耱、平地等传统作业。只有条播作为主要作业保留下来，但比传统条播难度更大。相对坚硬的土壤和地表残留物增加了条播的难度。因此，免耕播种机要求切割土壤能力更强，同时能清理开沟器附近的残茬，不致造成种子堵塞。施肥通常和播种同时进行，肥料施在种子近旁。除草以化学除草为主，辅助以机械浅锄除草。
作物残留物覆盖能有效的减少大风引起的沙尘颗粒运动。一方面它可以吸收一部分风力，减少风对土壤的作用力；另一方面，由于把作物的残茬留在土壤表面，把根茬留在土壤里，它们都能保护土壤颗粒不被风力移动。
河北省丰宁县位于北京正北，是治理北京沙尘暴的重点地区之一。2001年由农业部资助中国农业大学实施，在丰宁县鱼儿山镇南岗村作了1100亩的免耕试验，取得了显著的效果。具体表现在以下4个方面：
（1）降低种地成本。免耕播种减去了传统耕作的翻耕、耙地、整地三个环节，每亩节约费用18～20元。
（2）保墒蓄水、全苗壮苗。免耕播种土壤翻动较小，有利于保蓄土壤水分。据田间测定，免耕播种土层10cm深处，土壤含水率为16.8%；传统播种地块，土壤含水率为14.2%.免耕播种小麦出苗每米155株；传统播种99株。免耕播种比传统播种提前出苗7～15天，苗全苗壮。
（3）小麦增产。免耕种植小麦亩产334.13kg，传统种植小麦亩产229.68kg，增产104.45kg，增幅45.48%.（见表3）
（4）减少沙尘飞扬。春天小麦播种期间，据田间观察，翻耕地块遇上大风时，常有尘卷风携带沙尘窜起200～300m高，而免耕地块则没有这种现象。
中国农业大学在2002年河北坝上测定，免耕留茬地表0.1～1.5m高度减少风蚀沙尘量70%～75%，0～0.1m高度减少风蚀沙尘量83%～87％。保护性耕作技术是对农田实行免耕、少耕，尽可能减少土壤耕作，并用作物秸秆、残茬覆盖地表，减少土壤风蚀、水蚀，提高土壤肥力和抗旱能力的一项先进农业耕作技术。目前主要应用于干旱、半干旱地区农作物生产及牧草的种植。
2.2 风沙危害严重地区防治风蚀措施
2.2.1种植牧草、保护草原。
土壤置于天然植被下是控制风蚀最好的方法。在裸露的沙地和退化的天然草原，种植牧草是防治沙尘暴的有效方法。可采取飞播种草，围栏封育，草原补种牧草等方法。为了减少牲畜对种草沙地和草原的破坏，解决草原退化问题，要大力提高草原生态系统的第一性生产力，即植物生产能力。建立人工饲草饲料基地，实行草原划区围栏放牧，改善水利条件，增施化肥等，建立起集约化的草原生产体系，满足牲畜对饲草饲料的需求。草原生态系统的次级生产，即动物转化部分，也要优化畜群结构，改放牧为舍饲，提高转化效率。依靠科技，建立高效的草原畜牧生态系统，是遏制草原退化、沙漠化的必由之路。
2.2.2营造防护林带防治风蚀
风蚀的对象是土壤，由于其机械组成，湿度状况及覆被程度的不同引起导致风蚀起动风速的差异。一般地说，在相同的条件下，结构疏松透水性强的沙土最易受到风蚀，特别是沙质农田在春季无植物覆盖的时期，风蚀尤为严重。松散状态下，一定粒径限度内土壤的粒级愈大，起动风速就相应增大。但在实际上，各类土壤是各种不同粒径沙粒和粘粒的团聚体，所以当小于0.01mm的物理粘粒含量输多时，土壤可形成有交情抗蚀能力的团聚体，一般不易遭风蚀[14].而土壤湿度状况与风蚀也有密切关系，由于水分可明显增加土壤颗粒间的吸附力，使得起风速随含水量的增加而迅速增大，也就是说，湿润的土壤有较强的抗蚀能力。除此之外，影响到风速的另一个重要因素是土壤表面的粗糙度。土壤表面粗糙度的决定着风的摩檫作用，因而影响到风速梯度，以至影响到风蚀强度。因此，增加地表粗糙度也是防护风蚀的重要措施。
综上所述，沙砾的任何形式，都是以一定速度的气流为动力，风起沙扬，风息沙止，因此，农田防护林防止或减轻土壤风蚀的作用取决于其降低风速，减弱乱流交换及在一定程度上可提高土壤含水量等诸多功能。防护林也可以说是风沙流中的障碍物，不同结构的林带，起防风作用不同，风积物的形式也各异。
没有灌木的通风结构林带，由于带内和林缘附近为风速加速区，即在各树干间常形成许多“通风道”使风速加到大于旷野风速，不但不能防止风蚀，而且会造成暴根，这种现象在风沙严重地地区常可以看到。一般通风结构林带后1倍树高范围内发生沙粒堆积，附近农作物常遭沙埋，沙打或沙割。
这种情况不是固定不变的，一般林带宽度的增加和枝下高的降低林带内部的风蚀现象也会减轻，沙堆的位置也越靠近林带，沙堆向田间延伸的距离缩短，但高度增加。
紧密结构林带林缘附近是弱风区，风速降低到几乎是零。当风沙流在运动途中受其阻挡时，气流翻越林墙，则沙粒被阻挡沉积于林带前并逐渐堆积向林中侵入，久而久之，形成巨大沙堆，埋没林带进入农田。而林后风速又可很快恢复到旷野风速，从而又在风速加大的地方造成新的风蚀。这类林带条件下常形成所谓的“驴槽地”。
疏透结构的林带和由灌木组成的通风结构林带，防风蚀作用较好。就防沙作用而言，疏透结构林带介于通风结构和紧密结构之间。
2.2.3建立沙障防治风蚀
2.2.3.1机械沙障的类型和作用
⑴机械沙障在治沙中的地位及作用
机械沙障在治沙中的地位及作用是极其重要的，是植物措施无法取代的。在自然条件恶劣的地区，机械沙障是治沙的主要措施，在自然条件较好的地区，机械沙障是植物治沙的前提和必要条件。通过多年来我国治沙生产实践的总结表明，机械沙障和植物治沙是相辅相成、缺一不可的，处于平等地位，发挥着同等重要的地位[15].
⑵机械沙障的类型
机械沙障防沙原理和设置方式方法的不同划分为2大类：平铺式和直立式沙障。平铺式沙障按设置方法不同又分为带状铺设式和全面铺设式。直立式沙障按高矮不同又分为：高立式沙障，高出沙面50～100cm；低立式沙障，几乎全部埋入与沙面平，或稍露障顶。直立式沙障按透风度不同分为：透风式、紧密式、不透风式3种结构型。
2.2.3.2沙障设计的技术指标
沙障设计技术主要是解决设置沙障时，应该注意的几项技术指标的运用问题，了解每项技术指标在沙障治沙中所起的作用，只有这样设计的各种沙障才能符合当地自然条件的客观规律，发挥沙障在治沙工作中的最大效能。
⑴沙障孔隙度
我们通常用它作为沙障透风性能的指标。孔隙度越小，沙障越紧密，积沙范围越窄，沙障很快被积沙所埋没，失去继续拦沙的作用。反之，孔隙度越大，积沙范围延伸的越远，积沙作用也越大，防护时间也长。为了发挥沙障较大的防护效能，在障间距离和沙障高度一定的情况下，沙障孔隙度的大小，应根据各地风力及沙源情况来具体确定[16].一般多采用25%～50%的透风孔隙度。风力大的地区，而沙源又小的情况下孔隙度应小；沙源充足时，孔隙度应大。
⑵沙障高度
一般在沙地部位和沙障孔隙度相同的情况下，积沙量与沙障高度的平方成正比。沙障高度一般设30～40cm，最高有1m就够了。
⑶沙障的方向
沙障的设置应与主峰的方向垂直，通常在沙丘迎风坡设置。沙障与轴线的夹角要稍大于90o而不超过100o.
2.2.3.3沙障的间距
沙障间距即相邻两条沙障之间的距离。该距离过大，沙障容易被风被风掏蚀损坏，距离过小则浪费材料，因此，在设置沙障前必须确定沙障的行间距离，计算单位面积上沙障的长度和所需材料及用工等。
与主风向垂直的沙障，障间距离与沙障高度和沙面坡度关系较大，同时还要考虑风力强弱。如沙障高度大，障间距应大，反之亦然。沙面坡度大，障间距应小，反之，沙面坡度小，障间距应大。风力弱处间距可大，风力强时间距就要缩小。一般在坡度小于4°的平缓沙地上，障间距应为障高的15～20倍。一般在地势不平坦的沙丘坡面上障间距的确定要根据障高和坡度进行计算（见表4）。公式为：
D＝H×tgα
式中，D－障间距离，H－障高，α—沙面坡度
粘土沙障或半隐蔽式紧密沙障的间距，主要是根据固沙造林的需要而确定的。这种沙障的特点是沙障设置后，经过几场大风，由于沙障两侧积沙，中间吹蚀，障间形成稳定低洼的凹形沙面，沙障设置方向如果正确，稳定后的沙障间凹面深度约为障间距离的1/12—1/10.
从固沙作用来讲，这类沙障的障间距离不宜过大，过大时障间凹下过深，容易使沙障受到掏蚀。经验证明，通常要控制障间凹地深度小于40cm，即障间距离为4m以下，这样沙障的固沙作用才比较稳定。
中部不宜堆积干沙，而干沙层又不能吹蚀过多使湿沙外露失水，通常进行造林的沙丘迎风坡，干沙层厚度在5——15cm之间，故障间沙面吹蚀深度一般应控制在5cm左右，最深不超过10cm.因此，沙障高度，应根据已决定的沙障间距，再按障间洼地的一般深度（间距的1/12）和最大深度（1/10）来推算。通常粘土沙障的间距为2～4m，埂高为15～20cm.在风向不稳定地区，障间距离还应缩小，在风沙危害严重地区最好设成1×1m或1×2m的粘土方格沙障。
粘土沙障需土量计算，主要根据沙障间距和障埂规格进行，并根据取土远近核算用工量，计算公式为。
A=1/2ah
L=s/c+s/c′=s（1/c+1/c′）
Q=A.L=1/2ahs（1/c+1/c′）
式中，a－障埂底宽；h－障埂高；L-障埂长；c－与主风垂直的障埂间距；c′－与主风平行的障埂间距；A-障埂横断面积；s－沙障的总面积；Q－需土量。
3、结论
我国目前土壤风蚀问题十分严重,侵蚀强度大,涉及范围广,而且在日趋恶化。西北地区乃至整个北方近年来多次发生的沙尘暴告诫人们,美国大平原地区30～40年代的悲剧,前苏联中亚地区50年代的悲剧以及非洲撒哈拉地区70年代的悲剧正在90年代的中国重演。由土壤风蚀产生的灾难已使我国受害地区的人民付出了沉重的代价。因此，防治土壤风蚀迫在眉急。我国要根据本国的实际情况结合国外防治风蚀的经验对我国的风蚀加以治理，同时,国家要从政策上、资金上为防治风蚀措施大规模实施提供保证,促进防治风蚀技术在全国范围内的推广应用。
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