海南岛景心角海滩老鼠艻（ Spinifex littoreus ）灌丛沙堆沉积及形态特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00098

海南岛景心角海滩老鼠艻（Spinifex littoreus）灌丛沙堆沉积及形态特征

黄钦妮^,¹, 董治宝^,¹, 肖南², 冯淼彦³, 石寰宇¹, 陈国祥¹, 白子怡¹, 张欣¹, 高冲¹, 王晓枝¹

1. 陕西师范大学地理科学与旅游学院，陕西西安 710119

2. 内蒙古师范大学地理科学学院，内蒙古呼和浩特 010022

3. 岭南师范学院地理系，广东湛江 524048

Sediments and morphology of coastal Spinifex littoreus nebkhas on Jingxinjiao beach of Hainan Island， China

Huang Qinni^,¹, Dong Zhibao^,¹, Xiao Nan², Feng Miaoyan³, Shi Huanyu¹, Chen Guoxiang¹, Bai Ziyi¹, Zhang Xin¹, Gao Chong¹, Wang Xiaozhi¹

1. School of Geography and Tourism，Shaanxi Normal University，Xi’an 710119，China

2. College of Geographical Science，Inner Mongolia Normal University，Hohhot 010022，China

3. Department of Geography，Lingnan Normal University，Zhanjiang 524048，Guangdong，China

通讯作者: 董治宝（E-mail： zbdong@snnu.edu.cn）

收稿日期: 2021-07-05 修回日期: 2021-08-05

基金资助:

国家自然科学基金项目. 41871008. 41930641. 41871011. 41571008

Received: 2021-07-05 Revised: 2021-08-05

作者简介 About authors

黄钦妮（1997—），女，广西钦州人，硕士研究生，研究方向为风沙地貌E-mail：huangqinni@snnu.edu.cn , E-mail：huangqinni@snnu.edu.cn

摘要

灌丛沙堆是海岸带广泛发育的风积地貌，海南岛东北部海岸发育着典型的老鼠艻（Spinifex littoreus）灌丛沙堆。通过野外考察和室内实验，并结合气象数据对海南岛文昌海岸景心角海滩老鼠艻灌丛沙堆的形成动力条件、沉积物粒度、地球化学元素特征和形态进行系统分析。结果表明：稳定的向岸风以及开阔的沙质海滩是灌丛沙堆发育的基本条件；较低的风能环境和滩肩的“贝壳碎屑物带”是景心角灌丛沙堆规模较小的主要原因；景心角老鼠艻灌丛沙堆形态以锥型和蝌蚪型为主；与沙堆迎风坡相比，背风坡坡长对沙堆的长轴影响较大，而沙堆的长轴和迎风坡坡长则对沙堆高度的影响更突出；老鼠艻灌丛水平方向上的生长更能影响沙堆形态的发育。

关键词： 灌丛沙堆 ; 沉积特征 ; 形态 ; 老鼠艻（Spinifex littoreus） ; 海南岛

Abstract

The coastal nebkhas is an eolian landform widely developed in the coastal areas， and there are many typical Spinifex littoreus nebkhas distributed along the northeastern coast of Hainan Province. Based on field study and laboratory experiments， combine with meteorological data， we systematically analyzed the morphology， dynamic conditions， grain size and geochemical element characteristics of S. littoreus nebkhas on Jingxinjiao beach of Hainan Island. The results show that stable onshore wind and wide sandy beach are the basic conditions for the development of nebkhas. The low wind energy environment and the " shell pavements " on the beach shoulder are the main reasons for the small scale of Jingxinjiao nebkhas. The S. littoreus nebkhas at Jingxinjiao is mainly like cone and tadpole. Compared with the windward slope of nebkhas， the leeward slope has a greater influence on the long axis of nebkhas. The length of the long axis and the windward slope have bigger effect on the height of nebkhas. The growth of S. littoreus nebkhas in the horizontal direction can affect the development of the morphology of nebkhas more.

Keywords： nebkhas ; sedimentary characteristics ; morphology ; Spinifex littoreus ; Hainan Island

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本文引用格式

黄钦妮, 董治宝, 肖南, 冯淼彦, 石寰宇, 陈国祥, 白子怡, 张欣, 高冲, 王晓枝. 海南岛景心角海滩老鼠艻（Spinifex littoreus）灌丛沙堆沉积及形态特征. 中国沙漠[J], 2021, 41(6): 157-168 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00098

Huang Qinni, Dong Zhibao, Xiao Nan, Feng Miaoyan, Shi Huanyu, Chen Guoxiang, Bai Ziyi, Zhang Xin, Gao Chong, Wang Xiaozhi. Sediments and morphology of coastal Spinifex littoreus nebkhas on Jingxinjiao beach of Hainan Island， China. Journal of Desert Research[J], 2021, 41(6): 157-168 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00098

0 引言

灌丛沙堆是风沙流遇到灌丛阻挡后在灌丛附近堆积而成的^［1］，是主要的风沙地貌类型之一。灌丛沙堆沉积特征是记录区域生态环境特征及其变化的良好载体^［2-3］，几何形态特征可以反映时空尺度上的风沙环境特点和土地沙漠化特征^［4-6］。如同其他风沙地貌一样，灌丛沙堆具有区域性和复杂性，由于不同区域的风况、物源、植被类型和地表状况等条件不同，所形成的灌丛沙堆的沉积特征和形态特征也会存在差异^［7］。Langford^［8］发现美国新墨西哥州灌丛沙堆沉积物的平均粒径均比丘间地粗；张萍等^［9］发现黑河中游白刺灌丛沙堆沉积物细粒物质比丘间地含量高。科威特北部海岸的碱蓬和白刺灌丛沙堆都具有穹状特征^［5，10］；南非南部海岸的海滩雏菊和勋章菊灌丛沙堆分别为半球型和圆锥型^［11］；而在塔里木盆地，柽柳灌丛沙堆形态呈半球形，骆驼刺和芦苇灌丛沙堆为半椭球体^［12］。

对于国内内陆地区灌丛沙堆的沉积物特征和演化趋势、形态及其控制因素等，已有许多学者进行了深入研究^{［9，12-16］}，但对海岸带灌丛沙堆的研究尚少。海岸带是海-陆-气相互作用的敏感地带，在这种特殊的动力条件下形成的海岸风沙地貌具有不同于内陆地区的独特而复杂的自然景观^［17］，海岸带灌丛沙堆发育过程、沉积和形态特征及其影响因素是否与内陆地区一致，目前尚未形成明确的认识。海岸灌丛沙堆的形成与海岸沙地的生态和环境密切相关^［11］，灌丛沙堆的出现可以看作是海岸生态系统退化后逐步恢复的标志^［18］。因此，有必要开展海岸灌丛沙堆的相关研究。

海南岛东北部的海岸是中国最大的沙丘海岸之一。其中，文昌岸段上广泛发育着老鼠艻（Spinifex littoreus）灌丛沙堆。本研究通过野外测定、室内实验以及气象数据的处理，对海南岛文昌岸段景心角海滩老鼠艻灌丛沙堆形成的动力条件、沉积物理化特征和形态特征进行系统分析，对其形成发育过程以及影响因素进行初步探讨，以期为国内海岸灌丛沙堆的研究和海岸沙地生态与环境建设提供一定的理论支撑。

1 研究区域与研究方法

1.1　研究区域

海南岛位于北回归线以南的南海北部，是中国的第二大岛。东北部的文昌岸段呈NW-SE方向延伸（图1），广布海成阶地和海积平原，加上波浪和潮汐作用形成了广阔的松散沙质海岸^［17］。该区属热带海洋性季风气候，年均气温23—25 ℃，年平均风速3.8—4.7 m·s^-1，主风向为东北风。文昌岸段的景心角海滩呈尖嘴型向海凸出，地形平缓，发育着宽阔的沙质海滩，在浅海处还有大片的岩礁。海滩后缘发育着约8 m高的海岸前丘，种植着以木麻黄为主的防风固沙林。在海岸前丘与海滩滩肩之间的潮间带生长着多种沙生草本植物，如老鼠艻、海马齿和海花桐等。老鼠艻是该地沿岸沙生草本植被带中的优势种，系多年生小灌木状草本，平卧地面部分长达数米，向上直立部分高30—100 cm。叶片繁茂，有利于拦截风沙，在景心角海滩潮线上发育着许多老鼠艻灌丛沙堆，呈条带状分布在距离高潮线10—30 m的海滩上。

图1

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图1 研究区位置（A）和采样点示意图（B）

Fig.1 The location of the study area （A） and sampling site （B）

1.2　实验设计

2020年8月在海南岛文昌海岸景心角海滩选择一个无明显人为干扰且有较多老鼠艻灌丛分布的区域，并在该区域内选择一个面积为50 m×100 m的样方，随机选择样方内15个灌丛沙堆，分别采集沙堆迎风坡、背风坡、沙堆顶部以及丘间地表层2 cm的沉积物，共60个样品。为了更好地进行对比研究，在样方区由北向南10、30、50、70、90 m处采集前丘、滩肩和滩面的表面沉积物，共15个样品。用卷尺测量30个灌丛沙堆的形态参数，包括长轴长度（L_d）、短轴长度（W_d）、沙堆高度（H_d）、灌丛覆盖部位长度（L_z）、灌丛覆盖部位宽度（W_z）、迎风坡坡长（L_s）、背风坡坡长（L_l）和沙堆顶部灌丛高度（H_z）。用罗盘测出迎风坡坡角（α）、背风坡坡角（β）与长轴走向（D），测量示意图如图2所示。

图2

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图2 灌丛沙堆形态参数测量示意图

Fig.2 Measurement of morphological parameters of nebkhas

采集的沉积物带回实验室后先进行植物根系和贝壳碎屑去除等前处理，然后进行元素及粒度的测定。地球化学元素使用荷兰Panalytical公司生产的PW2403X-Ray荧光光谱仪测定，共测得32种元素，粒度组分使用Mastersizer2000激光粒度仪进行测定，重复测量3次使误差值小于2%。

1.3　数据处理与分析

1.3.1　风能环境

从中国气象数据网（http：//data.cma.cn/）获取海口气象站（20.00°N、110.15°E） 1970—2020年10 m高度的风况资料，并筛选出每日4次10 min平均风速中的最大值用于输沙势的计算。气象站海拔63.5 m，距离研究区约70 km。利用 Fryberger等^［19］的输沙势计算方法来评价风能环境，评价指标包括输沙势（DP）、合成输沙势（RDP）、合成输沙方向（RDD）和方向变率（RDP/DP）。由于样品沉积物以中沙为主，故选用6 m·s^-1为临界起动风速^［20］进行计算。输沙势计算公式为^［19］：

D P = U^{2} (U - U_{t}) t

1.3.2　沉积物元素与粒度

样品粒级单位采用Φ值表示，依据Udden-Wentorth 粒级划分标准^［21］对沉积物粒度进行划分。粒度参数的计算采用Folk-Ward图解法^［22］，包括平均粒径（M_z）、分选系数（σ）、偏度（SK）和峰度（K_g）。沉积物的粒度参数与其沉积环境有较大的相关性。粒度参数的平均粒径（M_z）、分选系数（σ）、偏度（SK）及峰度（K_g）分别代表沉积物粒度分布的集中趋势、分散程度、不对称性及峰凸程度^［9］。

将元素测定实验结果进行统计，得出常量及微量元素的丰富度，并进行上部陆壳（Upper Continental Crust， UCC）平均化学成分标准化^［23-24］。

1.3.3　灌丛沙堆形态参数

根据野外实地测量的沙堆形态数据，计算出灌丛沙堆其余的形态参数，包括水平尺度（HC）、底面积（A_d）、侧影面积（A_c）、体积（V）和植被覆盖面积（C）^［9］。再对灌丛沙堆的各形态参数进行相关分析及回归分析，判定系数 R²最大者的回归曲线作为指标之间的最佳关系。

2 结果

2.1　输沙势

根据海口气象站1970—2020年的最大风速和风向数据计算得出研究区50年平均DP为61.73 VU；RDP为32.75VU，依据Fryberger等^［19］的划分方法，属于低风能环境；RDP/DP为0.53；RDD为244.78°，与研究区灌丛沙堆平均走向229.4°存在约15°的夹角（图3）。研究区起沙风主风向与沙堆走向基本一致。

图3

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图3 研究区输沙玫瑰图

Fig.3 Sand rose for the study area

2.2　沉积物粒度特征

2.2.1　粒级级配特征

沙粒的粒度组成能直观地反映出沙堆沙的沉积特征。研究区灌丛沙堆沉积物的中沙含量最高，平均占59.45% （56.94%—62.59%）；其次为粗沙，占25.23% （22.34%—28.57%）；再次为细沙，占13.48% （11.95%—14.65%）。3个粒级体积分数合计达98%。极粗沙少量（表1）。沙堆不同部位的粒级百分比含量顺序从高到低均为中沙、粗沙、细沙和极粗沙，说明灌丛更易拦截中沙和粗沙。

表1 不同部位样品粒度组成及粒度参数

Table 1 Particle size composition and grain size parameters of different sediments

部位	粒度组成/%						粒度参数
部位	粉沙	极细沙	细沙	中沙	粗沙	极粗沙	M_z/Ф	σ/Ф	SK	K_g
迎风坡	0	0	14.15	57.75	25.01	3.09	1.64	0.59	-0.02	0.95
沙丘顶	0	0	13.15	60.52	24.98	1.35	1.65	0.56	-0.02	0.95
背风坡	0	0	14.65	62.59	22.34	0.42	1.70	0.54	-0.02	0.95
丘间地	0	0	11.95	56.94	28.57	2.54	1.59	0.59	-0.03	0.95
滩面	0	0.03	21.41	57.17	18.91	2.49	1.78	0.59	-0.03	0.96
滩肩	0	0	10.30	52.90	34.26	2.53	1.53	0.61	-0.01	0.95
海岸前丘	0	0	13.68	69.01	17.29	0.02	1.72	0.48	-0.02	0.96

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海滩滩面-滩肩-海岸前丘这个方向上，沙粒粒度呈现出由细变粗，再由粗变细的过程。滩面含有少量的极细沙，且为细沙组分含量最高的部位（21.41%），滩肩粗沙组分含量最高（34.26%）。前丘的粒度组成与灌丛沙堆最为相似。

2.2.2　粒度参数统计

在灌丛沙堆不同部位的沉积物中，M_z最高的是背风坡（图4），为1.70 Ф（表1），最低的是丘间地，为1.59 Ф，说明背风坡沙粒最细，丘间地最粗。与海滩横向的不同部位相比，灌丛沙堆各部位M_z均小于滩面和前丘，而大于滩肩。灌丛沙堆各部位分选性都较好，σ为0.48—0.61 Ф，其中背风坡的分选性最好，滩肩最差。不管是灌丛沙堆还是海滩横向的不同地貌部位，SK为-0.1—0.1，均为近对称分布。K_g为0.95—0.96，属于中等峰度，与正态分布接近。

图4

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图4 不同部位沉积物的粒度参数比较

Fig.4 Comparison of grain size parameters of different sediments

2.2.3　粒度频率分布

灌丛沙堆与海滩横向的不同地貌部位的平均粒度分布频率曲线分布相似，均呈双峰分布，主峰值都出现在1.50—1.70 Ф（为300—500 µm的中沙）范围内，而次峰值出现在0.20—0.30 Ф（约为700 µm的粗沙）范围内（图5）。这表明在当地风力条件下，海滩上中沙和粗沙的跃移组分最易被灌丛拦截堆积，而细沙以下的颗粒物则会被传输到更远的地方，少量粗沙可以蠕移的方式被搬运堆积，极粗沙则较难移动。灌丛沙堆的不同部位粒度分布相似度较高，分布区间大体一致。这反映了研究区灌丛沙堆沉积物来源单一。

图5

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图5 不同部位沉积物的粒度频率曲线

Fig.5 Particle size frequency curve of different sediments

2.3　沉积物地球化学元素特征

沉积物中赋存的常量地球化学元素通常以氧化物形式存在。研究区灌丛沙堆和海滩沉积物的物质组成相似，样品之间差异不大。常量元素氧化物均以SiO₂含量最高，分别为54.84%±1.20%（38.95%—64.17%）和53.50%±1.37%（46.29%—66.71%）；CaO次之，分别为15.74%±0.60%（11.10%—27.90%）和16.24%±0.96%（9.52%—20.18%）；其余元素氧化物中除Al₂O₃外，占比均不超过1%（表2）。微量化学元素均以Sr含量最高（表3），灌丛沙堆平均含量为1 371.05±224.68 µg·g^-1（1 029—2 094.5 µg·g^-1），海滩平均含量1 394.06±217.18 µg·g^-1（877.6—1 753.3 µg·g^-1）。灌丛沙堆样品所有常量元素的变异系数均不超过10%，表明灌丛沙堆沉积过程较简单。这进一步说明了灌丛沙堆沉积物来源单一，且沙源地均为临近海滩。

表2 不同部位样品常量化学元素含量 (%)

Table 2 The contents of major elements in different sediments

元素	灌丛沙堆				海滩
元素	最大值	最小值	均值±标准差	变异系数	最大值	最小值	均值±标准差	变异系数
Na₂O	0.64	0.31	0.42±0.02	0.04	0.88	0.36	0.54±0.15	0.27
MgO	0.71	0.19	0.34±0.02	0.05	0.57	0.19	0.38±0.03	0.09
Al₂O₃	2.51	1.92	2.06±0.03	0.01	2.31	1.89	2.06±0.02	0.01
SiO₂	64.17	38.95	54.84±1.20	0.02	66.71	46.29	53.50±1.37	0.03
K₂O	0.63	0.20	0.28±0.02	0.08	0.48	0.14	0.28±0.01	0.05
CaO	27.90	11.10	15.74±0.60	0.04	20.18	9.52	16.24±0.96	0.06
Fe₂O₃	0.49	0.33	0.41±0.00	0.01	0.55	0.36	0.44±0.01	0.01
P₂O₅	0.03	0.02	0.02±0.00	0.05	0.03	0.02	0.02±0.00	0.15
TiO₂	0.03	0.02	0.02±0.00	0.01	0.02	0.02	0.02±0.00	0.02
MnO	0.01	0.00	0.01±0.00	0.09	0.01	0.00	0.01±0.00	0.18

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表3 不同部位样品微量化学元素含量 (µg·g^-1)

Table 3 The contents of trace elements in different sediments

元素	灌丛沙堆				海滩
元素	最大值	最小值	均值±标准差	变异系数	最大值	最小值	均值±标准差	变异系数
V	9.40	2.30	6.63±1.40	0.21	10.20	4.20	6.79±1.65	0.24
Cr	156.00	10.00	74.96±57.24	0.76	235.90	15.00	99.22±71.09	0.72
Co	101.00	0.00	34.71±34.66	1.00	86.80	0.00	32.39±35.05	1.08
Ni	6.50	0.60	2.79±1.43	0.51	6.90	0.90	3.06±1.49	0.49
Zn	6.10	0.90	3.56±1.42	0.40	5.60	2.10	3.78±1.21	0.32
Ga	3.80	1.60	2.63±0.51	0.20	3.30	2.00	2.63±0.38	0.14
Br	2.20	0.90	1.33±0.27	0.20	8.10	1.20	3.37±2.71	0.80
Rb	23.30	18.60	18.71±0.70	0.04	18.60	18.60	18.6±0.00	0.00
Sr	2 094.50	1 029.00	1 371.05±224.68	0.16	1 753.30	877.60	1 394.06±217.18	0.16
Y	5.70	4.20	4.73±0.33	0.07	5.10	4.10	4.69±0.25	0.05
Zr	54.60	39.60	44.91±3.48	0.08	53.10	38.20	45.33±3.22	0.07
Nb	0.60	0.00	0.05±0.13	2.61	1.70	0.00	0.13±0.43	3.19
Mo	2.30	0.00	0.28±0.56	2.03	5.10	0.00	0.58±1.29	2.22
Ba	70.90	23.50	35.93±9.78	0.27	50.20	18.40	34.89±9.85	0.28
La	10.30	0.00	2.99±2.53	0.85	6.60	0.00	2.21±2.42	1.09
Hf	6.40	3.20	4.13±0.69	0.17	5.40	2.60	4.13±0.64	0.16
W	569.90	0.00	210.27±206.89	0.98	474.90	0.00	181.04±195.54	1.08
Pb	9.50	5.20	6.56±0.93	0.14	7.60	4.70	6.13±0.93	0.15
Ce	18.40	0.00	6.01±5.21	0.87	12.50	0.00	4.03±3.87	0.96
Nd	13.20	0.00	5.03±3.56	0.71	12.10	0.00	5.53±3.84	0.69
Th	10.40	0.90	4.58±1.83	0.40	6.20	3.00	4.78±0.87	0.18
U	3.40	0.00	1.41±0.70	0.50	2.60	0.50	1.30±0.56	0.43

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相比于上部陆壳，所有常量元素氧化物中只有CaO的含量高于UCC平均含量，其中以滩肩部位最高，其次是丘间地。由于CaO富集而导致SiO₂含量稍微低于UCC水平（图6）。这可能是由研究区较丰富的贝壳珊瑚等风化碎屑物质造成的，而其他常量元素氧化物的亏损则是由于沙粒在浅海环境中经过海水冲刷导致的迁移与淋失。此外，灌丛沙堆对各微量元素并无明显的吸附作用。在微量元素中仅Cr、Co和Sr表现出相对富集，其余元素均有不同程度的亏损。不论在哪个部位，迁移亏损率都基本一致。

图6

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图6 不同部位样品常量和微量元素UCC标准化值分布

Fig.6 UCC-normalized patterns of major elements and trace elements in different sediments

2.4　灌丛沙堆与灌丛形态特征

研究区灌丛沙堆均位于高潮位线以上，在前丘与海滩之间，平行于海岸线分布。老鼠艻沙堆以锥型为主，有少数蝌蚪型（图7）。沙堆高度H_d为0.44±0.13 m（0.70—0.25 m）。沙堆长轴长度L_d为3.98±2.08 m（1.21—9.30 m）。沙堆短轴长度W_d为2.6±1.74 m（0.82—7.2 m）。沙堆水平尺度HC为3.29±1.88 m （1.02—8.25 m）。

图7

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图7 研究区老鼠艻沙堆形态

Fig.7 Shape of Spinifex littoreus nebkhas in study area

沙堆体积差异较大，为1.13±2.64 m³（0.04—7.34 m³）。迎风坡坡长（1.62±0.96 m）比背风坡坡长短（2.29±1.13 m）。迎风坡坡角（25.36°±6.4°）大于背风坡坡角（12.82°±2.62°）。长轴走向229°±12.40°（204°—264°），都沿SSW和WSW走向（表4）。

表4 老鼠艻灌丛沙堆形态参数

Table 4 Statistics of morphological parameters of Spinifex littoreus nebkhas

参数	L_d/m	W_d/m	H_d/m	HC/m	A_c/m²	A_d/m²	V/m³	L_s/m	L_l/m	D/(°)
最大值	9.30	7.20	0.82	8.25	5.67	26.73	7.34	3.50	5.30	264
最小值	1.21	0.44	0.13	0.97	0.16	0.37	0.04	0.45	0.70	209
平均值	3.91	2.52	0.43	3.22	1.67	5.27	1.13	1.62	2.29	229
标准差	2.10	2.07	0.19	2.02	1.89	7.48	2.64	0.96	1.13	12.4

侧影面积 A_c=2/3W_d×H，底面积 A_d=1/2×π×［1/4（L_d +W_d）］²，体积 V=1/3×π×｛3×［1 /4（L_d+W_d）］-H_d｝×H_d^2［9］。

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灌丛高度H_z为0.59±0.17 m（0.23—0.72 m）；研究区老鼠艻长势普遍较好，生长范围可延伸至沙堆以外数米。灌丛长度、宽度相差不大，长度L_z为3.15±2.23 m（0.43—9.80 m）；宽度W_z为3.06±2.23 m（0.40—9.20 m）。迎风坡的植被比背风坡的茂密（表5）。

表5 老鼠艻灌丛形态参数

Table 5 Statistics of morphological parameters of Spinifex littoreus

参数	L_z/m	W_z/m	H_z/m	C/m²
最大值	9.80	9.20	0.72	70.88
最小值	0.43	0.40	0.23	0.14
平均值	2.77	2.35	0.49	7.63
标准差	1.86	1.37	0.12	6.21

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3 讨论

3.1　输沙势与沙堆走向

灌丛沙堆是一种风积地貌，风力强度和风向是影响灌丛沙堆形态和沉积过程的重要因素^［25］。风况还直接决定了灌丛沙堆的形成速度、沙堆尺度和沙堆的走向^［26-27］。本研究中灌丛沙堆的规模与内陆地区相比都较小，这与当地风况密切相关。输沙势是衡量区域风沙活动强度的重要指标^［28］，在风能环境判别中广泛应用。研究区DP为61.73 VU，属于低风能环境^［29］，这直接导致了所形成的灌丛沙堆规模较小。研究区风沙流基本上是沿ENE-WSW方向移动的（图3），与研究区老鼠艻沙堆走向较为一致，说明风是研究区灌丛沙堆形成的主要动力。而RDD与沙堆的实际走向不同可能是由于风沙流方向受到了地转风效应的影响，发生了偏转^［30］；海口气象站与研究区（景心角）有一定的距离，观测点不在海边，所获取的风况数据并非样区的实际风况，且海边的实际风况比内陆更为复杂，所以输沙风向数据与实际风沙流存在一定偏差；RDD为每日观测所得最大值的多年风况数据计算得出，故与实际风沙流方向也会存在偏差。

3.2　沉积特征与沉积过程

灌丛沙堆沉积物为短距离风力搬运与分选的产物^［9］。海滩为灌丛沙堆提供了一个暴露的沉积物来源，沉积物在风的作用下由海滩往内陆搬运^［31］，并在植物阻挡处堆积形成灌丛沙堆。沙源的供应对沙丘地貌的形成和发育具有直接影响^［32］，其丰富度是风沙堆积形态及规模的主要控制因素^［13］。对所有样品沉积物的元素特征分析表明，沉积物CaO含量整体偏高（图6），尤其是在滩肩部位。野外实地观测表明，海滩滩肩上有许多未风化完全的贝壳和珊瑚碎屑物，形成一条平行于海岸线的“贝壳碎屑物带”。这使临界起动风速变大，阻碍风对海滩沙物质的搬运，降低向岸风携沙浓度^［33］。景心角灌丛沙堆的规模在很大程度上受制于沙源供应量，故导致了沙堆规模较小。

沉积物的粒度变化可以反映沉积动力环境的改变和沉积物分异的规律^［34］。景心角海滩沉积物粒度在由海向陆的方向上，沉积物粒度表现出由细变粗再变细的特征。滩面位于海水经常冲刷的潮间带，海浪和潮流作用使得细粒物质在此沉积，所以滩面细沙含量更多。而滩肩位于海水最大潮线以上，波浪的进流作用大于退流作用^［35］，海浪常把较粗的沙物质带上岸，在滩肩沉积，故滩肩粗沙含量较大。处于高潮线以上的沙滩，沉积物长时间暴露在空气下，水分含量较低，若有较小的风速即可起沙。向岸风把沉积物带离物源区，形成风沙流向岸上转移。风沙流在运移过程中遇到植被会受到阻挡，使风沙流中的沙物质在灌丛覆盖处沉积。因此在高潮线以上植被生长之处可形成灌丛沙堆。风沙流从海滩不断向陆的过程中风沙流中所含粗沙组分逐渐减少，当风沙流到达海岸前丘沉积时，粗沙含量下降，而细沙增加。灌丛沙堆不断增大，可与周围的灌丛合并形成更大的沙堆，其规模继续扩张可与海岸前丘合并，使海岸前丘向海移动或继续发育形成雏形海岸前丘^［34］。

沉积物粒径在顺风方向会呈现逐渐变细的过程^［36-37］。向岸风产生的风沙流在到达丘间地时由于地面的摩擦等原因，风沙流携带粗颗粒物的能量降低，加上粗颗粒自身重力，较多的粗颗粒在此沉积。风沙流在继续移动过程中受灌丛沙堆干扰，沿着下风向风速逐渐降低，输沙水平逐渐降低^［38］，故沿着沙堆迎风坡-沙堆顶-背风坡方向，沉积物粒径呈现逐渐变细的趋势。

3.3　沙堆形态及其参数之间的关系

研究区老鼠艻灌丛沙堆形态各参数之间都呈显著相关的关系（表6）。其中沙堆长轴长度与短轴长度的相关系数为0.931，且存在较好的线性关系（图8A）。这说明沙堆长短轴是协同增长的。Hesp^［5］也曾指出，沙堆的长度取决于沙堆的宽度和风速。沙堆高度与长轴长度和短轴长度呈显著相关关系，且沙堆高度与沙堆长轴长度存在一定的二项式关系（图8D），这与张萍等^［9］认为的沙堆的形态受长宽高三者协同控制的规律基本符合。沙堆长轴长度与背风坡坡长的相关性强于长轴长度与迎风坡坡长的相关性，且与背风坡有良好的线性关系（图8B），可见沙堆背风坡坡长对沙堆的长轴影响更大。也就是说，沙粒在越过沙堆顶部以后沿着下风向拖出细长的尾巴从而使沙堆长轴长度增加得更快。

表6 老鼠艻沙堆形态参数间的相关性

Table 6 Correlation analysis of the morphological parameters of Spinifex littoreus nebkhas

	L_d/m	W_d/m	H_d/m	HC/m	A_c/m²	A_d/m²	V/m³	L_s/m	L_l/m
L_d/m	1
W_d/m	0.931^**	1
H_d/m	0.590^**	0.498^**	1
HC/m	0.986^**	0.979^**	0.558^**	1
A_c/m²	0.933^**	0.961^**	0.685^**	0.962^**	1
A_d/m²	0.941^**	0.957^**	0.502^**	0.965^**	0.930^**	1
V/m³	0.771^**	0.759^**	0.808^**	0.779^**	0.883^**	0.775^**	1
L_s/m	0.906^**	0.831^**	0.640^**	0.888^**	0.877^**	0.799^**	0.741^**	1
L_l/m	0.957^**	0.895^**	0.616^**	0.945^**	0.903^**	0.920^**	0.790^**	0.813^**	1

**，显著相关（双侧），P<0.01。

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图8

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图8 老鼠艻灌丛沙堆形态参数的关系

Fig.8 Regression correlation of morphological parameters of Spinifex littoreus nebkhas

沙堆高度和沙堆水平尺度呈显著相关关系，且存在一定的二次函数关系，拟合曲线开口向下（图8C），表明随着灌丛沙堆水平尺度的增长，沙堆高度也呈现增长的趋势，直到达到某一峰值以后便随着沙堆水平尺度的增长而逐渐下降。这与冯淼彦等^［36］的研究结果一致。Tengberg^［39］和杜建会等^［40］发现灌丛沙堆高度和水平尺度存在线性关系，还指出稳定阶段的灌丛沙堆高度存在一个峰值。从图8C可以看出，景心角老鼠艻灌丛沙堆中大部分沙堆的高度还处于增长阶段，只有小部分到达了峰值。

沙堆高度与迎风坡坡长和长轴长度的相关性大于其与背风坡坡长和短轴的相关性（图8D、E），说明在沙堆高度增长的过程中，长轴和迎风坡坡长的增加更有利于沙堆高度的增加，这可能与灌丛形态特征和沙粒的运动方式有关。根据野外实地观测发现，老鼠艻灌丛在迎风坡的生长状况较好，沙粒被风携带至老鼠艻灌丛时在迎风坡坡面被部分拦截堆积，部分沙粒沿着迎风坡跃移爬坡至坡顶沉积，使沙堆迎风坡坡长增加，沙堆高度也随之增高。而沙堆体积与高度的相关性大于沙堆体积与沙堆水平尺度的相关性，这说明沙堆在垂直方向上的增长更有利于沙堆规模的扩大。

3.4　沙堆形态与灌丛参数之间的关系

从表7可以看出，研究区老鼠艻灌丛参数与沙堆形态各参数之间的相关性由强到弱依次是灌丛宽度、灌丛长度、灌丛覆盖面积、灌丛高度。除了沙堆高度以外，灌丛宽度与其余沙堆形态参数之间的相关性都最高（表7）。说明老鼠艻的宽度在沙堆发育过程中起关键作用。根据野外实地观测与测量的数据，研究区老鼠艻在沙堆短轴（即宽度）方向上的长势优良。沙堆形成过程中，风沙流首先到达迎风坡被拦截堆积，已有研究表明植被在适当的沙埋条件下植被生长状况更好^［41-42］，故植被在迎风坡较茂密。老鼠艻为匍匐生长的草本植物，在迎风坡生长到一定程度后，向沙堆短轴方向上延长根茎生长。所以植被在沙堆迎风坡和短轴上的生长状况较好，进而影响沙堆形态。

表7 老鼠艻灌丛沙堆形态参数间的关系

Table 7 Correlation analysis of the morphological parameters between Spinifex littoreus nebkhas

	L_d/m	W_d/m	H_d/m	HC/m	A_c/m²	A_d/m²	V/m³	L_s/m	L_l/m
L_z/m	0.847^**	0.8^**	0.379^*	0.84^**	0.743^**	0.835^**	0.469^**	0.748^**	0.789
W_z/m	0.923^**	0.899^**	0.497^**	0.928^**	0.857^**	0.92^**	0.638^**	0.805^**	0.897^**
H_z/m	0.473^**	0.343^**	0.543^**	0.422^*	0.446^*	0.288^**	0.295	0.594^**	0.359
C/m²	0.776^**	0.77^**	0.237	0.787^**	0.67^**	0.86^**	0.402^*	0.596^**	0.578^**

**，显著相关（双侧），P<0.01。

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许多学者在对内陆灌丛沙堆的研究中都发现灌丛高度是沙堆形态主要控制因素^{［9，16，43］}，但在本研究中灌丛高度与沙堆形态各参数之间的相关性都较低，这可能与植株的高度、大小、分枝密集程度^［30］和沙堆发育环境有关。老鼠艻枝叶片呈线型，以水平方向上的匍匐生长为主，且植被高度较低，故顶部可能较容易遭受吹蚀，高度增加较缓慢。因此，相比于植被高度，植被的长度、宽度和覆盖面积对沙堆的整体形态的控制起到更为关键的作用。

沙堆上的植被可以阻挡风沙流^［1］，捕获沙物质并使其在灌丛及周围堆积下来，还可以保护其下的沙物质不被侵蚀^［21］，从而促进沙堆规模的扩大^［44］。灌丛的长度、宽度及灌丛覆盖面积与沙堆长轴、短轴和底面积存在明显的线性关系（图9）。由回归方程的斜率可以看出，沙堆体积在灌丛覆盖面积增加的影响下缓慢增长。沙堆侧影面积是包括植物在内沙堆侧面积，是反映风沙流受灌丛植被及其积沙体影响的重要指标^［9，13］。对沙堆侧影面积与沙堆体积的回归分析可以看出二者存在高度相关关系（表6）和明显的线性关系（图8F）。沙堆的体积随着沙堆侧影面积的增加而增大，且沙堆侧影面积的增加速率大于沙堆体积的增加速率，这表明灌丛沙堆在形成初期长宽高增长较慢而植被快速生长；随着灌丛植被的生长，拦截沙物质的能力增加，沙堆体积增大，由此可知植被是控制沙堆形态以及规模的关键因子。

图9

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图9 老鼠艻灌丛沙堆形态参数的关系

Fig.9 Regression correlation of morphological parameters of Spinifex littoreus nebkhas

4 结论

稳定的向岸风以及开阔的沙质海滩是海南岛景心角海滩老鼠艻灌丛沙堆发育的基本条件，较低的风能环境和滩肩的“贝壳碎屑物带”是景心角灌丛沙堆规模较小的主要原因。向岸风把海滩沉积物带离物源区，形成风沙流向岸上转移，遇到老鼠艻灌丛被截获后在灌丛及其周围沉积从而形成灌丛沙堆。沙堆沉积物粒度和元素特征与海滩的基本一致，受“贝壳碎屑物带”的影响，沉积物CaO含量均较高。沉积物粒径体现了沿着顺风方向逐渐变细的过程，在沙堆迎风坡-沙堆顶-背风坡的顺序上，沉积物的平均粒径表现为由粗到细的变化。

老鼠艻灌丛是影响沙堆形态和体积的主要因素。在其影响下，沙堆形态以锥型和蝌蚪型为主。发育初期为蝌蚪型，而后逐渐发展为圆锥形。沙堆在长轴和短轴的协同控制下增长。在沙堆发育过程中，沙堆背风坡坡长对沙堆的长轴长度影响较迎风坡大。老鼠艻灌丛沙堆在垂直方向上的增长更有利于沙堆规模的扩大，但沙堆高度并不是不断增加的，而是先增加到一定高度而后逐渐降低。老鼠艻灌丛与沙堆各参数之间具有良好的相关性，其中植被的纵向延伸对沙堆的整体形态的控制起到更为关键的作用。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

吴正

.风沙地貌与治沙工程学［M］.北京：科学出版社，2003：119.

[本文引用: 2]

[2]

靳建辉，李志忠 .

小冰期福建海岸沙丘的沉积环境

［J］.中国沙漠，2017，37（6）：1111-1120.