土壤风蚀是我国北方沙漠化土地扩展和沙尘灾害频繁爆发的根源。风蚀强度决定于近地表气流侵蚀力和土壤可蚀性两个方面。土壤风蚀的防治应从人为能够改变的因素出发，降低侵蚀力，增强表层土壤的抗蚀性，达到降低风蚀强度的效果。北方农牧交错区的旱作农田和退化草地是沙漠化扩展和沙尘释放的主要地表类型。作物留茬和垄作是农田休闲期防风抗蚀的保护性耕作措施，草地的风蚀强度则决定于植被类型、高度和盖度等参数。定量分析两种地表上气流侵蚀力和输沙率随植被、土垄、土块粗糙元特征的变化规律，可揭示各粗糙元防风抗蚀的机制，为确定防治风蚀所需的粗糙元标准提供参考。此外，区域气候侵蚀力年内变化和输沙方向的分析可为在适时而合理的实施风蚀防治措施提供依据。 通过统计内蒙古太仆寺旗2000年风速数据，对我国北方典型农牧交错区年内风沙活动期、起沙风频率、输沙势和输沙方向进行分析。观测农田留茬、垄作、土块覆盖和草地地表0-4 m内不同高度的风速，分析留茬、草被、土垄、土块等粗糙元改变近地表气流场，降低风速的幅度，揭示其防治风蚀的机制，确定了莜麦留茬、油菜留茬、小麦留茬及草被的有效防风高度。通过室内风洞模拟和野外风沙观测，观测不同结构的垄作和不同耕作强度下风蚀速率、风沙流结构，分析两者随垄作结构和地表土块覆盖度的变化规律。结果表明： 研究区气候干燥，降水稀少，年蒸发量是降水量的4.5倍。年起沙风频率和输沙势分别为20％和284.8个矢量单位，合成输沙方向为S65.5°E，方向变率为0.87，年风况属单向中能型。风沙活动期3月至5月内，该地区起沙风频率和输沙势达36％和155个矢量单位，属锐双峰高风能环境，输沙方向与年输沙方向基本一致。该地区经济落后，农业缺乏灌溉，以粗放的旱地种植业为主，农作物产量与降水量密切相关。农田休闲期作物留茬的面积比例不足15％，传统翻耕后表层土壤裸露疏松，易遭受侵蚀。此外，近年来牲畜头数增多，草原承受压力加大，加上樵采药材和车辆碾压的人为干扰，草地退化严重。 作物留茬和草被是降低休闲期农田和退化草地的近地表风速，抵御土壤侵蚀的主要植被粗糙元。传统翻耕、浅耕、翻耕覆盖、深松、油菜高低茬、小麦高低茬及冰草地等9种下垫面的近地表风速观测显示，植被对风速的降低幅度随观测高度的增大而降低，各种地表间风速的差异在地上1 m高度以内较为明显。0.05m 高度的相对风速比较，传统翻耕、浅耕、翻耕覆盖和深松地表在0.4左右；汕菜低茬下稍低于0.4；油菜高茬和小麦低茬相近，为0.25；小麦高茬最小，在0.2以下；易倒伏的冰草地表则与浅耕等翻耕措施相当。各处理下空气动力学粗糙度、摩阻速度和风速的相对脉动强度比较结果与相对风速的差异基本一致，近地面相对风速越大，以上三个空气动力学参数越小，地表植被粗糙元对气流的摩擦阻力越弱。可见，留茬比其它耕作措施和冰草覆盖降低风速的效果更为明显，而风速降低幅度随留茬高度和密度的增加而增大，密度较大的小麦茬比稀疏油菜茬的防风效果更好。而不同种类的留茬地表，风速降低的幅度和空气动力学参数随茬高的变化规律表明，莜麦、油菜和小麦留茬高度达到15、30、15 cm时，地上0.1 m高度风速显著降低，空气动力学粗糙度分别是茬高5 cm处理的2.5、3.3和3.5倍，残茬对气流的摩擦阻力明显增大，是各种留茬类型下降低风速的有效茬高。此外，不同草地类型的防风效益也存在较大差异。近地表风速、空气动力学粗糙度和摩阻速度比较显示，茎秆直立性较差的冰草、羊草和老芒麦覆盖下近地表风速较大，空气动力学粗糙度和摩阻速度较小，而茎秆直立性强的赖草、艾草、麻花头及大籽蒿草地则相反。同一草地的防风效果随植被高度和盖度的增大而增强，地表空气动力学粗糙度和摩阻速度均与草地植被高度存在正相关关系。作物秸秆和残茬在我国北方的农村常被用作饲料或燃料，垄作地表的土垄和翻耕地表的非可蚀性土块则是作物残茬和秸秆的有效替代。野外垄作下不同地表位置风速的同步观测和空气动力学分析表明，与垄作田上风地带比较，土垄间和下风向地带近地表0～1 m内风速明显降低，在水平方向上距离垄作田越近，风速的降低幅度越大，在垄间达到最大。地表空气动力学粗糙度、摩阻速度和0.05m处风速的相对脉动强度，均自垄作地表的上风向至下风向先增大后减小，在垄间位置达到最大。可见，垄作降低风速，增大地表粗糙度和对气流的摩擦阻力是其降低侵蚀力，控制风蚀的机制。而垄作控制土壤风蚀的效率与垄高、垄沟比及垄顶距等结构参数密切相关。对垄高为15 cm、20 cm、25 cm，垄沟比为1/6、1/12和1/24的9种结构的垄作下风速观测表明，垄高15 cm，垄沟比为1/6、1/12及垄高25 cm，垄沟比为1/6的三种垄作下近地表风速降低幅度、地表空气动力学粗糙度和摩阻速度较大，非可蚀性土垄粗糙元对气流运动的摩擦阻力较强，是适宜防风的垄作方式。农田翻耕后地表的非可蚀性土块是另一种作物秸秆等植被粗糙元的有效替代。犁耕后农田地表上半径大于15 cm土块的盖度可达27.67％，地表空气动力学粗糙度在1 cm以上。随后的耙磨、抹平则会破坏土块结构，尤其是抹平后土块盖度仅为2.13％，地上0.1 m高度的风速增大10％，空气动力学粗糙度降低至0.05 cm。因此，合理选择犁耕、耙磨和抹平作业的时间，使风季内地表保持土块覆盖状态，可有效降低风的侵蚀力。 不同结构的垄作和平作的土壤风蚀风洞模拟显示，垄作较平作下风蚀速率降低20～40％，尤其在风速大于 15 m s<-1>的强风下效果更为显著。垄作间比较：垄脊高度相同时，垄沟比越大，土壤风蚀速率越小；垄沟比相同时，垄脊越高，土壤风蚀速率越大：风蚀速率与相邻土垄的间距成正相关关系。此外，垄作降低了近地表气流的输沙比例，削弱了风沙流对农田地表作物幼苗的危害。0～20 cm风沙流结构分析表明，垄作较平作减小了地表以上4 cm和10 cm内的输沙量百分比。垄作间比较：垄脊高度相同时，垄沟比越大，Q<,0-4>/Q<,0-20>和Q<,0-10>/Q<,0-20>越大；垄沟比相同时，垄脊越高，Q<,0-4>/Q<,0-20>和Q<,0-10>/Q<,0-20>越小。各种垄作中，以高3 cm，垄沟比为1/3的垄作降低风蚀速率和近地表输沙率的效果最优。而土块覆盖的翻耕地表与其耙磨抹平后的风蚀对比观测表明，耙磨抹平后土壤风蚀速率增大数十倍。随耙磨抹平后土壤可蚀性的增强，风沙流发育所需的饱和路径减小：翻耕后土块覆盖的田块内，距离上风向21 m处Q<,0-10>/Q<,0-60>仅为22.12％，而耙磨抹平后距离上风向边界10 m 处 Q<,0-10>/Q<,0-60>的值已达到44.82％。可见，结构适宜的垄作和翻耕后地表的土块结构可抑制风蚀和风沙流发展，是降低土壤风蚀速率，削弱风沙流危害的有效耕作措施。 综上所述，我国北方农牧交错区土壤风蚀防治应在农田休闲期实施适宜高度的作物留茬或结构合理的垄作，保持草地地表的覆盖，降低气流侵蚀力，抑制沙尘起动。而风沙活动期(3月至5月)前，对裸露农田翻耕，使其表面保持土块覆盖，则是农田土壤风蚀防治的应急措施。