沙漠化趋势变化及不同沙障固沙效益研究

Zp09g01小组

（徐州市第一中学，徐州市云龙区紫金路36号，221004）

摘 要：本试验旨在研究沙漠化趋势变化及不同沙障固沙效益。本研究共分为三个课题，课题一采用混杂沙粒，利用鼓风机的不同风速对混杂沙粒进行吹风实验；课题二采用干草、砾石、尼龙网为材料制作沙障进行防风固沙实验测试以及截留涵养水分实验测试；课题三采用砾石，对不同布设方式的砾石沙障进行防风固沙测试。结果表明：1）风速大小与沙粒发生位移的大小成正比，沙粒的粒径大小与其在平行地面及垂直地面方向发生的位移成反比；2）草方格沙障防风固沙及涵养水源的效果最好；3）将砾石布设成方格状防风固沙效果最好。结果提示，草方格沙障是所有沙障中性能最优的沙障，且对于不同材料的沙障，方格状是最具效果的布设方式。

关键词：沙漠化治理 防风固沙 草方格 方格状

近年来，沙漠化问题愈演愈烈，土地荒漠化也成为了一项岌岌可危的世界性难题。据调查[1]，2010年中国北方沙漠化土地达37.59万km2,其中轻度沙漠化土地占33.80%,中度沙漠化土地占22.84%,重度沙漠化土地占22.16%,严重沙漠化土地面积占21.21%。由此表明，我国面临着较为严重的土地沙漠化形势。

经过长期的努力，我国不断开展沙漠化治理，取得了较为显著的成效，一些沙漠化土地发生了逆转，但是依然没有遏制住土地荒漠化的势头，因此，对沙漠化趋势变化及不同沙障固沙效益的研究尤为重要。本实验旨在科学防沙治沙，对北方地区的沙漠化治理具有重要意义。

1. 实验

1.1课题一：风速大小对沙粒搬运作用研究

1.1.1实验材料：黑色塑料布，混杂沙粒，鼓风机，家用吹风机，刷子

1.1.2实验步骤：

1.1.2.1实验准备：将黑色塑料布铺开，并将1.5米卷尺沿着黑色塑料桌布纵向摆好，注意0刻度处与黑色桌布短边齐平。

1.1.2.2 一档风速测试：将混杂沙粒置于黑色塑料桌布短边末端中间位置，打开电动鼓风机机(默认所用电动鼓风机为1档风力)，沿着平行方向对堆好的混杂沙粒进行吹风实验，吹风时间30s，观察混杂沙粒中不同粒径沙粒被吹的距离，重复实验3次，观察现象并做记录。

1.1.2.3二档风速测试：重复实验步骤1.1.2.2，用家用电吹风小档(默认为2档风力)控制吹风方向及时间相同，观察混杂沙粒中不同粒径沙粒被吹的距离，重复实验3次，观察现象并做记录。

1.1.2.4三档风速测试：重复实验步骤1.1.2.2，用家用电吹风大档(默认为3档风力)，控制吹风方向及时间相同，观察混杂沙粒中不同粒径沙粒被吹的距离，重复实验3次，观察现象并做记录。

1.2课题二：防沙治沙--不同沙障搭建及防风固沙效益探究

1.2.1实验材料：干草、风沙土、塑料盒*4、鼓风机、剪刀、铲子、卷尺、电子秤、刷子、尼龙网、砾石、木棒、收集皿、喷壶

1.2.2实验步骤

1.2.2.1组别设置：取适量沙土分别置于4个塑料盒中，其中1个仅装沙子作为对照组，另外3个分别布置草方格沙障、石方格沙障和尼龙网沙障作为实验组。

1.2.2.2不同沙障搭建及成本计算：利用不同材料制作搭建草方格沙障、石方格沙障和尼龙网沙障，同时联系实际情况评价不同沙障在搭建制作过程中的制作成本、搭建耗时及预期寿命[2]。

1.2.2.3实验准备：将黑色塑料布平铺于地面，同时将1.5m卷尺沿塑料袋长边方向展开，用胶带粘贴固定。然后把空白对照组和3个布置有不同沙障的沙盒并排放在黑色塑料布0刻度线端，同时检查吹风机的电池有无及功能情况，做好实验准备。

1.2.2.4防风固沙实验测试：用电动鼓风机分别在4个塑料盒的一侧平行吹风(左右来回移动)，尽量保证4个沙盒中的沙子承受相同强度、相同时间以及相同角度的风力，观察并记录4个沙盒周边有无扬沙，同时在实验结束后用毛刷收集不同组别的扬沙并称重记录。

1.1.2.5截留涵养水分实验测试：用小喷壶取相同体积的一小杯水(20-50ml)，分别将水均匀地喷洒在4个装有沙土的塑料盒内(模拟自然降水)10分钟后用吹风机各吹3-5分钟，然后观察不同组别沙盒内的水溃分布情况，完成记录表。

1.3课题三：不同布设方式砾石沙障防风固沙效果探究

1.3.1实验材料：砾石、风沙土、塑料盒*4、鼓风机、卷尺、电子秤、刷子、尼龙网滤袋

1.3.2实验步骤

1.3.2.1组别设置：取适量沙土分别置于4个塑料盒中，其中1个仅装沙子作为对照组，另外3个塑料盒用于制作不同布设方式的微缩砾石沙障作为实验组。不同组别砾石沙障制作中控制砾石质量一定。

1.3.2.2实验准备：将黑色塑料在平铺于地面，同时将15m卷尺沿理料布长边方向展开，用胶带格能固定，然后依次将空白对照组和3个布置有不同沙国的沙盒放在黑色塑桌布0刻度线位置，同时检查吹风机的电也有无及功能情况，做好实验准备。

1.3.2.3防风固沙实验测试：用电动鼓风机在沙盒的一侧平行吹风，尽量保证同一次实验中每个沙盒中的沙子承受相同强度、相同时间以及相同角度的风力，观察并记录设有不同砾石沙薄的沙盒周边有无扬沙，同时在实验结束后用毛刷收集不同组别的扬沙(输沙量)并称重记录。尝试改变吹风时间(如10s,20s， 30s，5s, 60s)，探究不同布设方式的砾石沙障在同一风强下不同时间内的输沙量差异。

2. 结果

2.1课题一

表1 实验结果观察记录表

2.2课题二

表2 实验结果观察记录表

2.3课题三

3. 讨论

3.1课题一

通过实验可发现，风可以携带各种不同粒径沙粒发生不同距离的位移。风速越大，沙粒被被搬运的最远距离越大，沙粒被搬运扩散的最宽距离越大。 当风力大小一定时，沙粒的粒径越大，被搬运的距离越近，沙粒的粒径越小，被搬运的距离越远。

在垂直于地面方向，粒径越小的沙粒在垂直地面方向分布越高，粒径越大的沙粒在垂直地面方向分布越低。

3.2课题二

通过研究不同沙障在防沙固沙效益上的差异，可发现： 就搭建维护角度来看，草方格沙障、石方格沙障和尼龙网沙障组制作成本从小到大排序是石方格，草方格，尼龙网；搭建耗时从少到多排序是石方格，尼龙网，草方格；预期寿命长短从小到大排序是石方格，草方格，尼龙网。石方格沙障搭建过程中可在沙漠化地区就地取材，更利于适应恶劣环境，使用寿命比麦草更长久。 就防沙固沙效果来看，草方格沙障、石方格沙障和尼龙网沙障组防沙效果最好的是草方格，其次为尼龙网，最不好的是石方格，推测原因是草方格所捆扎用的野草更亲近沙土，能够涵养水源，增加沙地含水量，从而起到更好地防风固沙的作用，而石方格沙障高度太低，无法挡住上扬的风沙，且石头体积较大，留有较大缝隙，难以阻挡细小沙粒。 就涵养水源效果来看，草方格沙障、石方格沙障和尼龙网沙障组具有涵养水源（阻碍表面水层快速下渗）功能的是草方格。具体表现为水分多停留在表面且干草上可留存一部分水分。现实中，草方格沙障可以让雨水不至于很快下渗到下部，有利于根系浅的植物生长。正是由于这个原因，加其可以起到固沙的作用，草方格沙障中的植物更容易存活，在草方格沙障腐朽损坏之后，自然植被可以继续起到防风固沙、涵养水分的作用。 就是否对环境友好方面来看，草方格沙障、石方格沙障和尼龙网沙障组中仅有尼龙网可能对环境造成影响，草方格对环境均无任何影响，且草方格腐朽损坏之后，还可作为存活植被的肥料，是“可持续发展”精神最好的体现。

3.3课题三

通过上述实验可发现，不同布设方式的微缩砾石沙障防沙固沙效果存在差异，实验中所设置的不同布设方式包括：散布状，方格形，条带形，三角形，它们在同一风强下表现出的防沙固沙能力大小关系是方格形>条带形>散布状>三角形，推测原因为石方格布设更具规律性，被吹来的风沙被阻隔在一个个正方形内，且方格形可有效阻挡来自各个方向的风沙，从而防沙固沙； 条带形只能阻挡纵向飞扬的沙粒，却无法防止沙粒从横向即没有砾石布设的区域飞出； 散布状砾石布设散乱，无法严格形成阻碍沙粒飞扬的障碍，沙粒多从各个砾石之间的空隙飞出；三角形砾石的布设多为斜45度方向，而风沙沿竖直方向飞扬，可刚好从砾石间的空隙飞出，故防风固沙能力最差。 工程实践中常见的砾石沙障布设方式是方格形，推测原因是所需砾石数量较少且治沙效果最好。

4. 结论

1. 我国沙漠化有扭转的趋势，但是仍需解决许多难题

2. 草方格沙障是性能最优异的沙障，且对于其他材料，方格状的布设方式效果最好。

参考文献

· [1]王涛,宋翔,颜长珍等.近35a来中国北方土地沙漠化趋势的遥感分析[J].中国沙漠,2011,31(06):1351-1356.

· [2]马述宏,李积山.不同沙障的作用及对周围治沙的影响——以民勤县青土湖重点风沙口为例[J].安徽农业科学,2011,39(17):10415-10416+10541.DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2011.17.071.

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