1. 课题背景

1.1中科院微型实验室“科探方舟”

“科探方舟”（课题研究项目），是徐州一中与中科院合作，中科院京区科协牵头设计的品牌科学产品。“科探方舟”以探究性科学实验装置为支柱，在专业探究课程专家的指导下完成"小课题研究"，帮助同学们涵养科学精神、提高科学素养。

"科探方舟"是一个探究性的教学集成包，相当于一个微型的实验室，其中包含了生命科学、资源环境等十个不同方向的课题，分别涉及水质差异与硬水软化、射电天文望远镜工程、桥梁承载能力、住宅日照间距、种子催芽剂、风力发电等，都是基于当下、基于生活和生产实践、基于同学们所见所闻所思所想，是真问题，课题具有前瞻性和鲜明的目的性和计划性。

主要目的在于培养学生的创新思维、合作精神、沟通能力，以此提高科学素养。高中是培养学生创新思维的黄金时期，而小课题研究又是一项缜密的科学实验活动，应该让同学们从高中开始，就养成像科学家一样思维的习惯。通过自主学习、动手实验、成果汇报和答辩的形式，达到开阔视野、启迪灵感、增强创新意识和动手实践能力，提高综合科学素养，为将来成为未来社会急需的创新型人才打下基础。

1.1课题简介

沙漠化是指在干旱、半干旱和部分半湿润地区，由于受自然因素或人类活动的影响，破坏了自然生态系统的脆弱平衡，使原非沙漠的地区出现了以风沙活动为主要标志和类似沙漠景观的环境变化过程，以及在沙漠地区发生了沙漠环境条件的强化和扩张过程。简言之，沙漠化也就是沙漠的形成和扩张过程。

2. 实验过程

2.1实验伊始

初次拿到科探方舟的盒子，还是比较激动的。以前从来没有接触过科探方舟，拿到盒子之后必然相当兴奋。拆开来看，里面东西应有尽有，鼓风机，小电子秤，配齐了各种实验所需的各种器材、风障、砂土。但是，唯一不足的地方在于没有细沙，好在在和荒漠化课题的同学协调之后还是借到了足量的细沙，足够实验使用。

2.2实验过程

实验前的准备

不用多说，首先要对实验所需的知识进行充分的学习，微信组内的小群和沙漠化的大群也随即建立起来。组内对话，共同确定了实验计划。课题主要由三个课题和一个拓展课题组成：

课题一：风速大小对沙粒搬运作用的研究

自变量：风速大小

因变量：沙砾被搬运的效果差异

课题二：防沙治沙——不同沙障搭建及防风固沙效益探究

自变量：不同沙障类型

因变量：搭建维护、防风固沙及截留并涵养水分等方面的差异

课题三：不同布设方式砾石沙障防沙固沙效果探究

自变量：不同布设方式（散乱排布、方格状、条状、三角形等）砾石沙障

因变量：固沙效果（输沙量）

2.3结果分析

实验结果受多种因素影响，科学的分析有助于我们得到正确的结果。虽说实验指导书给我们提供了详细的数据分析方法，但是总归是有一些意外情况的。首先就是在课题一中，因为二三档风太大，导致黑色塑料布不够用的情况。但很快便找到了解决办法——再找其他的诸如塑料布、硬纸板一类东西加长场地，最终实验顺利的进行下去。再者就是课题二时候，每次涵养水源时，哪怕吹完风也会湿漉漉的，虽然说这也说明了部分沙障的涵养水源能力相当好，但沙子太湿势必影响接下来的实验。这个问题同样相当好解决，只需备两组沙子，轮流使用即可。总的来说，实验过程相当顺利。

3.课题报告

沙漠化趋势变化

及不同沙障固沙效益研究

摘要：沙漠化主要发生于人类历史时期，尤以近百年来发展为快。沙漠化危害严重，对我国造成了巨大的经济损失。本课题对不同布设方式砾石沙障固沙效果进行研究，布设方式有散布、方格型、条带型和三角形，进行多组实验。实验结果表明三角形布设方式固沙效果最好，条带状石方格沙障其次，方格型和散乱相对较差 。

0引言

沙漠化是指在干旱、半干旱和部分半湿润地区，由于受自然因素或人类活动的影响，破坏了自然生态系统的脆弱平衡，使原非沙漠的地区出现了以风沙活动为主要标志和类似沙漠景观的环境变化过程，以及在沙漠地区发生了沙漠环境条件的强化和扩张过程。简言之，沙漠化也就是沙漠的形成和扩张过程。

沙漠化主要发生于人类历史时期，尤以近百年来发展为快，但在百年尺度下，自然条件的变化，即主要是气候的波动毕竟较小，不足以造成自然环境有较大的改变。而同期人口压力的急剧增加和经济活动对环境的强烈干扰，则可造成大面积的生态环境恶化和沙漠化急剧发生、发展。大量的历史考古资料和实地考察结果已证明了这一点，当游牧民族占据北方半干旱地区时，对生态环境的压力较小；而农业生产活动取而代之后，生态环境则受到较大破坏。关于沙漠化的人为成因，目前比较统一的认识是在大的不利环境背景条件下，由于人口压力持续增长和普遍采用滥垦、滥牧、滥樵、过度开采地下水等粗放掠夺式的生态经营方式，从而造成地表覆盖破坏，最终导致了沙漠化迅速发展。根据研究，由于人为破坏地表覆盖，将导致水分难以涵养，不利于地表气流的抬升、辅合；同时地表反射率也会急剧增加，下沉气流盛行，最终导致气候更加干旱。因此由于人为原因所形成的沙漠化经过生物一地球物理反馈机制的影响，其危害要比自然原因所形成的沙漠化更为迅速、直接，也更为严重。

1. 材料与方法

1.1材料选择

本实验选取的实验材料是砾石、风沙土、塑料盒、鼓风机、卷尺、电子秤、刷子、尼龙网滤袋。

1.2实验方法

布设方式选用散乱排布、方格状、条形、三角形四种类型，结合无任何沙障的空白对照组，每个实验重复三次区平均值，通过对比扬沙量（输沙量）来探究不同布设方式砾石沙障固沙效果。

1.2.1不同布设方式砾石沙障固沙效果

实验步骤如下：

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（实验中如沙土有限，也可准备空白对照组＋1实验组，2组实验后再布设另外2个实验组）。不同组别砾石沙障制作中控制砾石质量一定（本实验中控制不同组别砾石质量为50g)。

2） 实验准备：将黑色塑料布平铺于地面，同时将1.5m卷尺沿塑料布长边方向展开，用胶带粘贴固定。然后依次将空白对照组和3个布置有不同沙障的沙盒放在黑色塑料桌布0刻度线位置，同时检查吹风机的电池有无及功能情况，做好实验准备。

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（左右来回移动），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（时间可控制在10-60s）以及相同角度的风力，观察并记录设有不同砾石沙障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,50s,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结果与分析

不同布设方式砾石沙障固沙效果在表一中，由表一中可看出，不同的沙障摆放方式会对输沙量产生影响，不同沙障输沙量见图一。可以看出，和空白对照相比，布设沙障后输沙量明显降低，其中三角形沙障输沙量最小。

表一

图一

3结论与讨论

本文研究了不同布设方式砾石沙障固沙效果，布设方式有散布、方格型、条带型和三角形，进行多组实验。实验结果表明三角形布设方式固沙效果最好，条带状石方格沙障其次，方格型和散乱相对较差 。后期还要研究不同方式草方格固沙效果。a