基于专利的中国沙漠化治理技术分析

以3 824组简单专利族为数据基础,揭示国内沙漠化治理技术类别分布和主要领域。通过阅读专利摘要或全文内容,采用自下而上的聚类方法将当前专利划分为沙漠化判断、治沙、沙产业3个大类,监测与评价、科研仪器、生物治沙、机械治沙、化学治沙、综合治沙、农业、工业、第三产业和综合性利用10个中类,更细分至机械沙障等31个小类。根据专利数量认定的4大主要技术领域为沙区药用食用植物资源的种植（45%）、植物资源精深加工（9.68%）、各种农林机具加工机械及配件（10.3%）和机械沙障（13.91%）,占总量的78.89%,专利领域分布集中。对主要技术领域采用内容分析法,提取植物、加工制品、机械、沙障等的信息进行了详细分析,并指出目前专利技术中的尚待发展之处,可为全面认识中国沙漠化治理技术提供专利视角的参照。     

中国沙障研究进展与热点分析：基于Vosviewer和Citespace的图谱量化分析

基于Vosviewer和Citespace的图谱量化分析,选取1980—2020年以中国知网（CNKI）、万方数据、维普资讯为数据源的1 462篇关于中国沙障研究的文献,以及2000年后发表在外文期刊上的关于沙障的高被引文章50篇为样本,统计并绘制文献产出量变化、关键词共现、作者合作共现、机构合作以及突变和时区变化图谱等,厘清中国沙障研究的现状及挖掘热点问题。结果表明：中国沙障研究文献产出量可分为4个阶段：1980—1990年处于起步阶段、1990—2000年处于发展阶段、2000—2010年处于迅猛发展趋势、2010—2020年处于高平稳发展趋势;关键词共现主要在沙漠治理、植物固沙、乌兰布和沙漠和库布齐沙漠、风洞和数值模拟、沙障自动铺设机;作者和机构之间的合作表现为整体分散、部分集中的形式,缺乏成员、组织之间的相互交流和合作;突变分析表明,2013年后,中国沙障的研究热点为水土保持、植被恢复、数值模拟、风速流场、输沙量、防沙治沙措施以及防沙治沙政策的制定,以上热点也必将是未来一段时间的热点问题。展望未来,尽管中国荒漠化总体趋势有所遏制,但荒漠化治理依然任重道远。     

河西走廊50a治沙措施应用中出现的问题及未来思路

河西走廊的防沙治沙在我国西北沙区具有一定的代表性。50a的防沙治沙也是对所采用治沙措施的检验。50a来河西走廊沙区采用的治沙措施主要有植物治沙、机械沙障固沙、封沙育草、机械沙障与栽植灌木相结合以及营造沙区护田林网等。治沙措施的应用在实践中表现出来的问题主要是:①植物治沙的适用范围不清,提取地下水造林成为生态环境继续恶化的因素之一;②造林密度过大,导致人工固沙植被大面积衰败死亡;③机械沙障的应用受到限制;④封沙育草的预期结果不明,实际应用存在盲目性;⑤措施的选用和措施之间的搭配凭借主观经验,其功能得不到充分发挥;⑥打井开荒大量提取地下水,是治沙进一步生态环境退两步的最主要因素。解决上述问题的根本出路是综合治沙。综合治沙是防沙治沙的唯一正确之路,是今后治沙科技进步的突破口。     

机械沙障组合对土壤含水量及温度的影响

工程治沙技术的应用日益广泛,机械沙障是最早应用于防治风沙危害的工程措施之一,然而对于机械沙障如何影响沙土物理性质的研究较少。利用中子水分仪和温度计,对宁夏沙坡头地区两种机械沙障组合（直立式沙障+平铺式沙障）下不同土层的土壤含水量和温度进行测定分析,以未铺设沙障的裸沙为对照,为揭示工程固沙措施间接防风固沙机理提供科学依据。结果表明：机械沙障布设初期,直立式沙障加平铺式双层网明显提高了土壤温度,但随着布设时间的推移逐渐趋于稳定;机械沙障直接影响着土壤水分的再分配,不同机械沙障组合对土壤水分的再分配有着不同的影响,且有一定的蓄水保水作用。     

呼伦贝尔沙地治理布局及治理模式

本文依据呼伦贝尔沙地自然状况和生态建设工程的实际情况,按照统筹规划的原则,将呼伦贝尔沙地划分为5个治理区:沙地樟子松林治理区、森林-草原过渡带沙地综合治理区、北部沙地治理区、中部沙地治理区、西部零散沙地治理区;提出了6种适合呼伦贝尔沙地的治理模式:沙地樟子松封育模式、灌-草方格状混播模式、植苗造林治沙模式、机械沙障与灌-草混播模式、樟子松野生大苗移栽固沙模式、高立式沙障治理模式;针对5个治理区内的不同立地类型,提出了相应的优化治理模式。     

高密度聚乙烯(HDPE)蜂巢式沙障对土壤水分的影响

先以机械沙障固沙、再进行生物固沙,是常见的治沙模式。近年来传统材料沙障与新型材料沙障的固沙效果差异一直引人关注。用中子水分仪分别测定流沙、高密度聚乙烯（HDPE）蜂巢式沙障和半隐蔽草方格沙障内的土壤含水量,通过对比流沙和两种机械沙障铺设下的土壤含水量、土壤蓄水量对降雨的响应关系以及在植物不同生长时期下的不同土层土壤含水量变化,评价其固沙效果。结果表明：（1）两种机械沙障对土壤水分都有较好的蓄积效果,且HDPE蜂巢式沙障蓄水量高于草方格沙障（P < 0.001）;（2）在较长的干旱时间里,草方格沙障的土壤蓄水量变化比新型HDPE蜂巢式沙障滞后;（3） HDPE蜂巢式沙障和草方格沙障都有较好的保水效果,但HDPE蜂巢式沙障因高度持久的优势,保水效果更高;（4） HDPE蜂巢式沙障60~110 cm土层的土壤含水量明显高于草方格沙障土壤含水量且固沙时间越长效果越明显,从铺设中期开始HDPE蜂巢式沙障60~110 cm土层土壤含水量为7%的情况连续出现,有时部分土层会出现土壤含水量在8%以上的情况;（5） HDPE蜂巢式沙障对植物个体生长的间接作用比草方格沙障大。     

低覆盖度羽翼袋沙障防风积沙效应的风洞试验

羽翼袋沙障是按照底袋固定流沙和袋上的羽翼片在风中波动削弱风速而设计出来的组合沙障,已获得专利授权。本试验针对羽翼袋沙障,在4种风速条件下,模拟了风速流场和阻沙固沙效果。结果表明：（1）与袋状沙障（对照）相比,羽翼袋沙障防风效果平均增加了48%,且风速越大降低风速效果越明显,说明羽翼片的波动能够显著消弱风速。（2）与对照相比,羽翼袋沙障的输沙量分别降低81.44%（翼高10 cm）、88.92%（翼高20 cm）。（3）同样是直径10 cm的袋,翼高20 cm的羽翼袋沙障风蚀量比翼高10 cm的降低风速13.6%,减少风蚀量19%。羽翼袋沙障具备固沙与削弱风速的作用,显著提高沙障的防风固沙效果,为防沙治沙开拓了新途径。     

污泥沙障对流动沙区植被恢复的作用

利用城市生活污水处理厂脱水污泥制成成本低、吸水保湿性强和环境友好的污泥方格沙障、沙面上污泥平板沙障和沙面下污泥平板沙障,用于帮助恢复生态极端恶劣的流动沙区植被。调查撒播黄蒿（Artemisia scopara ）种子后试验区沙丘植物的种类、覆盖度、生长状况等植被恢复指标。结果表明：污泥沙障处理下,人工播种的黄蒿、天然的沙米（Agriophyllum squarrosum ）盖度、高度（除沙米）和生物量均显著高于裸沙区（对照）（p <0.05）,雾滨藜（Bassia dasyphylla ）、碱蓬（Suaeda glauca ）和猪毛菜（Salsola ollina ）的盖度、高度、多度、生物量（除雾滨藜）均高于对照;污泥方格沙障区的植物物种丰富度最高,沙面上污泥平板沙障区次之,沙面下污泥平板沙障及对照区较小;Shannon-Wiener多样性指数和Simpson多样性指数均为污泥方格沙障>沙面上污泥平板沙障>沙面下污泥平板沙障>对照;Pielou均匀度指数为污泥方格沙障>沙面下污泥平板沙障>沙面上污泥平板沙障>对照。综合考虑混合污泥成本、用量、植被恢复效果等诸因素,我们推荐采取污泥方格沙障治沙措施,使其在沙地植被恢复工作中发挥作用。     

不同生态恢复模式对灵武排土场边坡减流减沙及植被恢复的影响（英文）

宁东煤炭基地现有技术存在许多生态问题,如技术体系不完善、工程效果差、推广价值低、缺乏监测和评价等。本研究在筛选和整合现有技术的基础上,设计并建造了14个生态恢复地块。14个区由2组重复试验组成,每组包括6种技术模式和CK(未采取任何措施)处理组成。6种技术模式包括生态袋、生态棒、铁丝石笼、砾石沙障、活体沙障和麦草沙障模式,观测区建设在宁东羊场湾排矸场,选择累积降雨量、降雨强度、径流量、侵蚀量、丰富度、覆盖率、生物量和植被类型这8个关键监测指标进行植被生长观测和数据收集。此外,利用TOPSIS法对6种生态恢复模式的效果进行了评价。结果表明,麦草沙障模式区植被恢复效果最好,覆盖率为45%,丰富度为1.23,地上生物量为0.60 kg m^–2,其监测结果分别比对照组高45.16%、43.02%、71.43%。砾石沙障模式的径流和产沙量最小,其总侵蚀量为133.46 g m^–2,仅为对照组的26.80%,径流量为863.32 cm³ m^–2,比对照组少50.00%。TOPSIS结果显示,6种技术模式从最佳到...     

沙柳沙障的防风固沙效益研究

研究测定了1m×1m,1m×2m,2m×2m,2m×3m,2m×4m,2m×5m,3m×3m,3m×4m,4m×4m,4m×5m,3m×6m等11种规格沙柳沙障内的风沙活动过程和分布规律。结果说明,不同规格沙障内输沙率随着风速的变化其变化趋势不同,小规格沙障内输沙率与风速呈对数曲线关系,大规格沙障内输沙率与风速之间呈指数曲线关系。沙柳沙障中近地表0～4cm范围内,风沙流中的相对含沙量沙丘下部明显大于沙丘中部和上部,说明沙障导致了近地表风沙流结构发生变化。面积等于或小于1m2的沙障可以完全控制地表风蚀,当沙障面积增加到一定程度后,风蚀深度增加很快。不同规格沙障的防护效益,在大风条件下,小规格沙障的成本效益高于大规格的沙障;在小风情况下,大规格沙障的成本效益大于小规格沙障。     

浑善达克沙地黄柳活沙障防风固沙效益的研究

通过研究浑善达克沙地流动沙地上黄柳活沙障的防风固沙效益,对设置3 a后的不同类型的活沙障进行测定和分析,得出如下结论:沙障设置3 a后,沙地趋于固定,障内植物种类明显增多;设置黄柳活沙障的区域内下垫面粗糙度显著增大,风速明显减弱,而且黄柳网格沙障降低风速的能力较带状沙障强,其顺序为:4 m×4 m黄柳网格沙障>6 m×6 m黄柳网格沙障>间距4 m的黄柳带状沙障>间距6 m的黄柳带状沙障﹥流沙;当旷野平均风速为7.86 m·s-1时,只有流沙和间距6 m的黄柳带状沙障起沙,其他几类活沙障内均不起沙。     

毛乌素沙区腹地提高飞播成效的技术措施研究

飞播治沙造林作为一项快速有效的现代化造林措施,已经成为鄂尔多斯毛乌素沙区腹地植被恢复与建设的重要手段。长期的飞播造林实践表明：①在飞播区,设置沙障是提高飞播成效的重要途径。设置平铺式间距4 m行列式沙障和直立式间距6 m行列式沙障,飞播物种成苗率较高,比对照（CK）区的成苗率高出36.5%~37.1%。②飞播种子包衣、丸化处理,均能促进成苗,包衣处理更有利于飞播植物生长。飞播种子包衣、丸化处理与裸种相比,成苗率分别提高了10.6%和13.72%。而且包衣种子播后15 d,其根长、根条数、地径和高生长比对照分别高出11.93 mm、0.9条、0.29 mm和3.24 mm。③不论是在何种立地条件下,经过地面处理的样方内的飞播种子成苗量明显高于对照区样方内的成苗量,其中,采取综合措施的破土处理效果最好,成苗量是对照区的6~8倍。     

生物基可降解聚乳酸(PLA)沙障对沙丘表层沉积物粒度特征的影响

以吉兰泰盐湖北部流沙区铺设8 a的不同规格聚乳酸（PLA）沙障内沉积物为研究对象,利用激光衍射技术分析了沙丘表层0~3 cm沉积物粒度组成,计算并分析平均粒径、标准偏差等粒度参数,探讨了影响障内沉积物相对粗细的关键组分,分析PLA沙障的防沙效益。结果表明：PLA沙障内沉积物以细沙、中沙、极细沙为主。中沙、极细沙、细沙是障内沉积物的关键组分。PLA沙障的阻滞作用使得中沙、粗沙含量百分比升高,细颗粒含量百分比降低,障内沙粒分选性逐渐变差,峰态偏离正态分布,向负偏方向发展,频率分布曲线分布范围变宽,累积频率曲线变缓,表层颗粒组成趋于粗化。1 m×1 m规格PLA沙障内均以积沙为主;沙丘迎风坡和背风坡的2 m×2 m、3 m×3 m沙障内均为积沙状态,丘顶则为风蚀状态。综合考虑沙障铺设成本和防护效果,得出研究区域内2 m×2 m规格PLA沙障整体防沙效益最佳。     

青藏铁路错那湖段沙害防治措施研究

通过分析青藏铁路错那湖段气候特征、地质地貌、植被、沙丘分布及特征的基础上,分析了该地段铁路沙害的类型与成因,并对近年来在青藏铁路错那湖段采用的固沙和阻沙工程防沙措施进行了评价。从工程性价比、风沙流成因和防护效果的综合角度出发,提出了采用尼龙网沙障、混凝土沙障、活动板挡沙栅栏、截沙沟等阻沙措施和卵（碎）石覆盖沙面、覆膜沙袋沙障等固沙措施以及植物措施相结合防沙措施的建议,这种防沙体系的结构配置对该地段铁路沙害防治具有重要的指导意义,对青藏高原其他地区的铁路、公路防沙也有一定的借鉴意义。     

半干旱区城镇周边防沙——以内蒙古乌审旗达布察克镇为例

中国半干旱区城镇众多,风沙灾害频发,开展城镇风沙灾害防治研究势在必行。以毛乌素沙地的乌审旗达布察克镇为例,对其周边沙尘源地和植被进行实地调查;在此基础上,结合单项植物、机械沙障防风原理的风洞模拟结果,提出各种沙尘源地亚类防沙治沙措施的合理配置。根据建立半干旱区城镇防沙工程体系的原则以及城镇周边不同下垫面的防沙治沙措施配置,达布察克镇防沙治沙模式可以概括为城镇周边的“三圈模式”。第一圈是以达布察克镇为核心的绿化景观带,这一圈层大致位于达布察克镇以外600~900 m宽度范围内。第二圈层为沙丘（地）封禁与农牧业生产区,包括两个次级圈层：设施农业次级圈层的宽度约为1 km;远郊沙丘（地）封禁与农牧户独立生产次级圈层的范围较大,这一次级圈层的显著特点是大面积用于生态环境建设和保护,小面积用于农牧业生产。第三圈层是沙丘（地）封禁保护圈。该圈层位于乌审旗的西北位置,圈层内主要包括流动、半流动沙丘链以及平坦流沙地,是达布察克镇上风向主要的沙尘源地,应按照防沙治沙原理对其进行封禁与保护。     

沥青乳液固沙试验

沙埋是沙漠铁路的重要病害形式之一。它是沙漠铁路在运营中造成缓行、停车甚至脱轨的重要原因。我们采用过多种防沙措施, 积累了许多经验, 如: 覆盖沙面、设置沙障、挖截沙沟、固沙造林等。在这些措施中, 以固沙造林效果最好, 具有长期效益, 是治沙的根本途径, 而其它措施只不过是临时性办法, 且要配合使用。     

两种形状镁水泥板沙障防风积沙效益的风洞试验

对一种镁水泥新型材料制作的沙障的防风固沙效益进行了风洞模拟试验,对蜂巢形与正方形的镁水泥板沙障的流场结构、输沙量和蚀积情况进行对比。结果表明：（1）正方形和蜂巢形镁水泥板沙障均形成减速区,蜂巢形沙障减速区范围更小,沙障上方形成加速射流,蜂巢形沙障内部更容易形成气旋。（2）最明显的减速发生在第1个障格内,第2个障格内风速降低幅度减弱,第3个障格内风速降低幅度增强,在第3个障格后,风速降低幅度继续增强,直至到达一定距离,风速降低幅度开始减弱,随着距离增加趋于稳定。随着风速增加,沙障的减速区域并无明显减少。（3）布设镁水泥板沙障后,蜂巢形沙障总输沙量减少率低于正方形,风速≥12 m·s-1时,沙面上方输沙量分布规律归纳为2个部分：低于沙障高度时,输沙量分布遵循指数衰减函数分布;高于沙障高度时,输沙量分布遵循高斯分布。（4）蜂巢形沙障障格内沙面较正方形更为平稳,结合野外观测和材料成本方面,蜂巢形镁水泥板沙障在防风固沙领域有广泛的应用前景。     

拦沙环工程抗风蚀性能研究

拦沙环治沙是一种新的治沙、防沙、抗风蚀技术。其利用风沙搬运功能, 将拦截到的沙子筑成拦沙大坝, 并且不断提升和拦截, 从而实现以沙治沙目的。通过在野外风沙环境风洞内, 对不同尺寸规格的拦沙环在不同风速条件下进行测试。并计算积沙量、观察和分析其拦沙效应、抗风蚀性能, 从而最终得出该技术可行性的结论。     

直压立式纱网沙障对近地表输沙量及风速的影响

评价直压立式纱网沙障对流动沙地的固沙效果是其应用的前提。采用阶梯式集沙仪和HOBO风速仪野外测定了纱网沙障的输沙量及风速变化。结果表明:与对照相比,设置纱网沙障后,0~10 cm或0~20 cm高度范围内,带宽2、3、4、5 m带状沙障输沙量分别降低91.4%或89.7%、97.0%或96.4%、98.1%或96.7%、85.9%或84.2%;而2 m×2 m、3 m×3 m、 4 m×4 m、5 m×5 m网格沙障输沙量分别降低92.1%或91.2%、70.4%或65.6%、65.3%或65.2%、39.9%或30.0%。与对照相比,10、30、50 cm高度,带宽2、3、4 m带状沙障平均降低风速分别为26.7%、17.3%、11.8%,2 m×2 m、3 m×3 m、4 m×4 m、5 m×5 m网格沙障平均降低风速分别为55.3%、30.4%、23.0%。综合考虑,设置带宽3~4 m带状或网格纱网沙障能够满足工程固沙减少风沙危害的需求。     

沙障对流沙地植被和土壤养分的影响

机械沙障是风沙防治的重要工程措施。以设置在腾格里沙漠东南缘的沙坡头和吊坡梁不同年份的高密度聚乙烯(HDPE)沙障和麦草沙障为研究对象,分析沙障对植被生长和土壤养分的影响。结果表明:2012年和2010年布设的HDPE沙障中植被的物种数大于同期草方格沙障中的物种数;两种沙障内植被的物种多样性指数较低,且随沙障布设时间增加而增高,同期布设的HDPE沙障比草方格沙障的多样性指数高。沙障使土壤pH值总体呈降低的趋势,草方格沙障内的土壤pH值低于HDPE沙障内的土壤pH值;沙障内表层土壤(0~5 cm)的全氮、有机碳、速效钾、速效磷含量高于裸沙表层,呈增加的趋势,两种沙障间的表层土壤养分含量差异不显著。