生物基可降解沙袋網格沙障治沙效應分析

中圖分類號：S775 文獻標識碼：A doi：10.13601/j.issn.1005—5215.2025.04.008

Analysis of Sand Control Effect of Bio-based Degradable Sandbag Grid Sand Barrier

Ren Yuyan1 ，He Jinjun1，Wu Le1，Han Yiliang1，Liu Kun2，Wang Faming1，Lu Lina2 （1.Ordos Forestry and Grassland Science Institute，Ordos O17ooo，China; 2.Ordos Forestry and Grassland Development Center，Ordos O17o1o，China）

AbstractInorder tounderstandthecomprehensive sand control benefitsof thenewsandcontrol materialbio-based de gradable fibersandbag sand barier，the underlying surface changes afterthe sand barrer was laid，the near-surface windproof effect，the vegetation restoration in the barier area and the layingcost were comprehensivelyanalyzed.The results showedas thefollowing four aspects.1）Thelayingofbio-based degradable fiber sandbag sand barriercould increase the roughness of the underlying surface. In the barrier areas with specifications of 1. 0m× 1. 0m，1. 5m× 1. 5m and 2 .0m×2.0m ，respectively，the surface roughness was negatively correlated with the size of the sand barrier，that was，with the increaseof thesizeof thesand barrer，thesurface roughness showedadownward trend.2）The layingof biobased degradable fibersandbag sandbarriercould efectivelyreducethenear-surface wind sped.Withtheincreaseof thesand barier specifications，the efectof reducing thesurface wind speed was weakened.The sandbarrier specifications with decreasing values from large to small were 1.0m×1.0m，1.5m×1.5m，2.0m×2.0m ，There was no significant difference between 1.0m×1.0m and 1.5m×1.5m ，while the difference between 2.0m×2.0m and 1. 0m× 1. 0m ， 1.5m×1.5m was significant.3） The laying of bio-based degradable fiber sandbag sand barier hada good role in promoting vegetation restoration.4）Thecostof bio-based degradablefibersandbag material was 2-3 times higher than thatof traditional Salix cheilophila，wheat straw，rice straw and other sand control materials，but the laying eficiency was 2-4 （20 times that of other materials，which could save labor costs by 40%-75% .Under the trend of decreasing material cost in the future andthe advantages oflight weight，nvironmental protectionand simple laying process，thenewsand controlma

terial hashighpromotionvalue.

Key wordsbio-based degradable fiber;sandbags;sand barrier;sand control effect;cost analysis

土地沙漠化是影響人類生存和發展的重大生態問題，荒漠化防治成為全球攻克的共同課題。我國是世界上荒漠化最為嚴重的國家之一，境內有八大沙漠四大沙地，據第六次全國荒漠化和沙化調查結果顯示，全國荒漠化土地面積257.37萬 km² ，占國土面積的 26.81% ；沙化土地面積168.78萬 km² ，占國土面積的 17.58% ，重度荒漠化和極重度荒漠化縮減，荒漠化和沙化土地面積整體持續減少，但仍然存在輕度荒漠化增加、部分區域沙化土地擴展的現象，甚至有局部反彈的趨勢，荒漠化防治任務仍然艱巨。沙障在荒漠化防治中一直占有重要的地位和作用，在流動沙地，既是固定流沙的主要措施，又是植物治沙的前提和條件[1-2]。傳統的沙障材料多為沙柳（Salix cheilophila）、沙蒿（Artemisia deserto-rum）和麥草等。對于遠沙大沙的治理，存在著運輸困難、材料短缺等問題，為此，農業大學防沙治沙科研創新團隊研制出了新型沙障材料一—生物基可降解纖維沙袋，該材料采用木薯、淀粉等生物質原料，經微生物發酵生成小分子乳酸后，再經縮聚、熔融紡成長絲，機織制成的一種新型高分子圓筒管狀織物（類似于袖筒的形狀），將加工好的圓筒織物制卷及分割包裝形成成品——生物基可降解纖維沙袋。該新型材料對紫外線耐受性強，但在微生物的作用下可以完全分解為水和二氧化碳，杜絕了化學治沙材料帶來的二次污染，其降解性優于合成纖維和纖維素纖維。其降解過程必須首先進行簡單水解降解，待水解進行到一定程度后，方可進一步在酶的催化作用下完成整個降解過程[3-5]，這與天然聚合物纖維直接酶促降解的方式完全不同，是很有開發前途的新型綠色環保材料。對此材料的研究和報道多集中在材料便捷環保的優勢、降解老化性能及其可降解性和對水分的影響等方面，對其全面治沙效應報道較少。本研究從沙障鋪設后的下墊面變化情況、近地表防風效果、設障區內植被恢復情況以及鋪設成本對比情況進行了全面的分析總結。

1研究區概況

研究區位于庫布其沙漠銀肯塔拉沙區，氣候特征為春季風大沙多，夏季炎熱短暫，冬季寒冷干燥，降水量為 240～360mm ，主要集中在7—9月，占全年降水量的 61% 左右，多年平均日照時數為3159.4h ，無霜期為 130～140 d，全年大風日數25～35d 。設障區域全部為流動沙地，天然植被以籽蒿（Artemisiasphaerocephala）、沙米（Agrio-phyllumsquarrosum）、沙鞭（Psammochloavillosa）為主，植被蓋度 1‰ 。

2研究方法

2.1 沙障鋪設

在沙丘底部、迎風坡下部、迎風坡中部分別鋪設規格為 1.0m×1.0m.1.5m×1.5m 和 2.0m× 2.0m 的沙障，選擇與設障沙丘走向、高度、坡度類似的沙丘作為對照。沙障鋪設當年雨季撒播先鋒植物種子。

2.2 指標測定與計算

2.2.1風速測定測定不同規格沙障內和對照沙丘相應部位的風速。風速測定采用NK5500風速儀，每一規格與對照同時分別測定距地面 15cm 和160cm 高度處的風速，共測定6個時段，上午、中午、下午分別2個時段，每時段測定時間 5min ，間隔 10s 。計算每時段內平均風速，作為該時段風速進行對比分析。

2.2.2粗糙度計算以風速按對數規律分布為依據，測定某一下墊面的任意兩高度 及其對應的風速 V₁，V₂ ，采用風沙物理學中的公式計算粗糙度

其中

式中： Z_?0 為粗糙度 （cm）;Z₁，Z₂ 分別為下墊面的任 意2個高度（ （cm） ： V₁，V₂ 分別為高度 對應的 風速 （m?s^-1） °

2.2.3植被指標調查設障區不同規格沙障內與對照區 1m×1m 樣方內撒播植物株數、株高，3次重復。

2.2.4效益指標計算每 667m² 試驗地沙障的材料費、人工鋪設費、機械鋪設費。

3結果與分析

3.1 沙障鋪設效果分析

3.1.1下墊面粗糙度情況下墊面粗糙度是衡量治沙防護效益重要的指標之一，在防沙治沙中采取的各種技術措施都是想通過改變下墊面粗糙度，控制風沙流向有利于環境的方向轉化[。本研究采用距地面 15cm 高度處和 160cm 高度處的風速計算不同規格沙障內和對照區的粗糙度，結果見圖1。由圖1可看出， 1.0m×1.0m，1.5m×1.5m， 2. 0m×2. 0m 規格的沙障區地表粗糙度均明顯高于對照區，隨著沙障規格的增大，地表粗糙度呈下降趨勢。

圖1不同規格設障區與對照地表粗糙度

3.1.2 近地表風速情況 圖2—圖4是不同規格

圖2同時段 沙障與對照近地表 15cm 處風速

圖4同時段 沙障與對照近地表 15cm 處風速

3.1.3植被恢復情況生物基可降解纖維沙袋沙障鋪設前，項目區屬于流動沙丘，沙面上幾乎沒有植被，鋪設當年雨季以 1：1 的比例撒播沙米、籽蒿種子，當年調查種子萌發出苗情況，結果見表1。在1. 0m×1. 0m，1. 5m×1. 5m，2. 0m×2. 0m 規格的沙障區內，沙米出苗情況優于籽蒿。第2年調查，3 種規格沙障內平均有沙米均為2株 ?m^-2 ，平均高度分別為 8、7、4cm ；有籽蒿分別為12、7、4株，平均高度分別為 24，46，36cm ，籽蒿保存情況較好，植被蓋度有所增加，促進植被恢復作用較為明顯。

表1沙米、籽蒿出苗生長情況

沙障內與對照區內近地表 15cm 高度處的風速。由此可知，在同時段內， 1. 0m×1. 0m，1. 5m× 1.5m?2.0m×2.0m 設障區域內與近似裸沙丘對比，近地表風速均有不同程度的降低，通過防風效能的計算， 1.0m×1.0m 沙障內地表風速降低值最大，其次是 1.5m×1.5m 的沙障， 2.0m×2.0m 沙障地表風速值降得最小，且與前2種規格沙障相比，有顯著的差異性（圖5）。從趨勢上看，隨著設障規格的增大，地表風速降低作用在減弱，到了一定的規格后，可能就沒有削弱風速的作用了，地表一部分沙物質會隨風帶走。說明，生物基可降解纖維沙袋沙障有降低近地表風速的作用，但在設障時根據蝕積需要，應選擇適宜的沙障規格。

圖3同時段 沙障與對照近地表 15cm 處風速

圖5不同沙障規格近地表風速降低情況

3.2 經濟成本分析

對庫布其沙漠、烏蘭布和沙漠和毛烏素沙地鋪設的生物基可降解纖維沙袋沙障成本與其他常用沙障類型鋪設成本進行了調查，結果見表2。從材料費上來看，生物基可降解纖維沙袋沙障最高，與傳統的沙柳、麥草、稻草等相比，是其 2～3 倍，隨著材料運輸距離的遠近會有輕微的波動；從人工費用看，生物基可降解纖維沙袋沙障較為占優勢，費用最低，與沙柳沙障相比，節約人工成本 75% ，與紗網沙障相比，節約人工成本 40% ，草方格沙障人工成本介于中間。近年來，防沙治沙走向機械化，隨之各種類型的沙障鋪設機械被研制應用，與人工鋪設相比，鋪設效率大有提高，雖然機械治沙還處于起步階段，但其鋪設效率已是人工鋪設效率的 3～10 倍。從鋪設成本上看，機械鋪設成本低于人工鋪設成本。

表2常用沙障類型每 鋪設成本

4討論

沙障設置旨在根據蝕積需要，在流動沙丘地表設置障蔽物改變下墊面粗糙度，進而控制風沙流方向、速度和結構等，達到防止風沙危害的目的，從而為植物成活和生長創造相對較好的環境。下墊面粗糙度不同，對氣流的阻力也不同，一般情況下，下墊面越粗糙，零風速出現的高度也就越高[2.6]。本研究設置了3種規格的沙障，通過測定，3種規格沙障內地表粗糙度與沙障規格呈負相關的關系，即地表粗糙度隨著沙障規格的增加而減小，這與袁立敏等[7]、朱泊年等[8的研究結果一致。沙障規格不同，其防風效果也不同。通過對近地表風速的測定，與裸沙丘相比，3種規格沙障均有降低風速的作用，這與王雨浩[9對麥草、聚乳酸（PLA）及其混合沙障防風固沙效益的研究結果相似。沙障設置改變了地表狀況，為植被在流沙上定植創造了相對有利的環境，雨季撒播沙生先鋒植物種子，通過當年和第2年的測定，沙米、籽蒿定居，且生長良好，與對照相比，植被蓋度明顯增加。設置沙障后，經過一段時間的蝕積變化，設障區形成穩定的凹曲面。同時，雨季設障區內沙丘迎風坡上層土壤含水量優于裸沙丘，為植被的成活生長創造了較優環境條件[7.10]，因此，沙障的設置對植被恢復有著積極的促進作用。

生物基可降解纖維沙袋是一種新型的治沙材料，技術處于起步階段，相較于沙柳、麥草等材料應用量較小，使得加工材料成本費較高，但障體材料輕便，單人負重可滿足全天作業，又因鋪設工藝簡單，就地取材，以沙治沙，提高了鋪設效率，降低了運輸成本和人工成本。同時，該材料環保，經過一定年限后可降解，具有較高的推廣應用價值。

機械化、智能化是未來治沙的一種趨勢，由于治沙環境復雜，立地條件差，受地形影響，防沙治沙現階段機械化程度相對較低，技術研發也處于起步階段，但相較于人工鋪設效率還是大有提高。進一步攻克惡劣環境下治沙裝備的靈活性、智能性等技術難題，治沙裝備必然會大面積廣泛應用。

5結論

1）生物基可降解纖維沙袋沙障鋪設可增加下墊面粗糙度，在 1.0m×1.0m，1.5m×1.5m. 2.0m×2.0m 規格的設障區，地表粗糙度與沙障規格呈負相關的關系，即隨著沙障規格的增大，地表粗糙度呈下降的趨勢。

2）生物基可降解纖維沙袋沙障鋪設可有效降低近地表風速，隨著設障規格的增大，地表風速降低作用在減弱，即地表風速降低值由大到小的沙障規格依次為 1. 0m×1. 0m 一 1.5m×1.5m，2.0m× 2.0m，1.0m×1.0m 和 1.5m×1.5m 之間無顯著差異， 2.0m×2.0m 與 1. 0m×1. 0m， 1. 5m× 1.5m 之間差異顯著。在設障時應根據蝕積需要，選擇適宜的沙障規格。

3）生物基可降解纖維沙袋沙障的鋪設，對植被恢復具有良好的促進作用。

4）生物基可降解纖維沙袋材料費相較于傳統的沙柳、麥草、稻草等材料高 2～3 倍，但鋪設效率是其2～4 倍，可節約人工成本 40%～75% ，在未來材料成本費下降趨勢下和自身質地輕便、環保、鋪設工藝簡單的優勢下，該新型材料具有較高的推廣價值。

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