| 成果简介： |
①课题来源与背景：“沙地水分与风沙运动监测系统与装置研发(2018YFC0507102-05)”专题属于十三五国家重点研发计划“典型脆弱生态修复与保护研究”专项的“基于低覆盖度理论的防沙治沙新材料、新装备、新技术研发（2018YFC0507100）”项目第二课题“基于低覆盖理论的固沙新材料机械化铺设装置与装备研发（2018YFC0507102）”的第5专题。专题执行期限为2018年7月至2021年06月，总经费30万元。
②技术原理与性能指标：针对土壤水观测不连续，集沙仪采样周期短、自动化程度低等研究现状，以风沙活动观测场和风洞为试验平台研发新型沙尘运动监测仪器。集成研发土壤水分与风沙活动同步监测系统，旨在评价人工植被的稳定性，揭示沙害发生机理，为低覆盖人工植被建设提供科学依据。(1)基于氢氧稳定同位素技术阐明了人工梭梭季节水分利用策略。IsoSource模型表明人工梭梭春季对120－200cm深层土壤水分利用比例为45.15%、60－120cm中层土壤水分的利用比例为20.6%、20－60cm浅层土壤水分的利用比例为20.1%；夏季对0－20cm表层、60－120cm中层、120－200cm深层土壤水分的利用比例分别为32.5%、24.75%、22.1%；秋季主要对0－20cm表层、120－200cm深层土壤水分利用较多，利用比例分别为44.4%、48.75%。(2)研发一种多功能自动化集沙仪1套，可同步连续自动观测地表2cm、4cm、6cm、8cm、10cm，20cm、30cm、40cm、50cm共9个高度的沙尘通量和风速风向，野外集沙效率为35.55%。(3)植被粗糙元在控制风沙流输移的过程中发挥着重要的作用。风洞模拟试验表明，随着人工梭梭林密度的增大，风蚀率呈二次函数的速率降低。相同密度条件下，不同配置模式人工梭梭林的风蚀率也不同。40株/亩随机分布、80株/亩两行一带、110株一行一带人工梭梭林对风沙活动的防护效益最高。(4)2种沙障内部方格砂粒含量在西方位比其余方位多18%～23%，表明在西方位为弱风蚀或强堆积。土工编织袋沙障方格中东和南方位砂粒含量比其余方位少8%~26%，即东方和南方位为风蚀区。土工编织袋沙障中部砂粒含量沿主风向逐渐提高，表示沙障内砂粒沉积增多；而纤维网沙障方格中变化不明显。在纤维网沙障区砂粒组分沿主风向逐渐减少，粒度组分与自然沙丘状态差异不显著（P＜0.05），指示其沙障阻沙作用较弱。土工编织袋沙障砂粒组分集中在中南部，且跃移质组分分选性中部相比南北部较差，表明其砂粒组分在沙障内主风向下风区沉积较多。处于中线两侧纤维网沙障西侧比土工编织袋沙障东侧细砂和中砂含量高24%以上，而粗砂和极粗砂含量低近43%。(5)大气凝结水收集装置日均产量为165.68ml，变异系数为60.45%，最大值为528.75ml。月均凝结水产量为4982.7ml，变异系数为60.45%。9月份产量最大为6829.75ml，4月产量最小值为1766.38ml。Pearson相关分析表明，大气水汽收集装置的凝结水产量与水汽压、相对湿度、气温、日照时数极显著正相关，与风速、风向极显著负相关。(6)基于三维激光扫描仪，研究发现土工编织袋沙障和纤维网沙障两种沙障区蚀积深度、风蚀量和风蚀表面积均呈沿主风向逐渐增大的趋势。沙丘中线迎风侧土工编织袋沙障侵蚀深度、侵蚀量和侵蚀面表面积都比纤维网沙障大，其中侵蚀深度比后者深20%~40%，侵蚀量高于后者45%~70%。
④创见与创新：(1)不同深度土壤水分是人工梭梭重要的季节水分来源，建议日常抚育采取人工辅助降水入渗等方法维持林地土壤水分平衡。(2)一种多功能自动化集沙仪解决了内外部气流不等性、以及风速与沙尘数据不同步的问题，提高了沙尘运动观测的准确性和连续性。(3)粒度参数分析表明土工编织袋沙障内截留砂粒作用强于纤维网沙障。蚀积量分析表明，土工编织袋沙障区的侵蚀深度大于纤维网沙障区，同时后者破损率大大低于前者。整体上，纤维网阻沙效果优于土工编织袋。(4)研发一种基于太阳能的干旱荒漠区轻便组合式空气凝结水收集器。
⑤技术的成熟程度，适用范围和安全性
该项目研发的“一种多功能自动化集沙仪”、“一种基于太阳能的干旱荒漠区轻便组合式空气凝结水收集器”、“一种风沙环境风洞可移动半自动多功能坐标架”共3种防沙治沙科研观测相关装置具有坚实的实践基础，技术成熟度较高，安全可靠。
⑥应用情况及存在的问题：
项目阐明了典型防风固沙树种人工梭梭的水分来源与季节变化，提出了人工梭梭合理配置模式，量化了不同沙障材料的防风固沙效果，研发了多功能自动化集沙仪和大气凝结水收集装置，为退化人工固沙林生态系统的科学修复提供了理论依据，相关装备已在治沙科研实践中广泛推广应用。
⑦成果简介：
项目综合运用氢氧稳定同位素、风洞模拟及三维激光扫描仪等技术方法，研发的自动化多功能集沙仪可同步测量沙尘通量和风速风向数据，提高了沙尘观测数据的时效性和精确性。氢氧稳定同位素技术表明，人工梭梭随季节变化选择性利用不同深度土壤水分，为低覆盖度人工固沙植被建设与管理提供了理论依据。蚀积量计算分析表明纤维网沙障材料阻沙效果优于土工编制袋。风洞模拟试验表明，40株/亩随机分布、80株/亩两行一带、110株一行一带人工梭梭林对风沙活动的防护效益最高。大气凝结水的收集与观测研究成果为干旱荒漠区生态恢复开辟了新的水源。 |
