低覆盖度治沙原理、技术与应用

1、低覆盖度治沙原理、技术与应用一、提名意见：我国防沙治沙取得了举世瞩目的成就，但仍存在着成本高、防护功能差、可持 续性低等问题。该项目历时10余年，首次发现覆盖度在15%-25%能够固定流沙的机 理，并总结形成了低覆盖度治沙理论，研发了一系列治沙的新技术与新模式，通过 集成、示范、推广，推动我国防沙治沙进入了一个乔灌草复层结构、多树种带状混 交的低覆盖度疏林疏灌的新阶段。低覆盖度治沙理论把有效固定沙地的覆盖度由过去的40%以上降低到15%-25%。 这一创新提高降水入渗量5%-10%，减少蒸发散15%-18%，提高生产量8%-20%，而且 通过结构优化，把人工固沙与自然修复有机结合，确保了防沙治

2、沙效果的稳定与持 续。低覆盖度治沙理论支撑修订了国家造林技术规程（GB/T 15776-2016），把干 旱区原有的1个密度表修订成为半干旱区、干旱区、极端干旱区3个密度表，造林 密度与成本分别降低40%-60%，30%-60%。低覆盖度治沙技术已成为“京津风沙源治 理工程”、“三北”防护林工程等生态建设的核心技术，并支撑启动了 “精准治沙工 程”。截至2014年，累计推广面积450万公顷，实现经济效益354.65亿元。该项目 发表论文110篇（SCI 20篇），出版专著4部，国家专利43项（含发明专利11项）， 制定（或修订）标准5项，获得内蒙古和甘肃科技进步一等奖各一项。经审查，项目材料真

3、实，符合申报国家科技进步奖要求。项目在公示期内无异 议。二、项目简介：荒漠化土地面积占我国国土总面积超过27%，每年造成的直接经济损失达600亿 元以上，为此，我国先后启动了 “三北防护林建设工程”、“京津风沙源治理工程” 两项最大的生态治理工程。但长期以来，固沙植被因密度过高、结构不合理而过早 地衰退死亡，严重制约了治理效果及经济的发展。为此，该项目联合7家单位，分 别在半干旱区、干旱区及极端干旱区等3类生物气候区布设试验区，历时10余年， 在示范推广的基础上，归纳形成低覆盖度治沙的理论及技术体系。主要科技创新：（1）开创了覆盖度在15%-25%能够有效固定流沙的新标准。“植被覆盖度大于40

4、%一直是防沙治沙的主要标准，低覆盖度治沙首先发现：当覆盖 度在30%以下时，疏林内“狭管”风速抬升现象是导致局部风蚀的主要原因，进而， 研究建立了一套制约“狭管”风速抬升的治沙技术，开创了低覆盖度且能够有效固 定流沙的新标准。（2）低覆盖度治沙有效解决了固沙林过早衰退死亡的难题。低覆 盖度治沙设计出了水分“主要利用带”、“渗漏补给带”，形成常规降雨年份的深层补 给贮蓄和极端干旱年份库存支出，确保林木安全渡过极端干旱年份，基本解决了人 工中幼龄林衰败死亡问题。（3）低覆盖度治沙把人工造林与自然（土壤、植被和微 生物）修复有机结合，加速了土壤和地带性植被的修复进程。低覆盖度治沙组合了 边行优势和界

5、面生态理论，设计出了林间自然植被和微生物修复带，把小气候改良 与生态修复有机结合起来，形成乔灌草垂直片层结构和多树种混交的复合固沙体系， 生态修复速度加快2-5倍，固沙植被的稳定性显著增强，确保人工植被向地带性植 被的稳定过渡。（4）创立了低覆盖度治沙的理论。提出了行带式、生物网格、复合 及行带式物理沙障等4大体系。构建了单行一带、两行一带、多行一带、网格配置、 复合配置固沙林以及行带式沙障和羽翼袋沙障共6种模式，并研制出了沙障铺设机。（5）低覆盖度治沙成果支撑修订了国家造林技术规程（GB/T 15776-2016）干旱 区部分。把干旱区的1个造林密度标准修订成为半干旱区、干旱区和极端干旱区3

6、 个造林密度表，造林密度降低40%-60%，同时，修订了验收标准。主要知识产权：建立试验示范区8个，发表论文110篇，其中SCI收录20篇 （单篇IFN9.787），出版著作4部，国家专利授权43项，修订国家标准1部，新建行业标准4项，获内蒙古科技进步一等奖（2013）和甘肃（2017）科技进步一等 奖共2项。主要技术指标：把有效固定沙地的覆盖度由过去的40%以上降低到15%-25%， 造林密度与成本分别降低40%-60%，30%-60%，提高降水入渗量5%-10%，减少蒸发散 15%-18%，提高生产量8%-20%。应用推广及效益情况：低覆盖度治沙引领了我国防沙治沙的发展，在内蒙古、 甘肃、

7、辽宁等地累计推广面积超过450万公顷，新增经济效益合计354.65亿元，已 经成为京津沙源治理和“三北”防护林建设工程的最重要的技术，支撑启动了 “精 准治沙工程”和筹备中的“低质林改造工程”。三、客观评价:科技项目鉴定评价（1）成果鉴定证书低覆盖度治沙的原理与技术（见其它附件3-1）:基本解 决了防沙治沙中的多年来中幼龄林衰败或死亡问题，对于推进干旱、半干旱区沙漠 化土地生态修复的稳定性提升具有重大意义；提出了行带阻风低覆盖度治沙的理论， 建立了灌、草、乔等合理配置的“行带式”荒漠化治理新模式；研究成果成为国 家造林技术规程早区部分修订（GB/T 15776-2016）的重要内容；该成果揭示

8、了荒 漠化地区生态用水、植被恢复密度与稳定性三者间的相互影响机理；建立了 15%-25% 低覆盖度能够固定流沙的新技术体系，基本解决了高覆盖度下植被难以持续稳定的 难题，丰富了荒漠化治理的生态学理论，具有创新性。研究成果达到同类研究国际 领先水平。（2）“不同气候区沙地生态林业体系构建及其原理研究”（内蒙古自治区学 术带头人计划）的验收意见（见其它附件4-3）:该项研究从格局变化的流体力学和 风沙物理学原理出发，通过野外实地观测分析和室内风洞模拟试验，明确了低覆盖 度随机分布的植被不能完全固定流沙的机理。该成果成为干旱半干旱区林业治沙工 程建设推广低密度（稀疏的）乔、灌、草复层结构、多树种行带

9、式配置模式提供了 重要的科技支撑。成果一经推广，将产生重大的生态、经济、社会效益。发现了以 行带式配置的乔灌木固沙林在覆盖度20%左右时就能固定流沙的新结论。科技查新中心查新报告“低覆盖度防沙治沙的原理与技术”查新报告（见其它附件7-1）:查新结果显 示，未见15%-25%盖度的固沙林可完全固定流沙并解释其固沙机理的报道；未见降 水渗漏与低覆盖度防风固沙林长期稳定性的报道；未见低覆盖度行带式造林促进生 态自然修复及其相关机理的研究；本查新项目具有新颖性。国内外同行的评价意见（1）中国工程院院士、北京林业大学教授尹伟伦：，低覆盖度治沙理论 包含了风沙物理学、水文学、可持续发展的理论与原理，是一种

10、创新性理论，打破 了固有的思维，在防沙治沙理论与技术研究方面取得了巨大的突破，开创了植被覆盖度（15%-25%）下实现防沙治沙目标的新领域，也将引领国内外防沙治沙研究进入 一个低覆盖度新领域。”“我建议，.，按照这个理论尽快开展低质林的抢救改造工程，这应该是讲好中国治沙故事最应亟待解决的问题。”（中华英才（2017-9-6），见其它附件 8-2）。（2）科技部部长万钢：加快科技成果推广应用与产业化发展。在沙区集中 推广应用低覆盖度防沙治沙等技术成果，建立一批科技推广项目示范点及标准化示 范区”（2017年7月29日，第六届库布其国际沙漠论坛在内蒙古自治区鄂尔多斯 市库布齐沙漠开幕式致辞，见其它

11、附件8-3）（3）国家林业局局长张建龙：这种技术模式创新了治沙造林理念，以 15%-25%的植被覆盖度不仅可以固定流沙，还能明显减缓干旱年份的水分胁迫，避免 沙区植被衰退或死亡，创造了混交林营造的条件，加快土壤和植被的修复速度，已 得到大面积推广，并取得明显成效，有力地促进了我国防沙治沙事业”（低覆盖 度治沙：原理、模式与效果序2,见必备附件1-3）（4）中国科协原副主席、中国治沙暨沙业学会名誉理事长刘恕教授：该植 物固沙方案显著降低了生态用水量和造林成本，减少中幼龄林衰败死亡，加快造林 后沙地土壤、植被、微生物的修复速度2-5倍，对我国相关地区的流沙治理工程具 有重大应用价值”（中国绿色时报

12、2015年11月27日，见其它附件8-1）（5）中国防治荒漠化高级专家顾问组成员、国家沙漠研究协会主席王涛研究员： “该项成果建立了一套低覆盖度治沙理论，在理论上具有重大创新。提出的治理技术和模式，将推进我国防沙治沙进入一个低覆盖度“乔灌草复层结构、多树种带状 混交”，显著提高治沙植被稳定性的新时代，将带来巨大的生态，经济和社会效 益”。（中国绿色时报2015年11月27日，见其它附件8-1）。生产建设部门的评价意见（1）国家林业局造林绿化管理司：新版国家造林技术规程（GB/T 15776-2016） 修订过程中，吸纳了 “低覆盖度治沙”研究成果，在治沙造林过程，减少了初植 种苗数量，降低了造

13、林成本，减少了生态用水量，保护并维持了土壤、植物及微生 物的发育；对旱区以水定林、科学造林和造林绿化可持续发展具有重要意义（见必备 附件2-1）。全国营造林标准化技术委员会：新版国家造林技术规程采纳了 “低 覆盖度治沙：原理、模式与效果”成果内容，降低造林成本30%-60%,降低林分生 态用水量20%-30%（见必备附件2-2）。（2）国家林业局西北华北东北防护林建设局：“三北工程精准治沙重点县”示 范项目按照低覆盖度治沙的理念，推进我国防沙治沙进入乔灌草复层机构，多 树种带状混交的低覆盖度治沙新时期（见必备附件2-3）。（3）内蒙古林业厅：在我区呼伦贝尔、通辽、赤峰、锡林郭勒盟、鄂尔多斯和

14、阿拉善等地的示范推广，证明该技术成功解决了中幼龄林因水分亏缺导致的过早衰 退死亡问题；甘肃省林业厅：低覆盖度防沙治沙技术能基本解决高覆盖度下植被难 以持续稳定的难题，对建立可持续的防风固沙林具有重大的意义，应用前景广阔； 辽宁省阜新市林业局：营造低密度乔灌混交林有利于降低生态耗水量，增加生物多 样性，形成比较稳定的植被。（见必备附件2-4 2-12）。四、推广应用情况：防沙治沙一直是国家生态建设的重中之重，国家启动的最大的两个生态建设工 程：“三北”防护林工程五期和“京津风沙源”治理工程二期正在进行中，总投资 近2千亿元。其主要目标就是沙漠化土地治理，控制沙尘暴的危害。低覆盖度治沙 已经成为“

15、三北”防护林五期和“京津风沙源”治理工程二期建设中最重要的技 术，支撑修订了国家造林技术规程（GB/T 15776-2016）旱区部分的多项重要指 标，市场应用前景广阔。来自内蒙古自治区林业厅、甘肃省林业厅、内蒙古赤峰市 林业局等9个省、市（盟）林业局提供的推广应用效益证明统计表明，已累计推广 450万公顷，经济效益合计为354.65亿元。目前，“三北”防护林五期和“京津风 沙源”治理二期工程已经启动，低覆盖度固沙体系已成为这类地区生态工程建设中 最核心的技术，市场前景巨大。五、主要知识产权证明目录：知 识 产 权类知识产权具体名称国家（地区）授权号授权日期证书编号权利人发明人发 明 专 利有

16、别效状态发 明 专 利低覆盖度固沙方法中国ZL200910241513.02012/03918536杨文斌杨文斌有效发 明 专 利土壤深层水量渗 漏测试记录仪中国ZL201110252184.72014/071434022杨文斌杨文斌有效专著低覆盖度治沙:原 理、模式与效果中国2016/1杨文斌 等发 明 专 利一种双工位网膜沙障铺设机中国ZL201410476816.12016/082203968唐进年唐进年有效专著干旱、半干旱区林 农（草）复合原理 及模式中国ISBN：97875038634312011.11杨文斌 等Deep soil water论文infiltration and it

17、s dynamic variation in the shifting sandy land of typicaldeserts in ChinaScienceChinaEarthSciences2014，57(8):1816-1824.YangW, etal.论CombatingLand Use2013,Wang文desertificationPolicy(31):F, etin China： Past, present and future311-313al.论文Is annualrecharge coefficient a valid concept in arid and semi-a

18、rid regions?Hydrol.EarthSyst.Sci.2017, 21:5031-5042.Cheng,Y, etal.论文低覆盖度行带式 固沙林对土壤及 植被的修复效应中国沙漠2017, 37(1): 1-5杨文斌，等论文低覆盖度行带式 固沙林对土壤及 植被的修复效应生态学报2013，33(10):31923204.姜丽娜，等六、主要完成人情况:姓名排名行政职务技术职称工作单位对本项目贡献杨文斌1中国治沙暨沙 业学会 副会长 兼秘书长研究 员中国林业科学 研究 院主要科技创新中所列第（1）、（2）、（4）、 （7）、（8）项科技创新做出创造性贡献。主持完 成“半干旱区低覆盖度行带

19、式固沙林促进带间植被 修复的机理研究”等三项课题。提出低覆盖度治沙 思路，负责项目研究目标和方案的制定，组织项目 实施，确定了低覆盖度行带式固沙林的覆盖度标准 （15%-25%能够固定流沙）。解释了低覆盖度固沙林 的水分利用优势。提出半干旱、干旱、极端干旱区 低覆盖度防风固沙林的密度与验收标准。修订国家 造林技术规程（旱区部分）。发表论文51篇，发明 专利2项，新型实用专利4项，完成专著4部。卢琦2所长研究 员中国林业科学 研究 院主要科技创新中所列第（1）、（4）、（8）项 科技创新做出创造性贡献。主持“十一五”国家科 技支撑计划重点项目“防沙治沙关键技术研究与试 验示范” （2006BAD

20、26B），协助完善低覆盖度防风 阻沙理论，协调项目的整体实施，发现了低覆盖度 固沙林促进带间修复的机理。发表主要论文25篇， 国家发明专利1项。丁 国 栋3无教授北京林业大学主要科技创新中所列第（1）、（2）、（7）项 科技创新做出创造性贡献。主持“基于空气动力学 流动阻力和绕流理论的植被防风蚀机理研究”，研 究了干旱区林分配置结构与风沙防护效果的耦合关 系，协助完善低覆盖度防风阻沙理论。指导建设完 成了甘肃省科学示范区，并开展研究、示范、推广。发表论文15篇，专利11项。主要科技创新中所列第（1）、（4）项科技创中国新做出创造性贡献。主负责对比研究了不同格局防贾书记、副研林业风固沙林的固沙效

21、益及机理，确定了半干旱区低覆志4所长究科学盖度防风固沙林的造林清员研究密度。负责在毛乌素沙地低覆盖度防风固沙林模式院的试验、示范、推广。3、发表论文24篇。内蒙主要科技创新中所列第（1）、（8）项科技创古自新做出创造性贡献。研究低覆盖度格局与防风固沙梁研治区效果，提出合理的带间距，发现了随机分布固沙林海5无究林业的“狭管”效应。负责通辽市低覆盖度防风固沙林荣员科学模式的试验、示范、推广。在国内外期刊上发表论研究文11篇院正赤峰主要科技创新中所列第（4）、（6）、（8）项高李党委书级市林科技创新做出创造性贡献。负责赤峰地区低覆盖度显6记、院长工业科防风固沙林模式的试验、示范、推广。协助完善赤玉程

22、学研峰杨、柠条等低覆盖度行带式固沙林的配置模式，究院提出合理的带间距。发表论文2篇。师主要科技创新中所列第（2）项科技创新做出创造性贡献。协助完善行带式配置下生态水文效应的中国副研究与机理的解释，确定了低覆盖度行带式固沙林党研林业能够形成明显的水分利用带和入渗补给带的分异特宏7无究科学征。负责低覆盖度行带式固沙林在辽宁阜新试验示忠员研究范推广，总结形成该区域低覆盖度行带式固沙林的院技术体系与模式。在国内外期刊发表论文8篇，国家发明专利1项。唐8无研甘肃主要科技创新中所列的（4）、（5）、（6）创进究省治新点做出了创造性贡献。负责细化干旱区、半干旱年员沙研区工程治沙技术研究，提出了该类型地区行带

23、式羽究所翼带沙障铺设技术标准。负责干旱、半干旱区营造低覆盖度防风固沙林水分利用研究，提出该类型区低覆盖度防风固沙林营建的密度标准。建立试验示范区，协助开展科学研究。在国内外学术刊物上发表项目相关论文5篇，专利6项。主要科技创新中所列第（3）、（4）项科技创中国副新做出创造性贡献。研究了低覆盖度行带式林带林李研林业草界面效益，协助完善行带式配置模式促进土壤、永9无究科学植被修复的研究，负责极端干旱区低覆盖度防风固华员研究沙林模式的试验、示范、推广。在国内外期刊发表院论文6篇，专利1项。主要科技创新中所列第（4）、（6 ）项科技创山东新做出创造性贡献。完善低覆盖度治沙理论，协调董10无教农业低覆盖

24、度防沙固沙技术模式在各地的推广应用。提智授大学出半干旱区低覆盖度防风固沙林造林密度。在国内外期刊发表论文10篇，专利6项。七、主要完成单位及其贡献:排名单位名称项目贡献中国林业科学研究院中国林业科学研究院是项目主持单位，项目技术路线的设计、 试验方案的编制及项目实施的组织者。本单位对该项目的（1）、（2）、（3）、（4）、（6）、（8） 创新点做出了创造性贡献。1、提出低覆盖度治沙思路，总体设计了项目完成技术路线与 方案，全面组织开展了项目研究与实施。2、依据风沙物理学原理，研究了不同格局防风固沙林风沙流 的特征，发现了低覆盖度防风固沙林抑制“狭管”风速流场效应的优势。提出了行带阻风低覆盖度治

25、沙模式，开拓了植被盖度15%-25% 能够固定流沙的新领域。提出了低覆盖度行带式固沙林水分渗、贮、 供的利用结构模式，解决了原有高密度林中幼龄林分过早衰败死亡 的问题，发现了低覆盖度固沙林促进带间修复的机理。3、确定了半干旱区、干旱区、极端干旱区低覆盖度防风固沙 林的造林密度。总结形成不同生物气候区的低覆盖度行带式固沙林 的技术体系与模式。提出不同区域低覆盖度防风固沙造林的密度标 准。修订国家造林技术规程（旱区部分）。负责各地低覆盖度风固 沙林模式的试验、示范、推广。组织建立试验示范区320公顷，指 导各地推广应用450万公顷。4、在国内外相关学术期刊上发表论文79篇，出版专著4篇，国 家发明

26、专利2项，新型实用专利4项。z内蒙古自治区林业科学研究院本单位对该项目的（1）、（3）创新点做出了创造性贡献。1、研究低覆盖度格局与防风固沙效果，提出合理的带间距， 发现了随机分布固沙林的“狭管”效应。2、负责通辽市低覆盖度 防风固沙林模式的试验、示范、推广。协助项目组在内蒙古自治区 建立试验示范区，并协助开展研究。指导低覆盖度防沙治沙体系在 内蒙古自治区的推广。3、在国内外相关学术发表论文30篇。3北京林业 大学主要科技创新中所列第（1）、（2）、（7）项科技创新 做出创造性贡献。1、研究了干旱区林分配置结构与风沙防护效果的耦合关系， 协助完善低覆盖度防风阻沙理论。2、协助建设完成了科学示范

27、区，帮助完善了理论与实践研究。 指导低覆盖度行带式固沙体系在甘肃省的推广工作，面积66.67万 公顷。3、在国内外相关学术期刊上发表论文15篇，专利11项。4甘肃省治沙研究所本单位对该项目的（5）、（6）、（7）创新点做出了创造性 贡献。1、研发了行带式沙障及铺设机，完善了低覆盖度治沙模式， 细化了干旱区、半干旱区适宜的防风固沙造林密度，为干旱、半干 旱区防风固沙造林提供了理论依据。2、建立试验示范区，协助开展科学研究。3、在国内外学术刊物上发表项目相关论文5篇，申请专利6项。5赤峰市林业科学研究院本单位对该项目的（4）、（6）创新点做出了创造性贡献。1、协助完善赤峰杨、柠条等低覆盖度行带式固

28、沙林的配置模 式，提出合理的带间距。2、负责赤峰地区低覆盖度防风固沙林模式的试验、示范、推 广。结合京津沙源工程、退耕还林等多项林业治沙工程，先后在赤 峰市大面积的推广了低覆盖度行带式固沙林、低覆盖度生态林业模 式。到2014年，累计推广面积超过91.3万公顷，降低造林成本 44%-56%，累计新增经济效益1.8-3.7亿元。在提高沙漠治理效果、 遏制土地沙漠化速度和增加植被的稳定性方面也产生了巨大的生 态效益和社会效益，为赤峰地区的生态稳定和可持续发展起到了重 要的科技支撑。3、在国内外相关学术期刊上发表论文2篇。6天津绿茵景观生态建设股份有限公司本单位对该项目的（4）、（6）创新点做出了创

29、造性贡献。1、在中国林科院荒漠所项目组的指导下，为低覆盖度防沙 治沙的原理与技术的研究提供了专利技术支持，提高了造林效率， 为该模式的完善与推广做出了较大的贡献。2、完成发明专利12项。7内蒙古圣牧高科牧业有限公司本单位对该项目的（4）、（6）创新点做出了创造性贡献。1、总结形成阿拉善、库布齐沙漠低覆盖度行带式固沙林的技 术体系与模式。协助完善干旱、半干旱区适宜的防风固沙造林密度。2、协助项目组在阿拉善左旗、库布齐沙漠建立试验示范区。推广了低覆盖度防沙治沙体系。八、完成人合作关系说明与卢琦合作，依托国家科技支撑计划，在防沙治沙技术与模式、干旱区造林等 方面长期开展合作研究，协调项目的整体实施，协助完善低覆盖度防风阻沙理论， 发现了低覆盖度固沙林促进带间修复的机理，提出极端干旱区低覆盖