2019 年度国家科学技术奖拟提名科技进步奖项目公示表 项目名称 石羊河流域绿洲边缘生态防护体系建设与效能研究 提名意见 绿洲边缘 是荒漠生态系统与绿洲生态系统的交汇区 ， 是 绿洲 最重要的安全屏障 。石羊河流域是河西走廊三大内陆河流域之一， 在西北乃至全国的生态安全建设中具有重要的作用， 然而 由于对 区域 水土资源的过度开发利用导致绿洲边缘防护体系出现严重衰败，流域绿洲的生存和安全面临严峻考验。 为 了阐明 石羊河流域绿洲边缘生态防护体系 退化过程， 并 提出 与之对应的恢复重建模式，分析其生态效能 ， 该 项目完成单位实施了多项科技支撑、自然基金和省部级项目，在理论 和措施 研究 、 材料和 技术研发、治理 和恢复 模式等方面取得了一批突破性的成果 分析了荒漠绿洲边缘生态防护体系的退化特征、植被退化与主要生态因子间的互馈机制，提出了持续农业系统治沙和旱路治沙的理念；研发多项新型 固沙材料并筛选出了优质抗旱植物品种；总结提出石羊河下游防风固沙体系建设、干旱荒漠绿洲区农田防护林更新改造、“四带一体”防风固沙治理等优化模式；在沙漠、绿洲边缘和绿洲建立气象、水文和沙尘监测系统，揭示了绿洲边缘防护体系演变过程及其驱动机制，量化了绿洲边缘防护体系在调节小气候、减少风蚀、阻滞沙尘和改善土壤结构方面的生态效能。依托技术研究成果， 该 项目累计完成示范推广 5.7 万公顷，近三年 新增销售额 16450.36 万元 ， 新增利润 3412.08 万元 。 实现了流域绿洲防护体系恢复重建并取得了良好的生态、经济与社会效益。 项目发表论文 75 篇，取得授权专利 22 项，获得省级科技进步奖 7 项，培养硕博士 15 名，取得多项具有实用性、先进性和前瞻性技术成果。 提名该项目参评 2019 年度国家科技进步奖二等 。 项目简介 针对这一重大环境问题，并紧密围绕石羊河中下游区域经济生态协调发展和产业富民的科技需求，甘肃省治沙研究所联合其他单位先后开展了生态防护体系现状调查、绿洲边缘退化植被恢复与重建、防风治沙新材料与新技术研发、绿洲农田防护林改造、绿洲防护体系减灾效能监测等研究与示范推广，其成果在维持河西绿洲区人们的正常生产生活、促进区域生态经济可持续发展、维护我国西北地区生态安全等方面起到了重要的生态效益和示范带动作用。 1、 绿洲边缘生态防护体系现状分析与理论提出 基于近 60 年的气象、土壤、植被和水文等生态定位监测资料，分析了石羊河流域绿洲边缘生态防护体系组成、分布与退化现状，掌握了绿洲边缘生态防护体系退化演变过程，阐明了生态防护体系退化过程与关键生态因子间的响应特征和互馈作用，提出了“农业系统治沙”和“旱路治沙”理念。 2、 绿洲边缘退化固沙林恢复模式构建 针对地下水位下降引起的绿洲边缘防风固沙林大规模退化，开展绿洲边缘固沙林修复重建，提出以绿洲为核心，边缘地带建群植物正常生长为目标，采用多种手段实现防风固沙的生态功能，构建了石羊河下游防风固沙体系雨养恢复 模式和石羊河中游近自然植被快速恢复技术模式。 3、 防沙治沙新材料研发、引进与示范推广 针对麦草材料不足、寿命短等不足，研发出仿真固沙灌木、 草基高立式向日葵秸秆 等固沙措施 ，引进新型塑料沙障、土工布沙障、网笼沙障和生态垫等；筛选出沙生柽柳、生态型梭梭和红砂等固沙植物 16 种，为绿洲防护体系建设提供了新 材料，防风固沙示范 建设 与推广面积达 4.2 万公顷。 4、 绿洲边缘重点风沙危害综合治理 选择典型区域的重点风沙危害区，并基于绿洲边缘重点风沙危害区危害方式，提出了“四带一体”综合防风治沙模式，在风沙口建立了综合治沙示范区 5200公顷，有效遏止了项目区沙进人退的沙漠化趋势，生态环境得到有效改善 。 5、 绿洲边缘防护体系效能研究 基于长期生态定位观测，研究了绿洲防护体系对各类生态因素的作用，地下水变化对植被、土壤形成过程影响等；利用民勤绿洲边缘防护带上所建的近地面沙尘暴观测系统，监测近地面风沙流结构和时空变化特征，定量研究防护林体系对风沙流的消减效能，为绿洲荒漠区生态恢复建设提供科 技支撑。 该 项目获得省部级科技奖励 7 项，发表论文 75 篇，取得授权专利 22 项，建成生态防护体系恢复重建技术示范推广面积累计 5.7 万公顷， 获得经济效益 7594 万元，促进了流域绿洲防护体系恢复重建，取得了显著的生态、经济与社会效益。 客观评价 研究掌握了荒漠植被近 60 年的变迁，揭示了民勤绿洲边缘荒漠植被种类和类型减少、植被退化趋势；确定了民勤生态治理中地下水位恢复的临界范围（ 7-11m）；民勤植被退化的驱动因素主要是人口增加、社会经济发展、造成水资源严重超采所致 ， 社会和经济因素是石羊河流域生态系统退化的动力。 应用恢复生态学的理论和自然资源持续利用的观点，研究了民勤绿洲边缘退化植被恢复与重建的理论和技术措施，找出了民勤生态环境建设中存在的问题，提出了绿洲边缘退化植被恢复与重建的思路和方法。通过在梭梭林地内进行雨水集流、平茬、地表结皮破坏和人工模拟天然降水等试验，提出在干旱荒漠区绿洲边缘应适度建造人工植被，封育是退化植被恢复的主要途径之一。在干旱荒漠区，沙丘不宜完全固定，半固定沙丘有利于保存沙丘水分和植物的自然更新，采用雨水集流措施能显著改善沙丘土壤水分条件， 促进退化植被的恢复，破坏沙丘结皮对退化植被的恢复具有积极意义。 首次建立了由 “ 前沿防风阻沙林带 → 固沙林带 → 植物活体沙障阻沙带 → 封沙育林育草带 ” 组成的 “ 四带一体 ” 绿洲边缘防风固沙治理模式，该模式对有效遏止风沙危害具有显著作用，具有创新性；首次引进并筛选出两种新型化学固沙剂即美国 3D 乳胶剂和澳大利亚 ZEROSIN 固沙剂，提出了固沙剂与灌木种子混合喷洒的沙区植被快速恢复技术，对沙化土地治理具有重要的应用价值。 系统研究并提出了石羊河中下游不同区域退化植被的恢复、重建技术体系；首次将沙障应用到绿洲边 缘退化植被的恢复、重建中，促进了退化植被恢复正常生长，实现了防风固沙的目标；总结提出了退化人工植被 机械沙障 人工撒播，草方格 塑料网格 粘土沙障等恢复技术措施；采用人工植被恢复措施后，流动沙丘植被的恢复过程可划分为初始阶段、先锋阶段、发展阶段和相对稳定阶段。 针对不同地区沙区自然条件特点和沙区治理中存在的问题，建立了不同类型沙区综合治理的模式，通过单项技术的引进、组装等关键技术解决了模式建立中的植物种选择与搭配；通过人工平茬、适度破碎土壤结皮和模拟人工降水等措施，初步解决了雨养植被 灌丛退化问题；研究并提出了引黄灌溉沙区、绿洲边缘退化沙区荒漠化土地综合治理的模式和具体评价指标，经过对 17 项技术性能指标中的 11 项随机抽样复查和测算考评， 98的指标达到良好的性能值，评价指标体系可靠，方法正确，特别是灌草覆盖度、防护林风速减弱和输沙率降低、土壤有机质增加、作物产量与经济效益提高的效果十分显著。 研发 仿真固沙灌木、 草基高立式向日葵秸秆 沙障 等 4 种新沙障；引进塑料沙障、土工布沙障及生态垫 16 种，化学固沙剂 5 种；引种保存沙旱生植物 114 种，通过对比研究其生态适应性、抗旱生理等，筛选出优良防风固沙植物 18种，丰富了我国西部防风治沙工程的选择材料。 量化 林业生态工程对沙尘暴的防护功能及防灾减灾效能民勤绿洲防护带可减少 72％左右沙尘量，绿洲边缘 10km宽防护带可降低风速 72、增加空气湿度 35、降低温度 9，增加降雨量 22；在土壤形成中，土壤微生物、土壤理化性状都发生重大变化，风沙土形成，土壤过程加快，为研究绿洲防护体系对风沙流的削减效能和荒漠区林业生态工程建设提供强有力科技支撑；建立了绿洲边缘生态防护体系近地面 0-50 米空间内 沙尘通量、浓度、降尘量、风速、气象要素等数据观测评价体系，填补了国内近地面沙尘观测研究空白。自主研发 “ 风沙流流量监测仪 ” 、 “ 沙尘暴沙尘气溶胶浓度实时监测仪 ” 、 “ 筛分式粘土固沙种草机 ” 等，构建我国首套沙漠 绿洲 农田近地面 0-50m 沙尘通量监测塔，使沙尘监测规范化、标准化。 主要完成单位 序号 单位名称 创新推广贡献 1 甘肃省治沙研究所 1）系统研究和掌握了石羊河流域生态环境问题和风沙危害现状，分析研究引发生态环境退化的原因及发展趋势； 2）进行新植物治沙材料筛选及试验研究，开展实用新型机械沙障、仿真固沙植物研发及各类型沙障与植物固沙技术组装配套研究； 3） 开展以绿洲为核心的内陆河流域绿洲边缘防风固沙和退化植被恢复技术、模式研究。 与项目参加单位及相关推广部门沟通、协调，促进相关技术推广工作。在承担单位积极推广下，本项目在石羊河流域进行了新型沙障配置，绿洲防风固沙体系、沙区综合治理模式推广和示范，示范推广累积 5.7 万公顷。 2 中国林业科学研究院 1）在石羊河风沙危害区域，选择典型的防风固沙植被梭梭、柽柳等，系统研究了沙区水分利用效率，从生理特征阐述了沙生植被的特征机理，弄清了水分循环机理，为沙区的植物选育提供了科学理论支撑； 2）开展沙漠 -绿洲边缘防风固沙林的气候与碳通量特征研究，运用多种生态模型和手段构建干旱区绿洲边缘防风固沙林带生态功能评价体系。 3）开展绿洲边缘生态防护体系恢复重建技术研究和技术培训等工作。通过技术引进和集成创新，筛选防风固沙优良组装模式 2 套，在民勤青土湖、西渠等典型风沙危害区建立示范区 1000 公顷。 推广应用情况 该 项目针对石羊河流域绿洲边缘生态防护体系衰退现状，通过不同类型区生态防护体系建设模式的集成示范，为石羊河流域综合治理提出可行的途径，项目成果已普遍推广应用。 2011 年，项目提出了民勤退化人工梭梭林恢复技术、退化荒漠白刺恢复技术及绿洲边缘防风固沙林建设新模式 ， 累计在民勤县薛百、泉山等乡镇推广应用面积达 2400 公顷 ，保护农田 2100 公顷。 2012 年，项目在古浪生态移民重点风沙危害区 建植“ 四带一体 ” 的防沙阻沙防护林体系 推广 8000公顷 ，有效地遏制了严重的风沙危害，保护了绿洲的生态安全。 2014 年 ，通过防沙治沙新材 料 研发、引进与技术集成，在民勤、古浪 固沙 造林面积 1750 公顷 ，累积推广 2 万公顷。 2015 年，在民勤青土湖、武威西沙窝等风沙地区构建防护林体系，推广中草药沙产业技术，推广面积达 1.6 万公顷。 项目技术成果已在有沙害的绿洲地区、塔克拉玛干沙漠边缘、准格尔盆地、柴达木盆地及甘肃河西走廊等地大面积推广应用。 主要知识产权目录 1 沙石质建筑垃圾砾石固沙结构及其制作方法 ， ZL201410585168.3， 2015. 2 筛分式粘土固沙种草机 ， ZL201410501193.9, 2015. 3 多风向风沙流流量实时监测仪 ， ZL201310558375.5, 2014. 4 双向沙尘垂直通量采集仪 ， ZL201310598900.6, 2014. 5 倾斜式路基导沙墙 ,ZL201510426051.5, 2015. 6 一种禾本科牧草沙生针茅种子萌发及育苗的方法 , ZL201410260375.1, 2016. 7 一种新型沙丘深层土壤种子库取样器 , ZL201621441574.3, 2017. 8 仿真固沙植物 ， ZL200720032058.X, 2008. 9 一种新型沙丘土壤种子库取样器 ， ZL201320797030.0, 2014. 10 草基高立式向日葵秸秆沙障 ， ZL201420364669.4, 2014. 主要完成人情况表 序号 姓名 国籍 职称 /职务 工作单位 完成单位 参加项目起止时间 主要贡献 1 徐先英 中国 研究员 /所 长 甘肃省治沙研究所 甘肃省治沙研究所 2005年 1月 至 2015 年12 月 项目第一主持人，承担项目选题及总体方案设计，组织具体研究，参与项目全过程实施。（ 1）研究建立了 “ 四带一体 ” 绿洲边缘防风固沙治理模式；（ 2）提出民勤绿洲防护体系构建模式与对策，引进沙障新材料；（ 3）完成沙生植物新品种引进、试验和选育工作，（ 4）进行示范区建设和技术推广工作。 2 马全林 中国 研究员 甘肃省治沙研究所 甘肃省治沙研究所 2005年 1月 至 2015 年12 月 （ 1）负责开展治沙技术与固沙植被恢复技术研究，阐明了沙化土地生态恢复的演变过程、规律驱动机制（ 2）发明了仿真固沙植物，提出了退化梭梭林恢复技术、绿洲边缘生态防护体系的灌溉与免灌建设模式（ 3）筛选出固沙造林植物优良材料沙蒿与油蒿灌丛（ 4）参与开展了技术示范与推广，建立示范区 5000 亩，推广技术成果 2 万多亩。 3 杨自辉 中国 研究员 甘肃省治沙研究所 甘肃省治沙研究所 2005年 1月 至 2015 年12 月 （ 1）界定了石羊河流域民勤荒漠植被的生态地下水位临界值范围，阐明了民勤荒漠植被近 50 年的演替规律；（ 2）在绿洲边缘较大尺度（ 10km）防护带上开展长期生态系统变化观测研究，定量诠释林业生态工程对沙尘暴的防护功能及防灾减灾效能；（ 3）建立了民勤沙区 50 多年来气候变化特征数据库及绿洲 10km 防护带近地面沙尘样品库。 4 詹科杰 中国 研究员 甘肃省治沙研究所 甘肃省治沙研究所 2005年 1月 至 2015 年12 月 （ 1）参与了近地面 0-50m 沙尘观测系统的建设及相关仪器的研发工作；（ 2）参与完成了不同下垫面风速、沙尘水平通量野外观测及样品采集，及数据整理分析；（ 3）参与了绿洲防护体系生态效能的研究，完成了防风阻沙（尘）效能的定量评估。 5 褚建民 中国 副研究员/主任 中国林业科学研究院 中国林业科学研究院 2007年 7月 至 2015 年12 月 （ 1开展了梭梭、白刺、沙拐枣的水分利用研究， 从生理特征阐述了梭梭适应沙漠化的特征机理， 阐明了群落植被水分利用格局，为沙区植被恢复提供了科学理论基础；（ 2 开展沙漠 -绿洲边缘梭梭防护林的碳水通量特征研究，运用多种生态模型和手段构建沙漠 -绿洲边缘防风固沙梭梭带的生态功能评价体系。 6 纪永福 中国 研究员 /副站长 甘肃省治沙研究所 甘肃省治沙研究所 2005年 1月 至 2015 年12 月 （ 1）对民勤人工梭梭林退化的现状进行了调查研究，提出了退化梭梭矮化恢复的技术；（ 2）建立了绿洲边缘雨养型退化梭梭群落恢复体系技术模式，提出了 “ 沙障＋退化梭梭矮化复壮＋撒播小灌木 ” 模式；（ 3）参与在民勤建立示范区 1200 公顷和技术推广工作。 7 王理德 中国 研究员 甘肃省治沙研究所 甘肃省治沙研究所 2005年 1月 至 2015 年12 月 （ 1）参加完成了“防风阻沙林带→固沙林带→植物活体沙障阻沙带→封沙育林育草带”组成的“四带一体”的防风固沙治理模式；（ 2）参与在民勤的薛百、泉山、西渠等沙害严重乡镇进行了各类机械沙障配置示范研究；（ 3）参与沙产业示范区的建设工作。 8 张剑挥 中国 助理研究员 甘肃省治沙研究所 甘肃省治沙研究所 20012 年 1月 至 2015年 12 月 （ 1）参与绿洲边缘生态防护体系对沙尘暴、风沙流削减效能的研究；（ 2）参与对绿洲防护林带生态效能的监测和长期定位观测研究工作。 9 孙涛 中国 副 研究员 甘肃省治沙研究所 甘肃省治沙研究所 2008年 1月 至 2015 年12 月 （ 1）参与研发了栅栏式棉杆沙障、集束型可移动棉杆沙障，成功研制出第一代仿真固沙灌木，并改进形成了第二代、第三代产品，并将新材料成功推广应用到沙区；（ 2）开展了绿洲边缘风沙危害区不同沙障相互组装、配置研究；（ 3）参与在青土湖、西渠等建立 雨养梭梭林结构优化保育技术集成示范区 200 公顷，参与防风固沙新材料新技术创新模式示范区的建设，并进行了技术推广。 10 张锦春 中国 研究员 甘肃省治沙研究所 甘肃省治沙研究所 2005年 1月 至 2015 年12 月 （ 1）参与了针阔混交建带、经济树种布网的农田防护林建设模式，示范推广樟子松防护林带、枣树防护林网面积 1000 公顷（ 2）开展退化植被梭梭、白刺滴灌恢复技术研究与示范，提出植被恢复的适宜水量（ 3）参与进行了民勤防沙治沙新技术和新材料研究与示范，引进塑料沙障、土工布沙障及沙生柽柳和沙蒿等固沙新材料（ 3）参与在民勤不同风沙危害区进行技术推广。 完成人合作关系 序号 合作方式 合作者 合作时间 合作成果 作证材料 备注 1 合作研究 徐先英、马全林、杨自辉、詹科杰、 褚建民 、 纪永福 、 王理德 、张剑挥、 张锦春 、 张德魁 、 吴春荣 、 吴春荣 、方峨天 2005 年 1 月 至 2015 年 12 月 甘肃河西绿洲边缘风沙危害重点区的治理、监测及沙产业开发 、 石羊河下游退化植被的恢复与重建技术研究、沙区综合治理试验示范、 河西走廊东 端 荒漠植被的快速恢复 技术研究 、民勤绿洲防护带生态过程及其效能研究 获奖证书 2 技术指导与示范推广应用 徐先英、马全林、 孙涛、李发明 2008 年 1 月 至 2015 年 12 月 退化植被恢复技术、模式及防沙治沙新材料 的示范和推广 专利证书、效益证明