荒漠電熔式塑料袋新能源自給水植樹方式

摘 要：當前，我國正面臨嚴重的荒漠化問題，荒漠種植技術成為研究的熱點問題。鑒于荒漠地區缺水嚴重、土壤容易流失的問題，針對此情況提出了一種創新的電熔式塑料袋新能源自給水植樹裝置，并在神木市進行了種植試驗。在試驗中，共栽種了84棵油松苗木，經過一年的生長，結果顯示存活的油松樹達到了72棵，存活率為85.7%，實現種植的預期目標，為荒漠治理提供了參考。

關鍵詞：空氣取水；荒漠化；種植技術；干旱

中圖分類號：S776 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）02–0-03

中國是全球荒漠化面積最大、影響人口最多、風沙危害最重的國家之一，每年新增近2 500 km2的荒漠化土地，相當于每年損失一個中等縣的土地面積。同時，每年因土地沙漠化災害而造成的經濟損失約540億元[1]。因此，研究荒漠植樹技術已經成為國家關注的焦點之一。

陳延軍等[2]研究了甘肅河西荒漠區的干旱和水資源缺乏問題，以胡楊和密胡楊為對象，通過改良荒漠沙的方法，在綠化造林中取得了顯著成果。研究結果顯示，改良沙的應用能有效減少蒸發，保持土壤水分，促進胡楊幼苗的健康生長。通過頂部鋪沙和控制灌溉，顯著提高了土壤含水率，使胸徑和地徑分別比對照組增加了66.53%和46.74%。與傳統灌溉方式相比，不僅節約了大量的水資源，還獲得了顯著的節水效益。呂浩等[3]研究了荒漠草原植物群落對極端干旱降水的響應。結果顯示，極端干旱期，土壤水分減少，且深層土壤的虧缺逐漸加深。恢復期，較高級別降水可以恢復深層土壤水分，而極端干旱期，土壤水分恢復主要出現在淺層。穩定期，各植物群落的土壤水分維持在較低水平。那爾格孜·阿力甫等[4]研究了古爾班通古特沙漠中2種灌木的“肥島”效應。結果顯示，不同空間位置下，準噶爾無葉豆和沙拐棗均呈現“肥島”效應，其土壤養分含量在不同位置間存在顯著的差異。劉志虎[5]則從草坪種植技術角度，結合西北干旱區特點，詳細介紹了沙土區草坪種植的方法和技術。唐希明等[6]研究了沙漠造林器栽植苗木的保水效果，結果表明使用沙漠造林器能夠降低土壤水分損失，提高苗木成活率。相較于傳統的鐵鍬栽植，沙漠造林器栽植苗木成活率提高了約25%。王文彪等[7]研究了在庫布齊沙漠中利用水沖法扦插造林時不同密度對沙柳成活率和生長的影響，發現適宜的造林密度有助于沙柳的生長和成活。王晨曦等[8]提出了一種吸附式空氣取水技術，該技術能夠為農業發展提供可持續的灌溉水源。

針對荒漠的環境情況，設計了一種電熔式塑料袋新能源自給水植樹裝置，裝置可以自主運行，從空氣中吸取水分供植物生長，且能夠很好地保證土壤濕度。

1 植樹裝置的組成

1.1 電熔式塑料袋

電熔式塑料袋是一種用于荒漠植樹的創新型儲水保濕解決方案，主要由PE電熔育苗防漏復合袋、保濕透氣泡沫、土壤濕度檢測管和水位調節管組成。在植物生長發育初期，復合袋可阻止水分向地下深處和四周滲透，起到儲水的作用，復合袋內填有基質栽培營養土，為植物提供良好的水分和養分；土壤表層覆蓋一層保濕透氣泡沫，降低土壤水分的蒸發量，進一步為土壤保濕，保證植物生長所需的土壤濕度條件；土壤濕度檢測管可以檢測復合袋內的積水高度，還可以灌注液肥和給土壤透氣；水位調節管可根據植物根系的生長情況和積水的高度，可通過旋轉不同的角度，控制最高水位的高度，防止植物根系被水淹沒。電熔式塑料袋的設計還可引導植物根系向下發展，避免了根系糾纏和擁擠的情況，同時也確保了植物根部能夠深入土壤，獲取更多的水分和養分；PE復合袋內部設置了兩根電熔絲，當植物生長到一定階段，根系將要觸及種植袋時，為電熔絲通電，使PE復合袋在底部分割開來，可為根系提供擴展空間。這種智能分割設計不僅可以去除塑料袋，也避免了破壞植物根系的情況發生，保證了植物的正常生長。這種獨特的設計方式有效地提高了荒漠植樹的成功率和成活率。電熔式塑料袋如圖1所示。

總體而言，電熔式塑料袋在荒漠植樹領域的應用是一項富有創意和實用性的技術創新，它為解決荒漠地區植樹過程中的問題提供了一種全新的解決方案，在改善生態環境和推動荒漠綠化事業方面具有積極作用。

1.2 空氣取水技術

由于空氣和土壤的比熱容不同，往往存在一定的溫度差，在白天土壤溫度往往低于空氣溫度，利用風機將溫度較高的空氣送入地下換熱器后，空氣溫度會逐漸下降，當空氣溫度降至露點溫度時，空氣中多余的水分便會析出，通過收集水分可以達到取水的目的。

由圖2可見，自然界的風吹動螺旋風葉，帶動進風風葉旋轉，將外界高溫濕空氣帶入地下低溫處，將空氣中的水分冷凝并通過蓄水罐收集起來，達到取水的目的。同時，螺旋風葉旋轉還會通過齒帶輪和同步帶等傳動結構，帶動螺桿泵，抽出蓄水罐中收集的水，用于苗木的滴灌。整個裝置依靠自然界的風能作為能量來源，以空氣中的水分為取水源。

2 電熔式塑料袋新能源自給水植樹

大氣中富含水資源，即使是在極為干旱的沙漠地區，空氣中的含水量也可以達到10 g/m3，而根據估算大氣中的水蒸氣含量可達地表淡水總量的10倍以上[9]。

因此，可通過安裝空氣取水裝置將空氣中的水蒸氣冷凝用于樹苗滴灌，可以很好地保證水源供給，但是荒漠地區的土壤顆粒較為細小，顆粒之間的間隙較大，這種結構不利于保水，水分很容易從土壤中滲透并流失，且沙漠地區為高溫和低濕度條件，土壤表面的水分很快就會消失，因此在植物種植時，再安裝一個電容式塑料袋，防止水往地下滲透流失，同時可減少土壤表層的水分蒸發，起到土壤儲水保濕的作用。電容式塑料袋與空氣取水裝置通過環形滴灌帶連接，連接于PE復合袋袋口，位于保濕透氣泡沫下（圖3）。

3 種植試驗

種植試驗區選在陜西省神木市，位于陜西省榆林市東北部、黃河中游、長城沿線、毛烏素沙地東南緣，晉、陜、蒙三地交界地帶的中心。地理位置介于109°40′～110°54′E，38°13′～39°27′N。

3.1 試驗地基本情況

神木市地形西北高東南低，按照地形特點，全市可分為北部風沙草灘區、中部丘陵溝壑區和黃河沿岸土石山區，試驗區地形地貌屬于沿黃土石山區和黃土丘陵溝壑區；屬于半干旱季風氣候，寒暑劇烈，氣候干燥，降水偏少且年際變化率高。

神木氣象站1957—2022年實測資料的統計表明，神木市多年平均氣溫為9.2 ℃，以7月氣溫最高，7月多年平均為24.2 ℃，1月份氣溫最低，1月多年平均氣溫為-8.6 ℃。極端最高氣溫為41.2 ℃（2005年6月22日），極端最低氣溫為-29.0 ℃（1998年1月19日）。早霜始于10月上旬，晚霜終于翌年4月上旬，無霜期為175 d；年日照2 715.8 h，年蒸發量1 903.3 mm，相對濕度55%，最大凍土深度143 cm。境內多偏西和西北風，全年平均大風日數為14 d。多年平均風速為2.5 m/s，最大風速為19.0 m/s，風向NW。河道初冰期為每年11月2日至翌年終冰期4月3日，封凍日期為12月26日，解凍期為3月5日前后，封凍天數為64 d，河心最大冰厚為0.66 m，岸邊冰厚為0.8 m，神木市區多平均年降水量為439.5 mm，因受大氣環流、緯度及地形的影響，降水具有年際變化大，年內分配不均的特點。最大年降水量為839.2 mm（2016年），最小年降水量為

117.8 mm（1965年）。年內分配不均，其中，6—9月降雨量334.3 mm，約占全年降雨量的76.1%，冬季11月至翌年2月僅占全年降雨量的5.6%。降水多以暴雨形式出現，最大日降水量為141.1 mm（1991年7月21日）。在空間分布上也不均勻，東南部較多，東北部次之，西北部偏少，降水多暴雨，易造成洪、澇和水土流失等自然災害。

全市土壤有風沙土、黃土性土、栗鈣土、黑壚土、紅土、水稻土、淤土、潮土、草甸土、沼澤土、紫色土、臭柏林土12個土類，23個亞類，31個土屬，109個土種。以風沙土類為主，占土壤總面積的48.1%；其次為黃土性土，占土壤總面積的31.7%，試驗區土壤類型以黃土性土為主。

3.2 試驗

根據樹種選擇原則和樹種生物學特性，綜合考慮試驗區生態環境、氣候狀況、海拔、地形地貌、立地條件及降雨量等條件，選用良種基地采集培育的油松苗木。油松，松科松屬，常綠喬木，喜光、深根性樹種，在土層深厚、排水良好的酸性、中性或鈣質黃土上均能生長良好。

油松初植密度為42株/667 m2；種植點采用品字形配置，地形變化難以栽植的種植點位置，不拘于株行距的規定，靈活把握，保持單位面積上栽植點的數量，行距4 m×4 m，共種植84棵/1 333.3 m2；根據試驗區的實際情況，在春季、雨季種植，苗木種植后以雨水降水和電熔式塑料袋新能源自給水裝置供水，采用傳統的方式為苗木施肥；一年以后苗木存活72棵，存活率達85%以上。

4 結束語

為應對荒漠地區降水稀缺、土壤水分容易流失等挑戰，提出了一項創新解決方案，即電熔式塑料袋新能源自給水植樹技術。在這一方案的指導下，針對這一問題，在神木市開展了小規模的種植試驗。試驗結果表明，這種新型種植技術在干旱缺水環境下的苗木種植中表現出良好的應用潛力。

參考文獻

[1] 吳青山，朱棉豪，萬宏強，等.基于沙漠治理的沙漠草方格鋪設機設計與分析[J].科學技術創新，2023（20）：195-198.

[2] 陳延軍，雷建生，任增茂，等.改性荒漠沙在甘肅河西荒漠區綠化造林工程中的應用研究[J].節水灌溉，2020（5）：62-67.

[3] 呂浩，王興，宋乃平，等.荒漠草原4種典型草本植物群落土壤水分動態對極端干旱降水的響應[J].水土保持學報， 2023，37（6）：145-152.

[4] 那爾格孜·阿力甫，肖鈺鑫，宋泊沂，等.荒漠植物“肥島”效應對土壤養分空間分布的影響[J].植物研究，2023，43（6）： 868-880.

[5] 劉志虎.西北干旱沙土區綠地草坪種植技術[J].林業實用技術，2008（6）：41-42.

[6] 唐希明，李敏嵐，屈建軍，等.在騰格里沙漠東南緣應用沙漠造林器栽植檸條的試驗研究[J].水土保持通報，2021，41 （2）：135-141.

[7] 王文彪，呂新豐，張吉樹，等.庫布齊沙漠水沖法植柳造林適宜密度研究[J].北方園藝，2013（24）：70-73.

[8] 王晨曦，鄒豪，王如竹.空氣取水實現可持續農業和沙漠綠化[J].上海交通大學學報，2021，55（S1）：88-90.

[9] 王星天，姚佳男，侯詩文，等.以地下土壤為冷源的空氣取水實驗研究[J].低溫與超導，2021，49（1）：102-105.