随着防沙治沙研究的不断深入，防沙材料尤其是可降解、便于工业化生产的环境友好型材料愈来愈受到治沙学界的重视。PLA（polylacticacid）是一种可生物降解的绿色新型高分子材料。它一般以含淀粉的小麦、稻谷、玉米、红薯、马铃薯以及甜菜等农作物为原料经发酵生成，降解的最终产物是CO₂和Ｈ₂Ｏ，不会对环境产生污染，可看作是自然界碳循环的组成部分^［1-2］。由于具有良好的生物相容性、可降解性和优异的加工性能，PLA自问世以来逐渐受到了关注，已在医疗、农业、服装、生活领域等方面显示出广阔的应用前景^［3-6］。内蒙古农业大学将PLA织成沙袋，填充沙粒作为一种新型的固沙材料，在毛乌素和乌兰布和等沙地广泛应用，并取得很好的效果^［7］。长期以来，包兰铁路沙坡头段早期使用的半隐蔽式麦草沙障防沙效果显著，愈来愈被沙区群众接受，并取得了巨大防沙效益。但由于近年来农业机械化收割和造纸业的发展，麦草材料已无法满足尺寸或供给要求，又因防沙面积扩大，对防沙材料的需求量激增，导致了防沙材料供给短缺。为此，以PLA为主要原料，首次编织成用于固沙的网格结构制品，通过立柱固定于沙面，形成类似于半隐蔽麦草沙障的PLA网格沙障。这是国内外该产品在沙漠环境下的首次使用，其耐老化性能和防沙效应也亟待研究。为此，发明了透风率20%—49%的PLA网格沙障，并在玛曲沙化草地进行实际布设，进行室内耐老化性能模拟和严酷高原环境野外试验，为该材料在防沙工程领域的应用提供理论依据和技术支撑。

玛曲县，地处青藏高原东缘，位于甘肃、青海和四川三省交界处，是青藏高原向黄土高原和内陆盆地的过渡地带，地理坐标为33°06′30″—34°30′15″N、100°45′45″—102°29′00″E。玛曲县东北以西倾山为界，与碌曲县接壤，东南与四川省若尔盖、阿坝县毗邻，西南和西北与青海省久治县、甘德县、玛沁县接壤，北邻青海省河南蒙古族自治县（图1）。玛曲县平均海拔3 700 m，总面积10 190 km²，2018年总人口5.82万。玛曲地区属高原季风性气候，年均气温1.7 ℃，极端最低气温为-29.6 ℃，极端最高气温为25.1 ℃。1月为最冷月份，平均气温-8.9 ℃，7月为最热月份，平均气温为11.3 ℃。年降水量600.4 mm，年潜在蒸发量1 274.1 mm，年日照时数2 574.5 h，年平均风速2.3 m·s^-1， 极端最大风速为20.7 m·s^-1。由于气温较低，植被总初级生产力很低。该地区植被类型以高寒草甸为主。土壤类型主要有高寒草甸土、亚高寒草甸土、草甸土、泥炭土、沼泽土、棕壤土以及荒漠土。

PLA网格沙障野外实地铺设试验地点在玛曲县境内，具体铺设如图 2所示。PLA网格沙障铺设面积约为4 500 m²，铺设规格为1 m（长）×1 m（宽）×0.2 m（高），透风率20%—49%，铺设时间为2018年9月。

青藏高原是中国太阳总辐射量最大的地区之一^［7-9］。据中国科学院西北生态环境资源研究院若尔盖高原湿地生态系统研究站观测，玛曲县2016、2017、2018年的太阳总辐射分别是6 685、6 341、6 424 MJ·m^-2。针对引起PLA网格沙障老化的关键因素——紫外光和温度，根据防沙网使用寿命的实验室试验和评估模式，采用实验室加速老化试验以及室外防沙网的实地铺设验证其有效性。此模式亦可为风沙理论研究者以及相关企业人员设计和优化PLA网格沙障产品的耐老化性能及评价其在特定环境下的使用寿命提供参考。主要仪器为荧光-紫外灯加速老化试验箱和YG（B）026E-250型电子织物强力机。

（1）GB/T 16422.3-2014《塑料实验室光源暴露实验方法》第3部分荧光紫外灯。

（2）GB/T 14522-2008《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候老化试验方法》。

将尺寸为50 mm × 200 mm的PLA网放置在荧光-紫外灯加速老化试验箱中（图3），进行加速老化试验。选用UV-340荧光紫外灯模拟日光的紫外光谱分布，辐照度为9.8 W·m^-2，在60 ℃下光照8 h（模拟沙漠白天的光辐射状态），然后在50 ℃下冷凝4 h（模拟沙漠夜间的无辐射状态），进行循环试验。

PLA网实验室加速老化试验，每240 h取样1次，PLA网流沙地野外实地铺设试验每0.5年取样1次。力学性能是检验材料老化的重要指标，本文主要以试样的拉伸强度（N）作为评价防沙网是否老化的参数，以GB/T 3923.1《织物断裂强力和断裂伸长率的测定》为试验依据，采用YG（B）026E-250型电子织物强力机，对试样进行拉伸试验（图4），试样尺寸50 mm×200 mm，夹距100 mm，拉伸速度100 mm·min^-1。

在沙障内和沙障外的邻近流沙地布设八方位集沙仪。集沙仪布设情况如图5所示。集沙仪输沙高度为0—10、10—20、20—40、40—100 cm，口径宽度为2 cm，持续观测时间为2018年9月至2019年5月，定期收集沙样。将收集沙样自然晾干，采用精度为0.01 g的电子天平称重，分析流动沙丘上沙障内、外输沙量。

2019年5月中下旬在PLA网格沙障方格内沿沙障边缘条播当地草本植物燕麦和垂穗披碱草。定期观测并记录植物生长情况。

实地铺设2年后，PLA网格沙障的强度由初始的387 N下降到289 N，强度保持率74.68%，强度保持较好（图6）。塑料材料一般按50%强度作为脆化标志，按这个标准，预计PLA网格沙障沙漠实地铺设3年后出现脆化。而在沙漠地区最高风速可逾30 m·s^-1，按PLA网孔隙率与风阻设计，当防沙网强度降到100 N时，则可能被大风吹破，因而实际寿命终止。若以100 N为终止强度，则PLA防沙网寿命也可达3年，甚至更长。

从图7可以发现，PLA网实验室老化试验960 h后，抗拉强度89 N，到达设计的寿命终止线，强度保持率为23.15%，出现明显的脆化老化特征。玛曲沙地年太阳辐射总量为1 726 kW·h^-1·m^-2，年平均气温为1.2 ℃。根据洪贤良等^［5］提出的防沙网使用寿命的实验室试验与评估模式，本文实验室加速老化试验960 h相当于玛曲实地老化3年，与玛曲实地铺设试验结果基本吻合。扫描电镜也明显反映出使用前后，网线无破损，表面结构变化不大（图8—9）。

2018年9月至2019年5月，流沙地单宽输沙量为5 927 g·cm^-1，PLA网格沙障内单宽输沙量为2 991 g·cm^-1（图10）。与流沙地相比，PLA网格沙障内输沙量减小了49.5%，表明PLA网格沙障的布设可降低输沙强度。

实地观测表明，试验区的输沙方向主要是E、SE以及NE。当输沙方向为E时，在0—10、10—20、20—40、40—100 cm高度，流沙地输沙量分别为805.5、532.5、318.6、465.6 g·cm^-1，分别占总输沙量的37.96%、25.09%、15.01%、21.94%；PLA网格沙障内输沙量分别为559.7、284.2、131.4、119.6 g·cm^-1，分别占总输沙量的51.13%、25.96%、12%、10.92%。可以看出，在第一主输沙方向上，流沙地的输沙量63.05%集中在地表20 cm高度内，36.95%分布在地表20—100 cm高度；PLA网格沙障内的输沙量有77.08%集中在地表20 cm高度内，22.92%分布在20—100 cm高度。

在0—10、10—20、20—40、40—100 cm高度，流动沙地输沙量分别为2 470.7、1 420、890.9、1 145.4 g·cm^-1，分别占总输沙量的41.69%、23.96%、15.03%、19.33%；PLA网格沙障内输沙量分别为1 461.6、741.3、367.7、420.8 g·cm^-1，分别占总输沙量的48.86%、24.78%、12.29%、14.07%（图11）。可以看出流沙地65.65%的输沙量集中分布在地表20 cm高度内，PLA网格沙障内73.64%的输沙量集中分布在地表20 cm高度内。与流沙地相比，PLA网格沙障的布设使得最大输沙量高度下移。沙障的布设通过增加近地表粗糙度，降低近地表风速，削弱风沙流活动强度，使得总输沙量减小^{［1， 10-14］}。近地表风速的降低导致风动能的减小，使得输移沙粒整体抬升受阻，沙颗粒在较低高度范围内活动，从而使得近地表输沙量占总输沙量的百分比增加。

在PLA网格沙障内条播当地草本植物种燕麦和垂穗披碱草，2019年8月初，植物成活率在沙丘底部最大，为86.7%，而沙丘中部以及沙丘顶部次之，分别为74.3%和80.7%（图12）。这可能是因为沙丘底部含水量较高，风力较弱，而沙丘中部与顶部风沙活动较强，水分含量相对较小。沙丘中部植物成活率较沙丘顶部小，可能是因为沙丘中部坡度较大，土壤更易遭受风蚀，不利于植物成活，而沙丘顶部坡度减缓。植物生长高度在沙丘顶部、中部以及底部差异不显著（P>0.05）。PLA网格沙障表现出了良好的防风固沙效果（图13）。

实地风沙流对比观测表明，PLA网格沙障具有优异的防沙效果。

实地铺设试验表明，PLA网格沙障在高寒沙化草地具有较好抗紫外线能力，可以在较长时间内保持良好的力学性能。

实地铺设和实验室对比试验验证表明，光降解仍是影响PLA网格沙障在沙漠使用寿命的关键因素，PLA网格沙障与HDPE防沙网表现类似的光老化规律。

在高寒沙区环境，除光、热外，还有水、碱、冻土等引起的PLA网格沙障老化。PLA网格沙障在类似高寒玛曲沙地这种风沙、辐射、水文综合恶劣环境下，表现了较好的耐用性，可在气候条件严酷、草方格沙障难以使用的沙区应用。