毛烏素沙地砒砂巖與沙復配成土造田工程技術(shù)研究

摘 要：為探索出一條適宜毛烏素沙地治理模式，選取地理位置、氣候、水文等條件具有代表性的榆林市小紀汗鄉(xiāng)大紀汗村區(qū)域作為工程示范項目點，在基于砒砂巖和沙復配成土技術(shù)基礎(chǔ)上，綜合運用工程和耕作管理措施，形成一套兼顧生態(tài)和經(jīng)濟效益的開發(fā)性治理新模式。實踐證明：通過砒砂巖與沙復配成土造田工程的實施，有效增加了耕地面積，改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生產(chǎn)效率，提高了糧食產(chǎn)量，實現(xiàn)了沙地資源化利用。通過對項目區(qū)實施灌溉與排水工程、田間道路工程、農(nóng)田防護與生態(tài)環(huán)境保護工程等配套工程措施，使項目區(qū)種植結(jié)構(gòu)有了合理調(diào)整，改善了當?shù)氐膮^(qū)域自然生態(tài)環(huán)境，逐步建立起人與自然、環(huán)境之間協(xié)調(diào)發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)，將原來的沙荒地打造成為景觀生態(tài)農(nóng)業(yè)基地。

關(guān)鍵詞：毛烏素；砒砂巖；沙；造田工程

中圖分類號：S282 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170721001

毛烏素沙地，是鄂爾多斯高原東南部和陜北長城沿線沙地的統(tǒng)稱，位于N3730'～3920'，E10720'～11130'之間。長期以來，毛烏素沙地面臨區(qū)域土地沙漠化、生態(tài)退化等嚴重的生態(tài)環(huán)境問題。隨著氣候暖化趨勢的日益顯現(xiàn)和人類活動強度的不斷增大，土地沙漠化加劇、水資源缺乏、水土流失、土地質(zhì)量下降等綜合問題日益突出[1]。如何有效防治土地沙漠化、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境、協(xié)調(diào)人地關(guān)系，成為國內(nèi)管理界、學術(shù)界密切關(guān)注的重大現(xiàn)實問題[1，2]。從近些年來的防治技術(shù)研究與實踐來看，呈現(xiàn)出常規(guī)化、單一性、短期性的特點與問題，基礎(chǔ)性技術(shù)集成和自主創(chuàng)新能力不足、成果偏少，因而面對區(qū)域性生態(tài)退化、土地質(zhì)量下降和人地關(guān)系惡化等一系列難題，亟需立足當?shù)貙嶋H、明確科學目標，推進深度研究和創(chuàng)新[3]。

毛烏素沙地廣泛分布著被當?shù)厝怂追Q為“砒砂巖”的松散巖層，它具體指古生代二疊紀、中生代三疊紀、侏羅紀和白堊紀的厚層砂巖、砂頁巖和泥質(zhì)砂巖組成的巖石互層。該地層為陸相碎屑巖系，由于其上覆巖層厚度小、壓力低，造成其成巖程度低、沙粒間膠結(jié)程度差、結(jié)構(gòu)強度低。砒砂巖無水堅硬如石，遇水則松軟如泥。由于這種巖層自身物理、化學性質(zhì)和當?shù)靥厥獾淖匀弧⑷宋沫h(huán)境，使得該巖層極易發(fā)生風化剝蝕。砒砂巖區(qū)土壤侵蝕模數(shù)高達3～4萬t/km2·a，是黃土高原侵蝕最劇烈的區(qū)域，被稱為“世界水土流失之最”，和“環(huán)境癌癥”。當?shù)厝罕娚钍芷渌亮魇：?，視其危害毒如砒霜，故稱其為“砒砂巖”[4]。

長期以來，毛烏素沙地面臨區(qū)域土地沙漠化、生態(tài)退化等嚴重的生態(tài)與環(huán)境問題。隨著氣候變暖趨勢日益顯現(xiàn)和人類活動強度不斷增大，土地沙漠化加劇、水資源缺乏、水土流失、土地質(zhì)量下降等綜合問題日益突出。如何有效防治土地沙漠化、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境、協(xié)調(diào)人地關(guān)系，成為國內(nèi)管理界、學術(shù)界密切關(guān)注的重大現(xiàn)實問題[5]。從近些年來的防治技術(shù)研究與實踐來看，呈現(xiàn)出常規(guī)化、單一性、短期性的特點與問題，基礎(chǔ)性技術(shù)集成和自主創(chuàng)新能力不足、成果偏少，因而面對區(qū)域性生態(tài)退化、土地質(zhì)量下降和人地關(guān)系惡化等一系列難題，亟需立足當?shù)貙嶋H、明確科學目標，推進深度研究和創(chuàng)新。

1 項目區(qū)概況

項目區(qū)位于陜西省榆林市榆陽區(qū)境內(nèi)的小紀汗鄉(xiāng)大紀汗村。距榆林城區(qū)23km，地理坐標介于E10928'58''～10930'10''，N3827'53''～3828'23''之間。本項目建設(shè)總規(guī)模170hm2，實現(xiàn)新增耕地165hm2。項目區(qū)屬典型中溫帶半干旱大陸性季風氣候區(qū)，雨少不勻，氣候干燥，冬長夏短，四季分明，日照充足。年平均降水量413.9mm，60.9%集中在7—9月。區(qū)域?qū)俑珊蹬c半干旱草原沙丘植被帶，天然植被屬西北草原系群落的延伸。由于過度放牧和風沙侵蝕，天然植被灌叢和野草幾乎殆盡，取而代之的植被是人工植被和次生植被。主要有新疆楊、旱柳等喬木、沙柳、沙蒿等灌木零星栽植，覆蓋率小于10%，亦有部分荒地，基本無植被覆蓋[6-8]。

2 砒砂巖與沙復配成土造田工程技術(shù)解析

砒砂巖與沙復配成土造田工程技術(shù)的核心部分是土體的有機重構(gòu)和配套工程的實施。土體有機重構(gòu)工程標準從顆粒重構(gòu)、剖面重構(gòu)、化學重構(gòu)以及生物營養(yǎng)保障4方面做了規(guī)范。通過砒砂巖與沙復配首先達到適宜作物生長的土壤顆粒級配[9]，隨后優(yōu)化土體剖面結(jié)構(gòu)，構(gòu)建合適的耕作層構(gòu)型[10]，調(diào)節(jié)土壤各化學指標達到作物生長適宜范圍，最后調(diào)節(jié)土體養(yǎng)分，滿足生命體生長需求。

2.1 土體有機重構(gòu)

2.1.1 土體顆粒和土體剖面重構(gòu)

顆粒重構(gòu)前首先應根據(jù)項目區(qū)實際情況調(diào)查并選擇合適的種植作物，根據(jù)作物種類選擇適宜的砒砂巖與沙復配比例。陜西毛烏素地區(qū)一般適宜種植馬鈴薯和玉米等，根據(jù)多年長期定位研究及示范推廣效果，采用如表1所示的砒砂巖與沙，不同作物最適復配比例（體積比）見表2。本標準中土體顆粒重構(gòu)及剖面重構(gòu)工程均以表1所示砒砂巖與沙的機械組成為例，使用其他機械組成的砒砂巖與沙配比，砒砂巖用量可以此砒砂巖機械組成為標準進行計算。

土體剖面重構(gòu)：底土平整后，上覆砒砂巖與沙混合物重構(gòu)耕作層，根據(jù)不同作物設(shè)計配比及耕作層厚度計算砒砂巖用量。耕作層設(shè)計厚度以具體作物而定，一般設(shè)計30cm，如果種植作物為馬鈴薯，則需覆砒砂巖5cm；如果種植作物為玉米，則需覆砒砂巖10cm。砒砂巖采用挖掘機采挖，自卸貨車運輸，以每個田塊為一個施工單元，覆砒砂巖前根據(jù)每車的運輸方量計算出單車覆砒砂巖面積，在田面上用白灰劃出方格網(wǎng)，使每個方格網(wǎng)面積和單車覆砒砂巖面積相等，做到每個方格網(wǎng)一車砒砂巖，以保證覆砒砂巖厚度均勻，覆土后翻耕混勻，保證砒砂巖巖塊直徑在4cm以下。

2.1.2 土體化學重構(gòu)

新復配土體化學指標檢測主要檢測耕作層土壤pH、電導率以及重金屬指標，以判定各項指標是否滿足作物生長的環(huán)境化學要求，根據(jù)檢測指標進行土體化學重構(gòu)。

調(diào)節(jié)土壤pH及電導率至能滿足目標作物的正常生長范圍內(nèi)，改善土壤環(huán)境質(zhì)量，重金屬含量不高于GB 15618-1995二級標準。如果項目區(qū)有一定程度的鹽漬化或者土壤pH較低，難以滿足作物生長，可選擇施用石膏、硅酸鈣、有機肥料、生理酸性肥料等減輕土壤鹽漬化，選擇石灰等材料提高土壤pH，以達到土體化學重構(gòu)，滿足作物生長的目的[11，12]。endprint

對于毛烏素沙地來說，如果項目區(qū)有輕度的鹽漬化或者土壤pH略高，不符合設(shè)計要求，可選擇施用石膏、生理酸性肥料等進行改良，降低土壤pH。改良劑施用量采用式（1）進行計算。

G= [（10-J-10-K）×30×B×2.5×I ]/D×10000 （1）

式中G——改良劑添加量，kg/hm2；J——設(shè)計pH值；K——復配土實際pH值；30——耕作層厚度，cm；B——耕作層容重，g/cm3。2.5——pH測定水土比；I——改良劑摩爾質(zhì)量，g；D——1mol改良劑能中和的OH-離子摩爾數(shù)，mol。

2.1.3 生物營養(yǎng)保障

基礎(chǔ)土質(zhì)成分調(diào)節(jié)：首年土質(zhì)成分調(diào)節(jié)：一般新復配土壤養(yǎng)分含量較低，首年土質(zhì)成分調(diào)節(jié)應以提高土壤有機質(zhì)為目的，以基本可滿足作物生長為目標。提高土壤有機質(zhì)主要以基施有機肥的方式進行，土地較貧瘠，可每667m2施腐熟農(nóng)家肥4 m3；中等肥力土壤可每667m2施腐熟農(nóng)家肥3m3；高肥力土壤可每667m2施農(nóng)家肥2.5m3。

養(yǎng)分培育調(diào)節(jié)：在新增耕地后期管理中，有機肥的施入和秸稈的還田效應，都會緩慢釋放出氮、磷、鉀等養(yǎng)分元素，結(jié)合化學肥料的施用，土體養(yǎng)分會發(fā)生動態(tài)變化，不斷改善。土體養(yǎng)分培育應以平衡施肥法為主[13，14]，根據(jù)不同作物目標產(chǎn)量確定合理肥料施用量，常見作物百公斤產(chǎn)量養(yǎng)分需求量見表3。

化肥施用量的計算根據(jù)產(chǎn)量指標、土壤肥力、肥料類型等綜合資料確定，公式如下：

化肥施用量=（計劃產(chǎn)量的養(yǎng)分吸收量-土壤供肥量-有機肥供肥量）/肥料含養(yǎng)分百分率（%）/肥料利用率（%）

2.2 配套工程措施

造田工程的相關(guān)配套工程進行了規(guī)范，其中灌溉與排水工程、輸配電工程、道路工程、農(nóng)田防護與生態(tài)環(huán)境保持工程是主要部分。

灌溉與排水工程：根據(jù)項目區(qū)實際開采地下水或地表水作為灌溉水源，沙荒地造田的灌溉方式通常包括噴灌和滴灌2種方式。對于土豆等無明顯花期的作物，建議使用噴灌，對于小麥等有明顯花期的作物，建議使用滴灌。

輸配電工程：高壓線路沿路架設(shè)，變壓器采用桿上架設(shè)（包括10KV跌落式熔斷器、10KV避雷器），泵站、機井宜采用專用直配輸電線路供電，低壓線路根據(jù)實際采用空架或地埋，變壓器到各負荷的電壓降不超過10%，供電半徑不超過700m。配電室主要包括低壓配電箱、低壓補償電容器、水泵啟動器或軟啟動器。

道路工程：一般包括田間路和生產(chǎn)路兩級，田間路一般采用砼路面，生產(chǎn)路一般采用泥結(jié)石或素土路面。

農(nóng)田防護與生態(tài)環(huán)境保持工程：農(nóng)田防護與生態(tài)保持工程主要包括農(nóng)田防護林工程和防風林帶工程

3 綜合效益分析

3.1 社會效益

砒砂巖與沙復配成土技術(shù)在毛烏素沙地開展成土造地工程中的實施與推廣，有利于保持耕地總量動態(tài)平衡，拓寬建設(shè)用地空間；有利于優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，促進土地集約利用；有利于改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率；有利于促進節(jié)約集約用地，促進農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)村發(fā)展。尤為重要的是，通過引入大規(guī)模現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，不僅改變了傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，更加使當?shù)馗刹咳罕姷乃枷氘a(chǎn)生翻天覆地的變化。這種巨變將推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及其他產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和效益的提升[15]。

3.2 經(jīng)濟效益

大紀汗項目建成后新增耕地達到穩(wěn)定生產(chǎn)年份后，種植馬鈴薯年收入達1485.56萬元，總成本為668.50萬元，年新增純收入817.06萬元；種植玉米年收入可達495.19萬元，總成本為118.84萬元，年新增純收入376.35萬元。

大紀汗示范區(qū)總投資2148.91萬元，按開發(fā)整理凈增耕地面積165hm2計算，每667m2投入量為8679.20元。示范區(qū)實行輪作倒茬，種植2a馬鈴薯1a玉米，按3a種植季計算，平均每年凈收益為670.16 萬元，每667m2每年凈收益為2706.70元，每667m2投入產(chǎn)出率為31.19%。

大紀汗示范區(qū)總投資額2148.91萬元。計算投資回收期如下：

投資回收期=總投資/新增純收入=2148.91/670.16=3.21a

回收期為4a，本項目經(jīng)濟效益良好。

3.3 生態(tài)效益

砒砂巖與沙復配成土造田工程項目依據(jù)標準實施后，工程建設(shè)新增水土流失得到有效控制，區(qū)域生態(tài)環(huán)境明顯改善，工程建設(shè)擾動土地的治理率可達95.5%[15]，水土流失面積的治理度達到85.7%。建設(shè)項目完成后，隨著新植林帶的成長及農(nóng)作物的種植，植物恢復系數(shù)可達95.8%，林草覆蓋率達69.0%，在防風、固沙、排除空氣污染，凈化空氣、改善項目區(qū)小氣候，美化環(huán)境等方面，發(fā)揮重要的作用；形成錯落有致的人工綠色農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)：“田方、路平、林齊”，與社會經(jīng)濟發(fā)展相平衡的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)將逐步形成[16，17]。

砒砂巖與沙復配成土建成的田地土壤肥沃，水分充足，抗旱能力強，是高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)基本農(nóng)田。為調(diào)整農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、發(fā)展多種經(jīng)營、促進退耕還林還草創(chuàng)造了有利條件。通過實施砒砂巖與沙復配成土造田重大工程，既可以增加優(yōu)質(zhì)農(nóng)田，又能夠有效鞏固退耕還林和生態(tài)建設(shè)成果[18，19]。

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作者簡介：王啟龍（1990-），男，山東濰坊人，碩士，主要從事土地整治工程技術(shù)研究。endprint