淺析風(fēng)沙土的改良與利用措施

張海歐郭振

(1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710021；3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710021；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075)

我國(guó)農(nóng)業(yè)所面臨最嚴(yán)重的問(wèn)題之一是人多，耕地少。我國(guó)土壤退化總面積達(dá)460萬(wàn)km2，占全國(guó)土地總面積的40%，是全球土壤退化總面積的1/4。處于受破壞性因素威脅之中的耕地面積為5290萬(wàn)hm2，約占耕地總面積40%；其中處于水土流失的耕地面積占86%，鹽化堿化面積占9%，沙化面積占5%[1,2]。華北平原農(nóng)業(yè)區(qū)有較大面積風(fēng)沙土，內(nèi)蒙古農(nóng)牧區(qū)主要是荒漠化和鹽堿化；西北牧區(qū)主要是干旱、荒漠化和鹽堿化[3-5]。

世界沙漠化土地面積擴(kuò)大，地球上約1/3陸地表面受到威脅。我國(guó)有沙漠戈壁面積110萬(wàn)km2，建國(guó)以來(lái)，造林育草、營(yíng)造防護(hù)林，初步控制流沙數(shù)千萬(wàn)畝[6]。因一度對(duì)森林亂砍濫伐，草原過(guò)載，盲目開墾，沙漠化面積有所擴(kuò)大，沙漠化土地已達(dá)32.83萬(wàn)km2，其中草原沙化退化尤為嚴(yán)重，達(dá)5133.33萬(wàn)hm2，并有15萬(wàn)km2土地受到沙漠化威脅，每年有13.33～20萬(wàn)hm2農(nóng)用地遭到破壞[7,8]。長(zhǎng)期以來(lái)，實(shí)施沙地綜合治理一直是大家關(guān)注的熱點(diǎn)和需要解決的難題。以生態(tài)安全為前提，能夠在有限條件下，增大耕地面積更是有價(jià)值的沙地治理方向。

1 土地沙化概述

土地沙化的過(guò)程主要是風(fēng)蝕和風(fēng)力堆積過(guò)程。沙化土地改良與治理的主要原則是抑制風(fēng)沙土的流動(dòng)，主要是因需因地制宜選擇不同的改良措施，或者各措施間配合使用，相輔相成。主要改良措施包括機(jī)械措施：設(shè)置沙障(草方格)。水利措施：引水拉沙，平整土地；引洪灌淤；節(jié)水灌溉工程。生物措施：營(yíng)造防護(hù)林系統(tǒng)和種草，生物結(jié)皮。農(nóng)業(yè)措施：耕作方法，作物配置等?；瘜W(xué)措施：瀝青乳化劑、渣油以及聚丙烯胺，化學(xué)結(jié)皮。

2 風(fēng)沙土的利用與改良措施

2.1 砒砂巖與沙復(fù)配成土技術(shù)

砒砂巖與沙復(fù)配成土技術(shù)主要是通過(guò)添加當(dāng)?shù)貜V泛分布的砒砂巖，其蒙脫石含量高，使風(fēng)沙土中的粘粒、粉粒含量增加，改善風(fēng)沙土的質(zhì)地和理化性質(zhì)，并通過(guò)后期土壤肥力提升措施及作物種植，促進(jìn)風(fēng)沙土土壤培育過(guò)程，加快風(fēng)沙土土壤熟化過(guò)程，因此該技術(shù)屬于風(fēng)沙土改良的綜合技術(shù)。其中典型工程措施為砒砂巖與沙復(fù)配成土技術(shù)，通過(guò)增加粘粒粉粒含量，使砂粒與粘粒產(chǎn)生膠結(jié)力，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成，同時(shí)利用農(nóng)業(yè)技術(shù)措施培育土壤，開展農(nóng)作物種植，實(shí)現(xiàn)了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。

毛烏素沙地南緣位于我國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的西部，占地面積較大的沙和砒砂巖都是毛烏素沙地的2種重要資源[9]。在毛烏素沙地砒砂巖和風(fēng)沙土并稱為“兩害”，砒砂巖水土流失嚴(yán)重，是黃河粗砂的主要來(lái)源。韓霽昌等[10,11]研究發(fā)現(xiàn)，砒砂巖中次生粘土礦物豐富，與沙相間分布，儲(chǔ)量大，可滿足促沙成土對(duì)材料“質(zhì)”與“量”的需求，研發(fā)了砒砂巖與沙復(fù)配成土造田技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了由砂土向壤質(zhì)土的轉(zhuǎn)變。砒砂巖與沙在性質(zhì)上存在極大差異，二者混合后產(chǎn)生交互作用。砒砂巖在沙作用下，孔隙度增大，滲透性增強(qiáng)，砒砂巖質(zhì)地致密，含有豐富的粉粒，易板結(jié)，滲透性差，植物根系難以穿插。砒砂巖與沙混合后，砒砂巖顆粒被沙粒分散，沙土屬于單粒結(jié)構(gòu)，孔隙度高，滲透性好，為作物的生長(zhǎng)創(chuàng)造了良好環(huán)境。沙在砒砂巖作用下，毛管孔隙度增大，可以提高保水保肥能力。

砒砂巖塊與沙混合后，會(huì)嵌于沙中，沙土結(jié)構(gòu)屬于單粒結(jié)構(gòu)，非毛管孔隙度大，飽和導(dǎo)水率高，保水和持水能力差，而砒砂巖毛管孔隙度大，吸水持水能力強(qiáng)，當(dāng)砒砂巖吸水量達(dá)到水分飽和時(shí)，砒砂巖顆粒間的毛細(xì)壓力消失，砒砂巖顆粒間吸附作用極大減弱并呈松散趨勢(shì)。砒砂巖的機(jī)械組成分析結(jié)果表明，砒砂巖顆粒以粉粒為主，松散的粉粒可以鑲嵌于周邊的砂粒的非毛管孔隙中。當(dāng)土體再次失水時(shí)，混合的砒砂巖和砂顆粒在毛細(xì)壓力以及砒砂巖中碳酸鹽礦物膠結(jié)等作用下相互吸附團(tuán)聚，形成具有良好孔隙性的“土壤”結(jié)構(gòu)。砒砂巖顆粒和砂粒經(jīng)混合后再分布，既可團(tuán)結(jié)砂粒，又能被砂粒分散，避免形成整體的板結(jié)層。

具體技術(shù)就是在土地整治過(guò)程中，利用工程手段實(shí)現(xiàn)成土，構(gòu)建保水保肥的土體構(gòu)型；在土地利用過(guò)程中，結(jié)合生物手段，實(shí)現(xiàn)成土到成壤的轉(zhuǎn)變，構(gòu)建具有永續(xù)生物循環(huán)系統(tǒng)的有機(jī)土體。多年試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)配土水肥利用效率和生產(chǎn)力對(duì)比沙地大幅提升，復(fù)配土可持續(xù)利用效果顯著。主要通過(guò)沙地平整、碾壓、覆砒砂巖、水浸砒砂巖塊、拌合和碾壓復(fù)配土等全鏈條、全過(guò)程的工藝流程，實(shí)現(xiàn)砒砂巖與沙復(fù)配。砒砂巖與沙復(fù)配成土改良沙漠化和沙荒地的技術(shù)適用于陜西、寧夏、內(nèi)蒙等全國(guó)風(fēng)沙區(qū)及砒砂巖分布的區(qū)域。修復(fù)周期一般為3～5a。該技術(shù)是以膠體為核心物質(zhì)的砒砂巖為材料，與沙復(fù)配成土，具有多功能、永久有效性，無(wú)危害，儲(chǔ)量豐富、易開采，造田0.6～1.2萬(wàn)元·667m-2，成本低，主要成本為工程措施所產(chǎn)生。

2.2 機(jī)械沙障措施

機(jī)械沙障治理沙地的措施應(yīng)用較多，主要是用粘土、柴草、秸稈、樹枝、塑料網(wǎng)等材料，通過(guò)在沙地表層或者表面形成障蔽物或提升沙地粗糙度，從而起到降低風(fēng)速和固定沙地表的作用，最終達(dá)到固沙的目標(biāo)。該技術(shù)主要是用來(lái)固定半流動(dòng)沙丘和流動(dòng)沙丘。多用于沙障材料(藤條、秸稈)充裕的沙地，如甘肅省民勤等地，有效遏制了區(qū)域沙漠?dāng)U展速度[12]。該技術(shù)應(yīng)用的材料大多為農(nóng)業(yè)廢棄物，成本較低，但工程量較大，需要的人力多，因此綜合成本偏高。修復(fù)周期一般為1～2a。

2.3 生物措施

風(fēng)沙土改良的生物措施主要是采取人工造林、飛播造林、封沙育林育草等治理技術(shù)，輔以生物和草方格沙障。通過(guò)選擇沙棘、檸條、沙柳等旱區(qū)特有植種的種植、菌根技術(shù)和喬、灌、草結(jié)合等提升植被優(yōu)化度的措施，增加地面覆蓋度，建設(shè)喬灌草相結(jié)合的防風(fēng)固沙林體系來(lái)進(jìn)行沙地改良，從初步恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行沙地治理。在半固定沙地或流動(dòng)沙地直接進(jìn)行人工植苗造林和直播造林；在地廣人稀、危害性較大的流動(dòng)及半流動(dòng)沙地進(jìn)行飛播造林種草；在固定沙地實(shí)行圍欄封育和人工管護(hù)封育；在沙流動(dòng)移動(dòng)較快、危害較重的區(qū)域設(shè)置草方格機(jī)械沙障和直播固沙灌草生物沙障[13]。

該技術(shù)修復(fù)周期一般為3～5a，適用于干旱半干旱農(nóng)牧交錯(cuò)地帶，如科爾沁沙地、毛烏素沙地、呼倫貝爾沙地。但較難選擇適宜當(dāng)?shù)亓⒌貤l件的植物種，且成活率無(wú)法保證，很難在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到固沙效果。一般有國(guó)家相關(guān)政策的支持，如“三北防護(hù)林”工程等，經(jīng)濟(jì)，效果持久、穩(wěn)定，可促進(jìn)土壤的形成過(guò)程，植被形成以后能改善周邊的生態(tài)環(huán)境。

2.4 化學(xué)措施

常見的化學(xué)固沙材料有瀝青乳液、瀝青化合物、折疊油-膠乳固沙、高分子聚合物等，通過(guò)化學(xué)固沙材料的使用，對(duì)具有沙害的沙丘或沙質(zhì)地表營(yíng)造一層固結(jié)層，起到改良沙土質(zhì)地及理化性質(zhì)，并且提升沙地的水分保持能力，以達(dá)到防治土地沙化及固沙的作用[14]。治沙材料中應(yīng)用效果較好、較普遍的是高吸水樹脂類，該材料的使用能夠使顆粒分散、無(wú)結(jié)構(gòu)的沙土凝聚成為穩(wěn)定的、大的團(tuán)聚體，從而實(shí)現(xiàn)固沙、保持水分和提升沙地生產(chǎn)力作用，其固沙效果強(qiáng)度高、吸水保濕性好、耐水性好、固化迅速、粘結(jié)性好。風(fēng)沙土的化學(xué)改良措施適用于流沙危害嚴(yán)重、干旱少雨、地下水開采較困難的沙漠地區(qū)[15]。但該技術(shù)的缺點(diǎn)是有造成二次污染的可能，修復(fù)周期一般為0.5～1a，研發(fā)費(fèi)用較高，高吸水樹脂約20～500元·kg-1，應(yīng)用較為局限，技術(shù)多局限于吸水性好和成本低的樹脂開發(fā)。

2.5 水利工程措施

通過(guò)水利防治沙漠化的工程措施目前主要應(yīng)用的是引水拉沙、引洪淤灌和引水阻沙3種技術(shù)。該措施適用于灌區(qū)、水資源豐富的地區(qū)，如內(nèi)蒙古庫(kù)布齊沙漠以及河套灌區(qū)[16,17]。該技術(shù)需要因地制宜，短期可見成效，但只是暫時(shí)性的治沙措施。一般區(qū)域內(nèi)水資源受限，工程實(shí)施難度較大。修復(fù)周期一般為1～2a，成本較高，主要為工程措施成本。

2.6 農(nóng)業(yè)技術(shù)措施

沙化土地改良的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施主要包括作物配置、耕作、播種及土壤培育等方面[18]。根據(jù)不同作物在抗風(fēng)沙能力上表現(xiàn)出的不同生物學(xué)特性，再結(jié)合當(dāng)?shù)仄鹕筹L(fēng)速及風(fēng)沙危害的程度，適宜地配置適合當(dāng)?shù)乜癸L(fēng)能力好和生命力強(qiáng)的作物；在沙地上耕作時(shí)，通過(guò)深翻或者耕作等農(nóng)業(yè)技術(shù)措施增加地表的粗糙度，以增強(qiáng)抗風(fēng)蝕能力，為了確保墑情，要掌握適度。此措施適用于沙化農(nóng)田，常見于風(fēng)沙帶旁邊的農(nóng)田，一般作為輔助性措施，與其它措施配合使用。修復(fù)周期一般為3～5a，成本適中。

3 結(jié)論

土壤改良必須針對(duì)土壤中妨礙植物生長(zhǎng)的問(wèn)題，根據(jù)因地制宜、因土制宜、經(jīng)濟(jì)實(shí)效原則制定改良措施。采取治標(biāo)與治本、當(dāng)前與長(zhǎng)遠(yuǎn)、利用與改良等理念選擇單項(xiàng)措施與綜合措施相結(jié)合，妥善地做出安排，以期取得最大的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。土壤沙化防治建議如下。

實(shí)行生物保護(hù)工程，建設(shè)農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)帶；建立生態(tài)復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式，在降雨量資源保證地區(qū)實(shí)行林農(nóng)牧復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式；合理開發(fā)水資源，協(xié)調(diào)流域上中游水資源合理分配；控制農(nóng)墾，保護(hù)草地。