彰武沙地水利改良與利用研究

焦樹仁 ,李春龍,王寶澤,佟威

(1.遼寧省固沙造林研究所,遼寧 阜新 123000;2.遼寧省水利水電科學研究院，遼寧 沈陽 110003)

彰武沙地水利改良與利用研究

焦樹仁1,李春龍2,王寶澤2,佟威2

(1.遼寧省固沙造林研究所,遼寧 阜新 123000;2.遼寧省水利水電科學研究院，遼寧 沈陽 110003)

為了進行水利改良與利用沙地，在遼寧省彰武縣阿爾鄉建立了試驗示范區。試驗表明，推平沙丘，可以改善沙地水分狀況，提高土壤含水率0.9%～1.3%，沙地利用面積擴大25%～30% ；利用地下水，打機井，每3.3 hm2分布一眼，出水量每小時7 t，灌溉農田、藥圃、苗圃和速生林；實施微潤灌溉，鋪設地下管網，保障在旱季土壤濕潤，比管道灌水節水2～3倍；實行膜袋植樹與覆膜植樹法，可節水1倍左右。

沙地；改良與利用；推平沙丘；地下微灌；節水技術

新中國成立初期，針對風沙危害，國家開展了西滿防護林工程建設。采用灌木與機械沙障固沙，栽培固沙林。到新世紀，國家經濟實力提高，更多地投入治沙。農村有了很大發展，進行水利改良與利用沙地，提高效率，擴大利用面積。

2001年遼寧省水利水電科學院，在遼寧省彰武縣阿爾鄉北甸子村圍封292 hm2沙地，建立試驗示范區，開展水利改良與利用試驗，取得顯著成效。

遼寧省水利水電科學院，在既有的治沙成果基礎上，以水利改良土壤為理論依據，針對沙地干燥瘠薄的特性，開展了沙地水利改良與利用研究。

1 試驗地區的自然條件與試驗地立地質量評價

1.1 試驗地區的自然條件

試驗示范區，流動和半流動沙丘占75%，主要進行治沙和生態修復。沙丘下部緩起伏沙地和丘間低地占25%，進行水利改良，增加沙地利用面積與效率。

這塊沙地由于不合理的開發利用，土壤出現嚴重風蝕沙化，植被退化，表土流失。沙地土壤養分含量降低(見表1)。

表1 試驗區土壤的養分含量 %

試驗區沙地干燥瘠薄，土壤含水率比較低，4—11月為 2.87%～4.29%。

治理初期，試驗地的植被以沙蓬、差巴嘎蒿和黃柳等沙生植物為主，分布多度占40%，退化為田間雜草階段的植物有馬唐、狗尾草、豬毛蒿，分布多度也占40%，其余20%為固定沙丘植物，主要有拂子茅、野麥子、中華隱子草、中華委陵菜等。固定沙地代表性植物大果榆、山杏、歐李等分布的比較少。

1.2 沙地立地質量評價與開發治理的區劃

1.2.1 沙地調查與評價的方法 在試驗區內，選擇地勢比較低，面積比較大的平緩沙地和丘間低地，設置調查點。調查項目為地塊面積、沙地起源(風積或原始)、起伏狀況、地下水位、土層厚度、有無埋藏黑土、植物覆蓋度和組成等。

沙地起伏大小、平緩程度，是生產和機械化作業的首要條件，是沙地開發利用的關鍵性因素；水分因子是植物生長的重要因素，因此，地下水位也是評價沙地生產力的主要條件；灰黑色與黃褐色土層對植物的生長有很大作用；而植物的覆蓋度和代表性植物則反映沙面的穩定程度，對作物的生長也有一定的作用。為此，根據上面因子及其作用的強弱制定評價標準。每個因子劃分為3個等級，根據等級綜合評價因子確定立地等級(表2)，并制定開發利用的方式。

表2 立地因子評價標準與等級

1.2.2 立地等級劃分與土地開發利用 根據立地條件劃分標準，進行立地等級劃分和經濟利用。在292 hm2試驗區中，共選出立地條件比較好的土地41塊，面積合計為73 hm2，占總土地面積的25%。這類土地具有比較高的生產力，是沙丘開發利用，取得經濟效益的主要資源。

在這些土地中，1類土地為23塊，面積43.4 hm2，占優質土地的59.5%，2類土地為13塊，面積21.5 hm2，占29.5%，3類土地5塊，面積8.1 hm2，占11.0%。其中1類地，栽培農作物，開墾苗圃地，栽培中草藥作物；2類土地，經過土壤改良，播種經濟作物或營造楊樹速生林和經濟林，3類土地也需經過土壤改良，營造楊樹和其他樹種防護林。沙丘的中上部為流動、半流動沙丘，營造針闊葉樹和灌木固沙林，或開墾灌木草場。沙丘的頂部，自然恢復，形成灌草群落。

2 推平沙丘，改善沙地水分狀況

2.1 推平沙丘的方法與效果

為了擴大開發利用沙地土地面積，對1、2類沙丘進行平整，不僅增加土地利用面積，同時還可以改善沙地水分分配條件。沙地徑流雖然比較弱，但是，由于沙丘起伏不平，仍然存在著降水再分配的過程。沙丘的中上部對降水吸收較少，而下部分布比較多。

選擇起伏比較小的沙地，使用帶推土鏟的鏈軌拖拉機推平沙面。在治理之前1—2年對周圍的沙丘進行固沙造林。另外，作業時間不要在4—5月春風期間進行。

從2003年至2006年先后推平沙丘 5塊，造田8 hm2。其中，2004年推平治理的兩塊沙地，治理區1，土地利用面積1.9 hm2，利用面積增加了30%，土地產出效率提高了1.2倍。治理區2，治理面積2.5 hm2，土地利用面積增加了25%，土地產出效率提高了0.8倍。沙地推平以后，土壤含水率提高0.9%～1.3%，有利于植物的生長(見表3)。調查時間：2009年5—9月

表3 沙丘推平以后土壤含水率的變化

2.2 沙丘推平以后的治理措施

沙丘推平以后，有的地段露出心土，為了防止土壤發生風蝕，除了在平整土地的周邊營造固沙林外，在被推平土地內還需要營造防護林帶，同時采取播種綠肥牧草，施放草炭、黑土等改良土壤措施。

2.2.1 播種綠肥牧草改良沙土 播種沙打旺和草木樨等，不僅改良沙地土壤，同時還可以為發展養殖業，收獲牧草。牧草雖然適應性強，生長旺盛，但是由于出苗、保苗比較困難。因此，必須做到細致整地，播種以后保持土壤濕潤，如果在雨季播種，也要在雨前或雨后進行。幼苗階段植株比較弱，及時防除雜草。綠肥牧草改土效果顯著，4年生的沙打旺地比附近沒有種植的土地有機質含量提高了2.7 倍，N、K也明顯提高，而全P變化不明顯(見表4)。

2.2.2 施放草炭和黑土 由于草炭質地細，有機質含量高，施放到流動或半流動風沙土，對提高土壤肥力、改良土壤物理性質效果顯著。利用草炭改良土壤面積為5.0 hm2，每0.1 hm2施放2 000 kg草炭，不僅提高了有機質含量，而且改善土壤水分狀況，含水率提高0.5%。造林成活率與生長量提高20%和25%。

表4 4年生沙打旺對土壤養分含量的影響

2.3 推平土地的開發利用

沙丘推平以后，由于部分地面露出底土，容易產生風蝕，土地立地質量屬于2、3類。開發利用方式，采取網格狀混林農業或混農林業經營為主?；炝洲r業為，每隔30～50 m營造單行或雙行喬木或灌木林帶，在林帶中間播種農作物。混農林業是營造速生林，行距8～10 m，在行間，播種農作物。

3 開發地下水與建設灌溉網絡

3.1 地下水資源的分布

阿爾鄉地區，平均降水量為450～470 mm，地下水資源豐富，埋藏淺，便于開發。丘間低地地下水位距地面的距離，變動幅度為2.71～4.30 m，平均3.50 m。水質為重碳酸鹽—鈣鎂鈉型，適宜農業利用。

3.2 地下水的開發與利用

3.2.1 建設灌溉網絡 為了改善沙地干燥不良特性，保障栽培作物的成活生長，在試驗區的平緩沙地，建設灌溉網絡。利用2寸鋼管，打深度為30～40 m機井，共計布置22眼，平均每3.3 hm2分布一眼井，出水量7 th-1。

3.2.2 利用風力提水 開發風力資源，變害為利，也是沙地改良利用的重要途徑。為此，選擇高沙丘安裝風力提水機。風力提水機的工作原理是，利用風能使風葉旋轉，帶動風力機空氣壓縮泵，產生壓縮氣體。用導管傳輸動力，將壓縮氣體輸送到水源(深井)中的氣壓自控揚水機中，進行揚水作業。風力提水機的出水量，由串聯風力機的多少來控制，串聯多，提水也多。出水量還受風速大小影響(見表5)，而受風向的影響比較小。

表5 風速對出水量的影響

4 實施微潤灌溉與節水栽培技術

4.1 微潤灌溉設施

吸力式微潤灌水器既節約用水，又長期穩定供水。灌水器由供水管道，支管道和微管道組成。埋入地下30～40 cm 土層中，微管道的末端出水口處插入絲絨繩(導水芯)，管道中的水緩慢滲出，滋潤附近土壤，使作物根棲層土壤保持濕潤。

在藥材圃實驗田中，應用地下灌溉系統2.7 hm2，通過10 m3的蓄水池作為控制灌溉水源，平均造價在3 000～4 500元hm-2。與無灌溉設施的藥材比較，有灌溉設施的藥材出苗率和生長量比較高、無旱死現象發生。地下灌溉系統經2年運行正常，比管灌節水2～3倍。保障栽培作物正常生長(引自遼寧水科院資料)。

4.2 節水造林技術

氣候干旱與沙地水分虧缺，一直是影響沙地造林成活率，遏制林分生長的主導性因子。因此，研究節水造林技術，成為固沙造林的關鍵措施。在節水造林中使用膜袋植樹法與覆膜植樹法，每株樹節約灌水一倍左右。

選擇塑料膜袋，袋長30 cm，寬25 cm，裝入2 kg草炭，然后注入 2 kg水，再將苗木放入袋內，結合深栽技術進行造林(引自水科院資料)。

覆膜方法，是在膜袋法植樹或一般植樹法造林以后，在樹干基部周邊土壤上覆上塑料薄膜，半徑為0.5 m，外高內低，便于雨水滲入。再在上面壓上一層沙土，防止被風吹走。

膜袋植樹法，在膜袋內保持較高含水率，達40～50 d，與一般方法造林比較造林成活率提高38%，覆膜植樹法造林成活率提高22%。

5 引種栽培中草藥

5.1 引種中草藥植物

為了提高沙地開發利用的經濟效益，引種栽培中草藥作物，甘草、黃芪、牛蒡、黃芩、知母、防風、柴胡和苦參等。試驗的結果，甘草、黃芪、牛蒡、黃芩和苦參等生長均比較正常。知母遭受鼠害，防風、柴胡的保苗率比較低。從試驗栽培的品種中，選擇甘草進行擴大栽培。

選擇3種土地類型。試驗地1，人工推平的沙地，立地質量為3類，面積2.0 hm2；試驗地2，為平緩固定沙地，立地質量為2類，面積2.0 hm2;試驗地3，為丘間低地，立地質量為1類，面積0.5 hm2，于2005年5月播種。三種土地條件，以推平的沙地(立地質量3類)條件較差，部分露出底土，為了防止土地發生風蝕，在甘草播種帶間播種了沙打旺，按照2行甘草與2行沙打旺配植，行距0.6 m。甘草當年出苗比較整齊，出苗率為80%～90%，第1年生長正常。從第2年夏季開始出現生長衰弱，第3年進一步衰弱。而第2、第1類土地條件，出苗與生長都比較正常。

5.2 不同土壤條件試驗地甘草生長的比較

甘草在水肥條件不同的土壤，生長差異明顯，平緩沙地和丘間低地(立地質量1、2類)，土壤有機質和水分含量比較高，植株健壯，生長正常(見表6)。

表6 2年生甘草在不同立地條件試驗地的生長比較

6 營造灌木草場發展畜牧業

6.1 科學養殖

彰武地區草原面積比較大，有利于發展畜牧業?？茖W養畜就要不斷選育良種，合理放牧，保護與改良草場。結合人工種草，實行輪牧，將草原的恢復與利用結合起來?？茖W養畜就是根據生草產量和飼料作物的生產量，計算牲畜的發展數量。遼寧省固沙造林研究所的專家曾經在1980年赴澳大利亞考察。在參觀造紙廠時，只看到一些造林地，當要求參觀廠房時，廠方解釋說，造紙原料林才十幾年生，還不忙建廠房。由此可知，國外對發展原料生產是非常重視的。因此，牲畜增長與飼草飼料生產必須同步發展。

試驗區在恢復灌草植被以后，開展養雞200多只，養羊300多只，開展沙地綜合利用，補充了水利治理的投入。在沙區發展畜牧業，養殖肉牛，養殖細毛羊，引進奶牛等，是適于沙區資源分布特點的。沙區發展養殖業，具備一定的條件。

6.2 主要牧草與飼料灌木

選擇適應性強，適口性比較好的飼料灌木和牧草，營造灌木草場，既適應沙地生態條件，又符合沙地利用方向。因此，在平緩沙地，播種沙打旺，苜蓿草，草木樨等優良牧草，在起伏沙丘栽培飼料灌木。幾種飼料植物的生物學特性如下。

沙打旺(Astragalusadsurgens),是豆科黃芪屬多年生牧草，從鄉土植物斜基黃芪選育。適應性強，抗干旱瘠薄，根系發達，呈叢狀生長，在沙丘中下部和丘間低地栽培。4月或6月播種，當年幼苗生長比較弱小，第2年以后，植株迅速生長，年高生長達1.0 m左右，生長旺盛，1年內，可以割草2～3次。

草木樨(Melilotusalbus), 是豆科優良牧草。2年生牧草，產草量與適口性均較強，播種方法與沙打旺相似。

苜蓿(Medicagosativa)，也是豆科多年生牧草，適口性強，營養價值高，是最優良牧草。但是，水肥條件要求比較高，不適應在沙丘中上部栽培，適宜水肥條件較好的1、2類平緩沙地播種。

錦雞兒和胡枝子，是豆科植物，既可固沙，又可作飼料。單株生物量比較大，但是，莖與枝所占比例較高。綜合比較，沙打旺的單株生物量雖然比較小，但葉與枝的比值較大，單位面積的株數也比較多，可食部分多。

灌、草植物群落是沙地植被演替過程的重要階段。為此，進行人工栽培灌木，播種豆科牧草，提高植物覆蓋度，改善植物群落的組成，加速形成穩定的沙地灌草生態系統。

6.3 人工草場與自然草場產量的比較

人工種植的牧草質量好，產量也高。人工種植的牧草產量為自然恢復草場產量的2.3～3.0倍(見表7)。

表7 人工草場與天然草場產草量(鮮質量)比較

(引自遼寧省水科院觀測材料)

7 結論與討論

7.1 阿爾鄉沙丘中上部面積占75%，進行固沙造林，沙丘下部25%土地進行水利改良與利用，發揮較大經濟效益。

7.2 章古臺治沙造林，是在建國初期，針對流動和半流動沙丘面積比較大，流動性比較強的特點，著重流沙的治理，側重發揮生態效益。而阿爾鄉沙地開發治理，是在連年出現干旱，沙地出現嚴重水分虧缺的背景下開展的，因此，著重地下水開發利用與節水技術研究。

7.3 實施沙地水利改良與利用，改善沙地水分平衡。推平沙丘，沙地利用面積擴大25%～30%，提高土壤含水率0.9%～1.3%。

7.4 開發地下水資源是沙地改良利用的關鍵技術，經過連年干旱以后，沙地土壤含水率顯著降低，在生長季節0～150 cm土層僅為2.0%～3.0%，林木或農作物常常發生自然萎蔫。因此，進行補水是保障栽培作物成活與生長的關鍵。打機井，平均每3.3 hm2分布一眼井，出水量7 th-1，發展灌溉農業。

7.5 由于沙地發生水分虧缺，節水灌溉與抗旱栽培技術具有重要意義。實施微潤灌溉，鋪設地下管網，比管道灌水，節水2～3倍。實行膜袋植樹與覆膜植樹法，節水1倍左右。

[1] 焦樹仁,王爾利,王曉峰,等.阿爾鄉沙地圍封效果的分析[J].防護林科技,2010(3):7-9

[2] A.H.考斯加可夫.土壤改良原理[M].北京：高等教育出版社,1954

Improved Water Conservation of Sand Land and its Utilization in Zhangwu County

Jiao Shuren1, Li Chunlong2, Wang Baoze2, Tong Wei2

(1.Liaoning Provincial Dune-Fixation and Afforestation Institute, Fuxin 123000,China;2.Academy of Water Resources and Hydropower, Liaoning Prov.,Shenyang 110003,China)

In order to improve water conservation and utilization of sand, the experimental demonstration zone in Aer Township of Zhangwu County in Liaoning Province was established.Result shows that: bulldozing dunes can improve the water condition of sand, increase the soil moisture content by 0.9%-1.3%, and expand the utilization area for sand land by 25% -30%；wells were made by using groundwater;a well is distributed every 3.3 hm2;the amount of water is seven tons per hour, which used for irrigating farmland, medicine garden, nursery and fast-growing forest.Implementing micro-irrigation and laying underground pipe network can ensure the soil moist during the dry season, and can save water 2-3 times than that with irrigation pipe;using film bags planting and film planting method can save water about one time.

sand land;improvement and utilization;bulldozed sand dunes;underground micro-irrigation;water-saving technology

1005-5215(2015)01-0052-04

2014-11-05

焦樹仁(1934-)，男，遼寧錦州人，大學，教授級高級工程師，現從事固沙造林、沙地生態系統結構與功能評價等研究.

S156

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.01.019