毛烏素沙地治理與利用中存在的問題及解決對策

摘要為了改善毛烏素沙地的區域生態環境和緩解土地供需矛盾，人們嘗試了多種治理和利用毛烏素沙地的技術措施，但是這些治理和利用的技術措施存在著技術可行政策跟不上、缺乏實踐、群眾積極性差等問題。針對以上問題，逐一分析了各種治理技術措施存在的問題，并提出分區治理等解決對策，為毛烏素沙地的綜合治理和合理利用提供了更切合實際的指導建議。

關鍵詞毛烏素沙地；綜合治理；科學利用

中圖分類號S181.3；X37文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2015）05-218-04

基金項目國土資源部公益性行業科研專項項目（201411008）。

作者簡介童偉（1987- ），男，陜西黃陵人，初級工程師，碩士，從事土地整理復墾和土地工程等研究。*通訊作者，高級工程師，研究員，博士，從事土地工程方面的研究。

收稿日期2014-12-25

我國是一個人多地少的國家，據國土資源部提供的資料顯示：1996 年至2003年間中國耕地面積已由1.3億hm2 減到1.23 億hm2，減少了700 萬hm2，2010年，人均耕地面積約0.1 hm2（1.37畝），不到世界平均水平的40%；隨著人口持續增長和經濟快速發展，工業化、城鎮化和農業現代化同步加快推進，土地需求剛性上升與供給剛性制約的矛盾日益加劇。與此同時，我國是世界上受風沙危害最嚴重的國家之一。據監測，20世紀末，我國沙化土面積達174.31萬km2，占國土面積的18.2%，且以年均3 436 km2的速度擴展。近年來，我國北方地區連續發生較大的浮塵、揚沙和沙塵暴天氣，頻率之高、范圍之廣、強度之大，給生態建設敲響了警鐘[1]。如青海湖鳥島已經成為沙丘包圍的半島，平均流沙厚度14 cm，部分地區已形成新月型沙丘，昔日水草豐美、風光無限的青海湖鳥島正面臨全面沙化的威脅[1-3]。因此防沙、治沙，發展耕地已經成為大勢所趨。

1毛烏素沙地概況及成因

毛烏素沙漠是中國四大沙區之一。位于37°27.5′～39°22.5′ N，107°20′～111°30′ E。包括內蒙古自治區的鄂爾多斯南部、陜西省榆林市的北部風沙區和寧夏回族自治區鹽池縣東北部，總面積為3.98萬km2。地名起源于陜北靖邊縣海則灘鄉毛烏素村。自定邊孟家沙窩至靖邊高家溝鄉的連續沙帶稱小毛烏素沙帶，是最初理解的毛烏素范圍。由于陜北長城沿線的風沙帶與內蒙古鄂爾多斯（伊克昭盟）南部的沙地是連續分布在一起的，因而將鄂爾多斯高原東南部和陜北長城沿線的沙地統稱為“毛烏素沙地”。

1.1自然因素

毛烏素沙地深處內陸，屬干旱、半干旱地區，氣候干燥，大部分地方年降水量均在440 mm以下，有些地方年降水量甚至不足200 mm。由于降水主要集中在7、8、9月這3個月，加之氣候干旱，蒸發量大，所以一年中濕度差別較大，容易出現旱災和風災。旱災的后果是造成水分大量蒸發，而水與植物生長有著十分緊密的關系。在降水量極少的干旱地區，土壤的含水量主要靠地下水毛管供給。當地下水位下降，毛管上升，水不能達到地表或植物根系層時，植被開始衰退，植被衰敗以后，就容易受到風蝕破壞，從而出現沙漠化。風災對土地荒漠化的影響更為明顯。風是沙漠擴展的原動力，地表一旦失去植被保護就會受到風蝕。隨著風蝕作用的不斷發展，光板地演變成風蝕劣地，被吹蝕的物質形成風沙流。當風沙流速度降低或遇到障礙時，所挾沙塵下落堆積，受不同風向的影響而形成各種類型的沙丘，從而變成沙漠[4]。

1.2人類活動

毛烏素沙地的開發已有多年的歷史，但在唐朝以后，出現只注重軍事控制和開荒種田，不注意經濟效益與多種經營的合理開發。特別是自然條件較好或具有重大戰略意義的地方，開發過度，甚至出現竭澤而漁的情況，而在戰亂年代，驅逐農戶，破壞莊稼，把農田變為牧場，砍伐森林，開墾草場，把宜林宜牧地區變為農業區的粗放開發方式，則加速毛烏素沙地荒漠化的進程。歷史上曾出現“榆林三遷”的慘痛教訓。此外，水資源使用不當也會導致土地荒漠化的發展，榆林和鄂爾多斯也曾有過一些城鎮，天然植被良好，農業發達，但過度開發，使河流萎縮，水系變遷，從而導致大片土地荒漠化，這些城鎮也隨之相繼消亡[5]。

2治理毛烏素沙地的措施

按照《防沙治沙法》的要求，國家林業局在摸清沙化土地底數、查明土地沙化原因的基礎上，結合我國國民經濟和社會發展的要求，對全國沙化土地治理進行了統籌規劃、系統布局，提出了“保護優先、積極治理、適度開發”及“以大工程帶動大發展，重點突破，整體推進”的治理思路。根據我國沙化土地現狀，社會經濟及自然狀況，有針對性地采取防沙治沙措施。治沙的方法一般采用植物治沙、機械沙障和化學方法。

2.1化學治理方法

2.1.1化學固沙的種類及機理。

2.1.1.1水泥、石灰。

水泥和石灰均為水硬性膠凝材料。從化學作用來分析，水泥、石灰和沙無法膠結，它們只能填充沙漠沙顆粒間的孔隙，故固結主要靠水的作用。存在于水泥熟料中的各種化合物全都是無水的，但是當使之與水接觸時則都能與水起化學變化或被水分解而形成水化物，生成的強堿中的游離鈣離子又迅速與大量沙子中的酸性二氧化硅起作用，生成硅酸鈣等穩定結晶物，因而粘結成為具有較高機械強度的剛硬殼層，以保護沙丘免遭風蝕。上述作用過程的開始至結束，意味著膠結的開始與結束。其反應式如下：

2（3CaO·SiO2）+ 6H2O→3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca（OH）2

2（2CaO·SiO2）+ 4H2O→3CaO·2SiO2·3H2O+Ca（OH）2

SiO2+ Ca（OH）2 + nH2O→CaO·SiO2·（n+1） H2O

因此水泥固沙的過程實際上是3種物質的化學轉化與結合的過程。

由于沙漠地區氣候炎熱干燥，沙面溫度高，水泥漿噴灑在沙面上，其中的水分迅速蒸發，水泥由于缺乏足夠的水分而無法完全水化，生成的水化產物量少，只能形成薄且強度很低的固結層。同時硬化的水泥漿體屬于脆性材料，幾乎沒有柔性，在沙漠中受惡劣氣候和沙丘遷移的影響，硬化水泥漿體很快就會干縮、龜裂，失去固沙和保水作用，所以現階段很少單獨使用水泥漿進行治沙，而在固定海岸沙丘方面水泥漿比其他材料優越。

石灰加固沙子的作用原理與水泥一樣，是通過化學反應完成。石灰中含有大量的鈣離子，堿性很強，而沙子的主要成分為酸性二氧化硅，理論上，拌合后就能結合，但若沒有水作媒介反應無法進行，所以加水發生化學反應的過程即為膠結過程。

2.1.1.2水玻璃。水玻璃固沙研究早在20世紀60年代初就已開始，在化學治沙中被廣泛應用，美國、日本等國均認為水玻璃是一種優良的固沙材料[6]。

采用模數為2.6～3.5的鈉水玻璃或最佳模數為3.8～4.0的鉀水玻璃，并以鈣鹽溶液（如CaCl2）為增強劑，將水玻璃溶液滲透并填充到沙粒間隙中，與增強劑發生化學沉淀作用，生成難溶的硅酸鈣。

其化學變化為：（NaSiO3）n+ Ca2+→ （ CaSiO3）n+ 2Na+

水玻璃是以硅氧四面體單元共用氧而相互聯結的鏈狀結構，但結構比較松散。增強劑中的Ca2+比Na+（K+）多帶1個正電荷，它可以和2個非共用的氧離子相互吸引或聯結而成內絡鹽，或和鏈狀結構中任意2個靠近的共用的氧離子結合而成局部環狀結構，（CaSiO3）固結層的機械強度增強，形成強而硬的保護結構。

水玻璃添加有機或無機材料復合固沙效果較好，但這種固沙對空氣濕度有一定要求，一般應大于50%，否則水玻璃會逐漸失水，固結層越來越脆，因此在特別干旱的沙區不宜采用。

2.1.1.3石油類產品。

石油類有原油、重油、瀝青及乳化瀝青等很多產品，而乳化瀝青是世界各國應用在化學治沙工程中最廣泛的材料。乳化瀝青噴至沙面后，由于受沙粒的強烈吸附和電性作用，瀝青被擋在沙面，形成一非連續固結層，由于蒸發作用逐漸變硬，以保護沙面免遭風蝕。石油化學工業的副產品作為固沙膠結材料，已進行了大量研究工作，我國和俄國、德國都已采用過[7-10]，現在看來該類產品的不足主要是形成的黑色固結層與大環境協調方面較差。

2.1.1.4高分子高吸水樹脂類固沙材料。

高分子高吸水樹脂類固沙材料由于其性能穩定、施工簡便的特點而成為目前化學固沙材料的主要研究對象之一。該類材料的固沙原理是：其分子量很高，粘度較大，用它來固結沙漠，可使原本松散的沙粒膠結成較大的穩定體，并且其具有較好的韌性，能夠起到固沙的作用。目前已開發出的高吸水樹脂有淀粉接枝丙烯腈、淀粉接枝聚丙烯酸類、纖維素類、聚丙烯酸鹽類、醋酸乙烯類等。高分子高吸水樹脂具有吸水保水性能優異、固結強度較高、粘結性好、固化迅速、保水性和耐水性好的特點，但因其抗老化性能差，易發生氧化，成本較高，生產工藝及原料有一定的局限性，故未能進行推廣，不過它還是具備一定的發展潛力。

2.1.2化學治沙的應用。

有文獻報道[11]利用制漿廢液制備高效、低成本的固沙材料，適用于所有制漿造紙廠，產品可用于荒漠化治理，潛在用戶眾多，市場前景良好；其次，年產3.4萬t秸稈造紙廠實施木質素改性工程生產固沙材料，每年可新增產值約1.2億元，實現利稅2 000萬～3 000萬元，這一優勢在我國西部地區尤為顯著；第三，預計固沙材料成本遠遠低于其他有機或無機的聚合物固沙材料，價格優勢明顯，企業利潤空間很大；第四，可充分利用我國豐富的秸稈原料資源，解決秸稈廢棄物的高效綜合利用及中小型秸稈制漿廠的廢液污染問題，同時采用植物降解產物作固沙材料，使化學固沙和植被固沙相結合，有利于從根本上防治荒漠化。石油產品治沙的研究開始較早，隨著高分子化學工業的迅速發展，現在開始越來越多地嘗試用高分子材料，應用現代膜技術固沙，控制沙漠化擴展及沙塵暴的形成，這又開拓了化學治沙的另一個發展方向。然而對高分子材料的研究開展較晚，且大多集中在宏觀力學特性方面，治沙機制的研究還較少[12-14]。化學治沙理論不夠完善，這也在一定程度上影響了化學治沙方法的發展速度。

2.1.3化學治沙局限性。采用化學方法固沙，因采用高分子化學劑等化學措施，由于化學劑帶有毒性或者不易降解，容易對環境產生污染；且化學劑造價昂貴、治標不治本。

2.2植物固沙

植物固沙也被稱為生物治沙，主要是通過封育、營造沙生植物的手段，進行人工恢復和改善相應的沙區生態環境，而采取的積極措施。植物固沙技術是目前沙地治理中最普遍的技術，具有持久、有效、穩定等特點。植物固沙技術適合在新疆、甘肅、內蒙古等地推廣應用，它可以補充完善中國目前采用的“喬、灌、草”結合的防風固沙生態體系，尤其適合西北荒漠化地區的地表生態恢復[15]。

2.2.1植物固沙樹種選擇。固沙樹種的選擇要求具備耐干旱、耐脊薄、耐高溫、抗風蝕、耐沙埋等特點，主要有新疆楊、樟子松、沙地柏、花棒、踏郞、沙柳、檸條、紫穗槐等[16]。植物固沙包括種草和種植喬、灌木。草本植物能夠適應較差的自然條件，易于生長，但壽命不長；灌木適應性強；喬木樹干高大，防風能力強，但一般需要較好的水分條件才能成活生長。因此，理想的植物固沙是草、灌、喬相結合，取長補短，以達到最大的防風固沙效果。

2.2.2植物固沙類型。植物之所以能固定流沙，一是在于沙生植物具有發達的根系，能固結其周圍的沙粒，加之枯枝落葉的堆積，腐爛后有利于有機質的聚集，促進沙的成土作用，改變沙地性質，使流沙趨向固定；二是由于在沙丘上栽種植物后，增加了地表的粗糙度，因而也就增加了對風的阻辦，降低風速，消弱與抑制了風沙流活動。其主要措施類型有：封沙育林育草、平緩沙地造林、防風固沙林、農田防護林等。

2.3工程措施

2.3.1建立防護林。改造和利用沙漠的前提是：大量建造防護林帶。以有效擋住強風、狂風以及風流沙和沙塵暴。然后在防護林帶的保護下，可推展沙產業來增加地面植被，改造和利用沙漠，防止沙漠化的進一步擴散[15]。由寧夏靈武白芨灘國家級自然保護區管理局承擔了“黃河中游防護林建設項目”實施地點位于黃河中游、毛烏素沙漠邊緣的寧夏靈武、鹽池、陶樂3市縣的沙區，將使寧夏4 281 hm2 沙漠變為綠洲，使沙區100多萬農民受益。其中的“靈武市白芨灘大泉國家級自然保護區項目”，植被覆蓋度由治理前的不足10%提高到現在的50%以上，造林區內微環境質量明顯改善[17]。我國的三北防護林，也已卓見成效。

2.3.2機械固沙。

在流動沙地上設置各種風障或覆蓋物，阻止沙子的流失與搬運。機械固沙是治理流性較大風沙地的首要措施，在沙丘迎風坡1/3以上地段，與主風向垂直方向上搭設風障，降低風速，阻止沙子移動，然后，再用植物措施使流動沙地得到治理。風障類型有多種，最廣泛應用的是草方格沙障和沙蒿活風障。同時，地面覆蓋物如雜草、黃土、石子等也得到很好的應用，大面積防風固沙工程中，沙蒿活障蔽最好，它既能降低風速，又能固定流沙也可以給其他植物的定居創造良好的生存環境。覆蓋物固沙常用在小面積治沙工程中，如鐵路、公路防沙固沙，效果十分顯著。通過試驗，5年后植被發生了明顯的變化，在實行機械固沙措施后，植物種類增加10倍以上，植被蓋度增加5倍多，地表結皮層也逐漸形成。我國各地在沙區初步建立起沙區的無公害生產基地，但產投比例較小，因此，劃沙區資源的開發與利用有待于進一步研究探索，特別是植物資源的開發與利用，草場資源的開發與利用，都將成為沙區經濟建設的重點項目。陜北沙區從20世紀50年代開始大力植樹造林，防沙治沙，取得了不少的經驗和成績[18]。

2.3.3引水拉沙。

引水拉沙的主要條件是水源。榆林沙區地域遼闊，水資源十分豐富，境內有窟野、禿尾、榆溪、清水、紅柳、蘆河等大河流6條，流域面積14 700 km2，另外還有新橋、舊城、河口大型水庫和榆東、紅海、西沙、定惠等干渠。區內還有大小海子200多個，最大的紅堿淖海子面積5.4 km2，蓄水5億m3，而且沙區下濕灘地較多，地下水埋藏淺，水質好，水源足。這都為大面積引水拉沙造田創造了有利條件。引水拉沙工程主要有引水渠、沖沙壕、圍埂或沙壩、退水口等；沖沙壕經黃土段采取窄深式引渠，邊坡1∶1；純沙地采取寬淺式梯形斷面，底寬為水深的2～3倍，邊坡采用1∶（1.5～2.0）。為加快流速，避免沖沙壕淤積，引水渠道比降一般應為1/500。榆林西沙農場采用引水拉沙、墊土壓沙等措施，使大面積沙丘恢復了生產能力，由原來幾乎寸草不生到年產玉米3 750～5 625 kg/hm2[19]。

3與農業發展相結合的毛烏素沙地治理新模式

防沙、治沙是一項長期的、復雜的系統工程。沙漠化防治不但要遵循自然規律，更要促進當地經濟發展，增加農民收入。因為農村經濟發展是西部地區生態環境建設的目標之一，只有農村經濟的發展，才能保證生態建設的順利進行，才能使沙漠化治理具有廣泛的群眾基礎[20]。因此，在整治沙漠化過程中需要將農業與生態相結合，緊緊抓住西部大開發這一歷史機遇，制定整體的治理方案，在方案中，應將保護、治理、科技、政策等有機結合起來，提出新思路，建立新機制來推動沙漠治理工作。筆者認為在治理沙漠化的過程中應從以下幾方面發展農業。

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3.1選擇合適的種植模式

選擇適合沙區的農業模式至關重要，盧云亭等[21]提出建立集觀光旅游、高效節能、改善環境為一體的生態農業；王林和等[22]指出，在沙漠化地區發展農業，會增加植物的蒸騰量，而依靠降水量補給又不可能，這就必然會引起地下水的下降，因此必須選擇科學合理的灌溉方式。研究表明，滴灌、滲灌和噴灌非常適宜于沙地，它比傳統的灌溉方法可節約50%的水量，且滴灌系統很適宜小范圍的土地，具有節水控鹽的優點，成本也比較低，而且可使作物增產，對于農牧民來說既經濟又適用；吳薇[23]提出在整治沙漠化的過程中，需要多種土地利用方式，彼此之間互為支持和補充，如可以體現為農林牧之間、不同類型作物合理配置與輪作、農業與非農業經濟活動等，構成一個具有整體多功能的生產系統；趙延寧等[24]提出結合當地的降水和氣候特點，根據不同的立地條件，劃分不同的土地利用類型，因地制宜地建立防治和利用模式，固定流沙，充分利用沙地的水、土、熱等資源，發展沙產業，這樣不僅能夠改善生態環鏡，還可以促進經濟發展，增加農民收入；張永民等[25]提出，在文化和經濟方面對放牧和農耕這兩種土地利用方式進行整合，一方面可以利用種植的草料和收割后的作物秸稈來補充因氣候變異造成的年內或年際草料匱乏期的飼料需求，從而減輕牧場的牲畜壓力；另一方面，在干旱季節，夜間將牲畜留在農田放養，牲畜所留下的糞便還可以提高農田肥力。

3.2增加科技、經濟和政策投入

目前世界農業發展的總趨勢之一就是各種高新技術迅速應用于農業生產[26]。鄭元潤[27]提出在沙漠化地區發展高投入高產出的復合生態經濟農牧業，可以最大限度地提高土地的生產力，以最小面積的土地高質量地養育最大量的人口，把大量的土地解放出來，在自然或少量輔以人為干預的情況下使大量荒漠化土地得以恢復；趙世坤等[28]提出在沙區利用一定設施和工程技術手段改變自然環境，發展集約化生產的現代農業，按動植物生長、發育要求的最佳環境，以最少的資源投入獲取最大的經濟效益；董文[29]提出利用現代生物科學技術，再加上水利工程、材料技術、計算機自動控制等前沿高新技術，在沙漠、戈壁開發出新的“農工貿一體化”生產基地；趙昕等[30]提出在沙區建立現代干旱區高科技農業園區，利用基因工程對植物進行馴化，篩選出高產、抗旱的優勢品種，從而推動高新技術的應用，促成科技界與產業界的合作，促進科技成果的產業化、商品化和國際化。

3.3發展特色農業，延伸產業鏈

在沙區發展農業就要充分利用沙地獨特的光熱資源，進行反季節溫室特色果蔬產業，以企業為龍頭，聯結農戶共同參與，以本地銷售為主，外銷為輔助，利用沙區獨特的地理優勢，重點開發綠色無公害特色果蔬品牌，帶動區域產業的發展。

同時要明確，只有延伸其產業鏈，才能提高農業生態園區產品的競爭能力。因此，可以通過引進先進的生產技術和加工設備，對生產的初級產品進行加工，提高其產品附加值，如選擇黃土高原獨特的雜糧、雜豆和薯類，如谷子、糜子、蕎麥、綠豆、馬鈴薯等，利用本區較好的自然條件，按照綠色有機食品標準生產和加工，形成特色農業。

4結論

毛烏素沙地治理任重而道遠，實際治理中應多中措施相互補充、相互配合，根據地理特點，制訂綜合治理方法，協調處理好系統內的農業、畜牧業、林業、能源開發工業等的關系，構建以防護型生態結構、節水型種植結構、穩定型畜牧結構和效益型農業產業結構為中心內容的沙地脆弱性農業生態系統優化模式體系，使生態系統向更加穩定、健康的方向發展。

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責任編輯黃小燕責任校對李巖