毛烏素沙地砒砂巖與沙復配成土造田工程技術研究

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大紀汗村區域作為工程示范項目點，在基于砒砂巖和沙復配成土技術基礎上，綜合運用工程和耕作管理措施，形成一套兼顧生態和經濟效益的開發性治理新模式。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，改善了農業生產條件和生產效率，提高了糧食產量，實現了沙地資源化利用。通過對項目區實施灌溉與排水工程、田間道路工程、農田防護與生態環境保護工程等配套工程措施，使項目區種植結構有了合理調整，改善了當地的區域自然生態環境，逐步建立起人與自然、環境之間協調發展的生態系統，將原來的沙荒地打造成為景觀生態農業基地。

關鍵詞：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稱，位于N3730'～3920'，E10720'～11130'之間。長期以來，毛烏素沙地面臨區域土地沙漠化、生態退化等嚴重的生態環境問題。隨著氣候暖化趨勢的日益顯現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、改善區域生態環境、協調人地關系，成為國內管理界、學術界密切關注的重大現實問題[1，2]。從近些年來的防治技術研究與實踐來看，呈現出常規化、單一性、短期性的特點與問題，基礎性技術集成和自主創新能力不足、成果偏少，因而面對區域性生態退化、土地質量下降和人地關系惡化等一系列難題，亟需立足當地實際、明確科學目標，推進深度研究和創新[3]。

毛烏素沙地廣泛分布著被當地人俗稱為“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、沙粒間膠結程度差、結構強度低。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、化學性質和當地特殊的自然、人文環境，使得該巖層極易發生風化剝蝕。砒砂巖區土壤侵蝕模數高達3～4萬t/km2·a，是黃土高原侵蝕最劇烈的區域，被稱為“世界水土流失之最”，和“環境癌癥”。當地群眾深受其水土流失危害，視其危害毒如砒霜，故稱其為“砒砂巖”[4]。

長期以來，毛烏素沙地面臨區域土地沙漠化、生態退化等嚴重的生態與環境問題。隨著氣候變暖趨勢日益顯現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、改善區域生態環境、協調人地關系，成為國內管理界、學術界密切關注的重大現實問題[5]。從近些年來的防治技術研究與實踐來看，呈現出常規化、單一性、短期性的特點與問題，基礎性技術集成和自主創新能力不足、成果偏少，因而面對區域性生態退化、土地質量下降和人地關系惡化等一系列難題，亟需立足當地實際、明確科學目標，推進深度研究和創新。

1 項目區概況

項目區位于陜西省榆林市榆陽區境內的小紀汗鄉大紀汗村。距榆林城區23km，地理坐標介于E10928'58''～10930'10''，N3827'53''～3828'23''之間。本項目建設總規模170hm2，實現新增耕地165hm2。項目區屬典型中溫帶半干旱大陸性季風氣候區，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。區域屬干旱與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解析

砒砂巖與沙復配成土造田工程技術的核心部分是土體的有機重構和配套工程的實施。土體有機重構工程標準從顆粒重構、剖面重構、化學重構以及生物營養保障4方面做了規范。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]，隨后優化土體剖面結構，構建合適的耕作層構型[10]，調節土壤各化學指標達到作物生長適宜范圍，最后調節土體養分，滿足生命體生長需求。

2.1 土體有機重構

2.1.1 土體顆粒和土體剖面重構

顆粒重構前首先應根據項目區實際情況調查并選擇合適的種植作物，根據作物種類選擇適宜的砒砂巖與沙復配比例。陜西毛烏素地區一般適宜種植馬鈴薯和玉米等，根據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及剖面重構工程均以表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：底土平整后，上覆砒砂巖與沙混合物重構耕作層，根據不同作物設計配比及耕作層厚度計算砒砂巖用量。耕作層設計厚度以具體作物而定，一般設計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，使每個方格網面積和單車覆砒砂巖面積相等，做到每個方格網一車砒砂巖，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

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境化學要求，根據檢測指標進行土體化學重構。

調節土壤pH及電導率至能滿足目標作物的正常生長范圍內，改善土壤環境質量，重金屬含量不高于GB 15618-1995二級標準。如果項目區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，滿足作物生長的目的[11，12]。endprint

對于毛烏素沙地來說，如果項目區有輕度的鹽漬化或者土壤pH略高，不符合設計要求，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——改良劑摩爾質量，g；D——1mol改良劑能中和的OH-離子摩爾數，mol。

2.1.3 生物營養保障

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

養分培育調節：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、鉀等養分元素，結合化學肥料的施用，土體養分會發生動態變化，不斷改善。土體養分培育應以平衡施肥法為主[13，14]，根據不同作物目標產量確定合理肥料施用量，常見作物百公斤產量養分需求量見表3。

化肥施用量的計算根據產量指標、土壤肥力、肥料類型等綜合資料確定，公式如下：

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

2.2 配套工程措施

造田工程的相關配套工程進行了規范，其中灌溉與排水工程、輸配電工程、道路工程、農田防護與生態環境保持工程是主要部分。

灌溉與排水工程：根據項目區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，變壓器采用桿上架設（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路兩級，田間路一般采用砼路面，生產路一般采用泥結石或素土路面。

農田防護與生態環境保持工程：農田防護與生態保持工程主要包括農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平衡，拓寬建設用地空間；有利于優化土地利用結構，促進土地集約利用；有利于改善農業生產條件和基礎設施建設，提高農業生產率；有利于促進節約集約用地，促進農民增收、農業增效、農村發展。尤為重要的是，通過引入大規模現代化農業，不僅改變了傳統的農業生產方式，更加使當地干部群眾的思想產生翻天覆地的變化。這種巨變將推動農業生產以及其他產業結構的轉型和效益的提升[15]。

3.2 經濟效益

大紀汗項目建成后新增耕地達到穩定生產年份后，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。

大紀汗示范區總投資2148.91萬元，按開發整理凈增耕地面積165hm2計算，每667m2投入量為8679.20元。示范區實行輪作倒茬，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投入產出率為31.19%。

大紀汗示范區總投資額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，本項目經濟效益良好。

3.3 生態效益

砒砂巖與沙復配成土造田工程項目依據標準實施后，工程建設新增水土流失得到有效控制，區域生態環境明顯改善，工程建設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%。建設項目完成后，隨著新植林帶的成長及農作物的種植，植物恢復系數可達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、改善項目區小氣候，美化環境等方面，發揮重要的作用；形成錯落有致的人工綠色農田生態系統：“田方、路平、林齊”，與社會經濟發展相平衡的農業生態系統將逐步形成[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，是高產穩產的優質基本農田。為調整農村產業結構、發展多種經營、促進退耕還林還草創造了有利條件。通過實施砒砂巖與沙復配成土造田重大工程，既可以增加優質農田，又能夠有效鞏固退耕還林和生態建設成果[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研究。endprint