沙地綜合整治開發技術研究綜述

摘 要：百余年來，沙地綜合整治開發始終是國際上高度重視的研究熱點。本文從沙地的土壤改良技術、節水灌溉技術、生態治理技術、綜合治理和開發模式等不同方面，綜述國際和國內較為成熟的沙地綜合整治技術體系研究歷程與當前進展，并總結目前研究中存在的問題，以期為沙地的綜合整治和開發進一步理清思路、尋找方向。

關鍵詞：沙地;治理;開發;土壤改良;節水灌溉

長期以來，國際上高度重視土地荒漠化問題。土地荒漠化不僅對生態環境造成了非常惡劣的影響，而且威脅著人類的生存和發展。20世紀30年代以來，世界各國紛紛開展了廣泛的荒漠化防治工作，并伴隨國際交流日益頻繁和學術活動頻繁開展。20世紀60年代以來，荒漠化治理的方向從單純注重生態效益轉向注重生態效益、經濟效益和社會效益，從注重生態保護和建設項目到利用科技創新支持綜合防治。相應地，包括中國在內的世界各國都在探索沙地開發模式，運用現代技術和創新理論對沙地進行改造，對現有模式進行更加細致和深入的研究，多角度提高沙地利用率，產生更多效益。

一、國外沙地綜合整治開發技術研究進展

（一）沙地土壤改良技術

荒漠化防治已有100多年的歷史，20世紀初，美國中西部地區大規模的農業發展導致風蝕和荒漠化迅速發展，沙塵暴頻發，引起了政府和學者的關注。美國農業部為此專門成立了水土保持局，開始了系統性土壤侵蝕研究[1]。防護林工程始于1934年，通過植樹造林和農田保護措施取得了良好效果。1965年，德國開始建設沿海防風固沙等大型林業生態工程[2]。1975年，聯合國通過了防治荒漠化行動計劃，1977年荒漠化世界會議召開之后，荒漠化防治研究進入高潮。沙地荒漠化防治主要集中在以下幾個方面：風沙土耕作類型對垂直雜草種子庫分布的影響[3]，沙漠環境中典型沙丘的土壤水分和溫度分布，裸地和植被土壤樣品進行土壤水分和溫度觀測，風沙土的保護性耕作研究等[4]。

（二）沙地節水灌溉技術

在沙地開發與防治的過程中，水資源作為剛性約束，嚴重制約了治沙利用效率。國外學者也對這一問題開展了大量研究。例如，以色列注重節水技術的發展，開創了沙漠化防治、水資源合理利用和經濟發展的世界典范，一些地區甚至用城市化代替農業用地來減少水資源浪費[5]。Saleh M. Ismail[6]認為，在沙地農業的開發利用中，灌溉水的利用效率和養分含量是提高作物產量的關鍵因

素。Ulf Hellden[7]指出，水資源是沙地植被生長的一個非常重要的限制因素，也是導致進一步荒漠化的重要原因。印度拉賈斯坦邦的沙地農業現狀研究結果表明，通過改變灌溉水量和灌溉水中不同微量元素的含量，可以優化農業利用模式[8]。而地中海東部2種不同樹種在不同降雨和季節下的水分利用效率的分析研究結果表明了其在沙化土地管理中的作用[9]。

（三）沙地治理模式與開發利用方式

隨著沙化土地管理研究的發展，沙地開發已從生態保護和建設項目轉變為多渠道利用科技創新支持的綜合防治，包括農業、商業和其他方式。Schlesinger等[10]的生物反饋研究揭示了荒漠化過程中人為活動和氣候變化所引起的水文過程的變化往往導致植被和土壤資源格局的變化，明確了干旱區不同尺度下植被和土壤異質性的規律及其與荒漠化的關系。Reynolds等[11]分析總結了荒漠化、環境和社會變化、消除貧困的進展、經驗教訓，提出了土地退化、生物多樣性安全、貧困與文化保護相結合的干旱區發展模式。Stringer[12]則指出根據可持續發展理論，荒漠化不僅是生態環境問題，而且事關經濟發展。Christian Buhm[13]認為保持土壤中的氮含量有助于德國中部沙地農業可持續發展。Laura[14]從另一個角度提出，充分利用農戶的經驗和選擇，對沙地農業利用模式的優化和調整能發揮重要的作用。Lotfollah Abdollahi[15]研究發現，多樣化耕作更有利于保護土壤質量，提高沙地作物的生產潛力。

二、國內沙地綜合整治開發技術研究進展

（一）沙地土壤改良技術

國內沙地土壤改良技術主要針對沙區土壤結構特性，研發相應材料改變土壤理化性質，達到固沙目的，主要是土壤穩定劑和保水劑。土壤穩定劑和保水劑的主要類型如下：（1）天然高分子改性產物，如木質素衍生物木質素磺酸鹽、多糖衍生物淀粉、纖維素;（2）合成類高分子產品，如聚丙烯酞胺、氨基聚合物脈醛樹脂、聚氨酷、聚乙烯醇;（3）天然材料，如黏土、黃土、砒砂巖、煤矸石等;（4）微生物改良劑。這些材料可以降低水的無效蒸發量，減少深層滲漏，提高水分利用效率。同時，這些材料可以減緩地溫波動，增加土壤體積和總孔隙度，改善土壤結構，增強土壤抗侵蝕能力，增加土壤的液相，減少土壤的氣相和固相[16-19]。其中，砒砂巖作為鄂爾多斯高原地區廣泛分布的一種無水堅硬如石、遇水松軟如泥的天然物質，與沙并稱兩害。但是，經過科研人員的充分利用，與沙復配成土后，將幾十萬畝沙地改良為條件良好的耕地，是極為成功的沙地整治案例[20]。

（二）生態治理技術

隨著對固沙技術的深入研究，學者逐漸從單一的整治模式向既有生態效益又有經濟效益的治理模式進行探索。有研究認為沙地生態工程技術、沙質農業工程技術與沙質水利工程技術相結合，是沙地合理開發的關鍵[21]。朱震達對農牧交錯帶荒漠化土地類型和發展程度進行了20多年的分析，提出了天然圍欄和防護林建設，建立了畜牧業、林業和農業有機結合的土地利用結構[22]。還有學者通過分析中國北部農牧交錯帶土地荒漠化的成因，提出了植被恢復與固沙技術、集約農業和畜牧業技術等防治荒漠化的技術體系、區域農業優勢資源開發與沙產業技術[23，24]。北方農牧交錯區50年氣候變化和土地利用變化結果表明，降水量的變化是研究區土地荒漠化的自然背景，土地利用格局的變化是荒漠化的主要原因[25]。劉建秋[26]在對沙化土地現狀和危害進行調查分析的基礎上，指出沙地治理的目的通常是追求生態效益，難以兼顧經濟效益，導致公眾參與的積極性不高，生態治理的大規模發展難以持續，是現階段沙地整治的主要問題。隨著沙地治理技術日臻成熟，沙地整治開發進入注重經濟、社會、生態效益的綜合模式階段，將經濟作物和生態效益結合起來，建立經濟作物種植基地，如建立樟子松材林基地、泥炭開發、沙漠石油和天然氣的開發利用以及紅柳大蕓、沙漠人參梭梭、沙柳固沙等[27-29]，均已發展良好。

（三）沙地節水灌溉技術

大量的研究表明，通過沙區的節水措施和有效的用水控制措施，可以有效地合理利用沙區有限的水資源，更好地促進當地的生態保護和水資源可持續利用。蒙曉采用主成分分析法確定了影響陜西省北部農牧交錯帶草地退化的主要因素，根據水環境條件，設計了區域生態系統重建模型[30]。董雯[31]提出了采用覆土方法，提高土壤含水量和持水能力，使沙地成為生態經濟區或良田。此外，泥炭、腐泥及其混合物等天然有機物的應用，可改善土壤結構，提高土壤保水保肥能力[32]。而沙土襯砌被證實可以提高土壤持水量[33]。蓄水和膜滲透水袋在作物根系上的應用，也能使土壤長期保持高含水量，具有明顯的節水效果[34]。

（四）治理模式

肖洪浪[35]通過總結我國沙地開發的關鍵技術和成功模式，提出沙地農業將在糧食供應中發揮重要作用。陳平平[36]通過總結渾善達克沙地的主要治理模式，提出應在荒漠化防治中突出保護和合理有效利用水資源。不同的學者紛紛提出了針對不同沙地類型、不同發展需求的差異化農業利用模式或者沙地優化管理模式[37，38]。其中，有學者認為氣候干旱背景、水資源匱乏、抗干擾能力弱、易發生風蝕和水蝕等是制約農牧交錯帶傳統農業發展的瓶頸，因此提出了農牧企耦合發展模式[39]。也有學者提出了農業、林業、畜牧業、生態畜牧業和立體養殖等農業循環經濟發展的沙地“四位一體”發展模式[40]。

當前沙地綜合治理和開發技術日漸成熟、完善，國際、國內范圍內，沙地經過治理，植被得到一定程度的恢復，治理已經取得巨大成績。但是，部分地區沙漠化面積仍有不斷擴大的趨勢，沙地治理和開發的任務仍然艱巨。其中最為緊迫的問題仍然集中在沙地治理與開發技術及模式的可持續性預測、治理技術體系的長期良性應用、治理與開發如何更好地結合等方面，這些問題的解決對于一些土地資源較為稀缺的發展中國家（包括中國）尤為迫切。

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