風沙草灘區砒砂巖與沙復配成土造田關鍵技術及效益分析

吳得峰 劉超

摘 要：殘次林地資源作為耕地后備資源的主要來源，通過對低效殘次林地的開發，能極大地緩解耕地占補平衡壓力，顯著提高耕地數量及質量。為探索適合于風沙草灘區殘次林地土地整治開發模式，本研究以靖邊縣龍二村風沙地為研究對象，借助砒砂巖和沙復配成土造田技術，采取4大工程和耕作管理等手段。結果表明：通過砒砂巖與沙復配成土造田工程的實施，能有效改善沙地土壤顆粒配比，改善土壤物理結構，增加耕地面積，改善農業生產條件和生產效率，提高糧食產量。通過灌溉與排水工程、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，對項目區種植結構進行合理調整，改善了當地的區域自然生態環境，將原來的沙荒地打造成為宜耕宜種、收益良好的景觀生態農業基地，促進美麗鄉村建設又快又好發展。

關鍵詞：風沙草灘區;砒砂巖;沙地;復配成土;殘次林地

中圖分類號：S28 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200930019

引言

陜北風沙草灘區，是我國沙漠化嚴重地區之一[1]，長期以來，該地區面臨區域土地沙漠化、生態退化等嚴重問題，加之隨著“溫室效應”日趨明顯和人類活動頻繁，致使土地沙漠化加劇、水土流失、水資源缺乏、土地質量下降等綜合問題日益突出[2]。殘次林地資源作為耕地后備資源的主要來源，通過對低效殘次林地的開發，能極大地緩解耕地占補平衡壓力，顯著提高耕地數量及質量，增加糧食產能[3]，但是，該地區土壤沙化嚴重，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[4]。該區域廣泛分布著由厚層砂巖、砂頁巖和泥質砂巖組成的巖石互層——砒砂巖，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[5]。當地群眾視其危害毒如砒霜，故稱其為“砒砂巖”。如何將砒砂巖與沙通過一定的工程措施按照一定的配比進行結合，不僅能有效改善土壤保水保肥效能，還能有效提升土壤肥力，增加作物產量，為民增收，已成為當前研究的熱點與難點。

砒砂巖與沙復配成土造田工程技術的核心內容是土體有機重構[6]。土體有機重構主要通過土壤顆粒重構、化學重構、剖面重構以及補充生物營養保障4個方面對土體進行再構造再形成[7]。砒砂巖與沙按照一定的比例進行配比滿足適宜當地作物生長的土壤顆粒級配，并對土體剖面結構進行進一步的優化重組[8]，從而構建適合于作物生長的耕作層，調節土壤各化學指標達到作物生長適宜范圍，通過添加化學肥料、生物有機肥等方式提升土體養分，達到滿足作物生長需求[9]。

本文以殘次林地土地開發為基礎，通過土地平整工程、灌溉與排水工程、田間道路工程、農田防護與生態環境保持工程等4大工程手段，將砒砂巖與沙按照一定比例進行復配結合，進而達到改善土壤物理結構，增加土壤孔隙度與透氣性，保水保肥，提高作物產量，為該地區未利用地、殘次林地等土地開發項目提供理論依據與數據參考。

1 項目概況

項目區地處陜北黃土高原北部，毛烏素沙漠南緣，地勢南高北低，海拔高程1000～1200m。項目區屬溫帶半干旱大陸性季風氣候，據統計年平均降雨量395.4mm，其中7—9月降水量占全年降水量的74.3%。受毛烏素沙漠影響，晝夜溫差懸殊，年平均氣溫7.8℃，極端最高氣溫37.7℃，極端最低氣溫-29.5℃（1975年12月12日）。年蒸發量1275mm，無霜期146～130d，年日照時數2768.8h，多年平均干燥指數為2.3，多年平均相對濕度53.7%。最大風力10級，多年平均風速3.29m·s-1，風向西北，多有沙暴、冰雹災害天氣，最大凍土深度1.3m。土壤有機質含量2.00g·kg-1，堿解氮含量9mg·kg-1，有效磷含量7.2mg·kg-1，速效鉀含量44mg·kg-1。

2 土地開發限制性因素

2.1 自然限制因素

項目區屬溫帶半干旱大陸性季風氣候，干旱少雨;最大風力10級，多年平均風速3.29m·s-1，易受風災影響。項目區黃蒿界鎮五合村地塊表層土壤為風積沙土，水分含量少，保水性差，土壤有機質、膠體含量少，灌溉保證率、風災、地形坡度、土壤質地等是項目區自然條件限制因素。設計將通過新打機井提高灌溉保證率，新建農田防護與生態環境保持工程以減少風災損失，進行土壤改良改善土壤質地。

2.2 農業設施限制因素

根據項目區交通、排灌設施、防洪排澇等基礎設施條件，除馬鞍山地塊田間道路為混凝土路外，其余2個地塊道路均為土路，寬窄不一且缺乏設計，農用機械很難通行，不便于機械化作業，在一定程度上限制了農業的發展和現代化的實現。項目區3個地塊灌溉水源均沒有保障，灌溉方式落后，灌溉水源不足，水利基礎設施不完善，灌溉條件較差，使良好的土地資源難以充分利用，在電力設施，交通、灌溉、防洪排澇、電力設施等方面存在著不同程度的限制因素。設計將通過新打機井，鋪設輸水管網，改變灌溉方式等措施改善項目區灌溉條件;硬化田間道路和生產道路改善其交通條件;修建田埂等提高防洪排澇標準。架設高、低壓線路，配套完善電力設施。

2.3 其它限制因素

項目區缺乏科學統一的規劃設計，土地得不到合理開發，集約化利用程度低;機械化作業條件差，土地產出率低，不能充分利用;土地整治資金投入不足，科技滯后。本次設計將項目區3個地塊進行逐一規劃設計，增加土地整治資金投入，使項目區土地得到合理開發，從而提高土地集約化利用程度，改善機械作業化條件，提高土地利用科技含量。

3 項目規劃內容與方案

依據項目區現狀地物以及結合當地農戶種植作物種植需求等條件分析，土地開發項目擬從田水路林等幾個角度進行綜合整治。項目區建成后應滿足田間管理和農業機械化、規模化生產需要;合理安排各施工工序，保證各項工程之間的協調配合，根據項目部缺啥補啥的原則，實現田間基礎設施配套齊全;依據中華人民共和國國土資源部TD/T1033-1012、TD/T1038-1013、陜西省《土地整治高標準農田建設標準綜合體》（DB 61/T 991.1～991.7-2015）及《防洪標準》（GB50201-2014）為標準進行工程設計。農田有效土層達到50cm以上，耕作層厚度達到20cm以上，田間基礎設施占地率控制在8%以下，田塊滿足機械化作業要求。土壤有機質含量達到12g·kg-1以上，pH值保持在6～8。灌溉保證率大于50%，達到75%，排澇標準達到10a一遇，農田防洪標準達到20a一遇洪水標準，田間水利工程配套率達100%，灌溉水利用系數達90%。田間道路、生產道路、電力通達率達到100%。農田林網防護面積達到90%。通過對田、土、水、路、林的綜合整治開發，達到“田成方、林成行、路成網、旱澇保收”機械化作業水平高，種植科技含量高，管理科學的農田標準。

3.1 土地平整工程

覆土32724m3，推土機推土19647m3，平地48493m2。土壤翻耕培肥31.66hm2，生物有機肥94.94t。

3.2 灌溉與排水工程

新建浮船式泵站1座，新打機井3眼，新建閘閥井、退水井9座，鋪設DN125壓力鋼管270m。埋設輸水管網共4541m，其中Φ140U-PVC管449m，Φ110U-PVC管1743m，Φ90U-PVC管2349m，Φ75PE輔管5006m，PE16滴灌帶356km。架設10KV輸電線路0.4km，鋪設380V線路0.68km。安裝S13M-10/0.4-30KVA變壓器1臺，配電房4間。

3.3 田間道路工程

新修田間道路2條，長1.81km;生產道路2條，總長0.7km。

3.4 農田防護及生態環境保持工程

栽植樟子松3242株，新疆楊1624株;植物護坡0.09hm2，圍網2436m。

4 效益分析

4.1 社會效益

4.1.1 增加耕地面積，提高土地利用率

風沙草灘區，砒砂巖與沙復配成土造田技術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，顯著提高土地利用率，增加可耕地面積，促進農民增收、農業增效，進而有效促進美麗鄉村建設。經測算，項目實施后，新增耕地31.0440hm2，新增耕地比率達到87.2%。

4.1.2 改善耕地質量，提高耕地產出率

砒砂巖與沙復配成土造田技術實施后，土地得到平整，田塊規整成方，土壤特性得到有效改善，水利設施配套完善，田間道路和農田防護林成網，區內所有耕地將成為“旱能灌、澇能排”的高標準農田;再加上大力推廣和使用有機肥料和生物肥料，耕地質量將得到全面提高，從而增加耕地產出率。

4.1.3 促進農業結構調整，增加農民收入

砒砂巖與沙復配成土造田技術實施后，將形成完善的田間道路系統和灌排系統，有利于推進規模化和專業化經營，使其區位優勢得到充分發揮，促進農業結構調整。同時，項目實施后，農民可充分利用完善的農業生產設施，發展多種經營，降低生產成本和風險，從而增加收入。

4.1.4 增強合理利用土地，切實保護耕地的意識

經過田、水、路、林的綜合整治開發，將增強項目涉及村鎮廣大人民群眾、各級政府和國土管理部門合理利用土地、切實保護耕地的意識。

4.2 生態效益

砒砂巖與沙復配成土造田技術的實施，將大大改善項目區農田生態環境和農業生產條件。通過道路兩側建設防護林，形成有效的防護林網，提高防風固沙能力，有效保護項目區免遭風沙和洪水危害，起到防治荒漠化、調節氣候條件，涵養水源、美化環境的作用，使項目區的抗災能力大大提高，同時也有利于周邊地區生態環境的保護和改善。工程建設擾動土地的治理率可達96.8%，水土流失面積的治理度達到88.7%。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96.7%，林草覆蓋率達70.0%，項目區將變成“田成方、樹成網、路相通、澇能排、旱能灌”的生態農業基地。農田生態林體系建成，可維持生態平衡，凈化土壤空氣，調節氣候。適時、適量和有針對性地施用肥料，使耕地的投入、產出趨于平衡，土壤的水、氣、熱得以協調，維護農田生態平衡，減少環境污染。隨著農業集約化程度的提高，農民居住相對集中，生活條件逐步改善，管理進一步科學，將降低人為因素對生態環境的破壞，有效防止水土流失等，保障農業豐產豐收，使原來脆弱的生態系統向良性循環的農業生態系統轉變。

4.3 經濟效益

分析砒砂巖與沙復配成土造田技術實施過程中的經濟投入與整理后項目區產值、凈產值、凈增長效益的關系，以及土地開發整治后對項目區居民經濟收入的影響程度;計算凈效益、靜態投資回收期等評價指標。工程竣工以后，將大大改善項目區農業生產條件，提高土地的適宜性，開發整治后，種植結構可隨市場需求狀況及時調整，提高土地產出率，提高土地綜合效益。

4.3.1 費用計算

工程費用包括固定資產投資（工程總投資）和年運行費。固定資產投資（工程總投資）420.4萬元;年運行費主要包括年維修費、年管理費，工程正常運行所發生的年運行費總計為7.2萬元。

年維修費按總投資的1.0%計算420.2×0.01=4.2萬元;年管理費按項目區已成工程管理經驗結合管理人員市場工資計算，每個片區配備1個管理員，每個管理員年工資1.0萬元，項目區共4個片區，年管理費總計3.0萬元。

4.3.2 效益計算

砒砂巖與沙復配成土造田技術實施后，新增耕地面積31.0440hm2。通過土壤改良、農田水利設施、道路、林網等工程建設，經過幾年耕種后，土地生產力可大幅度提高。依據有關資料及現場調查，項目區開發整治后作物種植結構和種植面積及增產情況見表1;開發整治前后收益情況見表2。開發整治后，項目區農業年產值達到114.55萬元，種植生產成本為33.34萬元，年運行管理費為7.2萬元，整治后項目區生產總成本為40.55萬元，則項目區耕地總凈收益為74.01萬元。

4.3.3 靜態投資回收期

該技術實施預算總投資420.4萬元，按整理規模35.6022hm2計算，投入量約為11.81萬元·hm-2。考慮土地整治屬于財政投資工程項目，在計算投資回收期時采用靜態投資回收期計算公式計算，則靜態投資回收期：

T=K/（△P-C）=420.2/（81.21-7.2）≈6a

即該項目靜態回收期為6a，經濟效益好。

4.3.4 單位功能投資分析

項目單位面積投資=項目總投資÷項目建設規模=420.2÷35.6022=11.81萬元·hm-2

新增耕地單位面積投資=項目總投資÷項目新增耕地面積=420.2÷31.0440=13.54萬元·hm-2

投資新增耕地數量=項目新增耕地面積÷項目總投資=31.0440÷420.2=0.0738hm2·萬元-1

4.3.5 靜態評價指標

本次砒砂巖與沙復配成土造田技術實施總投資420.4萬元，按項目區建設規模35.6022hm2計算，平均土地投資量為7872元·hm-2，開發整治后耕地面積為31.0440hm2，平均耕地投資量為9028元·hm-2。項目實施后，每年凈收益為74.01萬元，靜態回收期為6a。所以本項目運行經濟可行，具有較好的盈利能力。而且項目實施后可促進農業產業結構調整和產業鏈的升級，將使本項目的經濟效益更為可觀。

5 結論

砒砂巖與沙復配成土造田技術，能顯著提高土地利用率和耕地產出率;增加有效耕地面積，在一定程度上緩解靖邊縣的人地矛盾，有力地保障耕地總量動態平衡目標的實現。通過工程和生物措施，提高了項目區耕地土壤物理結構及顆粒組成，提高了土地利用綜合效益，增加農民收入，為小城鎮建設和社會經濟的可持續發展奠定良好的基礎。

以砒砂巖與沙復配成土造田技術為契機，依靠當地農業科研技術力量，推進農業結構調整，優化產業結構，促進當地經濟的可持續發展，提高人們生活質量;通過路、水利等基礎設施配套建設，提高項目區整體定位，促進農業生產的發展;通過砒砂巖與沙復配成土造田技術，建立農業科研和技術推廣的應用平臺，發揮科技是第一生產力的作用，使項目區傳統農業走生態型農業發展道路，帶動當地農業生產水平上檔次，促進當地經濟發展，提高人們生活質量;有利于優化城鄉用地結構，采用砒砂巖與沙復配成土造田技術，將農村殘次林地進行開發，極大調動了當地群眾的積極性;通過土地開發打通了統籌城鄉建設用地的通道，突破了城鎮建設用地的瓶頸，開辟出經濟發展的空間，大大緩解了用地矛盾，優化土地利用結構。

參考文獻

[1] 師晨迪.砒砂巖與沙復配土耕種后團聚體變化研究[J].人民黃河，2020，42（01）：65-66.

[2]王啟龍.砒砂巖與沙復配成土造田工程示范研究[J].農村經濟與科技，2018，29（11）：5-7.

[3]王鶴亭.風沙草灘區殘次林地整治工程實踐——以定邊縣波洛池村為例[J].農業與技術，2020，40（09）：54-56.

[4]付佩，王歡元，羅林濤，等.砒砂巖與沙復配成土造田技術研究[J].水土保持通報，2013，33（06）：242-246.

[5]王立久，李長明，董晶亮.砒砂巖分布及巖性特征[J].人民黃河，2013（12）：91-93.

[6]Pandian N S ， Nagaraj T S ， Raju P S R N . Permeability and Compressibility Behavior of Bentonite-Sand/Soil Mixes[J]. Geotechnical Testing Journal， 1995， 18（1）：86-93.

[7]L Grasso， A Segre Fantoli， G Ienco M，et al. C O R R O S I O N Corrosion Resistance of Cr （III） Based Conversion Layer on Zinc Coatings in Comparison with a Traditional Cr （VI） Based Passivation Treatment[J]. La MetallurgiaItaliana， 2006， 98（6）：6353-6360.

[8]呂貽忠， 胡克林， 李保國. 毛烏素沙地不同沙丘土壤水分的時空變異[J]. 土壤學報， 2006， 43（01）：152-154.

[9]馬云艷， 趙紅艷， 嚴嘯，等. 泥炭和腐泥改良風沙土前后土壤理化性質比較[J]. 吉林農業科學， 2009， 34（06）：40-44.

（責任編輯 ?李媛媛）