淺析風沙土的改良與利用措施

張海歐郭振

(1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，陜西 西安 710075；2.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，陜西 西安 710021；3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西 西安 710021；4.陜西省土地整治工程技術研究中心，陜西 西安 710075)

我國農業所面臨最嚴重的問題之一是人多，耕地少。我國土壤退化總面積達460萬km2，占全國土地總面積的40%，是全球土壤退化總面積的1/4。處于受破壞性因素威脅之中的耕地面積為5290萬hm2，約占耕地總面積40%；其中處于水土流失的耕地面積占86%，鹽化堿化面積占9%，沙化面積占5%[1,2]。華北平原農業區有較大面積風沙土，內蒙古農牧區主要是荒漠化和鹽堿化；西北牧區主要是干旱、荒漠化和鹽堿化[3-5]。

世界沙漠化土地面積擴大，地球上約1/3陸地表面受到威脅。我國有沙漠戈壁面積110萬km2，建國以來，造林育草、營造防護林，初步控制流沙數千萬畝[6]。因一度對森林亂砍濫伐，草原過載，盲目開墾，沙漠化面積有所擴大，沙漠化土地已達32.83萬km2，其中草原沙化退化尤為嚴重，達5133.33萬hm2，并有15萬km2土地受到沙漠化威脅，每年有13.33～20萬hm2農用地遭到破壞[7,8]。長期以來，實施沙地綜合治理一直是大家關注的熱點和需要解決的難題。以生態安全為前提，能夠在有限條件下，增大耕地面積更是有價值的沙地治理方向。

1 土地沙化概述

土地沙化的過程主要是風蝕和風力堆積過程。沙化土地改良與治理的主要原則是抑制風沙土的流動，主要是因需因地制宜選擇不同的改良措施，或者各措施間配合使用，相輔相成。主要改良措施包括機械措施：設置沙障(草方格)。水利措施：引水拉沙，平整土地；引洪灌淤；節水灌溉工程。生物措施：營造防護林系統和種草，生物結皮。農業措施：耕作方法，作物配置等。化學措施：瀝青乳化劑、渣油以及聚丙烯胺，化學結皮。

2 風沙土的利用與改良措施

2.1 砒砂巖與沙復配成土技術

砒砂巖與沙復配成土技術主要是通過添加當地廣泛分布的砒砂巖，其蒙脫石含量高，使風沙土中的粘粒、粉粒含量增加，改善風沙土的質地和理化性質，并通過后期土壤肥力提升措施及作物種植，促進風沙土土壤培育過程，加快風沙土土壤熟化過程，因此該技術屬于風沙土改良的綜合技術。其中典型工程措施為砒砂巖與沙復配成土技術，通過增加粘粒粉粒含量，使砂粒與粘粒產生膠結力，促進土壤團聚體形成，同時利用農業技術措施培育土壤，開展農作物種植，實現了顯著的經濟、社會和生態效益。

毛烏素沙地南緣位于我國北方農牧交錯帶的西部，占地面積較大的沙和砒砂巖都是毛烏素沙地的2種重要資源[9]。在毛烏素沙地砒砂巖和風沙土并稱為“兩害”，砒砂巖水土流失嚴重，是黃河粗砂的主要來源。韓霽昌等[10,11]研究發現，砒砂巖中次生粘土礦物豐富，與沙相間分布，儲量大，可滿足促沙成土對材料“質”與“量”的需求，研發了砒砂巖與沙復配成土造田技術，實現了由砂土向壤質土的轉變。砒砂巖與沙在性質上存在極大差異，二者混合后產生交互作用。砒砂巖在沙作用下，孔隙度增大，滲透性增強，砒砂巖質地致密，含有豐富的粉粒，易板結，滲透性差，植物根系難以穿插。砒砂巖與沙混合后，砒砂巖顆粒被沙粒分散，沙土屬于單粒結構，孔隙度高，滲透性好，為作物的生長創造了良好環境。沙在砒砂巖作用下，毛管孔隙度增大，可以提高保水保肥能力。

砒砂巖塊與沙混合后，會嵌于沙中，沙土結構屬于單粒結構，非毛管孔隙度大，飽和導水率高，保水和持水能力差，而砒砂巖毛管孔隙度大，吸水持水能力強，當砒砂巖吸水量達到水分飽和時，砒砂巖顆粒間的毛細壓力消失，砒砂巖顆粒間吸附作用極大減弱并呈松散趨勢。砒砂巖的機械組成分析結果表明，砒砂巖顆粒以粉粒為主，松散的粉粒可以鑲嵌于周邊的砂粒的非毛管孔隙中。當土體再次失水時，混合的砒砂巖和砂顆粒在毛細壓力以及砒砂巖中碳酸鹽礦物膠結等作用下相互吸附團聚，形成具有良好孔隙性的“土壤”結構。砒砂巖顆粒和砂粒經混合后再分布，既可團結砂粒，又能被砂粒分散，避免形成整體的板結層。

具體技術就是在土地整治過程中，利用工程手段實現成土，構建保水保肥的土體構型；在土地利用過程中，結合生物手段，實現成土到成壤的轉變，構建具有永續生物循環系統的有機土體。多年試驗結果表明，復配土水肥利用效率和生產力對比沙地大幅提升，復配土可持續利用效果顯著。主要通過沙地平整、碾壓、覆砒砂巖、水浸砒砂巖塊、拌合和碾壓復配土等全鏈條、全過程的工藝流程，實現砒砂巖與沙復配。砒砂巖與沙復配成土改良沙漠化和沙荒地的技術適用于陜西、寧夏、內蒙等全國風沙區及砒砂巖分布的區域。修復周期一般為3～5a。該技術是以膠體為核心物質的砒砂巖為材料，與沙復配成土，具有多功能、永久有效性，無危害，儲量豐富、易開采，造田0.6～1.2萬元·667m-2，成本低，主要成本為工程措施所產生。

2.2 機械沙障措施

機械沙障治理沙地的措施應用較多，主要是用粘土、柴草、秸稈、樹枝、塑料網等材料，通過在沙地表層或者表面形成障蔽物或提升沙地粗糙度，從而起到降低風速和固定沙地表的作用，最終達到固沙的目標。該技術主要是用來固定半流動沙丘和流動沙丘。多用于沙障材料(藤條、秸稈)充裕的沙地，如甘肅省民勤等地，有效遏制了區域沙漠擴展速度[12]。該技術應用的材料大多為農業廢棄物，成本較低，但工程量較大，需要的人力多，因此綜合成本偏高。修復周期一般為1～2a。

2.3 生物措施

風沙土改良的生物措施主要是采取人工造林、飛播造林、封沙育林育草等治理技術，輔以生物和草方格沙障。通過選擇沙棘、檸條、沙柳等旱區特有植種的種植、菌根技術和喬、灌、草結合等提升植被優化度的措施，增加地面覆蓋度，建設喬灌草相結合的防風固沙林體系來進行沙地改良，從初步恢復生態系統功能和結構方面進行沙地治理。在半固定沙地或流動沙地直接進行人工植苗造林和直播造林；在地廣人稀、危害性較大的流動及半流動沙地進行飛播造林種草；在固定沙地實行圍欄封育和人工管護封育；在沙流動移動較快、危害較重的區域設置草方格機械沙障和直播固沙灌草生物沙障[13]。

該技術修復周期一般為3～5a，適用于干旱半干旱農牧交錯地帶，如科爾沁沙地、毛烏素沙地、呼倫貝爾沙地。但較難選擇適宜當地立地條件的植物種，且成活率無法保證，很難在短時間內達到固沙效果。一般有國家相關政策的支持，如“三北防護林”工程等，經濟，效果持久、穩定，可促進土壤的形成過程，植被形成以后能改善周邊的生態環境。

2.4 化學措施

常見的化學固沙材料有瀝青乳液、瀝青化合物、折疊油-膠乳固沙、高分子聚合物等，通過化學固沙材料的使用，對具有沙害的沙丘或沙質地表營造一層固結層，起到改良沙土質地及理化性質，并且提升沙地的水分保持能力，以達到防治土地沙化及固沙的作用[14]。治沙材料中應用效果較好、較普遍的是高吸水樹脂類，該材料的使用能夠使顆粒分散、無結構的沙土凝聚成為穩定的、大的團聚體，從而實現固沙、保持水分和提升沙地生產力作用，其固沙效果強度高、吸水保濕性好、耐水性好、固化迅速、粘結性好。風沙土的化學改良措施適用于流沙危害嚴重、干旱少雨、地下水開采較困難的沙漠地區[15]。但該技術的缺點是有造成二次污染的可能，修復周期一般為0.5～1a，研發費用較高，高吸水樹脂約20～500元·kg-1，應用較為局限，技術多局限于吸水性好和成本低的樹脂開發。

2.5 水利工程措施

通過水利防治沙漠化的工程措施目前主要應用的是引水拉沙、引洪淤灌和引水阻沙3種技術。該措施適用于灌區、水資源豐富的地區，如內蒙古庫布齊沙漠以及河套灌區[16,17]。該技術需要因地制宜，短期可見成效，但只是暫時性的治沙措施。一般區域內水資源受限，工程實施難度較大。修復周期一般為1～2a，成本較高，主要為工程措施成本。

2.6 農業技術措施

沙化土地改良的農業技術措施主要包括作物配置、耕作、播種及土壤培育等方面[18]。根據不同作物在抗風沙能力上表現出的不同生物學特性，再結合當地起沙風速及風沙危害的程度，適宜地配置適合當地抗風能力好和生命力強的作物；在沙地上耕作時，通過深翻或者耕作等農業技術措施增加地表的粗糙度，以增強抗風蝕能力，為了確保墑情，要掌握適度。此措施適用于沙化農田，常見于風沙帶旁邊的農田，一般作為輔助性措施，與其它措施配合使用。修復周期一般為3～5a，成本適中。

3 結論

土壤改良必須針對土壤中妨礙植物生長的問題，根據因地制宜、因土制宜、經濟實效原則制定改良措施。采取治標與治本、當前與長遠、利用與改良等理念選擇單項措施與綜合措施相結合，妥善地做出安排，以期取得最大的經濟和生態效益。土壤沙化防治建議如下。

實行生物保護工程，建設農田防護林網帶；建立生態復合經營模式，在降雨量資源保證地區實行林農牧復合經營模式；合理開發水資源，協調流域上中游水資源合理分配；控制農墾，保護草地。