腐殖酸生態液膜固沙實驗初探

摘 要：生態液膜是利用工業和生活無利用價值的風化煤、褐煤、沼澤地草炭、城市生活垃圾廢棄物等為原料用活化劑活化改性，交聯劑的作用下形成高分子，然后與各種添加劑均勻混合制取，采用液相化學方法和微乳化產品。該產品是可降解的、無毒無害，主要用于土壤抗旱保水、替代農田塑料地膜、鹽堿地改良、沙漠治理、荒漠化土地修復、荒山礦山修復、道路護坡、城市沙塵治理等諸多領域的新型環保產品，值得大面積推廣應用。

關鍵詞：腐殖酸；液膜；固沙；生態修復

中圖分類號：S141.4 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）02–0-03

阿拉善左旗地處西北內陸高原腹地，少雨干旱，風大沙多，植被稀疏，是典型的大陸性氣候，沙漠、戈壁占該地區面積的50%，也是沙塵暴的主要沙源地。肆意的風沙埋沒農田、破壞草場、阻塞交通、襲擊城鎮村莊，嚴重影響當地的農牧業生產、交通運輸、廠礦企業生產、居民生活秩序和地方的經濟發展。

多年來，阿拉善地區在沙漠治理方面采取了各種措施，包括機械措施、生物措施，投入了大量的人力、物力、財力，也取得了明顯的局部性效果，但沒有從根本上、局域上解決沙害問題。

草方格沙障措施只能短期內（3年左右）解決保護對象周邊近距離的沙丘表面流動問題，施工難度大，材料解決有困難，對植被恢復效果不顯著，且需不間斷進行修補。編織袋沙障會對治理區環境造成嚴重的二次污染，而且施工難度大、成本高、費時費工，不適合大面積應用，主要用于公路、鐵路防沙應急措施。其他機械措施，諸如礫石沙障、黏土沙障、紗網沙障等，均受到各種因素的限制，只是暫時的、小范圍的應急措施，不利于治理區的植被恢復。

飛播造林在阿拉善防沙治沙、生態恢復中的應用較為成功，取得了良好的效果。但飛播造林受氣候因素，如降雨、沙漠土壤水分的限制，只能在有一定降水量的沙區實施，植被的生長也只有在沙漠的丘間低地、緩沙丘區、半流動沙丘區實施。

傳統的治沙方法是鋪設沙障，在流動、半流動的沙丘上設置成網格狀的擋風墻，以增加沙地表面的粗糙度，削減風力的侵蝕，使之無力帶走疏松的沙粒，起到防風固沙效果。設置沙障需要麥草、稻草、黏土、卵石、瀝青乳劑等大量材料，且扎制過程特別費時費工，耗費大量的人力、物力財力。當風速在8 m/s（5級風）以上時，沙袋沙障失去固沙作用；6級風以上沙障固沙作用會大大降低。

生態液膜的誕生填補了傳統沙障治沙措施的不足，它完全覆蓋沙面，既可以吸附降雨，使降雨滲入膜下沙土，又可以高效地抑制水分蒸發，有利于植被的恢復與生長。強大的黏性可將分散的單個沙礫緊緊黏接成大的沙粒團，配合固沙植被可實現8～9級大風不揚沙，60 mm降雨不產生水土流失，當年施工當年見效，噴灑1次可確保2年不流沙。

1 沙漠、沙漠化的危害

沙漠每年以4萬～6萬km2的速度擴展，沙漠化正在嚴重破壞生態環境。沙漠化直接導致可利用的珍貴土地資源急劇減少，破壞土壤結構，導致土地退化，養分流失，而恢復需要數十年、數百年，甚至數千年時間。沙漠化引起的草場退化，使適于牛、羊、駱駝食用的優勢草種逐漸減少，甚至完全減弱，牧草變得低矮、稀疏，產量明顯降低，草場載畜能力下降。

沙漠化導致生態系統和自然環境惡化，自然災害頻發，是人類面臨的最為嚴重的災難之一。自然生態是一個各種因素相互制約的完整體系，按照一定的規律保持相對穩定的平衡狀態。而沙漠化大大改變了陸地地表的物理特征，破壞了地表輻射收支平衡，誘發氣候和環境變化，導致沙漠化地區的水土流失更加嚴重。現有的植被急劇退化，生態環境急劇惡化，稀有動、植物消失或者滅絕，生物的多樣性遭到嚴重破壞。

2 治沙措施的概述

沙漠化防治的途徑是根據風沙危害的性質，采取各種技術措施，減弱近地表層的風速，阻止沙丘前移，以達到削弱或避免風沙危害的目的。長期以來，針對防治風沙危害（治沙）的措施，國內外學者將其歸納為三大類：工程治沙（機械）措施、生物治沙措施、化學治沙。工程治沙措施旨在降低風速、削弱風沙流強度，而化學固沙旨在固結沙面，控制沙面風蝕過程的發展[1]。

工程治沙費時、費力、費工是一種古老的治沙措施。生物治沙是指在沙漠上種草植樹。沙漠地區氣候干旱，冷熱劇變，風大沙多，自然環境十分嚴酷，總體上不適合植物的生長，因此，植物固沙的成效受到沙漠特性和自然環境的限制，特別是在無灌溉的條件下，如遇特別干旱的年份，由于水分不足，會使栽種的植物生長不良或大量死亡。

化學固沙是在流動沙丘（地）上噴灑化學黏結材料，在流沙表面形成覆蓋層，或滲入表層沙，將松散的沙料黏結起來形成固結層（硬殼），從而防止風力對沙料的吹揚和搬運，達到固定流沙、防治沙害的目的。化學固沙一般多用于風沙危害造成重大經濟損失的地區，如機場、交通線（鐵路、公路）、軍事設施和重要工礦區，并常與生物固沙配合，作為植物固沙的輔助性和過渡性措施。

化學固沙的成效不僅與流沙表面顆粒的性質（如化學成分、機械組成）有關，還與化學固沙材料本身的物理化學性質（如分子結構、分子大小、黏度、吸附力）有關。也可使用一些天然有機物，如城市垃圾廢物、秸稈、樹脂等。

沙漠治理的理想目標是既能夠使沙漠穩定，又能夠生長植物，使“沙漠變綠洲”。但是，沙漠中的沙體是離散顆粒，沙漠治理的根本困難在于沙漠中的沙體容易移動、難以存儲養分。綜合目前的治沙措施不難發現，現有的沙漠治理方法未從根本上解決沙漠容易移動、難以保水蓄水、存儲養分的難題。

現有化學液膜固沙劑往往采用噴灑方法，僅能在沙體表面很薄的范圍形成約束，表面形成的約束一旦被破壞，將難以恢復，并且化學物質耐候性決定了其治沙只能暫時封堵沙體的流動，不能達到長治久安的目的，且成本投入高。

噴灑高分子液膜固沙劑后，沙丘表面結皮厚度薄（通常為0.2～0.5 cm），表面存留少，干燥后表面常出現開裂。同時，噴灑固沙劑后，一般需要一定時間凝固，凝固后難以再遇水分散或分解，皮層本身不具有保水性，因而不能確保含水飽和度，不能適應植物生長。

高分子液膜固沙劑多是不能降解的高分子材料，會造成二次環境污染。一些使用天然秸稈和植物提取物制備的液膜形成的膜機械強度低，容易破損，很快就會失去固沙作用。液膜固沙劑的另一個特點是液態的，包裝、運輸不方便，有效成分含量低，成本高，缺乏市場競爭力。

3 腐殖酸生態液膜固沙的前景和優勢

腐殖酸生態液膜是國家“863”重點高科技攻關項目。其產品主要用于農業、林業、草原荒漠化治理、治沙環保等生態建設領域，具備保濕、肥效、可降解、無毒無害的優勢，并對土壤有一定修復、改善功能，是一種新型環保產品。利用腐殖酸生態液膜固沙，可以按照治沙的途徑不同加入5～8倍的水，噴灑在地表土壤或浸透土壤一定深度，其交聯作用形成半透氣性地膜，具有一定的封閉作用，可以達到固土、固沙、保濕的效果，使其半透氣性在不影響雨水滲入的情況下使植物苗破土生長。

將固體粉末加水稀釋形成的液膜材料噴灑在砂層表面，可以形成厚度3～7 cm的凝固沙層，且可以長期保持固定狀態不開裂。固沙作用與膜的強度、厚度有關，膜強度越大，固沙作用越強，膜的厚度越大，固沙作用越強。配成黏度較小的液膜溶液，可以滲透沙層3～7 cm，膜表面不用強度太大即可固定沙層。液膜溶液凝固后，凝固沙層下的沙無法流動，大風也吹不壞凝固層，不會形成沙丘滾動，從而起到固沙作用。

該材料的第二個作用是保水，由于凝固層中有聚天門冬氨酸超強吸水劑和腐殖酸鈉吸水劑，凝固層吸收保存大量的水，使凝固層下沙層的水不被蒸發，起到保水作用，可以保水1個月左右，有利于沙層下的抗旱植物種子發芽生長。將抗旱植物種子播種在含水的液膜層內，由于液膜可以提供充足的水分供種子發芽生長，因此，與播種抗旱植物結合，達到前期液膜固沙、后期植物固沙的作用。

該材料的第3個作用是滲水。由于凝固可以在干旱時保存下部沙層的水分，當下雨時可噴灑使用。層上部的水通過凝固層滲透下部沙層，起到灌溉植物的作用。

該材料的第4個作用是與生物固沙結合使用，即噴灑液膜前，先在沙層播種耐旱植物種子，然后噴灑液膜材料，液膜凝固后形成保水層，植物種子在膜下層發芽生根，然后長出膜層。從液膜固沙變為生物固沙。降雨時，使耐旱植物得到灌溉，或干旱時進行灌溉，補充水分，使耐旱植物生長不受影響，確保植物起到長期固沙的作用。

4 腐殖酸生態液膜產品的特性

腐殖酸生態液膜是一種黑色腐乳狀懸浮液，以富含有機質的褐煤、風化煤、泥煤、草炭等作為主要原料，用活性劑進行活化改性，將其中的腐植酸抽提出來，形成土壤所需的有機肥成分。將這些有機化合物在交聯劑的作用下形成高分子，然后在液相反條件下，通過微乳化、高剪切工藝與根據各種不同用途而添加其他化學肥料、微量元素均勻混合制成，是一種新型農業資源。

4.1 產品的原材料和制作

生態液膜以工業和生活無利用價值的風化煤、褐煤、沼澤地草炭、城市生活垃圾廢棄物等為主要原料。取材范圍廣、成本低廉。將廢棄物轉化為農業生產的新型農用生產資料，是實現廢棄物資源化與多層次利用、促進農業生態良性循環的生態工程。有利于實現生態保護、資源循環利用，且符合國家提倡的發展循環經濟的宗旨。

生態液膜是將原材料所用的廢棄物用活化劑進行活化改性，在交聯劑的作用下形成高分子，然后與各種添加劑均勻混合制取，采用液相化學方法和微乳化、非均相混合等技術進行加工，產品固形物均勻達到膠團料徑為20～60 nm、亞微米級，從而增強其與土壤接觸表面積的吸附能力，是一種新型生態建設和農業生產的資源性產品。

4.2 產品用途

生態液膜可用于土壤抗旱保水、替代農用塑料地膜、鹽堿地治理改良、沙漠治理、荒漠化土地修復、荒山礦山廢土復墾、道路護坡、城市沙塵治理；種子孢衣、蔬菜育苗、植樹種草、草坪養護、堤坡種草、樹木防凍保護等諸多領域。

4.2.1 應用于農業生產

生態液膜可以替代塑料地膜提高土壤溫度，使5～15 cm土壤增溫1～6 ℃。60 d時，0～20 cm的土層含水量比對照高50%以上，水分蒸發量減少88%，有效抑制水分蒸發；60～90 d后生態液膜完全降解為腐殖酸類有機肥，能夠改善土壤團粒結構和因長期使用化肥引起的土壤板結；促進土壤微生物的繁殖，調節土壤微生物的群體結構和微生物對有機成分和無機成分的分解與合成，提高土壤中多種微生物酸的活性，增強土壤養分的轉化和供應能力，從根本上清除“白色污染”。

4.2.2 應用于沙漠治理

生態液膜可以固持沙漠表面沙粒，促進固沙植物生長，減少風蝕影響。噴施1次可保持2年不流沙，可實現當年施工、當年見效的治理目標。植物成活率達90%以上，植被覆蓋度達70%的設計要求，實現8～9級大風不揚沙，60 mm降雨不引發水土流失，能夠有效遏制荒漠化的加劇。固沙植物抵抗風沙侵蝕順利發芽成活后，生態液膜逐步降解成腐殖酸類有機肥，提高土壤肥力。

5 固沙實驗

2017年6月由內蒙古潤源生態科技有限公司、阿拉善林業治沙研究所、阿拉善左旗林業局、阿拉善“SEE”生態協會共同合作在阿拉善左旗騰格里沙漠東南緣的阿拉善“SEE”公益治沙示范基地，該基地屬于流動半流動沙丘，具有沙漠的典型特征，實驗面積約為12 hm2，開展了生態液膜固沙實驗研究。2018年7月作為飛播科技支撐項目，與阿拉善左旗林工作站開展了“阿拉善左旗（2018）”飛播造林科技支撐項目——腐殖酸生態液膜噴施野外固沙實驗研究。項目建設地在阿拉善左旗額爾登哈什哈蘇木。

6 實驗效果

通過2年的固沙實驗研究，對比對照地和噴施實驗地的天然沙米出苗和生長情況。使用生態液膜可使沙米種子提早發芽5～7 d，沙米生物量提高5～10倍以上，沙米生長期延長20 d左右，植物蓋度提高50%以上，實驗區幾乎沒有風蝕，對照地風蝕嚴重。

7 小結

（1）實驗區沙粒表面噴施生態液膜后，沙粒表面很快形成結皮，固沙抗風蝕效果明顯。

（2）生態液膜可以保水保墑，提高地溫，固沙保苗。

（3）噴施生態液膜后，與鄰區對比，沙區植物（實驗區主要是1年生植物沙米）出苗壯、生長快，植被生物量大，蓋度增加，生長期明顯延長，植被恢復快，治沙效果顯著。

（4）生態液膜使用操作簡單、受地形影響小、成本低、無污染、無公害。

（5）生態液膜降解后變成腐殖酸類有機肥可提高土壤肥力。

參考文獻

[1] 田永禎.阿拉善地區沙漠化土地動態分析及修復對策[C]//中國水土保持學會水土保持生態修復專業委員會，水土保持與荒漠化防治教育部重點實驗室，林業生態工程教育部工程研究中心.全國水土保持生態修復學術研討會論文集.內蒙古阿拉善盟林業治沙研究所，2009：11.