砒砂岩与沙复配成土技术简介及研究进展

王欢元，韩霁昌*，杜宜春，张海欧，2，童 伟，2 (.陕西省土地工程建设集团，陕西省土地整治工程技术研究中心，国土资

源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西西安710075;2.西安理工大学水利水电学院，陕西西安710048)

随着城市化进程的加快、人口的膨胀和耕地的退化，人地矛盾日益加剧，坚守我国1.2亿hm2耕地红线，提高耕地质量，保障粮食安全已成为我国面临的重大问题。特别是在我国的生态脆弱区，问题更加严重。对陕西省而言，随着陕西省耕地面积的日益缩减，在关中地区可开发利用土地日益减少、陕南土地开发利用难度大的前提下，增加耕地资源的焦点转向了具有光热资源丰富的陕北地区毛乌素沙地。如何对毛乌素沙地进行整治利用，提高耕地质量，实现土地的可持续利用成为亟待解决的关键问题。陕西省“十二五”规划纲要明确提出，加强土地开发整理，充分挖掘陕北地区粮食潜力，建设陕西第二粮仓。

陕北地区毛乌素沙地面积广，具有巨大的挖掘潜力，但其沙化严重，难以利用。根据2009年第二次土地全面调查数据汇总结果显示，榆林市未利用地占陕西省未利用地总面积的45.60%，其中沙荒地约35.3万hm2，占榆林未利用地总面积的91.65%。长期以来人们对其进行了一些探索利用［1］，如黄土客土法，但在毛乌素沙地周边缺少黄土土源，远距离运输成本高，加之沿途污染严重，造成治理时间长、经济效益差的状况，所以无法大面积推广，由此致使毛乌素沙地长期以来未作为耕地后备资源进行有效利用。

而与此同时，毛乌素沙地广泛分布着砒砂岩和沙。砒砂岩富含粘粉粒，无水坚硬如石、遇水则松软如泥，水土流失严重，被称为“世界水土流失之最”和“环境癌症”［2－3］;沙子结构松散、漏水漏肥;土地沙漠化和砒砂岩的水土流失并称“两害”。目前沙地治理研究主要以防、挡为主，包括植被［4－5］、工程［6－7］以及化学措施［8］，如植被恢复、防护林建设、方格沙障、化学固沙剂等。另外，也有一些沙地利用方面的研究［9－10］。关于砒砂岩的研究则主要集中于砒砂岩的物质特性［11］、种类和分布［12］、水土流失特征［13］、植被治理［14］和工程应用［15］等方面。基于对两种物质特性的认识，韩霁昌研究团队提出是否可以利用“两害”物理构成的互补性，使其复配成为新型“土壤”，从而使毛乌素沙地变为耕地的后备资源?

1 技术简介

该技术从单一化治理向综合利用的模式转变入手，以增加耕地面积，建设高标准农田，实现土地资源可持续利用为目标。在陕西省土地整治重大工程项目的支持下，围绕砒砂岩与沙物质结构互补，复配后可成为耕作“土壤”的发现，首次发现并把砒砂岩作为了一种固沙和节水造田新的材料，揭示了砒砂岩与沙复配成土固沙和节水造田机理，系统开展砒砂岩与沙不同配比的室内和田间试验，提出了适宜不同作物生长和固沙的最佳配比。基于毛乌素沙地固沙造田工程示范，研究制定了沙地造田工程设计通用图集和质量标准，形成了砒砂岩与沙复配成土固沙造田技术体系，并研究拓展了砒砂岩与沙复配成土技术在沙区林草地、城市绿化和高速路防护带建设等方面的多元化应用。

2011年9月4日，毛乌素沙地砒砂岩与沙复配成土核心技术研究及工程示范，通过了陕西省科技厅组织的科技成果鉴定。由国际地理联合会副主席、中科院院士刘昌明研究员任组长，水利部原副部长索丽生教授和中国工程院院士孙九林研究员为副组长的鉴定委员会专家一致认为:“该项目成果丰富，理论充分，技术先进，具有原创性和重要的推广价值，达到了同类项目的国际领先水平”。目前该项技术已被中央电视台、人民日报、光明日报、科技日报、陕西日报、各大网站等数十家媒体多次报道。该技术成果获2012年陕西省科学技术奖一等奖和2014年国土资源科学技术奖一等奖各一项。

截至2014年年底，该技术已经被应用于榆林市定边县北园则村土地开发项目、榆林市榆阳区大纪汗土地开发项目一期工程、榆林市大纪汗土地开发项目二期工程(图1)、孟家湾土地开发项目、岔河则土地开发项目、榆阳区小纪汗井克梁村土地开发项目、榆阳区补浪河乡昌汉敖包村土地开发项目、榆阳区红石桥乡红石桥村土地开发项目8个土地开发项目，累计整治面积4 647 hm2，新增优质高标准水浇地4 400 hm2。亩均投资0.8万元，较传统沙地复配黄土造地中仅黄土远距离运输费一项每亩节支0.7万元，总计节支超过5亿元。由于成本低、收益高、群众参与积极性高，生态环境的改善效果明显，加之国家对新增耕地有充足的资金保障和政策支持，该项成果已在毛乌素沙地及周边区域大面积推广造地超1.3 万 hm2。

为确保建成的新增耕地能正常运营，项目全部按现代农业园区建设，由专业农业种植公司采用规模化经营，建成了高标准脱毒种薯种植基地，形成种植业、畜牧业、原料加工业、旅游业等相辅相成、优势互补的一体化经营模式，增加了当地农民的经济收入，确保新增耕地不撂荒，不退化。同时，经过技术应用和项目开发，项目区的沙尘现象有大幅度减少，生态环境得到改善，促进了生态农业的发展，综合效益显著，为陕西省耕地占补平衡做出重要贡献。

该项目在坚持既增加耕地面积，又治理生态环境的原则下，深入研究、大胆试验，变“两害”为“一宝”，成功破解了砒砂岩与沙治理和资源化利用的难题。成果的示范和大规模推广，推动了土地整治领域的科技进步，对沙地的生态整治及沙与砒砂岩的资源化利用有着重大的现实意义。固沙造田独特的节水技术，使沙漠区域造田成为可能，对当地水资源的高效利用和生态环境的持续改善发挥了重要的作用。在沙地治理的同时有利于优化土地利用结构，促进土地集约利用。有利于改善农业生产条件和基础设施建设，提高农业生产率;有利于安置农村闲散劳动力，促进农民增收、农业增效、农村发展。有效地缓解了陕西省重大项目及城市化建设占用耕地日趋紧缺的瓶颈问题，为建设“陕北第二粮仓”储备优质耕地资源，为我国乃至全球同类型沙地和荒漠化土地的资源化利用探索了一条新途径。

2 研究进展与展望

Han等研究指出，砒砂岩在毛乌素沙地中可作为沙地的保水剂使用［16］，然后韩霁昌等从技术体系角度对砒砂岩与沙复配成土技术进行了系统介绍［17］，Wang等从砒砂岩与沙混合试验角度介绍了利用砒砂岩与沙复配成土技术控制和开发沙地的新模式［18］。随后，有关砒砂岩与沙复配成土过程中诸多影响因素的研究陆续被报道。柴苗苗等对混合比例及作物种植季数对砒砂岩与沙复配土的土壤结构和作物产量的影响进行了研究［19］。付佩等对砒砂岩与沙复配成土造田技术进行了研究报道［20］。韩霁昌等对砒砂岩与沙复配成土技术在毛乌素沙地土地整治中复配土的肥力状况和调控措施进行了研究［21］。韩霁昌等对基于毛乌素沙地砒砂岩与沙复配成土技术在工程中的应用进行了研究［22］。韩霁昌等对砒砂岩与沙复配成土的物理性状及其对冬小麦产量的影响进行了研究［23］。罗林涛等对砒砂岩与沙复配土上的氮素淋失特征进行了研究［24］。王欢元等应用土壤传递函数方法对砒砂岩与沙复配土的水力学参数预测进行了研究［25］。李娟等对砒砂岩与沙复配成土对小麦光合生理和产量的影响进行了研究［26］。罗林涛等对砒砂岩与沙复配土中重金属含量进行了研究与评价［27］。摄晓燕等［28］和张露等［29］对砒砂岩在改良风沙土吸水和保水特性方面进行了研究。王欢元等对砒砂岩与沙复配成土过程中沙对复配土的调控作用进行了研究［30］。张露等对砒砂岩与沙复配土的质地、颗粒组成、水力学参数等土壤特性进行了研究［31］。Wang等介绍了基于砒砂岩与沙复配成土技术的毛乌素沙地土水资源可持续利用模式的应用［32］。

综上所述，目前对于砒砂岩与沙复配成土技术的研究已经深入涉及复配土整体技术介绍、土壤特性研究、土壤特性对作物影响、复配土技术工程应用等各个方面。但是从如何提高新生土壤(复配土)肥力、水肥交互作用、土壤－作物交互作用以及如何实现该复配土上高产高效等方面还有很多仍需进一步研究的内容。鉴于基于砒砂岩与沙复配成土技术的沙地整治工程对我国及全球沙地治理与开发有很大的借鉴意义，希望更多研究者进行更加深入的研究工作。

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