毛乌素沙漠南缘马铃薯规模化种植对生态环境的影响

陈占飞（榆林市农业科学研究院，陕西榆林 719000）



毛乌素沙漠南缘马铃薯规模化种植对生态环境的影响

陈占飞
（榆林市农业科学研究院，陕西榆林 719000）

摘 要：文章针对毛乌素沙漠南缘大规模垦沙种植对生态环境的潜在风险，对规模化种植马铃薯时的地表覆盖度、生物多样性、地下水资源消耗、土壤理化性状等环境因素进行调查与分析，其影响表现为植被的覆盖时间缩短、生物多样性缩减、需水量大、肥料利用率不高、易造成面源污染等，表明在该区域规模化种植马铃薯对沙区生态环境的平衡构成威胁，也不利于土壤生产能力的提高和持续利用。同时提出合理规划开发规模与强度、加强土地整理的制度建设、探索和推广先进的种植管理模式等建议措施。

关键词：生态环境 农业开发 马铃薯 毛乌素沙漠

毛乌素沙漠是我国四大沙漠之一，总面积3.98万km2，涉及陕、蒙、宁3省（区）接壤地区的16个县（区、旗）。建国以来，沙区人民坚持植树种草，有效遏制了风沙肆虐，形成了别具特色的绿洲生态系统，发展特色农业产业潜力巨大。以榆林为例，有35万 hm2的沙地资源可进行农田开发，并特别适合连片种植和规模化经营，有望成为陕西“第二粮仓”。然而，沙地农业生态系统敏感而稳定性差与沙漠绿洲生态区农业高产表现形成鲜明对比，成为学术界讨论和研究的热点区域［1］。

马铃薯是该区域传统种植的农作物之一，年种植面积在20万 hm2左右。近年来，随着大型喷灌设施的引进利用，马铃薯生产呈现出由旱作栽培向灌溉栽培、由沙漠南缘向沙漠腹地延伸、由零散种植向规模化种植发展的趋势。其中，单个面积在30 hm2以上的大型指针式喷灌作业圈已经发展到600余个，总面积在2万 hm2左右。这一方面对当地农业生产发展起到积极作用，同时对农业可持续发展构成潜在威胁。文章就当地马铃薯规模化种植对地表覆盖度、生物多样性、地下水资源消耗、土壤理化性状等环境因素进行调查与分析，并提出对策建议。

1 马铃薯规模化种植对环境的影响分析

1.1 对地表植被覆盖度的影响

马铃薯规模化种植基地一般是对起伏不平的沙丘进行平整、客土压沙后种植，毁灭原生的沙生植被，打破了原有的空间格局和时间格局。从空间格局上讲，新垦沙地一般不进行土地网格化整理，不设置防护林带，种植马铃薯后，在作物生长季节，地表植被覆盖度虽明显增加，但植被结构单一，垂直高度较低，对风沙的阻隔、拦截作用有限。从时间格局上讲，马铃薯为一季作物，生长期在5月下旬至10月上旬，全年有2/3的时间地表无附着物，而原生境常年均有地表覆盖，即使在冬季，仍有较大数量的林草枯枝保留，地表植被覆盖度常年保持在20%以上。同时，种植马铃薯地表覆盖度的峰值与大风天数的峰值错位。种植马铃薯时，根茬随收获外翻，冬春季节残存枝叶较少，地表几乎完全裸露，极易引起扬沙，是风蚀和沙尘暴的重要成因。

1.2 对生物多样性的影响

毛乌素沙漠南缘自然植被为极度干旱条件下形成的荒漠植被类型，以川青锦鸡儿和木霸王为优势种群的灌木、半灌木，以沙蒿为优势种群的蒿类，以刺蓬和隐子草、狗尾草为优势种群的杂草，均对生境的要求不严格，对环境资源的利用能力较强［2］。同时与近年来人工造林种草形成的植被基本构成草、灌、乔复合的沙区生态系统，生态环境趋于稳定和好转。而新垦沙地一般为规模在130～330 hm2之间的矩形状，根据指针式喷灌的经济利用特点，最短边的长度在500 m以上，形成了动植物种群难以逾越的隔离带。同时，生产中大量使用杀虫、杀菌和除草药剂，使适宜于营造农田生态的有益动植物和微生物灭绝，不仅破坏了原有生境，也使农田生态趋于单一［3］，一旦发生自然灾害或供水不足的情况，原有生态很难在短时期内恢复，是荒漠化的潜在诱因。

1.3 对浅层地下水资源量的影响

毛乌素沙漠南缘浅层地下水资源相对丰富，是进行农业开发的有利条件。据王清发对榆林北部沙区1980～2000年20年的地下水源状况分析，多年地下水的平均资源量为14.231亿 m3，但蓄水变量为负值。其时，榆林工农业开发处于起步阶段，除局部地区地下水位下降外，其余地区地下水位起伏不大，处于相对稳定状态。但随着工农业的迅猛发展，近年来地下水位下降的幅度很大。根据陕西省渔业环境监测站公布的数据，我国最大的沙漠淡水湖红碱淖水域面积已经由1996年的67.0 km2缩小到2011年的41.8 km2，农村居民饮水用的“压压井”以及灌溉用的多管井出水量普遍减少也说明了这点。该区域地下水位降低固然与资源开采、工业耗水以及居民生活用水增加有关，但榆林市2013年经济社会发展公报数据显示，全市水利供水工程总供水量89.21亿 m3，其中向农业供水58.06亿 m3，占用水总量的65%，农业开发仍然是打破浅层地下水稳定状态的主要因素。

马铃薯规模化种植对浅层地下水资源的影响主要包括2个方面。一是由于受交通、电力、通讯等基础设施条件的限制，新垦的规模化种植基地一般分布在城镇周围人口密集的地区，与工业和城市生活用水形成竞争局面，局部片区集中开采利用地下水，排泄量大于补给量，使水位迅速下降。二是马铃薯的蒸腾系数在300～600之间，大于谷子、玉米等禾谷类作物，仅次于向日葵，是需水量较大的一类作物。按目前灌溉条件下的产出水平比较，马铃薯比玉米多耗水618 m3/hm2。因此，过度扩张马铃薯规模化种植面积，将加快地下水资源的消耗，对稳定和维护沙区生态环境造成不利影响。

1.4 对土壤理化性状的影响

新垦沙地土壤以沙粒为主，粘粒含量极低，结构松散，漏水漏肥，属于低产土壤。通过客土、增施有机肥、秸秆还田、种植绿肥压青等措施，一般在5年左右，土壤粘粒和腐殖质达到一定数量，它们相互结合而形成土壤团粒结构，使土壤结构改善，同时有机质和养分含量增加，可达到中上等肥力水平。

调查及测试表明，新垦沙地连作马铃薯，虽大量使用化学肥料，土壤有机质及氮、磷、钾等养分含量却无明显提高，相对于禾谷类作物，马铃薯种植对新垦沙地土壤结构改良和肥力提升的作用不大。这主要是由于马铃薯生产中不施用有机肥，为追求商品外观和节省工程投资，不进行客土改良或客土数量偏小，而马铃薯本身的经济系数高达0.75～0.85，根茬及枝蔓还田比例少，致使地力恢复缓慢所致。根据高媛等的研究，每1 000 kg马铃薯需N、P2O5、KO2纯养分量分别为3.0～4.0 kg、1.0～1.5 kg、4.0～6.0 kg［5］，实际生产中，当单产达到4.5万 kg/ hm2时，需投入复合肥2 400 kg/ hm2以上，表明化学肥料在土壤结构未得到改善时，利用率很低。这不仅增加了肥料投入，同时过剩的肥料还可能造成土壤和水体的污染，对土地资源的持续利用十分不利。

2 结论与建议

2.1 结论

研究分析表明，马铃薯作为较易感病的茄科作物，在新垦沙地种植时不易发生病害，可节省防控病害的投资，直接效益良好。但受自身生理特征和栽培管理模式所限，在毛乌素沙漠南缘规模化种植马铃薯，植被的覆盖时间缩短，防风固沙功能降低；形成人工隔绝带，造成生物多样性缩减；需水量大，打破了浅层地下水的供排平衡；肥料利用率不高，易造成面源污染。大规模垦沙种植甚至连作马铃薯，对沙区生态环境的平衡构成威胁，同时也不利于土壤生产能力的提高和持续利用，远期及综合效益有待于进一步研究。

2.2 建议

（1）合理规划沙区农业开发的规模和强度。加强对沙区农业环境资源承载能力研究。对沙漠南缘的土地、水资源、地理地貌、气候、交通、政策等资源要素进行分析，系统论证农田开发的潜力和可行性；对自然灾害、病虫草害、水土流失、林草植被毁坏退化、土地荒漠化、次生盐渍化等进行分析评估，并提出防范措施。着眼于当前利益和长远利益相结合，确定合理的开发规模、开发区间和结构布局。

（2）建立刚性的农田整理制度。实施农田开发和土地整理项目要充分认识垦沙种植对生态环境的不利影响，将客土压沙和防护林网建设纳入项目责任体系，制定客土的质量和数量、林网的树种选择和空间配置等指标并形成制度，确保这些防风固沙措施发挥实际作用。

（3）研究探索并积极推广先进的种植管理模式。推广冬季覆盖模式。即在马铃薯收获后及时种植冬小麦、油菜等越冬作物，于马铃薯种植前耕翻压青，既可做到冬季地表覆盖，也可培肥地力。

探索轮作制度。建议新垦沙地先行种植2年以上豆科牧草或绿肥作物并压青还田，使基础肥力水平和土壤结构得以改善，然后再种植马铃薯等农作物。根据近年来市场情况，建议选择绿肥、谷子、玉米（或青贮玉米、皇竹草）、马铃薯等作物，开展试验研究，筛选出既能保证合理收益，又能不断提高地力的轮作方式。

改善灌溉方式。目前，马铃薯规模化种植以采用指针式喷灌为主，肥料随喷灌施入。这种方式明显的优点是节省劳力，便于机械作业，但因喷淋过程中会造成水分、养分的蒸发和漂移，与漫灌相比节水效率在30%左右，肥料的利用率也因此降低。建议在农田整理工程中，选用更加节水并有利于进行肥水一体化和自动化控制的滴灌技术，减少耗水量，实现集约化发展。

参考文献

［1］ 胡兵辉，袁泉，海江波，等.毛乌素沙地生态农业系统优化模式研究.干旱地区农业研究，2008，27（1）212～218

［2］ 刘锦霞，武高林，马涛.毛乌素沙漠边缘荒漠植物群落生态位特征研究.草业科学，2007，24（12）：9～13

［3］ 徐建达，王治泽.新疆棉花规模化种植对生态环境的影响分析及建议.农业环境与发展，2010，27（4）71～73

［4］ 王清发.榆林北部风沙滩区浅层地下水资源评价与保护.地下水，2008，30（1）52～53

［5］ 高媛，韦艳萍，樊明寿.马铃薯的养分需求.中国马铃薯，2011，25（3）182～187