毛乌素沙地综合整治现状分析及新思路

张海欧

（1陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，国土资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西省土地整治工程技术研究中心，西安710075；2西安理工大学水利水电学院，西安710048）

0 引言

毛乌素沙地是中国农牧交错区的典型代表，生态环境脆弱并威胁北方地区的生态安全。区内存在沙地沙漠化严重和砒砂岩区水土流失严重等两大危害，长期以来的治理虽然取得了一定成效[1-3]，但仍较为有限，未从根本上解决区内严重的生态环境问题。随着城镇化进程加快，加剧了陕西省土地资源供需矛盾，为了缓解矛盾，增加耕地资源，焦点转向了具有光热资源丰富的陕北地区，毛乌素沙地面积广，具有巨大的挖掘潜力。但因改造难度大、投资高、耗水多，无法规模化利用，沙地中被称为“环境癌症”的砒砂岩因水土流失严重治理更为困难。因此，沙和砒砂岩的同时治理与利用是国土资源领域的重大难题。充分挖掘陕北地区粮食潜力，对毛乌素沙地进行土地开发整理的关键问题就是如何使土地能够可持续利用。本文对毛乌素沙地综合整治现状分析和存在问题进行了探讨，其次对毛乌素沙地开展土地综合整治的紧迫性与可行性进行了分析，最后提出了毛乌素沙地综合整治新思路，以期为中国毛乌素沙地综合整治提供方法借鉴和参考。

1 沙地治理的国内外研究进展

1.1 国外研究进展

1992年联合国召开了100多个国家元首和政府首脑参加的“国际环境与发展大会”，指出当前的主要环境问题一是工业化的废水、废气、废渣带来的环境污染，另一个就是过度的开发自然资源导致的森林锐减、水土流失、土地的沙漠化。47届联大根据“环发”大会的决定于1993年6月在内罗毕召开了“防治沙漠化国际公约谈判会”，建立了治理沙漠化的全球性合作体制[4]。

在100多年以前，风蚀荒漠化、沙漠化的治理已经进行研究。20世纪初，美国的中西部地区进行大规模农业开发，导致沙尘暴发生频繁，风蚀过程的荒漠化迅速发展，引起了学者们和政府的关注，美国开始系统的土壤风蚀研究，其农业部专门成立了水土保持局[5]。苏联在20世纪30年代修筑中亚铁路过程中，启动了铁路沿线的风沙危害防治研究。60年代末到70年代初，非洲“Sahel”地区持续大旱，沙漠化迅速发展，经济停滞，导致这一地区的政局动荡，引起各方对沙漠治理的高度重视。联合国于1975年通过了“向荒漠化进行斗争行动计划（第3337号决议）”，1977年联合国召开了“世界荒漠化大会(UNCD)”。之后，各国相继加强了对荒漠化治理的研究。其中，美国的研究多集中在土壤侵蚀过程，并在风沙动力学研究方面取得了较快进展，但由于缺乏对土壤风蚀物理过程和机制的深入研究，使得众多风蚀理论与方案往往彼此分歧，简单地推广基于某一地域的数据的风蚀模型可能导致很大的误差。苏联主要集中于沙漠化农田改造及铁路的工程和生物防沙方面的研究工作，并在沙地水循环过程和植被的恢复演替过程研究中取得了较为丰富的经验和成果；沙地治理方面很多有益的工作欧美国家以及以色列、日本等国在非洲、中东、南美洲等都已经开展，其中“沙漠化物理过程”、“沙漠化生态农业”等研究就颇具代表性；非洲则主要集中于土地沙漠化的防治和如何提高旱地的生产力方面的研究[6]。

从国外对沙地治理研究现状来看，主要集中于以下几方面：研究砂粘混合土在固结测试中的微结构变化[7]；调查研究沙漠环境中的典型沙丘的土壤水分和温度模式，选择裸土和植被土壤样带用于观察土壤水分和温度[8]；研究一种方法用于估算沙漠地区塌陷土和砂混合土的永久变形，混合土用于路面施工[9]；研究膨润土和沙土混合的渗透性和可压缩特性[10]；研究半干旱地区的本地土壤和保水技术[11]；研究在半干旱津巴布韦地区，保护性耕作方法对土壤水分状况的影响[12]；研究了德国东北风沙土的保护性耕作[13]；公开一种用于人造干海滩规划用土的混合土，混合土地由海底清淤的砂土和粘土地混合而成，其渗透系数为1×10-4cm/s或以上[14]。Reynolds等[15]研究总结出了荒漠化、社会与环境变化、消除贫穷等方面的进展、经验与教训，提出了集成生物多样性安全、土地退化、消除贫穷以及文化保护等方面的荒漠化和干旱区开发范式。

1.2 国内研究进展

治理、开发、建设沙漠是中国基本国策、长远目标。为改造治理沙漠，1991年林业部在兰州召开了“全国治沙工作会议”，由国务院批准成立了全国治沙协调小组，制定了治沙十年规划。1993年又在内蒙赤峰市召开了“全国防沙治沙工程建设会议，更把治沙当成重要的建设项目纳入国民经济和社会发展计划，有规划、有规模、有目标的对沙漠进行治理[4]。

从国内对沙地利用研究现状来看，主要集中于以下几方面：沙土和盐碱土混合成沙碱土进行造田，研究混合后的沙碱土特性，当盐碱土中混入40%～60%的沙丘风沙土时，可满足种植玉米、向日葵等旱作作物的条件[16]；将沙土与煤矸石按照不同的比例进行混合，在混合土壤中种植当地特征植物谷子和黄豆，然后利用不同比例下作物的生长状况得出沙土和煤矸石的最佳混合比例[17]；毛乌素沙地推平后通过混合黄土或者其它改良剂改善沙地的立地条件，建设防护林或者种植植被固定沙地的新模式[18]；研究用泥炭改良风沙土的方法，改良风沙土用于种植大白菜[19]；研究在砒砂岩地区利用沙棘植物的拦沙作用、沙棘人工林地土壤水分物理性质、沙棘植物对土壤改良效应等[20-22]；研究砒砂岩岩性特征对抗侵蚀性影响[23]；调研砒砂岩区水土流失治理措施[24]；研究砒砂岩区复合农林系统构建技术与模式[25]；研究榆林毛乌素沙地固沙林地土壤质量演变机制[26]；以及研究固沙保水植草种树绿化沙漠的方法[27]。

从时序上看，20世纪50年代至90年代初期，毛乌素沙地的荒漠化扩展迅速，只是一些局部区域植被在一定程度上得到了恢复。荒漠化的迅速扩展主要原因是人类在发展过程中不合理的活动所造成，除此之外，自然环境因素（例如气候波动）对荒漠化的扩展也有一定的影响[28]。进入21世纪后，生态建设成为西部大开发的战略重点之一，一些企业进入治沙行业，充分利用沙漠资源开发新产业，如沙柳、甘草、沙棘等沙产业和饲草料加工等草产业以及沙产业、林产业等，推动了防沙治沙工程的发展。由此，毛乌素地区以治理为目的和手段的沙漠化治理效果明显。近年来，毛乌素沙地通过退耕还林还草措施、水土保持工程、生态环境综合治理等生态建设与生态恢复工程的实施，使得沙漠化治理取得了一定成效，毛乌素地区出现了“整体遏制，局部好转”的良好态势。但是，在西部和北部的毛乌素地区荒漠化扩展的趋势仍较严重。经过治理措施，只是在某些局部地区，植被在一定程度得到了恢复，毛乌素沙地沙漠化防治任务依然艰巨[29]。

2 毛乌素沙地综合整治现状分析和存在问题

2.1 毛乌素沙地综合整治现状

全国沙漠化普查结果表明，毛乌素沙地总面积为7.84万km2，占全国沙区总面积的4.25%。自然气候条件和人文活动干扰的综合影响，毛乌素沙地的沙漠化态势明显加剧，对中国北方地区的生态安全造成巨大冲击。毛乌素沙地属于生态脆弱区，广泛分布着砒砂岩，近几十年来，砒砂岩区内的许多县区均开展了砒砂岩区域的治理工作，采用机械、化学和生物固沙的措施，使毛乌素地区沙地的快速扩张在一定程度上呈现出良好的局面。但是，沙地未治理的面积仍占较大比例，由于毛乌素地区沙地土壤贫瘠，肥料短缺，作物产量受到严重影响。而且随着快速工业化、城镇化发展，人类经济活动加剧，特别是能源开采、水资源开发、农业结构战略性调整仍会对区域生态建设、沙漠化防止带来新的冲击和压力，因而科学协调保障发展与保护生态环境的关系事关生态脆弱地区的资源可持续利用。

为了改善农、牧业的生产条件、遏制荒漠化迅速扩展，防治风沙危害和保护生态环境，研究者提出[31]了多种针对毛乌素沙地治理及生态修复的措施，然而这些措施的实施受到了当地的土壤和水分条件的限制[32]。境内风沙土基质为沙土或细沙粒，土壤无发育，粒径在1～0.25mm的沙粒约75%，0.25～0.05mm的约占20%，土壤结构疏松，保水保肥性差，有机质和养分含量很少，水分的深层损失量大、有效利用率很低。仅靠植被的自然恢复短期内很难达到恢复植被的目的。因此，对于毛乌素沙地的治理及综合利用新模式需要将生物固沙与工程固沙措施结合起来[33]。王仁德[34]提出了沙丘推平-沙地改良-打井灌溉-植被固沙-综合利用5个主要环节的沙地治理新模式，核心问题是沙地改良。沙地改良的方法中，比较常用、易于施工的方法就是将沙土与黄土按照一定配比混合，以改变沙土的物理、化学性质，增加土壤保水保肥性能。但在毛乌素沙地的治理中采用沙土与黄土混合的方法很难实行，主要是由于当地黄土土源距离较远，拉土成本太高；其次，在陕北黄土高原沟壑区，黄土的大量开采会加速环境恶化和水土流失。

2.2 毛乌素沙地开展土地综合整治的紧迫性与可行性分析

随着社会经济的持续快速向前发展，对土地利用需求量激增。根据现阶段中国的基本国情，既要保障各个重点、大型基础设施建设用地，又要坚守“十八亿亩”耕地红线，保障发展与保护耕地的“双保”压力不断增大，破解土地供需矛盾迫在眉睫。

按照学术界用得较多的黄委会绥德水土保持科学试验站“晋陕蒙接壤区砒砂岩分布范围及类型区划分”得出的面积数据，王愿昌等[24]在以往研究成果基础上的补充完善，突破了晋陕蒙接壤区这一范围，而是以此为中心，得到砒砂岩区总面积1.67万km2，毛乌素沙地总面积为7.84万km2，广泛分布着砒砂岩，沙地面积广，将二者就近进行复配成土研究，营造土地健康和可持续的生命力，为缓解人地矛盾具有重要的意义。

中国耕地面积减少的重要原因之一是土地退化，而中国土地退化的重要类型之一则是沙漠化。中国的四大沙区之一——毛乌素沙地，光热资源丰富，面积广阔，具有巨大的挖掘和开发潜力。但在毛乌素沙地境内，砒砂岩的水土流失和土地沙漠化严重，使得沙地境内的资源化利用和可持续发展受到了严重的制约。

3 毛乌素沙地综合整治新思路

在毛乌素沙地，广泛分布着砒砂岩和沙，砒砂岩质地粘重，遇水板结，导水性能低，透水性差，熟化程度低，遇水流失严重，但砒砂岩持水保水性能较强，而沙通体无结构，漏水漏肥严重，砒砂岩和沙在当地并称为“两害”[30]，也是造成当地水土流失，耕地减少的主要原因。如何变“两害”为一宝？研究者[36-40]从资源合理利用的角度出发，遵循区域生态环境平衡的规律，就地取材，利用两者在成土中的互补性，将砒砂岩与沙按不同的比例复配成土，揭示其成土机理，既可解决沙土黏着力差、易被风吹扬和渗透能力太强漏水漏肥的问题，也可以改善砒砂岩粘重、易板结的特点，使土壤兼备透气透水性和保水保肥性，探索出了沙地和砒砂岩规模化治理和资源化利用的新模式。并采取新思路在复配成土技术上取得了一定的突破，将砒砂岩与沙复配成土的技术应用于造田工程，并在榆林市小纪汗乡大纪汗村得以推广应用。砒砂岩与沙复配成土技术的研究与应用推进了土地整治工程领域的发展，开启了土地整治，保护耕地的新篇章。

Han等[35]基于沙地土壤胶体极为欠缺、稳定性与协调性、抗逆性极差这个关键问题，针对毛乌素地区砒砂岩水土流失和土地沙漠化严重的“两害”难题，研究发现砒砂岩与沙两种物质结构具有互补性，两者结合后可通过耕作层有机重构的途径同步实现固沙、节水节肥的目的，从而探索出了沙与砒砂岩规模化治理和资源化利用的新模式。

毛乌素沙地地处中国北方农牧交错带，属生态环境极度脆弱区，土地沙化，经济滞后。治沙与生态重建，推动地方经济发展是区域面临的首要任务。Han等[35]开展了砒砂岩与沙复配成土关键技术研究。在综合调研的基础上，将利用当地丰富的光热资源，恢复生态，推动经济发展作为主要目标，实施“构建良好的物理质量，改土固沙、营造沙地植被生长条件和稳定生产环境”为特色的土体有机重构。根据砒砂岩“无水坚硬如石，遇水松软如泥”的基本特征，利用土地工程手段将砒砂岩中“胶体”物质移植到沙中，促进沙快速成土成壤。在传统沙地治理基础上，将沙地粒级配置、土壤培肥、节水灌溉、水肥一体化、筛选与培植适于旱生、沙生环境的植被作为主要研究内容，探索“砒砂岩与沙物质结构、性能互补，复配成耕作土壤”的科学性，开发沙地人工快速成土综合整治与合理开发利用模式。

砒砂岩和沙是毛乌素沙地的重要物质成分，前者裸露风化后遇风起尘、遇水流失，后者结构松散、漏水漏肥，研究者通过对砒砂岩、沙及其复配土土壤特性、理化性质、保水性、胶结力等的研究，创新性的发现了二者为具有明显差异性、互补性特征的两类物质，将砒砂岩与沙按照一定比例可以复配成土。砒砂岩的加入增强了沙地的保水性，增加了复配土的有效水分含量和持水时间；为固沙胶结提供了矿物、化学物质及力学基础，提高了固沙胶结能力，胶结结构稳定；砒砂岩丰富的粘粉粒含量有利于复配土表层形成2mm左右的土壤结皮，冬季还能在表层形成冻盖层，具有显著的固沙能力。而砒砂岩与沙复配成土的稳定良性发展成为促进毛素沙地区耕地可持续发展的重要前提。

利用砒砂岩和沙混合合成可耕种土壤，增加耕地面积，可以固沙、防止水土流失和改善生态环境。通过不同比例、不同级配的砒砂岩和沙的混合试验，确定了不同比例下合成土壤的质地、团粒结构、毛管空隙、水分特征曲线等性质指标，分析该种复合土壤的保水、保肥特性，验证了复合土壤具有可耕性、保水性、保肥性及其作物种植的普适性。

4 结论

砒砂岩与沙复配成土关键技术，利用当地丰富的光热资源，恢复生态，推动经济发展作为主要目标，实施“构建良好的物理质量，改土固沙、营造沙地植被生长条件和稳定生产环境”为特色的土体有机重构。根据砒砂岩“无水坚硬如石，遇水松软如泥”的基本特征，利用土地工程手段将砒砂岩中“胶体”物质移植到沙中，促进沙快速成土成壤。在传统沙地治理基础上，将沙地粒级配置、土壤培肥、节水灌溉、水肥一体化、筛选与培植适于旱生、沙生环境的植被作为主要研究内容，探索“砒砂岩与沙物质结构、性能互补，复配成耕作土壤”的科学性，开发沙地人工快速成土综合整治与合理开发利用模式。砒砂岩与沙成土技术对于增加耕地面积、提高耕地质量及实现土地资源可持续利用具有重要意义，该技术和成果已经在毛乌素沙地的大面积推广。

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