浅析风沙土的改良与利用措施

张海欧郭振

(1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710021；3.自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西 西安 710021；4.陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西 西安 710075)

我国农业所面临最严重的问题之一是人多，耕地少。我国土壤退化总面积达460万km2，占全国土地总面积的40%，是全球土壤退化总面积的1/4。处于受破坏性因素威胁之中的耕地面积为5290万hm2，约占耕地总面积40%；其中处于水土流失的耕地面积占86%，盐化碱化面积占9%，沙化面积占5%[1,2]。华北平原农业区有较大面积风沙土，内蒙古农牧区主要是荒漠化和盐碱化；西北牧区主要是干旱、荒漠化和盐碱化[3-5]。

世界沙漠化土地面积扩大，地球上约1/3陆地表面受到威胁。我国有沙漠戈壁面积110万km2，建国以来，造林育草、营造防护林，初步控制流沙数千万亩[6]。因一度对森林乱砍滥伐，草原过载，盲目开垦，沙漠化面积有所扩大，沙漠化土地已达32.83万km2，其中草原沙化退化尤为严重，达5133.33万hm2，并有15万km2土地受到沙漠化威胁，每年有13.33～20万hm2农用地遭到破坏[7,8]。长期以来，实施沙地综合治理一直是大家关注的热点和需要解决的难题。以生态安全为前提，能够在有限条件下，增大耕地面积更是有价值的沙地治理方向。

1 土地沙化概述

土地沙化的过程主要是风蚀和风力堆积过程。沙化土地改良与治理的主要原则是抑制风沙土的流动，主要是因需因地制宜选择不同的改良措施，或者各措施间配合使用，相辅相成。主要改良措施包括机械措施：设置沙障(草方格)。水利措施：引水拉沙，平整土地；引洪灌淤；节水灌溉工程。生物措施：营造防护林系统和种草，生物结皮。农业措施：耕作方法，作物配置等。化学措施：沥青乳化剂、渣油以及聚丙烯胺，化学结皮。

2 风沙土的利用与改良措施

2.1 砒砂岩与沙复配成土技术

砒砂岩与沙复配成土技术主要是通过添加当地广泛分布的砒砂岩，其蒙脱石含量高，使风沙土中的粘粒、粉粒含量增加，改善风沙土的质地和理化性质，并通过后期土壤肥力提升措施及作物种植，促进风沙土土壤培育过程，加快风沙土土壤熟化过程，因此该技术属于风沙土改良的综合技术。其中典型工程措施为砒砂岩与沙复配成土技术，通过增加粘粒粉粒含量，使砂粒与粘粒产生胶结力，促进土壤团聚体形成，同时利用农业技术措施培育土壤，开展农作物种植，实现了显著的经济、社会和生态效益。

毛乌素沙地南缘位于我国北方农牧交错带的西部，占地面积较大的沙和砒砂岩都是毛乌素沙地的2种重要资源[9]。在毛乌素沙地砒砂岩和风沙土并称为“两害”，砒砂岩水土流失严重，是黄河粗砂的主要来源。韩霁昌等[10,11]研究发现，砒砂岩中次生粘土矿物丰富，与沙相间分布，储量大，可满足促沙成土对材料“质”与“量”的需求，研发了砒砂岩与沙复配成土造田技术，实现了由砂土向壤质土的转变。砒砂岩与沙在性质上存在极大差异，二者混合后产生交互作用。砒砂岩在沙作用下，孔隙度增大，渗透性增强，砒砂岩质地致密，含有丰富的粉粒，易板结，渗透性差，植物根系难以穿插。砒砂岩与沙混合后，砒砂岩颗粒被沙粒分散，沙土属于单粒结构，孔隙度高，渗透性好，为作物的生长创造了良好环境。沙在砒砂岩作用下，毛管孔隙度增大，可以提高保水保肥能力。

砒砂岩块与沙混合后，会嵌于沙中，沙土结构属于单粒结构，非毛管孔隙度大，饱和导水率高，保水和持水能力差，而砒砂岩毛管孔隙度大，吸水持水能力强，当砒砂岩吸水量达到水分饱和时，砒砂岩颗粒间的毛细压力消失，砒砂岩颗粒间吸附作用极大减弱并呈松散趋势。砒砂岩的机械组成分析结果表明，砒砂岩颗粒以粉粒为主，松散的粉粒可以镶嵌于周边的砂粒的非毛管孔隙中。当土体再次失水时，混合的砒砂岩和砂颗粒在毛细压力以及砒砂岩中碳酸盐矿物胶结等作用下相互吸附团聚，形成具有良好孔隙性的“土壤”结构。砒砂岩颗粒和砂粒经混合后再分布，既可团结砂粒，又能被砂粒分散，避免形成整体的板结层。

具体技术就是在土地整治过程中，利用工程手段实现成土，构建保水保肥的土体构型；在土地利用过程中，结合生物手段，实现成土到成壤的转变，构建具有永续生物循环系统的有机土体。多年试验结果表明，复配土水肥利用效率和生产力对比沙地大幅提升，复配土可持续利用效果显著。主要通过沙地平整、碾压、覆砒砂岩、水浸砒砂岩块、拌合和碾压复配土等全链条、全过程的工艺流程，实现砒砂岩与沙复配。砒砂岩与沙复配成土改良沙漠化和沙荒地的技术适用于陕西、宁夏、内蒙等全国风沙区及砒砂岩分布的区域。修复周期一般为3～5a。该技术是以胶体为核心物质的砒砂岩为材料，与沙复配成土，具有多功能、永久有效性，无危害，储量丰富、易开采，造田0.6～1.2万元·667m-2，成本低，主要成本为工程措施所产生。

2.2 机械沙障措施

机械沙障治理沙地的措施应用较多，主要是用粘土、柴草、秸秆、树枝、塑料网等材料，通过在沙地表层或者表面形成障蔽物或提升沙地粗糙度，从而起到降低风速和固定沙地表的作用，最终达到固沙的目标。该技术主要是用来固定半流动沙丘和流动沙丘。多用于沙障材料(藤条、秸秆)充裕的沙地，如甘肃省民勤等地，有效遏制了区域沙漠扩展速度[12]。该技术应用的材料大多为农业废弃物，成本较低，但工程量较大，需要的人力多，因此综合成本偏高。修复周期一般为1～2a。

2.3 生物措施

风沙土改良的生物措施主要是采取人工造林、飞播造林、封沙育林育草等治理技术，辅以生物和草方格沙障。通过选择沙棘、柠条、沙柳等旱区特有植种的种植、菌根技术和乔、灌、草结合等提升植被优化度的措施，增加地面覆盖度，建设乔灌草相结合的防风固沙林体系来进行沙地改良，从初步恢复生态系统功能和结构方面进行沙地治理。在半固定沙地或流动沙地直接进行人工植苗造林和直播造林；在地广人稀、危害性较大的流动及半流动沙地进行飞播造林种草；在固定沙地实行围栏封育和人工管护封育；在沙流动移动较快、危害较重的区域设置草方格机械沙障和直播固沙灌草生物沙障[13]。

该技术修复周期一般为3～5a，适用于干旱半干旱农牧交错地带，如科尔沁沙地、毛乌素沙地、呼伦贝尔沙地。但较难选择适宜当地立地条件的植物种，且成活率无法保证，很难在短时间内达到固沙效果。一般有国家相关政策的支持，如“三北防护林”工程等，经济，效果持久、稳定，可促进土壤的形成过程，植被形成以后能改善周边的生态环境。

2.4 化学措施

常见的化学固沙材料有沥青乳液、沥青化合物、折叠油-胶乳固沙、高分子聚合物等，通过化学固沙材料的使用，对具有沙害的沙丘或沙质地表营造一层固结层，起到改良沙土质地及理化性质，并且提升沙地的水分保持能力，以达到防治土地沙化及固沙的作用[14]。治沙材料中应用效果较好、较普遍的是高吸水树脂类，该材料的使用能够使颗粒分散、无结构的沙土凝聚成为稳定的、大的团聚体，从而实现固沙、保持水分和提升沙地生产力作用，其固沙效果强度高、吸水保湿性好、耐水性好、固化迅速、粘结性好。风沙土的化学改良措施适用于流沙危害严重、干旱少雨、地下水开采较困难的沙漠地区[15]。但该技术的缺点是有造成二次污染的可能，修复周期一般为0.5～1a，研发费用较高，高吸水树脂约20～500元·kg-1，应用较为局限，技术多局限于吸水性好和成本低的树脂开发。

2.5 水利工程措施

通过水利防治沙漠化的工程措施目前主要应用的是引水拉沙、引洪淤灌和引水阻沙3种技术。该措施适用于灌区、水资源丰富的地区，如内蒙古库布齐沙漠以及河套灌区[16,17]。该技术需要因地制宜，短期可见成效，但只是暂时性的治沙措施。一般区域内水资源受限，工程实施难度较大。修复周期一般为1～2a，成本较高，主要为工程措施成本。

2.6 农业技术措施

沙化土地改良的农业技术措施主要包括作物配置、耕作、播种及土壤培育等方面[18]。根据不同作物在抗风沙能力上表现出的不同生物学特性，再结合当地起沙风速及风沙危害的程度，适宜地配置适合当地抗风能力好和生命力强的作物；在沙地上耕作时，通过深翻或者耕作等农业技术措施增加地表的粗糙度，以增强抗风蚀能力，为了确保墒情，要掌握适度。此措施适用于沙化农田，常见于风沙带旁边的农田，一般作为辅助性措施，与其它措施配合使用。修复周期一般为3～5a，成本适中。

3 结论

土壤改良必须针对土壤中妨碍植物生长的问题，根据因地制宜、因土制宜、经济实效原则制定改良措施。采取治标与治本、当前与长远、利用与改良等理念选择单项措施与综合措施相结合，妥善地做出安排，以期取得最大的经济和生态效益。土壤沙化防治建议如下。

实行生物保护工程，建设农田防护林网带；建立生态复合经营模式，在降雨量资源保证地区实行林农牧复合经营模式；合理开发水资源，协调流域上中游水资源合理分配；控制农垦，保护草地。