毛烏素沙地綜合整治現狀分析及新思路

張海歐

（1陜西省土地工程建設集團有限責任公司，陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，國土資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西省土地整治工程技術研究中心，西安710075；2西安理工大學水利水電學院，西安710048）

0 引言

毛烏素沙地是中國農牧交錯區的典型代表，生態環境脆弱并威脅北方地區的生態安全。區內存在沙地沙漠化嚴重和砒砂巖區水土流失嚴重等兩大危害，長期以來的治理雖然取得了一定成效[1-3]，但仍較為有限，未從根本上解決區內嚴重的生態環境問題。隨著城鎮化進程加快，加劇了陜西省土地資源供需矛盾，為了緩解矛盾，增加耕地資源，焦點轉向了具有光熱資源豐富的陜北地區，毛烏素沙地面積廣，具有巨大的挖掘潛力。但因改造難度大、投資高、耗水多，無法規模化利用，沙地中被稱為“環境癌癥”的砒砂巖因水土流失嚴重治理更為困難。因此，沙和砒砂巖的同時治理與利用是國土資源領域的重大難題。充分挖掘陜北地區糧食潛力，對毛烏素沙地進行土地開發整理的關鍵問題就是如何使土地能夠可持續利用。本文對毛烏素沙地綜合整治現狀分析和存在問題進行了探討，其次對毛烏素沙地開展土地綜合整治的緊迫性與可行性進行了分析，最后提出了毛烏素沙地綜合整治新思路，以期為中國毛烏素沙地綜合整治提供方法借鑒和參考。

1 沙地治理的國內外研究進展

1.1 國外研究進展

1992年聯合國召開了100多個國家元首和政府首腦參加的“國際環境與發展大會”，指出當前的主要環境問題一是工業化的廢水、廢氣、廢渣帶來的環境污染，另一個就是過度的開發自然資源導致的森林銳減、水土流失、土地的沙漠化。47屆聯大根據“環發”大會的決定于1993年6月在內羅畢召開了“防治沙漠化國際公約談判會”，建立了治理沙漠化的全球性合作體制[4]。

在100多年以前，風蝕荒漠化、沙漠化的治理已經進行研究。20世紀初，美國的中西部地區進行大規模農業開發，導致沙塵暴發生頻繁，風蝕過程的荒漠化迅速發展，引起了學者們和政府的關注，美國開始系統的土壤風蝕研究，其農業部專門成立了水土保持局[5]。蘇聯在20世紀30年代修筑中亞鐵路過程中，啟動了鐵路沿線的風沙危害防治研究。60年代末到70年代初，非洲“Sahel”地區持續大旱，沙漠化迅速發展，經濟停滯，導致這一地區的政局動蕩，引起各方對沙漠治理的高度重視。聯合國于1975年通過了“向荒漠化進行斗爭行動計劃（第3337號決議）”，1977年聯合國召開了“世界荒漠化大會(UNCD)”。之后，各國相繼加強了對荒漠化治理的研究。其中，美國的研究多集中在土壤侵蝕過程，并在風沙動力學研究方面取得了較快進展，但由于缺乏對土壤風蝕物理過程和機制的深入研究，使得眾多風蝕理論與方案往往彼此分歧，簡單地推廣基于某一地域的數據的風蝕模型可能導致很大的誤差。蘇聯主要集中于沙漠化農田改造及鐵路的工程和生物防沙方面的研究工作，并在沙地水循環過程和植被的恢復演替過程研究中取得了較為豐富的經驗和成果；沙地治理方面很多有益的工作歐美國家以及以色列、日本等國在非洲、中東、南美洲等都已經開展，其中“沙漠化物理過程”、“沙漠化生態農業”等研究就頗具代表性；非洲則主要集中于土地沙漠化的防治和如何提高旱地的生產力方面的研究[6]。

從國外對沙地治理研究現狀來看，主要集中于以下幾方面：研究砂粘混合土在固結測試中的微結構變化[7]；調查研究沙漠環境中的典型沙丘的土壤水分和溫度模式，選擇裸土和植被土壤樣帶用于觀察土壤水分和溫度[8]；研究一種方法用于估算沙漠地區塌陷土和砂混合土的永久變形，混合土用于路面施工[9]；研究膨潤土和沙土混合的滲透性和可壓縮特性[10]；研究半干旱地區的本地土壤和保水技術[11]；研究在半干旱津巴布韋地區，保護性耕作方法對土壤水分狀況的影響[12]；研究了德國東北風沙土的保護性耕作[13]；公開一種用于人造干海灘規劃用土的混合土，混合土地由海底清淤的砂土和粘土地混合而成，其滲透系數為1×10-4cm/s或以上[14]。Reynolds等[15]研究總結出了荒漠化、社會與環境變化、消除貧窮等方面的進展、經驗與教訓，提出了集成生物多樣性安全、土地退化、消除貧窮以及文化保護等方面的荒漠化和干旱區開發范式。

1.2 國內研究進展

治理、開發、建設沙漠是中國基本國策、長遠目標。為改造治理沙漠，1991年林業部在蘭州召開了“全國治沙工作會議”，由國務院批準成立了全國治沙協調小組，制定了治沙十年規劃。1993年又在內蒙赤峰市召開了“全國防沙治沙工程建設會議，更把治沙當成重要的建設項目納入國民經濟和社會發展計劃，有規劃、有規模、有目標的對沙漠進行治理[4]。

從國內對沙地利用研究現狀來看，主要集中于以下幾方面：沙土和鹽堿土混合成沙堿土進行造田，研究混合后的沙堿土特性，當鹽堿土中混入40%～60%的沙丘風沙土時，可滿足種植玉米、向日葵等旱作作物的條件[16]；將沙土與煤矸石按照不同的比例進行混合，在混合土壤中種植當地特征植物谷子和黃豆，然后利用不同比例下作物的生長狀況得出沙土和煤矸石的最佳混合比例[17]；毛烏素沙地推平后通過混合黃土或者其它改良劑改善沙地的立地條件，建設防護林或者種植植被固定沙地的新模式[18]；研究用泥炭改良風沙土的方法，改良風沙土用于種植大白菜[19]；研究在砒砂巖地區利用沙棘植物的攔沙作用、沙棘人工林地土壤水分物理性質、沙棘植物對土壤改良效應等[20-22]；研究砒砂巖巖性特征對抗侵蝕性影響[23]；調研砒砂巖區水土流失治理措施[24]；研究砒砂巖區復合農林系統構建技術與模式[25]；研究榆林毛烏素沙地固沙林地土壤質量演變機制[26]；以及研究固沙保水植草種樹綠化沙漠的方法[27]。

從時序上看，20世紀50年代至90年代初期，毛烏素沙地的荒漠化擴展迅速，只是一些局部區域植被在一定程度上得到了恢復。荒漠化的迅速擴展主要原因是人類在發展過程中不合理的活動所造成，除此之外，自然環境因素（例如氣候波動）對荒漠化的擴展也有一定的影響[28]。進入21世紀后，生態建設成為西部大開發的戰略重點之一，一些企業進入治沙行業，充分利用沙漠資源開發新產業，如沙柳、甘草、沙棘等沙產業和飼草料加工等草產業以及沙產業、林產業等，推動了防沙治沙工程的發展。由此，毛烏素地區以治理為目的和手段的沙漠化治理效果明顯。近年來，毛烏素沙地通過退耕還林還草措施、水土保持工程、生態環境綜合治理等生態建設與生態恢復工程的實施，使得沙漠化治理取得了一定成效，毛烏素地區出現了“整體遏制，局部好轉”的良好態勢。但是，在西部和北部的毛烏素地區荒漠化擴展的趨勢仍較嚴重。經過治理措施，只是在某些局部地區，植被在一定程度得到了恢復，毛烏素沙地沙漠化防治任務依然艱巨[29]。

2 毛烏素沙地綜合整治現狀分析和存在問題

2.1 毛烏素沙地綜合整治現狀

全國沙漠化普查結果表明，毛烏素沙地總面積為7.84萬km2，占全國沙區總面積的4.25%。自然氣候條件和人文活動干擾的綜合影響，毛烏素沙地的沙漠化態勢明顯加劇，對中國北方地區的生態安全造成巨大沖擊。毛烏素沙地屬于生態脆弱區，廣泛分布著砒砂巖，近幾十年來，砒砂巖區內的許多縣區均開展了砒砂巖區域的治理工作，采用機械、化學和生物固沙的措施，使毛烏素地區沙地的快速擴張在一定程度上呈現出良好的局面。但是，沙地未治理的面積仍占較大比例，由于毛烏素地區沙地土壤貧瘠，肥料短缺，作物產量受到嚴重影響。而且隨著快速工業化、城鎮化發展，人類經濟活動加劇，特別是能源開采、水資源開發、農業結構戰略性調整仍會對區域生態建設、沙漠化防止帶來新的沖擊和壓力，因而科學協調保障發展與保護生態環境的關系事關生態脆弱地區的資源可持續利用。

為了改善農、牧業的生產條件、遏制荒漠化迅速擴展，防治風沙危害和保護生態環境，研究者提出[31]了多種針對毛烏素沙地治理及生態修復的措施，然而這些措施的實施受到了當地的土壤和水分條件的限制[32]。境內風沙土基質為沙土或細沙粒，土壤無發育，粒徑在1～0.25mm的沙粒約75%，0.25～0.05mm的約占20%，土壤結構疏松，保水保肥性差，有機質和養分含量很少，水分的深層損失量大、有效利用率很低。僅靠植被的自然恢復短期內很難達到恢復植被的目的。因此，對于毛烏素沙地的治理及綜合利用新模式需要將生物固沙與工程固沙措施結合起來[33]。王仁德[34]提出了沙丘推平-沙地改良-打井灌溉-植被固沙-綜合利用5個主要環節的沙地治理新模式，核心問題是沙地改良。沙地改良的方法中，比較常用、易于施工的方法就是將沙土與黃土按照一定配比混合，以改變沙土的物理、化學性質，增加土壤保水保肥性能。但在毛烏素沙地的治理中采用沙土與黃土混合的方法很難實行，主要是由于當地黃土土源距離較遠，拉土成本太高；其次，在陜北黃土高原溝壑區，黃土的大量開采會加速環境惡化和水土流失。

2.2 毛烏素沙地開展土地綜合整治的緊迫性與可行性分析

隨著社會經濟的持續快速向前發展，對土地利用需求量激增。根據現階段中國的基本國情，既要保障各個重點、大型基礎設施建設用地，又要堅守“十八億畝”耕地紅線，保障發展與保護耕地的“雙保”壓力不斷增大，破解土地供需矛盾迫在眉睫。

按照學術界用得較多的黃委會綏德水土保持科學試驗站“晉陜蒙接壤區砒砂巖分布范圍及類型區劃分”得出的面積數據，王愿昌等[24]在以往研究成果基礎上的補充完善，突破了晉陜蒙接壤區這一范圍，而是以此為中心，得到砒砂巖區總面積1.67萬km2，毛烏素沙地總面積為7.84萬km2，廣泛分布著砒砂巖，沙地面積廣，將二者就近進行復配成土研究，營造土地健康和可持續的生命力，為緩解人地矛盾具有重要的意義。

中國耕地面積減少的重要原因之一是土地退化，而中國土地退化的重要類型之一則是沙漠化。中國的四大沙區之一——毛烏素沙地，光熱資源豐富，面積廣闊，具有巨大的挖掘和開發潛力。但在毛烏素沙地境內，砒砂巖的水土流失和土地沙漠化嚴重，使得沙地境內的資源化利用和可持續發展受到了嚴重的制約。

3 毛烏素沙地綜合整治新思路

在毛烏素沙地，廣泛分布著砒砂巖和沙，砒砂巖質地粘重，遇水板結，導水性能低，透水性差，熟化程度低，遇水流失嚴重，但砒砂巖持水保水性能較強，而沙通體無結構，漏水漏肥嚴重，砒砂巖和沙在當地并稱為“兩害”[30]，也是造成當地水土流失，耕地減少的主要原因。如何變“兩害”為一寶？研究者[36-40]從資源合理利用的角度出發，遵循區域生態環境平衡的規律，就地取材，利用兩者在成土中的互補性，將砒砂巖與沙按不同的比例復配成土，揭示其成土機理，既可解決沙土黏著力差、易被風吹揚和滲透能力太強漏水漏肥的問題，也可以改善砒砂巖粘重、易板結的特點，使土壤兼備透氣透水性和保水保肥性，探索出了沙地和砒砂巖規模化治理和資源化利用的新模式。并采取新思路在復配成土技術上取得了一定的突破，將砒砂巖與沙復配成土的技術應用于造田工程，并在榆林市小紀汗鄉大紀汗村得以推廣應用。砒砂巖與沙復配成土技術的研究與應用推進了土地整治工程領域的發展，開啟了土地整治，保護耕地的新篇章。

Han等[35]基于沙地土壤膠體極為欠缺、穩定性與協調性、抗逆性極差這個關鍵問題，針對毛烏素地區砒砂巖水土流失和土地沙漠化嚴重的“兩害”難題，研究發現砒砂巖與沙兩種物質結構具有互補性，兩者結合后可通過耕作層有機重構的途徑同步實現固沙、節水節肥的目的，從而探索出了沙與砒砂巖規模化治理和資源化利用的新模式。

毛烏素沙地地處中國北方農牧交錯帶，屬生態環境極度脆弱區，土地沙化，經濟滯后。治沙與生態重建，推動地方經濟發展是區域面臨的首要任務。Han等[35]開展了砒砂巖與沙復配成土關鍵技術研究。在綜合調研的基礎上，將利用當地豐富的光熱資源，恢復生態，推動經濟發展作為主要目標，實施“構建良好的物理質量，改土固沙、營造沙地植被生長條件和穩定生產環境”為特色的土體有機重構。根據砒砂巖“無水堅硬如石，遇水松軟如泥”的基本特征，利用土地工程手段將砒砂巖中“膠體”物質移植到沙中，促進沙快速成土成壤。在傳統沙地治理基礎上，將沙地粒級配置、土壤培肥、節水灌溉、水肥一體化、篩選與培植適于旱生、沙生環境的植被作為主要研究內容，探索“砒砂巖與沙物質結構、性能互補，復配成耕作土壤”的科學性，開發沙地人工快速成土綜合整治與合理開發利用模式。

砒砂巖和沙是毛烏素沙地的重要物質成分，前者裸露風化后遇風起塵、遇水流失，后者結構松散、漏水漏肥，研究者通過對砒砂巖、沙及其復配土土壤特性、理化性質、保水性、膠結力等的研究，創新性的發現了二者為具有明顯差異性、互補性特征的兩類物質，將砒砂巖與沙按照一定比例可以復配成土。砒砂巖的加入增強了沙地的保水性，增加了復配土的有效水分含量和持水時間；為固沙膠結提供了礦物、化學物質及力學基礎，提高了固沙膠結能力，膠結結構穩定；砒砂巖豐富的粘粉粒含量有利于復配土表層形成2mm左右的土壤結皮，冬季還能在表層形成凍蓋層，具有顯著的固沙能力。而砒砂巖與沙復配成土的穩定良性發展成為促進毛素沙地區耕地可持續發展的重要前提。

利用砒砂巖和沙混合合成可耕種土壤，增加耕地面積，可以固沙、防止水土流失和改善生態環境。通過不同比例、不同級配的砒砂巖和沙的混合試驗，確定了不同比例下合成土壤的質地、團粒結構、毛管空隙、水分特征曲線等性質指標，分析該種復合土壤的保水、保肥特性，驗證了復合土壤具有可耕性、保水性、保肥性及其作物種植的普適性。

4 結論

砒砂巖與沙復配成土關鍵技術，利用當地豐富的光熱資源，恢復生態，推動經濟發展作為主要目標，實施“構建良好的物理質量，改土固沙、營造沙地植被生長條件和穩定生產環境”為特色的土體有機重構。根據砒砂巖“無水堅硬如石，遇水松軟如泥”的基本特征，利用土地工程手段將砒砂巖中“膠體”物質移植到沙中，促進沙快速成土成壤。在傳統沙地治理基礎上，將沙地粒級配置、土壤培肥、節水灌溉、水肥一體化、篩選與培植適于旱生、沙生環境的植被作為主要研究內容，探索“砒砂巖與沙物質結構、性能互補，復配成耕作土壤”的科學性，開發沙地人工快速成土綜合整治與合理開發利用模式。砒砂巖與沙成土技術對于增加耕地面積、提高耕地質量及實現土地資源可持續利用具有重要意義，該技術和成果已經在毛烏素沙地的大面積推廣。

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