CN102409656B

CN102409656B - 一种固沙的方法

Info

Publication number: CN102409656B
Application number: CN2011102332563A
Authority: CN
Inventors: 韩霁昌
Original assignee: SHAANXI ESTATE DEVELOPMENT SERVICE Corp
Current assignee: Shaanxi Land Engineering Technology Research Institute Co Ltd; Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co Ltd
Priority date: 2011-08-12
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2031-08-12
Also published as: CN102409656A

Abstract

本发明公开了一种固沙的方法，包括如下步骤：将古、中生代沉积岩粉碎；将粉碎后的沉积岩铺在沙地表面将古、中生代沉积岩和沙充分混合，得到30cm厚的古、中生代沉积岩和沙复合层，该30cm厚的复合层中，古、中生代沉积岩和沙的体积比为1∶1～1∶5；在复合层中栽植固沙植物，进而提高植被的覆盖度达到固沙的目的。本发明在沙漠化地区就地取材，固沙成本低廉，固沙效果明显；沉积岩和沙的混合层具有良好的渗透性和持水保水性，能够满足植物的生长需求，有效的增加沙漠化地带的植被覆盖度，改善生态环境，促进可持续发展。

Description

一种固沙的方法

技术领域

本发明涉及生态修复和沙漠治理领域，具体为一种固沙的方法。

背景技术

目前，全球沙漠化的面积已经达到了总面积的四分之一，根据联合国的调查报告，每年会新增大约有6万平方公里的沙漠。近几年来，我国的沙漠化土地面积由原来的13.7万平方公里增加到17.6万平方公里，另外，潜在沙漠化危险的土地有15.8万平方公里。受沙漠化影响的人口达500余万人，有近400万公顷的旱农田和500万顷的草场受其影响。

在沙漠的治理方面，我国遏制沙漠化的固沙方法主要有植被固沙和化学固沙。利用化学胶结物固沙成本高，不利于大面积推广；而在沙漠中种植植被主要是通过种植灌木或飞播造林，但是，由于在沙漠化地区风力强且水分缺乏，沙中有机质分解快、积累下来的比较少，致使其保肥性差，养分比较贫乏，导致沙地生产力差，植被在这种恶劣的环境下成活率不高，浪费了大量的人力物力。因此，在常年风力强劲的沙漠地区，沙化面积在逐渐扩大，研究一种有效的固沙方法是亟待解决的一个难题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种固沙的方法，该方法将古、中生代沉积岩作为原料与沙混合，对沙地进行改造，使其适合植被生长，提高植物的成活率。该方法有效起到固沙的作用，变害为宝，改善了沙漠地区的环境。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案：

一种固沙的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将沉积岩粉碎；将粉碎后的古、中生代沉积岩铺在沙地表面；将古、中生代沉积岩和沙充分混合，得到30cm厚的古、中生代沉积岩和沙的复合层，该30cm厚的复合层中，古、中生代沉积岩和沙的体积比为1∶(1～5)；在混合后的沙地中按常规方法种植适合当地环境条件生长的植物。

优选的，所述古、中生代沉积岩粉碎后粒径为2cm～4cm。

优选的，所述古、中生代沉积岩粉碎后粒径为3cm～4cm。

优选的，所述古、中生代沉积岩与沙的体积比为1∶(1～3)。

本发明具有如下优点：

1)充分利用了沉积岩易板结的特性，在沙漠化地区就地取材，固沙成本低廉。

2)方法简单，易于操作，原料取自沙地周边的岩层，大大降低了工程成本，提高了可行性和可操作性。

3)经试验，古、中生代沉积岩和沙的混合层具有良好的渗透性和持水保水性，能够满足植物生长需求，有效的增加沙漠化地带的植被覆盖度，达到固沙的目的，改善生态环境，促进可持续发展。

具体实施方式

古、中生代沉积岩是指古生代二叠纪、中生代三叠纪、侏罗纪和白垩纪的厚层砂岩、砂页岩和泥岩组成的互层。本发明中的古、中生代沉积岩采自陕西榆林市榆阳区小纪汗乡大纪汗村、陕西榆林市榆阳区孟家湾乡孟家湾村、陕西榆林市定边县武峁子乡、陕西榆林市神木县太和寨乡、内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗、内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗和山西朔州市神池县。申请人经过相关测定，上述各采样点的古、中生代沉积岩的感官、质地和物理化学性质以及遇水后的特性基本相同。

古、中生代沉积岩具有遇水松软如泥的特点，其渗透性差，板结性强；而沙子的特点是松散，形不成土壤的团粒结构，导致水分容易流失，在作为植物生长的基床时漏水漏肥；单一的古、中生代沉积岩或沙均不适合植物的生长。近年来申请人对古、中生代沉积岩作为原料治理沙地进行了持续的研究，并取得了一定的成果。

从固沙角度来讲，古、中生代沉积岩和沙具有互补的物理特性，本发明正是基于此并且在大量实验的基础上开发出一种固沙的方法，包括如下步骤：将古、中生代沉积岩粉碎成粒径为2cm～4cm的颗粒；将粉碎后的沉积岩铺在沙地表面；将古、中生代沉积岩和沙充分混合，得到30cm厚的古、中生代沉积岩和沙的复合层，该30cm厚的复合层中，古、中生代沉积岩和沙的体积比为1∶(1～5)；在混合后的沙地中按常规方法种植适合当地环境条件生长的植物。

申请人研究的重点在于古、中生代沉积岩与沙混合比例为多少得到的沙土可以有效持水持肥，并使得改造后的沙地的质地变为适合种植植物的沙地，提高植被覆盖度，达到固沙目的。以下是申请人提供的关于上述技术方案中的相关参数优化试验，以对本发明的技术方案作理论、效果支持说明。本试验中的古、中生代沉积岩采自陕西榆林市榆阳区小纪汗乡大纪汗村。

(一)古、中生代沉积岩粒径大小优化试验

1、样品制备

第一组样品：该组为古、中生代沉积岩裸露的不同粒径的样品，具体是在四个陶制器皿(高25cm、直径20cm)中分别装入10cm厚的沙，然后在各陶制器皿中均装入四块古、中生代沉积岩，同一陶制器皿中的古、中生代沉积岩粒径分别为：2cm、3cm、4cm、5cm；

第二组样品：该组为古、中生代沉积岩被沙覆盖的不同粒径的样品，具体是在四个陶制器皿中分别装入10cm厚的沙，然后在各陶制器皿中均装入四块古、中生代沉积岩，同一陶制器皿中的古、中生代沉积岩粒径分别为：2cm、3cm、4cm、5cm，接着分别在各陶制器皿中的古、中生代沉积岩上覆盖10cm厚的沙。

2、试验方法

(1)灌水

同时于8个样品的陶制器皿中灌等量的水，为避免水滴对古、中生代沉积岩和沙的结构及其铺设结构的破坏，灌水时在样品上覆盖滤纸，使水能够缓慢均匀的浸润古、中生代沉积岩，同时为保证古、中生代沉积岩吸水充分，灌水分3次进行，前两次每个陶制器皿灌水1500ml，最后一次灌水500ml，每次灌水间隔30min。

(2)取样

每个陶制器皿中最后一次灌水后明水面消失开始计时，分别于2h和30h后在各陶制器皿中取古、中生代沉积岩，并对所取古、中生代沉积岩的含水量进行测定。

(3)试验结果

表1 不同样品中古、中生代沉积岩的含水量

由表1所示结果可知：

对于第一组样品：根据田间试验经验及本试验中所用样品体积的大小，2h后古、中生代沉积岩中的重力水下渗基本停止，这时的含水量可以视为田间持水量，可以衡量样品的持水能力。由于古、中生代沉积岩具有物理结构不稳定，遇水即散、结构崩解，可引起其孔隙状况发生改变、物理性质和水力学特性均发生变化的特点，2h后，从样品的直观结构上可知，粒径为2cm和3cm的裸露古、中生代沉积岩经过三次灌水后结构完全分散；粒径4cm的裸露古、中生代沉积岩遇水后部分分散，仍能够保持古、中生代沉积岩自身的物理特性，且其含水量高于粒径为2cm和3cm样品的含水量；粒径5cm的裸露古、中生代沉积岩遇水后分散程度更低，但因古、中生代沉积岩导水性能差，导致吸水缓慢，短时间内难以饱和，所以含水率最低，仅为26.41％。进而说明古、中生代沉积岩粒径小于4cm时具有较好的持水能力。30h后，粒径2cm古、中生代沉积岩含水量最低，下降到3.51％，随着粒径的增大其保水性能增强，当古、中生代沉积岩粒径大于3cm时，其持水性能较为理想。

对于第二组样品：在古、中生代沉积岩吸水饱和过程中，沙覆盖的古、中生代沉积岩粒径越小，含水量越大，相同时间间隔的含水量的减少量也越大。在沙的覆盖和包裹下，由于沙的渗漏速度快，水在沙中停留的时间短，古、中生代沉积岩无法达到饱和，结构也未分散。粒径2cm的岩块含水率2h后最高，为23.12％，随着粒径的增大，含水量下降到20.55％，说明粒径过大不易饱和，进而不利于持水，说明有沙覆盖的情况下，古、中生代沉积岩粒径也是小于4cm时具有较好的持水能力。30h后，粒径2cm古、中生代沉积岩含水量最低，下降到5.88％，而粒径大于2cm的古、中生代沉积岩的含水率相当，在20.30％～20.33％之间。可见，在沙的覆盖下，古、中生代沉积岩粒径大于2cm，保水作用极其显著。

在土地整治过程中，古、中生代沉积岩与沙混合后，部分裸露、部分被沙包裹保护起来，即部分古、中生代沉积岩的功能倾向于吸收水分，部分古、中生代沉积岩功能倾向于蓄存水分。综合两种状态分析，同时从实用角度出发，在沙中混合粒径为2cm～4cm的古、中生代沉积岩块是较为合理的粒径范围，优选其中3cm～4cm的粒径范围。

以下试验过程中所用的古、中生代沉积岩的粒径为2cm～4cm。

(二)理化特性试验

本试验是以相关理论指标为依据，以使沙土的物理特性与土壤的物理特性接近而作的优化试验。

1、准备样品

以古、中生代沉积岩与沙的体积比为1∶6、1∶5、1∶3、1∶2、1∶1、1∶0.5、1∶0.2配置试验样品，并将其充分混合均匀备用。

2、试验方法

采用吸管法测定机械组成；采用圆筒浸透法测定毛管孔隙度；采用恒定水头法测定饱和导水率；采用容量分析法测定有机质，采用容重计算样品的总孔隙度。

3、试验结果

表2 不同原料配比沙土的土壤质地和物理性质

具有良好的保水保肥能力的土壤才能满足植物生长需求，而对于沙地来说，质地、水、肥是主要的限制因素，具有良好的保水保肥能力的土壤才能满足植物生长需求。土壤质地与土壤理化性状密切相关，为此通过测定机械组成，以得到沙土质地，同时选取饱和导水率和毛管孔隙度作为持水保水能力指标，以有机质作为肥力指标对沙土的原料配比进行优化。

依据表2所示结果，根据沙土的机械组成和土壤质地指标可以看出，随着沙中的古、中生代沉积岩添加量的增加，沙土中的沙粒含量不断减少，粉粒含量不断增加，粘粒含量在古、中生代沉积岩与沙的质量比为1∶1以后趋于稳定，沙土壤质地逐渐由砂土、砂壤土变为壤土、粉壤土。为适应多种植物的生长，同时考虑沙基地沙多情况下，可以配制砂壤土或壤土，即将古、中生代沉积岩与沙的配比为控制在1∶1～1∶5之间。

作为肥力指标的有机质含量，随着古、中生代沉积岩与沙混合体积比的变化，其变化范围为0.053％～0.106％，古、中生代沉积岩与沙不同混合体积比的有机质含量均较低，属于全国耕地土壤养分分级标准中有机质分级的六级(＜0.6％)。而有机质可以提供植物需要的各种养分；增强土壤的保水保肥能力和缓冲性；促进团粒结构形成，改善土壤物理性状；促进微生物和植物的生理活性等。为提高植物的长势，建议在后期的管理中施用有机肥等来提高肥力。

饱和导水率和毛管孔隙度决定了土壤的通气性、渗透性和保水、保肥能力。随着古、中生代沉积岩在沙中的添加量的增加，沙土的饱和导水率逐渐降低，说明沙土的通透性逐渐减小，在1∶1配比之后，变化趋于稳定，说明通透性较差的古、中生代沉积岩逐渐起了决定作用。土壤通透性过高，水分容易流失，而通透性过低，也不利用植物的生长发育，一般旱地土壤通气孔隙(通气孔隙＝总孔隙度-毛管孔隙度，所有试验样品的总孔隙度均为47.2％)比例不能低于10％，据此可以估算出配比上限约为1∶1。毛管孔隙决定了土壤的保水保肥能力，随着中古、中生代沉积岩在沙中添加量的增加，沙土的毛管孔隙度从26.33％提高到了44.94％，说明其保水保肥能力逐渐增大。另一方面，良好土壤结构中毛管孔隙度应达到总孔隙度(所有试验样品的总孔隙度均为47.2％)的50％～60％，由此估算出配比下限约为1∶5。

综上，经过试验和分析估算，可控制古、中生代沉积岩与沙的配比为1∶1～1∶5。

经过上述分析说明，上述沙土与土壤的质地、物化性质相当，从理论上说明本发明所提供的沙土适宜植物生长，进而能够实现固沙的目的。

在上述质地、物化试验的基础上进行以下植物种植试验，以对改造后的沙土的技术效果进行支持说明。

(三)植物种植优化试验

1、在不同原料配比的沙土中种植马铃薯的优化试验

(1)试验区设计

根据马铃薯对生长环境的要求，实验基地布设五个小区，每个小区面积为2m×2m。试验区一内为黄土，厚度为70cm；试验区二内铺设层总厚度为70cm，其中，上层为沙土古、中生代沉积岩与沙的体积比为1∶1，其厚度为30cm，底层为沙，其厚度为40cm；试验区三内铺设层总厚度为70cm，其中，上层为沙土，其古、中生代沉积岩与沙的体积比为1∶1.5、厚度为30cm，底层为沙其厚度为40cm；试验区四内铺设层总厚度为70cm，其中，上层为沙土，其古、中生代沉积岩与沙的体积比为1∶3、厚度为30cm，底层为沙其厚度为40cm；试验区五内为沙。

(2)种植

按常规的马铃薯种植方法在所设计的试验区种植马铃薯。每个试验区中的种植及后期管护方法相同。各试验区的马铃薯的产量见表3。

表3 马铃薯产量

由表3中所示结果可知：全沙地的马铃薯产量最低，只有242kg/亩。虽然黄土的马铃薯产量达到了517kg/亩，但还是低于古、中生代沉积岩与沙混合的各试验区的产量。其中古、中生代沉积岩与沙混合体积比为1∶1.5和1∶3的马铃薯产量分别达到了650kg/亩和783kg/亩。上述结果对比后表明在古、中生代沉积岩与沙的体积配比为1∶1.5～1∶3的沙土上马铃薯成活率得到提高，长势良好，在古、中生代沉积岩与沙1∶3的沙土上的成活率最高。

2、在不同原料配比的沙土中种植小麦的优化试验

(1)试验区设计

根据小麦对生长环境的要求，实验基地布设五个小区，每个小区面积为2m×2m。试验区一内为黄土，厚度为70cm；试验区二内铺设层总厚度为70cm，其中，上层为黄土与沙的混合层，黄土与沙的体积比为1∶2，其厚度为30cm，底层为沙，其厚度为40cm；试验区三内铺设层总厚度为70cm，其中，上层为沙土，其古、中生代沉积岩与沙的体积比为1∶1、厚度为30cm，底层为沙，其厚度为40cm；试验区四内铺设层总厚度为70cm，其中，上层为沙土，其古、中生代沉积岩与沙的体积比为1∶1.7、厚度为30cm，底层为沙，其厚度为40cm；试验区五内铺设层总厚度为70cm，其中，上层为沙土，其古、中生代沉积岩与沙的体积比为1∶3，其厚度为30cm，底层为沙，其厚度为40cm。

(2)种植

按常规的小麦种植方法在所设计的试验区种植小麦。每个试验区中的种植及后期管护方法相同。各试验区的小麦产量见表4。

表4 小麦产量

由表4所示结果可知：小麦在1(黄土)∶2(沙)上的产量最低，仅有374kg/亩。在黄土和古、中生代沉积岩与沙体积比为1∶1的沙土上的小麦产量相当，分别达到了491和402kg/亩。在古、中生代沉积岩与沙1∶1.7的沙土上，小麦产量达到了462kg/亩。上述结果对比后表明说明这一比例的沙土上小麦成活率得到提高，长势良好。

3、在不同原料配比的沙土中种植大豆的优化试验。

(1)试验区设计

根据大豆对生长环境的要求，实验基地布设四个小区，每个小区面积为2m×2m。试验区一内为黄土，厚度为70cm；试验区二内铺设层总厚度为70cm，其中，上层为沙土，其古、中生代沉积岩与沙的体积比为：1∶1、厚度为30cm，底层为沙其厚度为40cm；试验区三内铺设层总厚度为70cm，其中，上层为沙土，其古、中生代沉积岩与沙的体积比为：1∶1.5、厚度为30cm，底层为沙其厚度为40cm；试验区四内铺设层总厚度为70cm，其中，上层为沙土，其古、中生代沉积岩与沙的体积比为：1∶3、厚度为30cm，底层为沙其厚度为40cm。

(2)种植

按常规的大豆种植方法在所设计的试验区种植大豆。每个试验区中的种植及后期管护方法相同。各试验区的植物的产量见表5。

表5 大豆产量

由表5所示结果可知：大豆在黄土上的产量达到了333kg/亩，在古、中生代沉积岩与沙的体积比为1∶1、1∶1.5和1∶3的沙土的大豆产量分别达到了192、262和265kg/亩。古、中生代沉积岩与沙的体积体积比为1∶1.5和1∶3的沙土上的大豆产量相当，上述结果对比后表明，古、中生代沉积岩与沙的1∶1.5～1∶3的沙土上大豆成活率得到提高，长势良好。

4、在不同原料配比的沙土中种植玉米的优化试验

(1)试验区设计

根据玉米对生长环境的要求，在实验基地布设五个小区，每个小区面积为2m×2m。试验区一内为黄土，厚度为70cm；试验区二内铺设层总厚度为70cm，其中，上层为黄土与沙的混合层，且黄土与沙的体积比为：1∶2，其厚度为30cm，底层为沙，其厚度为40cm；试验区三内铺设层总厚度为70cm，其中，上层为沙土，其古、中生代沉积岩与沙的体积比为：1∶1，其厚度为30cm，底层为沙，其厚度为40cm；试验区四内铺设层总厚度为70cm，其中，上层为沙土，古、中生代沉积岩与沙的体积比为：1∶1.5、厚度为30cm，底层为沙其厚度为40cm；试验区五内铺设层总厚度为70cm，其中，上层为沙土中古、中生代沉积岩与沙的体积比为：1∶3，其厚度为30cm，底层为沙其厚度为40cm。

(2)种植玉米

按常规的玉米种植方法在所设计的试验区种植玉米。每个试验区中的种植及后期管护方法相同。各试验区的玉米的产量见表6。

表6 玉米产量

由表6所示结果可知：玉米在1(黄土)∶2(沙)上的产量最低，只有383kg/亩。黄土和古、中生代沉积岩与沙1∶1的沙土上的玉米产量相当，分别为512和500kg/亩。在古、中生代沉积岩与沙的沙土上，玉米产量达到了574kg/亩，上述结果对比后表明在古、中生代沉积岩与沙的体积配比为1∶1.5的沙土上玉米成活率得到提高，长势良好。

以下是申请人提供的实施例，以对本发明的技术方案作进一步详细说明。

实施例1

在榆林市榆阳区小纪汗乡大纪汗村，就地取古、中生代沉积岩，将其粉碎为粒径为3cm～4cm的颗粒，将粉碎后的古、中生代沉积岩铺到沙地上，利用机械旋耕的方式将古、中生代沉积岩和沙充分混合，得到古、中生代沉积岩与沙的体积比为1∶2、厚度为30cm混合层，改造总面积为2300亩，用常规手段在改造后的沙地上种植马铃薯，选择5个1m×1m的样方进行植被的群体调查，出苗率平均达到80％，当地未改造的沙地同期出苗率仅为20％；7月底在马铃薯开花期进行了群体调查，发现沙地的马铃薯盖度达到60％，当地未改造沙地的马铃薯盖度不足10％。经调查，改造面积内的沙土地在种植后区域内不扬沙，由本实施例可以看出，经古、中生代沉积岩改造后的沙地更适于植被生长，植物长势良好，植被盖度提高，因此，本实施例的固沙方法有显著的固沙效果。

实施例2

在陕西榆林市定边县武峁子乡，就地取古、中生代沉积岩，将其粉碎为粒径为2cm～4cm的颗粒，将粉碎后的古、中生代沉积岩铺到沙地上，利用机械旋耕的方式将古、中生代沉积岩和沙充分混合，得到古、中生代沉积岩与沙的体积比为1∶1.5、厚度为30cm混合层，改造总面积为1800亩，用常规手段在改造后的沙地上种植苜蓿，选择5个1m×1m的样方进行植被的群体调查，出苗率平均达到90％，当地未改造的沙地同期出苗率仅为25％；8月份在苜蓿生长旺盛期进行了群体调查，发现沙地的苜蓿盖度达到75％，当地未改造沙地的苜蓿盖度不足40％；经调查，改造面积内的沙土地在种植后区域内不扬沙，由本实施例可以看出，经古、中生代沉积岩改造后的沙地更适于植被生长，植物长势良好，植被盖度提高，因此，本实施例的固沙方法有显著的固沙效果。

实施例3

陕西榆林市榆阳区孟家湾乡孟家湾村，就地取古、中生代沉积岩，将其粉碎为粒径为3cm～4cm的颗粒，将粉碎后的古、中生代沉积岩铺到沙地上，利用机械旋耕的方式将古、中生代沉积岩和沙充分混合，得到古、中生代沉积岩与沙的体积比为1∶1、厚度为30cm混合层，改造总面积为2450亩，用常规手段在改造后的沙地种植苜蓿，分别在不同时期对其出苗率、盖度进行调查，能够达到与实施例2相同的效果。经调查，改造面积内的沙土地在种植后区域内不扬沙，由本实施例可以看出，经古、中生代沉积岩改造后的沙地更适于植被生长，植物长势良好，植被盖度提高，因此，本实施例的固沙方法有显著的固沙效果。

Claims

1.一种固沙的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将沉积岩粉碎，粉碎后古、中生代沉积岩的粒径为2cm～4cm；将粉碎后的古、中生代沉积岩铺在沙地表面；将古、中生代沉积岩和沙充分混合，得到30cm厚的古、中生代沉积岩和沙的复合层，该30cm厚的复合层中，古、中生代沉积岩和沙的体积比为1:（1～5）；在混合后的沙地中按常规方法种植适合当地环境条件生长的植物。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述古、中生代沉积岩粉碎后粒径为3cm～4cm。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述古、中生代沉积岩与沙的体积比为1:（1～3）。