彰武沙地水利改良与利用研究

焦树仁 ,李春龙,王宝泽,佟威

(1.辽宁省固沙造林研究所,辽宁 阜新 123000;2.辽宁省水利水电科学研究院，辽宁 沈阳 110003)

彰武沙地水利改良与利用研究

焦树仁1,李春龙2,王宝泽2,佟威2

(1.辽宁省固沙造林研究所,辽宁 阜新 123000;2.辽宁省水利水电科学研究院，辽宁 沈阳 110003)

为了进行水利改良与利用沙地，在辽宁省彰武县阿尔乡建立了试验示范区。试验表明，推平沙丘，可以改善沙地水分状况，提高土壤含水率0.9%～1.3%，沙地利用面积扩大25%～30% ；利用地下水，打机井，每3.3 hm2分布一眼，出水量每小时7 t，灌溉农田、药圃、苗圃和速生林；实施微润灌溉，铺设地下管网，保障在旱季土壤湿润，比管道灌水节水2～3倍；实行膜袋植树与覆膜植树法，可节水1倍左右。

沙地；改良与利用；推平沙丘；地下微灌；节水技术

新中国成立初期，针对风沙危害，国家开展了西满防护林工程建设。采用灌木与机械沙障固沙，栽培固沙林。到新世纪，国家经济实力提高，更多地投入治沙。农村有了很大发展，进行水利改良与利用沙地，提高效率，扩大利用面积。

2001年辽宁省水利水电科学院，在辽宁省彰武县阿尔乡北甸子村围封292 hm2沙地，建立试验示范区，开展水利改良与利用试验，取得显著成效。

辽宁省水利水电科学院，在既有的治沙成果基础上，以水利改良土壤为理论依据，针对沙地干燥瘠薄的特性，开展了沙地水利改良与利用研究。

1 试验地区的自然条件与试验地立地质量评价

1.1 试验地区的自然条件

试验示范区，流动和半流动沙丘占75%，主要进行治沙和生态修复。沙丘下部缓起伏沙地和丘间低地占25%，进行水利改良，增加沙地利用面积与效率。

这块沙地由于不合理的开发利用，土壤出现严重风蚀沙化，植被退化，表土流失。沙地土壤养分含量降低(见表1)。

表1 试验区土壤的养分含量 %

试验区沙地干燥瘠薄，土壤含水率比较低，4—11月为 2.87%～4.29%。

治理初期，试验地的植被以沙蓬、差巴嘎蒿和黄柳等沙生植物为主，分布多度占40%，退化为田间杂草阶段的植物有马唐、狗尾草、猪毛蒿，分布多度也占40%，其余20%为固定沙丘植物，主要有拂子茅、野麦子、中华隐子草、中华委陵菜等。固定沙地代表性植物大果榆、山杏、欧李等分布的比较少。

1.2 沙地立地质量评价与开发治理的区划

1.2.1 沙地调查与评价的方法 在试验区内，选择地势比较低，面积比较大的平缓沙地和丘间低地，设置调查点。调查项目为地块面积、沙地起源(风积或原始)、起伏状况、地下水位、土层厚度、有无埋藏黑土、植物覆盖度和组成等。

沙地起伏大小、平缓程度，是生产和机械化作业的首要条件，是沙地开发利用的关键性因素；水分因子是植物生长的重要因素，因此，地下水位也是评价沙地生产力的主要条件；灰黑色与黄褐色土层对植物的生长有很大作用；而植物的覆盖度和代表性植物则反映沙面的稳定程度，对作物的生长也有一定的作用。为此，根据上面因子及其作用的强弱制定评价标准。每个因子划分为3个等级，根据等级综合评价因子确定立地等级(表2)，并制定开发利用的方式。

表2 立地因子评价标准与等级

1.2.2 立地等级划分与土地开发利用 根据立地条件划分标准，进行立地等级划分和经济利用。在292 hm2试验区中，共选出立地条件比较好的土地41块，面积合计为73 hm2，占总土地面积的25%。这类土地具有比较高的生产力，是沙丘开发利用，取得经济效益的主要资源。

在这些土地中，1类土地为23块，面积43.4 hm2，占优质土地的59.5%，2类土地为13块，面积21.5 hm2，占29.5%，3类土地5块，面积8.1 hm2，占11.0%。其中1类地，栽培农作物，开垦苗圃地，栽培中草药作物；2类土地，经过土壤改良，播种经济作物或营造杨树速生林和经济林，3类土地也需经过土壤改良，营造杨树和其他树种防护林。沙丘的中上部为流动、半流动沙丘，营造针阔叶树和灌木固沙林，或开垦灌木草场。沙丘的顶部，自然恢复，形成灌草群落。

2 推平沙丘，改善沙地水分状况

2.1 推平沙丘的方法与效果

为了扩大开发利用沙地土地面积，对1、2类沙丘进行平整，不仅增加土地利用面积，同时还可以改善沙地水分分配条件。沙地径流虽然比较弱，但是，由于沙丘起伏不平，仍然存在着降水再分配的过程。沙丘的中上部对降水吸收较少，而下部分布比较多。

选择起伏比较小的沙地，使用带推土铲的链轨拖拉机推平沙面。在治理之前1—2年对周围的沙丘进行固沙造林。另外，作业时间不要在4—5月春风期间进行。

从2003年至2006年先后推平沙丘 5块，造田8 hm2。其中，2004年推平治理的两块沙地，治理区1，土地利用面积1.9 hm2，利用面积增加了30%，土地产出效率提高了1.2倍。治理区2，治理面积2.5 hm2，土地利用面积增加了25%，土地产出效率提高了0.8倍。沙地推平以后，土壤含水率提高0.9%～1.3%，有利于植物的生长(见表3)。调查时间：2009年5—9月

表3 沙丘推平以后土壤含水率的变化

2.2 沙丘推平以后的治理措施

沙丘推平以后，有的地段露出心土，为了防止土壤发生风蚀，除了在平整土地的周边营造固沙林外，在被推平土地内还需要营造防护林带，同时采取播种绿肥牧草，施放草炭、黑土等改良土壤措施。

2.2.1 播种绿肥牧草改良沙土 播种沙打旺和草木樨等，不仅改良沙地土壤，同时还可以为发展养殖业，收获牧草。牧草虽然适应性强，生长旺盛，但是由于出苗、保苗比较困难。因此，必须做到细致整地，播种以后保持土壤湿润，如果在雨季播种，也要在雨前或雨后进行。幼苗阶段植株比较弱，及时防除杂草。绿肥牧草改土效果显著，4年生的沙打旺地比附近没有种植的土地有机质含量提高了2.7 倍，N、K也明显提高，而全P变化不明显(见表4)。

2.2.2 施放草炭和黑土 由于草炭质地细，有机质含量高，施放到流动或半流动风沙土，对提高土壤肥力、改良土壤物理性质效果显著。利用草炭改良土壤面积为5.0 hm2，每0.1 hm2施放2 000 kg草炭，不仅提高了有机质含量，而且改善土壤水分状况，含水率提高0.5%。造林成活率与生长量提高20%和25%。

表4 4年生沙打旺对土壤养分含量的影响

2.3 推平土地的开发利用

沙丘推平以后，由于部分地面露出底土，容易产生风蚀，土地立地质量属于2、3类。开发利用方式，采取网格状混林农业或混农林业经营为主。混林农业为，每隔30～50 m营造单行或双行乔木或灌木林带，在林带中间播种农作物。混农林业是营造速生林，行距8～10 m，在行间，播种农作物。

3 开发地下水与建设灌溉网络

3.1 地下水资源的分布

阿尔乡地区，平均降水量为450～470 mm，地下水资源丰富，埋藏浅，便于开发。丘间低地地下水位距地面的距离，变动幅度为2.71～4.30 m，平均3.50 m。水质为重碳酸盐—钙镁钠型，适宜农业利用。

3.2 地下水的开发与利用

3.2.1 建设灌溉网络 为了改善沙地干燥不良特性，保障栽培作物的成活生长，在试验区的平缓沙地，建设灌溉网络。利用2寸钢管，打深度为30～40 m机井，共计布置22眼，平均每3.3 hm2分布一眼井，出水量7 th-1。

3.2.2 利用风力提水 开发风力资源，变害为利，也是沙地改良利用的重要途径。为此，选择高沙丘安装风力提水机。风力提水机的工作原理是，利用风能使风叶旋转，带动风力机空气压缩泵，产生压缩气体。用导管传输动力，将压缩气体输送到水源(深井)中的气压自控扬水机中，进行扬水作业。风力提水机的出水量，由串联风力机的多少来控制，串联多，提水也多。出水量还受风速大小影响(见表5)，而受风向的影响比较小。

表5 风速对出水量的影响

4 实施微润灌溉与节水栽培技术

4.1 微润灌溉设施

吸力式微润灌水器既节约用水，又长期稳定供水。灌水器由供水管道，支管道和微管道组成。埋入地下30～40 cm 土层中，微管道的末端出水口处插入丝绒绳(导水芯)，管道中的水缓慢渗出，滋润附近土壤，使作物根栖层土壤保持湿润。

在药材圃实验田中，应用地下灌溉系统2.7 hm2，通过10 m3的蓄水池作为控制灌溉水源，平均造价在3 000～4 500元hm-2。与无灌溉设施的药材比较，有灌溉设施的药材出苗率和生长量比较高、无旱死现象发生。地下灌溉系统经2年运行正常，比管灌节水2～3倍。保障栽培作物正常生长(引自辽宁水科院资料)。

4.2 节水造林技术

气候干旱与沙地水分亏缺，一直是影响沙地造林成活率，遏制林分生长的主导性因子。因此，研究节水造林技术，成为固沙造林的关键措施。在节水造林中使用膜袋植树法与覆膜植树法，每株树节约灌水一倍左右。

选择塑料膜袋，袋长30 cm，宽25 cm，装入2 kg草炭，然后注入 2 kg水，再将苗木放入袋内，结合深栽技术进行造林(引自水科院资料)。

覆膜方法，是在膜袋法植树或一般植树法造林以后，在树干基部周边土壤上覆上塑料薄膜，半径为0.5 m，外高内低，便于雨水渗入。再在上面压上一层沙土，防止被风吹走。

膜袋植树法，在膜袋内保持较高含水率，达40～50 d，与一般方法造林比较造林成活率提高38%，覆膜植树法造林成活率提高22%。

5 引种栽培中草药

5.1 引种中草药植物

为了提高沙地开发利用的经济效益，引种栽培中草药作物，甘草、黄芪、牛蒡、黄芩、知母、防风、柴胡和苦参等。试验的结果，甘草、黄芪、牛蒡、黄芩和苦参等生长均比较正常。知母遭受鼠害，防风、柴胡的保苗率比较低。从试验栽培的品种中，选择甘草进行扩大栽培。

选择3种土地类型。试验地1，人工推平的沙地，立地质量为3类，面积2.0 hm2；试验地2，为平缓固定沙地，立地质量为2类，面积2.0 hm2;试验地3，为丘间低地，立地质量为1类，面积0.5 hm2，于2005年5月播种。三种土地条件，以推平的沙地(立地质量3类)条件较差，部分露出底土，为了防止土地发生风蚀，在甘草播种带间播种了沙打旺，按照2行甘草与2行沙打旺配植，行距0.6 m。甘草当年出苗比较整齐，出苗率为80%～90%，第1年生长正常。从第2年夏季开始出现生长衰弱，第3年进一步衰弱。而第2、第1类土地条件，出苗与生长都比较正常。

5.2 不同土壤条件试验地甘草生长的比较

甘草在水肥条件不同的土壤，生长差异明显，平缓沙地和丘间低地(立地质量1、2类)，土壤有机质和水分含量比较高，植株健壮，生长正常(见表6)。

表6 2年生甘草在不同立地条件试验地的生长比较

6 营造灌木草场发展畜牧业

6.1 科学养殖

彰武地区草原面积比较大，有利于发展畜牧业。科学养畜就要不断选育良种，合理放牧，保护与改良草场。结合人工种草，实行轮牧，将草原的恢复与利用结合起来。科学养畜就是根据生草产量和饲料作物的生产量，计算牲畜的发展数量。辽宁省固沙造林研究所的专家曾经在1980年赴澳大利亚考察。在参观造纸厂时，只看到一些造林地，当要求参观厂房时，厂方解释说，造纸原料林才十几年生，还不忙建厂房。由此可知，国外对发展原料生产是非常重视的。因此，牲畜增长与饲草饲料生产必须同步发展。

试验区在恢复灌草植被以后，开展养鸡200多只，养羊300多只，开展沙地综合利用，补充了水利治理的投入。在沙区发展畜牧业，养殖肉牛，养殖细毛羊，引进奶牛等，是适于沙区资源分布特点的。沙区发展养殖业，具备一定的条件。

6.2 主要牧草与饲料灌木

选择适应性强，适口性比较好的饲料灌木和牧草，营造灌木草场，既适应沙地生态条件，又符合沙地利用方向。因此，在平缓沙地，播种沙打旺，苜蓿草，草木樨等优良牧草，在起伏沙丘栽培饲料灌木。几种饲料植物的生物学特性如下。

沙打旺(Astragalusadsurgens),是豆科黄芪属多年生牧草，从乡土植物斜基黄芪选育。适应性强，抗干旱瘠薄，根系发达，呈丛状生长，在沙丘中下部和丘间低地栽培。4月或6月播种，当年幼苗生长比较弱小，第2年以后，植株迅速生长，年高生长达1.0 m左右，生长旺盛，1年内，可以割草2～3次。

草木樨(Melilotusalbus), 是豆科优良牧草。2年生牧草，产草量与适口性均较强，播种方法与沙打旺相似。

苜蓿(Medicagosativa)，也是豆科多年生牧草，适口性强，营养价值高，是最优良牧草。但是，水肥条件要求比较高，不适应在沙丘中上部栽培，适宜水肥条件较好的1、2类平缓沙地播种。

锦鸡儿和胡枝子，是豆科植物，既可固沙，又可作饲料。单株生物量比较大，但是，茎与枝所占比例较高。综合比较，沙打旺的单株生物量虽然比较小，但叶与枝的比值较大，单位面积的株数也比较多，可食部分多。

灌、草植物群落是沙地植被演替过程的重要阶段。为此，进行人工栽培灌木，播种豆科牧草，提高植物覆盖度，改善植物群落的组成，加速形成稳定的沙地灌草生态系统。

6.3 人工草场与自然草场产量的比较

人工种植的牧草质量好，产量也高。人工种植的牧草产量为自然恢复草场产量的2.3～3.0倍(见表7)。

表7 人工草场与天然草场产草量(鲜质量)比较

(引自辽宁省水科院观测材料)

7 结论与讨论

7.1 阿尔乡沙丘中上部面积占75%，进行固沙造林，沙丘下部25%土地进行水利改良与利用，发挥较大经济效益。

7.2 章古台治沙造林，是在建国初期，针对流动和半流动沙丘面积比较大，流动性比较强的特点，着重流沙的治理，侧重发挥生态效益。而阿尔乡沙地开发治理，是在连年出现干旱，沙地出现严重水分亏缺的背景下开展的，因此，着重地下水开发利用与节水技术研究。

7.3 实施沙地水利改良与利用，改善沙地水分平衡。推平沙丘，沙地利用面积扩大25%～30%，提高土壤含水率0.9%～1.3%。

7.4 开发地下水资源是沙地改良利用的关键技术，经过连年干旱以后，沙地土壤含水率显著降低，在生长季节0～150 cm土层仅为2.0%～3.0%，林木或农作物常常发生自然萎蔫。因此，进行补水是保障栽培作物成活与生长的关键。打机井，平均每3.3 hm2分布一眼井，出水量7 th-1，发展灌溉农业。

7.5 由于沙地发生水分亏缺，节水灌溉与抗旱栽培技术具有重要意义。实施微润灌溉，铺设地下管网，比管道灌水，节水2～3倍。实行膜袋植树与覆膜植树法，节水1倍左右。

[1] 焦树仁,王尔利,王晓峰,等.阿尔乡沙地围封效果的分析[J].防护林科技,2010(3):7-9

[2] A.H.考斯加可夫.土壤改良原理[M].北京：高等教育出版社,1954

Improved Water Conservation of Sand Land and its Utilization in Zhangwu County

Jiao Shuren1, Li Chunlong2, Wang Baoze2, Tong Wei2

(1.Liaoning Provincial Dune-Fixation and Afforestation Institute, Fuxin 123000,China;2.Academy of Water Resources and Hydropower, Liaoning Prov.,Shenyang 110003,China)

In order to improve water conservation and utilization of sand, the experimental demonstration zone in Aer Township of Zhangwu County in Liaoning Province was established.Result shows that: bulldozing dunes can improve the water condition of sand, increase the soil moisture content by 0.9%-1.3%, and expand the utilization area for sand land by 25% -30%；wells were made by using groundwater;a well is distributed every 3.3 hm2;the amount of water is seven tons per hour, which used for irrigating farmland, medicine garden, nursery and fast-growing forest.Implementing micro-irrigation and laying underground pipe network can ensure the soil moist during the dry season, and can save water 2-3 times than that with irrigation pipe;using film bags planting and film planting method can save water about one time.

sand land;improvement and utilization;bulldozed sand dunes;underground micro-irrigation;water-saving technology

1005-5215(2015)01-0052-04

2014-11-05

焦树仁(1934-)，男，辽宁锦州人，大学，教授级高级工程师，现从事固沙造林、沙地生态系统结构与功能评价等研究.

S156

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.01.019