风沙草滩区砒砂岩与沙复配成土造田关键技术及效益分析

吴得峰 刘超

摘 要：残次林地资源作为耕地后备资源的主要来源，通过对低效残次林地的开发，能极大地缓解耕地占补平衡压力，显著提高耕地数量及质量。为探索适合于风沙草滩区残次林地土地整治开发模式，本研究以靖边县龙二村风沙地为研究对象，借助砒砂岩和沙复配成土造田技术，采取4大工程和耕作管理等手段。结果表明：通过砒砂岩与沙复配成土造田工程的实施，能有效改善沙地土壤颗粒配比，改善土壤物理结构，增加耕地面积，改善农业生产条件和生产效率，提高粮食产量。通过灌溉与排水工程、田间道路工程、农田防护与生态环境保护工程等配套工程措施，对项目区种植结构进行合理调整，改善了当地的区域自然生态环境，将原来的沙荒地打造成为宜耕宜种、收益良好的景观生态农业基地，促进美丽乡村建设又快又好发展。

关键词：风沙草滩区;砒砂岩;沙地;复配成土;残次林地

中图分类号：S28       文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200930019

引言

陕北风沙草滩区，是我国沙漠化严重地区之一[1]，长期以来，该地区面临区域土地沙漠化、生态退化等严重问题，加之随着“温室效应”日趋明显和人类活动频繁，致使土地沙漠化加剧、水土流失、水资源缺乏、土地质量下降等综合问题日益突出[2]。残次林地资源作为耕地后备资源的主要来源，通过对低效残次林地的开发，能极大地缓解耕地占补平衡压力，显著提高耕地数量及质量，增加粮食产能[3]，但是，该地区土壤沙化严重，如何有效防治土地沙漠化、改善区域生态环境、协调人地关系，成为国内管理界、学术界密切关注的重大现实问题[4]。该区域广泛分布着由厚层砂岩、砂页岩和泥质砂岩组成的岩石互层——砒砂岩，砒砂岩无水坚硬如石，遇水则松软如泥。由于这种岩层自身物理、化学性质和当地特殊的自然、人文环境，使得该岩层极易发生风化剥蚀[5]。当地群众视其危害毒如砒霜，故称其为“砒砂岩”。如何将砒砂岩与沙通过一定的工程措施按照一定的配比进行结合，不仅能有效改善土壤保水保肥效能，还能有效提升土壤肥力，增加作物产量，为民增收，已成为当前研究的热点与难点。

砒砂岩与沙复配成土造田工程技术的核心内容是土体有机重构[6]。土体有机重构主要通过土壤颗粒重构、化学重构、剖面重构以及补充生物营养保障4个方面对土体进行再构造再形成[7]。砒砂岩与沙按照一定的比例进行配比满足适宜当地作物生长的土壤颗粒级配，并对土体剖面结构进行进一步的优化重组[8]，从而构建适合于作物生长的耕作层，调节土壤各化学指标达到作物生长适宜范围，通过添加化学肥料、生物有机肥等方式提升土体养分，达到满足作物生长需求[9]。

本文以残次林地土地开发为基础，通过土地平整工程、灌溉与排水工程、田间道路工程、农田防护与生态环境保持工程等4大工程手段，将砒砂岩与沙按照一定比例进行复配结合，进而达到改善土壤物理结构，增加土壤孔隙度与透气性，保水保肥，提高作物产量，为该地区未利用地、残次林地等土地开发项目提供理论依据与数据参考。

1 项目概况

项目区地处陕北黄土高原北部，毛乌素沙漠南缘，地势南高北低，海拔高程1000～1200m。项目区属温带半干旱大陆性季风气候，据统计年平均降雨量395.4mm，其中7—9月降水量占全年降水量的74.3%。受毛乌素沙漠影响，昼夜温差悬殊，年平均气温7.8℃，极端最高气温37.7℃，极端最低氣温-29.5℃（1975年12月12日）。年蒸发量1275mm，无霜期146～130d，年日照时数2768.8h，多年平均干燥指数为2.3，多年平均相对湿度53.7%。最大风力10级，多年平均风速3.29m·s-1，风向西北，多有沙暴、冰雹灾害天气，最大冻土深度1.3m。土壤有机质含量2.00g·kg-1，碱解氮含量9mg·kg-1，有效磷含量7.2mg·kg-1，速效钾含量44mg·kg-1。

2 土地开发限制性因素

2.1 自然限制因素

项目区属温带半干旱大陆性季风气候，干旱少雨;最大风力10级，多年平均风速3.29m·s-1，易受风灾影响。项目区黄蒿界镇五合村地块表层土壤为风积沙土，水分含量少，保水性差，土壤有机质、胶体含量少，灌溉保证率、风灾、地形坡度、土壤质地等是项目区自然条件限制因素。设计将通过新打机井提高灌溉保证率，新建农田防护与生态环境保持工程以减少风灾损失，进行土壤改良改善土壤质地。

2.2 农业设施限制因素

根据项目区交通、排灌设施、防洪排涝等基础设施条件，除马鞍山地块田间道路为混凝土路外，其余2个地块道路均为土路，宽窄不一且缺乏设计，农用机械很难通行，不便于机械化作业，在一定程度上限制了农业的发展和现代化的实现。项目区3个地块灌溉水源均没有保障，灌溉方式落后，灌溉水源不足，水利基础设施不完善，灌溉条件较差，使良好的土地资源难以充分利用，在电力设施，交通、灌溉、防洪排涝、电力设施等方面存在着不同程度的限制因素。设计将通过新打机井，铺设输水管网，改变灌溉方式等措施改善项目区灌溉条件;硬化田间道路和生产道路改善其交通条件;修建田埂等提高防洪排涝标准。架设高、低压线路，配套完善电力设施。

2.3 其它限制因素

项目区缺乏科学统一的规划设计，土地得不到合理开发，集约化利用程度低;机械化作业条件差，土地产出率低，不能充分利用;土地整治资金投入不足，科技滞后。本次设计将项目区3个地块进行逐一规划设计，增加土地整治资金投入，使项目区土地得到合理开发，从而提高土地集约化利用程度，改善机械作业化条件，提高土地利用科技含量。

3 项目规划内容与方案

依据项目区现状地物以及结合当地农户种植作物种植需求等条件分析，土地开发项目拟从田水路林等几个角度进行综合整治。项目区建成后应满足田间管理和农业机械化、规模化生产需要;合理安排各施工工序，保证各项工程之间的协调配合，根据项目部缺啥补啥的原则，实现田间基础设施配套齐全;依据中华人民共和国国土资源部TD/T1033-1012、TD/T1038-1013、陕西省《土地整治高标准农田建设标准综合体》（DB 61/T 991.1～991.7-2015）及《防洪标准》（GB50201-2014）为标准进行工程设计。农田有效土层达到50cm以上，耕作层厚度达到20cm以上，田间基础设施占地率控制在8%以下，田块满足机械化作业要求。土壤有机质含量达到12g·kg-1以上，pH值保持在6～8。灌溉保证率大于50%，达到75%，排涝标准达到10a一遇，农田防洪标准达到20a一遇洪水标准，田间水利工程配套率达100%，灌溉水利用系数达90%。田间道路、生产道路、电力通达率达到100%。农田林网防护面积达到90%。通过对田、土、水、路、林的综合整治开发，达到“田成方、林成行、路成网、旱涝保收”机械化作业水平高，种植科技含量高，管理科学的农田标准。

3.1 土地平整工程

覆土32724m3，推土机推土19647m3，平地48493m2。土壤翻耕培肥31.66hm2，生物有机肥94.94t。

3.2 灌溉与排水工程

新建浮船式泵站1座，新打机井3眼，新建闸阀井、退水井9座，铺设DN125压力钢管270m。埋设输水管网共4541m，其中Φ140U-PVC管449m，Φ110U-PVC管1743m，Φ90U-PVC管2349m，Φ75PE辅管5006m，PE16滴灌带356km。架设10KV输电线路0.4km，铺设380V线路0.68km。安装S13M-10/0.4-30KVA变压器1台，配电房4间。

3.3 田间道路工程

新修田间道路2条，长1.81km;生產道路2条，总长0.7km。

3.4 农田防护及生态环境保持工程

栽植樟子松3242株，新疆杨1624株;植物护坡0.09hm2，围网2436m。

4 效益分析

4.1 社会效益

4.1.1 增加耕地面积，提高土地利用率

风沙草滩区，砒砂岩与沙复配成土造田技术的实施与推广有利于保持耕地总量动态平衡，拓宽建设用地空间;有利于优化土地利用结构，促进土地集约利用;有利于改善农业生产条件和基础设施建设，显著提高土地利用率，增加可耕地面积，促进农民增收、农业增效，进而有效促进美丽乡村建设。经测算，项目实施后，新增耕地31.0440hm2，新增耕地比率达到87.2%。

4.1.2 改善耕地质量，提高耕地产出率

砒砂岩与沙复配成土造田技术实施后，土地得到平整，田块规整成方，土壤特性得到有效改善，水利设施配套完善，田间道路和农田防护林成网，区内所有耕地将成为“旱能灌、涝能排”的高标准农田;再加上大力推广和使用有机肥料和生物肥料，耕地质量将得到全面提高，从而增加耕地产出率。

4.1.3 促进农业结构调整，增加农民收入

砒砂岩与沙复配成土造田技术实施后，将形成完善的田间道路系统和灌排系统，有利于推进规模化和专业化经营，使其区位优势得到充分发挥，促进农业结构调整。同时，项目实施后，农民可充分利用完善的农业生产设施，发展多种经营，降低生产成本和风险，从而增加收入。

4.1.4 增强合理利用土地，切实保护耕地的意识

经过田、水、路、林的综合整治开发，将增强项目涉及村镇广大人民群众、各级政府和国土管理部门合理利用土地、切实保护耕地的意识。

4.2 生态效益

砒砂岩与沙复配成土造田技术的实施，将大大改善项目区农田生态环境和农业生产条件。通过道路两侧建设防护林，形成有效的防护林网，提高防风固沙能力，有效保护项目区免遭风沙和洪水危害，起到防治荒漠化、调节气候条件，涵养水源、美化环境的作用，使项目区的抗灾能力大大提高，同时也有利于周边地区生态环境的保护和改善。工程建设扰动土地的治理率可达96.8%，水土流失面积的治理度达到88.7%。建设项目完成后，随着新植林带的成长及农作物的种植，植物恢复系数可达96.7%，林草覆盖率达70.0%，项目区将变成“田成方、树成网、路相通、涝能排、旱能灌”的生态农业基地。农田生态林体系建成，可维持生态平衡，净化土壤空气，调节气候。适时、适量和有针对性地施用肥料，使耕地的投入、产出趋于平衡，土壤的水、气、热得以协调，维护农田生态平衡，减少环境污染。随着农业集约化程度的提高，农民居住相对集中，生活条件逐步改善，管理进一步科学，将降低人为因素对生态环境的破坏，有效防止水土流失等，保障农业丰产丰收，使原来脆弱的生态系统向良性循环的农业生态系统转变。

4.3 经济效益

分析砒砂岩与沙复配成土造田技术实施过程中的经济投入与整理后项目区产值、净产值、净增长效益的关系，以及土地开发整治后对项目区居民经济收入的影响程度;计算净效益、静态投资回收期等评价指标。工程竣工以后，将大大改善项目区农业生产条件，提高土地的适宜性，开发整治后，种植结构可随市场需求状况及时调整，提高土地产出率，提高土地综合效益。

4.3.1 费用计算

工程费用包括固定资产投资（工程总投资）和年运行费。固定资产投资（工程总投资）420.4万元;年运行费主要包括年维修费、年管理费，工程正常运行所发生的年运行费总计为7.2万元。

年维修费按总投资的1.0%计算420.2×0.01=4.2万元;年管理费按项目区已成工程管理经验结合管理人员市场工资计算，每个片区配备1个管理员，每个管理员年工资1.0万元，项目区共4个片区，年管理费总计3.0万元。

4.3.2 效益计算

砒砂岩与沙复配成土造田技术实施后，新增耕地面积31.0440hm2。通过土壤改良、农田水利设施、道路、林网等工程建设，经过几年耕种后，土地生产力可大幅度提高。依据有关资料及现场调查，项目区开发整治后作物种植结构和种植面积及增产情况见表1;开发整治前后收益情况见表2。开发整治后，项目区农业年产值达到114.55万元，种植生产成本为33.34万元，年运行管理费为7.2万元，整治后项目区生产总成本为40.55万元，则项目区耕地总净收益为74.01万元。

4.3.3 静态投资回收期

该技术实施预算总投资420.4万元，按整理规模35.6022hm2计算，投入量约为11.81万元·hm-2。考虑土地整治属于财政投资工程项目，在计算投资回收期时采用静态投资回收期计算公式计算，则静态投资回收期：

T=K/（△P-C）=420.2/（81.21-7.2）≈6a

即该项目静态回收期为6a，经济效益好。

4.3.4 单位功能投资分析

项目单位面积投资=项目总投资÷项目建设规模=420.2÷35.6022=11.81万元·hm-2

新增耕地单位面积投资=项目总投资÷项目新增耕地面积=420.2÷31.0440=13.54万元·hm-2

投资新增耕地数量=项目新增耕地面积÷项目总投资=31.0440÷420.2=0.0738hm2·万元-1

4.3.5 静态评价指标

本次砒砂岩与沙复配成土造田技术实施总投资420.4万元，按项目区建设规模35.6022hm2计算，平均土地投资量为7872元·hm-2，开发整治后耕地面积为31.0440hm2，平均耕地投资量为9028元·hm-2。项目实施后，每年净收益为74.01万元，静态回收期为6a。所以本项目运行经济可行，具有较好的盈利能力。而且项目实施后可促进农业产业结构调整和产业链的升级，将使本项目的经济效益更为可观。

5 结论

砒砂岩与沙复配成土造田技术，能显著提高土地利用率和耕地产出率;增加有效耕地面积，在一定程度上缓解靖边县的人地矛盾，有力地保障耕地总量动态平衡目标的实现。通过工程和生物措施，提高了项目区耕地土壤物理结构及颗粒组成，提高了土地利用综合效益，增加农民收入，为小城镇建设和社会经济的可持续发展奠定良好的基礎。

以砒砂岩与沙复配成土造田技术为契机，依靠当地农业科研技术力量，推进农业结构调整，优化产业结构，促进当地经济的可持续发展，提高人们生活质量;通过路、水利等基础设施配套建设，提高项目区整体定位，促进农业生产的发展;通过砒砂岩与沙复配成土造田技术，建立农业科研和技术推广的应用平台，发挥科技是第一生产力的作用，使项目区传统农业走生态型农业发展道路，带动当地农业生产水平上档次，促进当地经济发展，提高人们生活质量;有利于优化城乡用地结构，采用砒砂岩与沙复配成土造田技术，将农村残次林地进行开发，极大调动了当地群众的积极性;通过土地开发打通了统筹城乡建设用地的通道，突破了城镇建设用地的瓶颈，开辟出经济发展的空间，大大缓解了用地矛盾，优化土地利用结构。

参考文献

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（责任编辑  李媛媛）