膨潤土在沙漠化防治和生態(tài)恢復中的應(yīng)用前景

馬迪乃·阿布力米提，張勇娟，李從娟，劉國軍，陸學良，陸 明

(1.中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所 國家荒漠-綠洲生態(tài)建設(shè)工程技術(shù)研究中心，新疆 烏魯木齊 830011; 2.中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所 莫索灣沙漠研究站，新疆 石河子 832000； 3.中國科學院大學 資源與環(huán)境學院，北京 100049；4.烏魯木齊市園林綠化工程質(zhì)量監(jiān)督站，新疆 烏魯木齊 830000； 5.奇臺縣國平膨潤土礦，新疆 奇臺 831800;6.內(nèi)蒙古量蘊農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010399)

干旱和沙漠化已經(jīng)成為一個世界性的生態(tài)和環(huán)境問題，不僅嚴重影響著沙漠化地區(qū)農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展，還影響著周圍區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量和人們的生活水平[1-2]。我國是受沙漠化危害最為嚴重的國家之一，截至2014年，全國沙化地總面積占國土面積的17.93%，土地沙漠化狀況較2009年有明顯好轉(zhuǎn)。但是，我國重度及以上沙化地面積超過了沙化地總面積的70%，防沙治沙形勢依然嚴峻[3]。因此，加大沙漠化防治和沙化地生態(tài)恢復刻不容緩。

多年來研究者們在防沙治沙實踐中摸索出了許多有效的防沙治沙方法。工程固沙、生物固沙、化學固沙是經(jīng)典的三大固沙技術(shù)。其中，工程固沙由于防護高度和防護年限有限、工程量和投入量大，因此只能作為一種臨時性、輔助性的固沙手段，應(yīng)用于公路鐵路等工程體系防沙[4-5]。生物固沙目前已被廣泛應(yīng)用，特別是在我國西北部沙區(qū)，但是沙漠地區(qū)氣候干旱、水資源短缺，如果沒有水資源的供應(yīng)，植被很難成活，易造成資源的浪費，單一的生物固沙方法難以實現(xiàn)防沙治沙的目的[6-7]?；瘜W固沙通過噴灑化學材料，在沙地面形成能夠防止風力吹揚且具有保水和改良沙地性質(zhì)的固結(jié)層，達到控制和改善沙害環(huán)境、提高沙地生產(chǎn)力的目的[8]。化學固沙技術(shù)雖然比工程固沙和生物固沙高效、迅速，但目前大部分化學固沙材料不能兼具效果佳、經(jīng)濟效應(yīng)好、實用性強、環(huán)保等特性，不適于大面積推廣[9-10]。由此，開發(fā)出一種既能為固沙植物提供良好生長環(huán)境，又能永久性地改善生態(tài)環(huán)境，形成一個良好的自然生態(tài)圈的環(huán)保固沙材料，使其兼?zhèn)渖鷳B(tài)、經(jīng)濟、環(huán)保、易推廣、可持續(xù)等特性，才能具有良好的發(fā)展前景。膨潤土作為一種儲量豐富的天然礦物，具備應(yīng)用于沙漠化防治和生態(tài)恢復的潛質(zhì)[11-12]。

膨潤土又名白泥，素有“萬能黏土”的稱號，是國內(nèi)外開發(fā)較早、應(yīng)用較為廣泛的礦物性黏土，屬于硅酸鹽類非金屬礦物[11]。由于膨潤土的主要成分是蒙脫石，因此它的很多特性是由蒙脫石決定的。[Ex+(Al2-xMgx)(Al,Si)4O10(OH)2·nH2O] 為蒙脫石的一般晶體化學式，其中E為層間可交換陽離子，通常是Ca2+、Na+等，也可以是K+、Li+等陽離子或有機分子[13-14]。根據(jù)蒙脫石層間可交換陽離子的種類、含量和層間電荷大小等，膨潤土可分為鈉基膨潤土、鈣基膨潤土等多種[15]。另外，膨潤土因其特殊的結(jié)構(gòu)特征，以及蒙脫石的種類和含量的不同而具有親水性[16]、膨脹性[17]、吸附性[18]、離子交換性[19]、分散性[20]、懸浮性[21]、粘結(jié)性[22]、觸變性[21]、可塑性[23]、穩(wěn)定性[24]、無毒性[25]等優(yōu)良的特性，已被廣泛應(yīng)用于冶金工業(yè)、石油工業(yè)、環(huán)境治理、農(nóng)業(yè)、土木工程等多個領(lǐng)域[26-27]，尤其是在沙漠化防治和生態(tài)恢復中將有很好的應(yīng)用前景。眾多的研究表明，膨潤土不僅具有良好的保水、保肥特性，而且可以顯著地改善植物的生長狀況及產(chǎn)量[11,28]，有利于沙漠化地區(qū)的生態(tài)恢復[29]；然而，這些研究多集中于膨潤土作為土壤改良劑[12]、高吸水性樹脂的添加劑及生態(tài)恢復等方面[30]，對于膨潤土的沙面及坡面固化作用幾乎沒有涉及；更為重要的是，這些研究多集中于小范圍的試驗研究，沒有得到廣泛的推廣應(yīng)用，導致膨潤土在沙漠化防治和生態(tài)恢復中的潛力沒有充分發(fā)揮。事實上，膨潤土特殊的結(jié)構(gòu)特征使其還可以作為防風固沙材料、重大工程邊坡防護材料、復合保墑保肥材料、復合種子包衣材料及生態(tài)包等，在沙漠化防治和生態(tài)恢復領(lǐng)域發(fā)揮作用。基于以上背景，為了進一步研發(fā)膨潤土固沙材料，使膨潤土在沙漠化治理中發(fā)揮更大的作用，本文中綜述了目前膨潤土在沙漠化防治中的應(yīng)用，提出膨潤土復合產(chǎn)品在沙漠化防治和生態(tài)恢復中的新發(fā)展思路，為膨潤土在沙漠化防治和生態(tài)恢復中的應(yīng)用提供參考。

1 膨潤土的特性

1.1 膨脹性和親水性

蒙脫石晶層與晶層之間以范德華力結(jié)合，層間相互作用力很弱[13]。水分子和陽離子在單位晶層之間的吸附通常會引起晶層鍵斷裂、層間距增大，從而引起膨潤土晶格定向膨脹，同時晶胞帶有許多金屬陽離子和羥基親水基，因此膨潤土表現(xiàn)出強烈的親水性[16]和膨脹性[17]。

1.2 吸附性

由于蒙脫石兩層硅氧四面體夾著一層鋁氧八面體(簡稱為2∶1型)的層狀結(jié)構(gòu)，因此膨潤土具有很大的內(nèi)外表面積和孔融，伴隨產(chǎn)生巨大的表面能，從而對氣體、水分子以及溶液中的某些色素、有機化合物、某些陽離子和極性分子具有很強的吸附性[18]。

1.3 離子交換性

蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)中高價的硅離子和鋁離子能與其他低價的陽離子發(fā)生不等價的陽離子置換，產(chǎn)生永久性負電荷，這些負電荷有吸附某些陽離子的能力，以靜電引力的形式將K+、Na+、Ca2+、Mg2+等水合陽離子吸附于層間結(jié)構(gòu)中，并保持交換狀態(tài)[31]，因此可以利用離子交換法，引入有機或者無機離子進入層間結(jié)構(gòu)，使蒙脫石形成復雜的蒙脫石礦物有機或無機復合體，使之具有吸附某些陽離子和有機分子的能力[19]。

1.4 粘結(jié)性和觸變性

由于膨潤土顆粒細小且不規(guī)則，具有親水性，表面的羥基與水能夠形成氫鍵，并且表面具有多種電荷，因此膨潤土具有粘結(jié)性。此外，膨潤土還有觸變性[21]，在靜止時，蒙脫石晶體內(nèi)部的羥基會形成氫鍵，從而可以增加溶液的黏稠性，促進其生成凝膠；在攪拌的情況下，氫鍵被破壞，黏性降低，溶液恢復原來的流動性；停止攪拌時，溶液再次停止流動，晶體內(nèi)部自動形成有序的立體網(wǎng)狀凝膠，不會產(chǎn)生懸濁液分層或者沉淀。

1.5 可塑性、穩(wěn)定性和無毒性

除上述特性以外，膨潤土還具有可塑性[23]、無毒性[25]和穩(wěn)定性[24]。能承受300 ℃的高溫，表現(xiàn)出優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。微溶于酸堿，基本不溶于水和有機溶劑，常溫下不能被還原或氧化，表現(xiàn)出較好的化學穩(wěn)定性。

2 膨潤土在沙漠化治理當中的應(yīng)用

2.1 膨潤土資源分布

中國膨潤土資源豐富,儲量居世界首位，種類繁多，分布廣泛，遍布26個省(自治區(qū))，已發(fā)現(xiàn)的膨潤土礦點有400多處，其主要分布在廣西、新疆、內(nèi)蒙古、河北、吉林、浙江、河南、甘肅等地區(qū)[32]。面對廣闊的沙化治理面積，試圖用農(nóng)用化肥和價格高昂的吸水性材料治理沙化土壤不切實際，而利用儲量豐富、價格低廉、分布廣泛的膨潤土資源是一個較好的選擇。對比我國沙化地區(qū)分布和膨潤土資源分布狀況，存在沙化環(huán)境問題的多個地區(qū)或其鄰近地區(qū)有膨潤土資源，因此在沙漠化防治中研究、開發(fā)、使用膨潤土及其制品，可以實現(xiàn)沙漠化防治材料的因地制宜、自然資源的合理利用以及節(jié)省沙化治理材料的購置和運輸成本。

2.2 膨潤土在高吸水性樹脂中的應(yīng)用

高吸水性樹脂材料是帶有許多親水性基團、適度交聯(lián)或部分結(jié)晶的一種三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的功能高分子材料[33]。它能吸收質(zhì)量為自身質(zhì)量幾百至幾千倍的水，具有高吸水、高供水、高效等性質(zhì)，與土壤結(jié)合可改善土壤的保水保溫性能、土壤團粒結(jié)構(gòu)，從而提高作物的產(chǎn)量，又可節(jié)約灌溉用水[34-35]；然而，傳統(tǒng)的高吸水性樹脂材料有價格昂貴[36]、耐鹽性差、凝膠強度低、熱穩(wěn)定性差等不足[37]，需要在其中加入一些特殊的材料增強改性后，才能在沙漠化治理中發(fā)揮作用。膨潤土加入到高吸水性樹脂中，一方面能提高和改善高吸水性樹脂的凝膠強度、保水能力、耐鹽性、熱穩(wěn)定性等。另一方面，還能降低高吸水性材料成本。

表1列舉了加入膨潤土增強改性后的聚丙烯酸類、纖維素類、殼聚糖類、植物膠類、淀粉類、生物質(zhì)類高吸水性樹脂材料，它們均可以應(yīng)用于沙漠化治理與生態(tài)恢復。遺憾的是，膨潤土與高吸水性樹脂復合，很難使膨潤土含量達到較高水平，一般質(zhì)量分數(shù)不超過15%[37]。這意味著，即便是改性增強后，此類高吸水性復合材料的價格也較高，在沙漠化治理與生態(tài)恢復中不可能大量使用。

表1 含膨潤土的無機、有機固沙材料Tab..1 Inorganic and organic sand-fixing materials containing bentonite

2.3 膨潤土在沙化土改良中的應(yīng)用

由于膨潤土具有多種良好的特性，因此膨潤土還是一種較好的沙化土改良劑。相較于傳統(tǒng)的土壤改良劑農(nóng)用肥料和高吸水性樹脂材料，膨潤土價格低廉[15]、資源豐富[32]、耐候性好[24]，最重要的是對環(huán)境沒有危害，但是，膨潤土涵蓋的養(yǎng)分有限，不如農(nóng)用化肥的豐富，保水和持水能力弱于高吸水性樹脂材料的[33]。膨潤土對沙化土壤改良作用可以大致分為4點。

2.3.1 沙土水分狀況的改善

水分是限制作物生長和土地生產(chǎn)力的關(guān)鍵因素。膨潤土作為黏土的一種，能吸收質(zhì)量數(shù)倍于自身質(zhì)量的水分，且其獨特的2∶1型結(jié)構(gòu)能夠較好地儲存水分，減少土壤水分的無效蒸發(fā)[28]。馬斌等[46]在燕麥播種前一次性施入不同量的膨潤土的研究結(jié)果表明，施用膨潤土可以增加降雨滲入，提高土壤持水力，最終實現(xiàn)燕麥的增產(chǎn)。王瑛等[12]研究膨潤土復合材料對提高沙土保水保肥效應(yīng)的影響，研究結(jié)果表明，用膨潤土處理沙土可以明顯降低沙土水分的累積滲漏量。

2.3.2 土壤物理性質(zhì)的改善

土壤容重影響作物根系對養(yǎng)分和水分的吸收及作物生長。膨潤土作為土壤改良劑，施用后可以調(diào)節(jié)土壤固、液、氣三相比例，從而對土壤理化性質(zhì)起改善效果[45]。Heijnen等[47]在培養(yǎng)實驗中發(fā)現(xiàn)施用膨潤土可以顯著降低土壤容重。邵玉翠等[48]研究發(fā)現(xiàn)，膨潤土能降低土壤容重，增加孔隙度，有效改善土壤物理和化學環(huán)境。此外，膨潤土可以將土壤中的微團粒體聚集成大團粒，改善土壤結(jié)構(gòu)，間接地提高沙化土壤的蓄水保水能力，改善沙化土壤水分條件，緩解干旱對作物的傷害程度。周磊[49]研究改性膨潤土對沙地土壤改良效應(yīng)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施用膨潤土能夠增加粒徑大于0.25 mm的土壤團聚體含量。郝國成等[50]研發(fā)了一種膨潤土沙地改良劑，通過機器操作將改良劑與沙土在耕層內(nèi)均勻混合，通過澆水使改良劑吸水發(fā)揮其膠黏性，使其更好地與沙質(zhì)土壤結(jié)合成土壤團粒，從而達到節(jié)水、保肥、防風固沙的目的。

2.3.3 土壤肥力狀況的改善

土壤肥力是植物生長和土地生產(chǎn)力的基礎(chǔ)。李吉進等[51]研究膨潤土施用量及有機物對沙土的影響，結(jié)果表明，膨潤土可顯著提高沙土的有機質(zhì)含量。崔立莉等[52]的研究結(jié)果表明，膨潤土可以提高腐殖化系數(shù)，降低有機質(zhì)的分解速度，提高土壤酶活力，改善土壤肥力狀況。此外，膨潤土自身攜帶的S、Al、Fe、Mg、Ca等多種植物所需的常量或微量的營養(yǎng)元素也可以促進作物生長，改善植物的光合特性[45]。

2.3.4 土壤保水保肥能力的提高

2.4 膨潤土在防沙治沙方面的應(yīng)用

除了作為土壤改良劑，膨潤土還可以與其他材料復合形成無機復合固沙材料，起到流沙固結(jié)和保水增肥的作用，將膨潤土復合產(chǎn)品和生物固沙相結(jié)合，可以大幅改善沙漠化治理和生態(tài)恢復的效果。

2.4.1 黏土土基固沙材料

土基固沙材料[56]是以天然黏土及其他各類土為主要組分，與吸水性高分子材料、生物高分子材料等復配使用的一種復合材料，其中黏土和沙占復合材料的質(zhì)量分數(shù)為98%以上。土基固沙材料通過增加黏土比例，改善沙地的團聚體性能；通過集水和防止水分無效蒸發(fā)的方式，改善沙地持水和保水性能；通過使用黏土沙障，降低風速并減少風蝕；通過利用黏土與沙形成結(jié)皮，降低沙地溫度驟變，為植物提供保護[57]，實現(xiàn)防沙固沙和生態(tài)恢復。

楊恒貴等[58]在綜合治理吉蘭泰鹽湖沙害時，修筑網(wǎng)狀黏土沙障，該沙障配合生物固沙措施改善了防風沙的效果。王愛娣[59]利用儲量豐富、分布廣泛的天然礦物黏土為主要成分，與高分子材料和秸稈進行復配，制備了天然黏土基固沙材料，該材料能使沙粒牢固地粘結(jié)在一起，抗壓強度值大于1 MPa，耐水性和耐老化性強，固沙效果持久。在沙丘上鋪設(shè)黏土結(jié)皮、黏土障進行防沙固沙試驗，結(jié)果表明，該沙障能很好地對流沙進行固定和分流；能夠保護沙生植物，使其根系免受風沙的侵蝕，同時為其生長提供營養(yǎng)，對沙漠地區(qū)植被的恢復起到促進作用。雷自強等[60]將研發(fā)的黏土基復合固沙材料噴灑在沙面上，能夠形成結(jié)皮，該結(jié)皮具有較好的抗壓性、滲水性和固沙效果。膨潤土作為常見黏土的一種，除了具備土基材料中黏土所需具有的結(jié)合性、持水性及其礦物營養(yǎng)等特性外[61]，還具有膨脹性、親水性、吸附性、離子交換性、分散性和懸浮性、觸變性、可塑性、穩(wěn)定性、無毒等優(yōu)良的特性，是一種理想的土基固沙材料的原料。

2.4.2 膨潤土固沙材料

除了與高吸水性樹脂和黏土復合形成固沙材料以外，膨潤土還可以與其他物質(zhì)復合，形成固沙材料。以瀝青或渣油、膨潤土、水玻璃、水溶性聚合物、乳化劑等為原料，可以調(diào)和配制一種多功能液膜固沙劑[62]，能夠應(yīng)用于土地沙漠化治理、防風固沙，沙漠公路、沙漠鐵路進行防沙治沙及護坡。該固沙劑有顯著的集水保墑作用，從而能促進植物生長、穩(wěn)定植被。此外，該固沙劑與工程固沙、植物固沙相結(jié)合，不但可以改善綜合固沙效果，還可以解決干旱地區(qū)(年降水量為100～200 mm)沙丘無灌溉固沙綠化的問題。王偉華等[63]采用高吸水劑、生物有機質(zhì)、膨潤土、營養(yǎng)元素混合物及有機肥等，研發(fā)出一種可降解型沙漠固沙劑，可以解決現(xiàn)有沙漠固沙劑的耐風蝕能力差、不容易降解等問題，可用于沙漠綠化生態(tài)恢復中。

2.4.3 沙化土地生態(tài)恢復材料

沙化土地進行植被恢復，不僅需要植物生存所需的營養(yǎng)物質(zhì)，而且特別需要一定的水分。以膨潤土為原料，添加腐殖酸、有機肥等植物所需的營養(yǎng)物質(zhì)所形成的復合材料，可以同時滿足植物生存對水分和養(yǎng)分的需求。

翟永功[64]發(fā)明了一種用于沙漠植樹種草的營養(yǎng)型沙漠、土壤添加劑。該添加劑以膨潤土為材料，添加到沙漠和土壤中能夠起到吸水、貯水、固沙、緩慢釋放所吸附的水分及其所攜帶的植物營養(yǎng)成分的作用。李暢[65]發(fā)明了一種由秸稈粉末、黏土、膨潤土、種子、腐殖酸鈉、黏合劑以及聚丙烯纖維網(wǎng)合成的速生草氈，可以應(yīng)用于沙區(qū)公路、鐵路、水利等工程的邊坡防護，不僅起到防風固沙的作用，還可以防止塵土飛揚、防止水土流失，促進生態(tài)恢復。劉永萍等[29]利用膨潤土研發(fā)了一種干旱區(qū)無灌溉造林植被重建修復劑，使植苗的成活率達80%以上，保存率達到75%以上，并提高苗木生長量，對干旱區(qū)年降水量在50 mm以上區(qū)域的無灌溉造林具有促進作用。蘇雪萍[66]研究利用膨潤土、生物素、碳酸鈉和植物纖維為成分的沙質(zhì)改良劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該材料可以改善土壤理化性質(zhì)、土壤生物學性狀，提高沙質(zhì)土壤的質(zhì)量，以及改善土壤生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性，且效果隨著施用年限的增加而改善。米俊珍[67]利用膨潤土連續(xù)進行了5 a的大田試驗和室內(nèi)試驗，研究結(jié)果表明，膨潤土可以顯著地提高土壤的含水量、儲水量、團聚體含量，降低土壤容重，提高有機質(zhì)含量，增加土壤酶活性、土壤細菌群落豐度和多樣性，并明確了膨潤土的蓄水保墑增產(chǎn)的生態(tài)機制，為膨潤土在干旱地區(qū)的應(yīng)用提供了重要的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

3 存在問題

膨潤土雖然在各行各業(yè)已得到廣泛應(yīng)用，但關(guān)于其在沙漠化治理中的應(yīng)用較少，主要作為土壤改良劑和有機、無機固沙材料。目前，絕大部分關(guān)于膨潤土材料的報道結(jié)果是通過短期模擬培育和實驗獲得的，且以制備和測定膨潤土材料的吸水性、保水性等性能為主要內(nèi)容，長期定點觀測研究很少，也很少有報道涉及膨潤土材料持久性和二次污染等問題。未來需要將實驗室制備的膨潤土材料進行長期野外固沙試驗，研究其抗風蝕性、固沙性能、持久性性、二次污染等，為今后膨潤土的發(fā)展提供更好的參考。

膨潤土屬于無機黏土，與有機高分子相容性差，添加到有機高分子中容易團聚，并與有機高分子之間形成微界面；如果不事先將膨潤土有機化，會引起高分子性能惡化[67]，這無意間又增加了制備高分子吸水材料的經(jīng)濟支出和環(huán)境風險；因此，在進行膨潤土有機化前，需要先衡量該有機化膨潤土的加入為高分子吸水材料帶來的經(jīng)濟效應(yīng)和有機化試劑的環(huán)境友好性。

在已研發(fā)的高吸水性樹脂材料中，膨潤土只能作為添加劑，用來改善復合材料的性能，而不能夠作為主要成分起主要作用。膨潤土在改善高吸水性材料性能的同時，只能在一定含量范圍內(nèi)提高復合材料吸水率和吸水速度，添加量超過一定范圍后，膨潤土中官能團與有機單體聚合引起的交聯(lián)作用過大，造成吸水能力的下降。這正是高吸水性樹脂中膨潤土含量較少的原因，也是目前進一步提高膨潤土含量、降低高分子有機物含量、降低材料成本的限制因素，是未來膨潤土有機、無機固沙材料研究需要解決的關(guān)鍵瓶頸問題。

除上述問題以外，雖然膨潤土是環(huán)境友好型的無機礦物，但是添加膨潤土后，合成的有些高分子有機固沙材料具有潛在的環(huán)境風險。如聚丙烯酰胺是常見的合成高分子固沙劑的材料，但在使用過程中可能會降解產(chǎn)生劇毒物丙烯酰胺。未來還需要尋找環(huán)境友好的材料替代這類具有潛在環(huán)境風險的材料，降低化學固沙材料對本就脆弱的荒漠化土壤的二次傷害。雖然膨潤土改良土壤、保水保肥、防水防滲等性質(zhì)早已被研究者們證實過，但土壤類型、氣候條件和膨潤土本身差異等的不同，膨潤土及其產(chǎn)品在特定地區(qū)的效果還需要通過長時間的定點觀測來確定。

4 研究展望

迄今為止，膨潤土尚未在沙漠化治理中得到廣泛應(yīng)用。諸多研究表明，無論在資源儲量與分布，還是性能作用方面，膨潤土在沙漠化治理中具有巨大的應(yīng)用潛力。如果予以合理的研發(fā)應(yīng)用，膨潤土有望成為價格低廉、功能高效、可大規(guī)模推廣的新型防沙治沙材料，在沙漠化治理中發(fā)揮不可估量的作用。

為了發(fā)揮膨潤土在沙漠化防治及生態(tài)恢復中的巨大作用，實現(xiàn)膨潤土在沙漠化治理中的應(yīng)用價值，在沙漠化治理和生態(tài)恢復中，一方面應(yīng)充分利用膨潤土的膨脹性、親水性、吸附性等特性，不斷探索在高吸水性材料中提高膨潤土含量的方法。同時結(jié)合農(nóng)家肥、秸稈、腐殖質(zhì)、生物膠、淀粉、纖維素、石灰、生物藻等資源改善復合材料保水保肥的效果，配合植物固沙，有效提高沙漠區(qū)植被的存活率，促進植被根系在沙漠土中的穿插、纏繞、網(wǎng)絡(luò)、固結(jié)，增強沙土抵抗風化吹蝕能力。另一方面，應(yīng)利用膨潤土等黏土和其他生物質(zhì)資源，制備抗風蝕能力強和能夠形成結(jié)皮的固沙材料，使用機械鋪設(shè)或者修筑沙障等工程固沙方式，在流沙表面形成一層具有防風力侵蝕、保水和改良沙地理化性質(zhì)的固結(jié)層，最終形成化學固沙、生物固沙和工程固沙有機結(jié)合的沙漠化治理與生態(tài)恢復的體系，達到防風固沙和生態(tài)恢復的目的。

秉持環(huán)保、低成本、因地制宜、變廢為寶的原則，充分利用當?shù)氐墓I(yè)、農(nóng)業(yè)及畜牧業(yè)副產(chǎn)品作為添加材料，研發(fā)出適用于沙漠化防治、生態(tài)恢復、沙產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的復合保墑保肥材料、復合種子包衣、生態(tài)包、防沙固沙材料等多種復合產(chǎn)品，改善沙漠化地區(qū)植物生長的土壤環(huán)境條件，提高種子發(fā)芽率和苗木成活率，從而達到沙漠化防治和生態(tài)恢復的目的。技術(shù)思路模式如圖1所示。

圖1 膨潤土復合產(chǎn)品在沙漠化防治、生態(tài)恢復、沙產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展中的技術(shù)思路模式Fig.1 Technical idea model of bentonite composite products in desertification control,ecological restoration,and healthy development of sand industry

首先，在沙漠退化林地的恢復中，充分利用復合產(chǎn)品的保墑、保肥特性，通過將復合保墑保水材料旋耕與耕作層混勻用于荒漠苗木的培養(yǎng)或者運用樹苗蘸根種植等方式，在無灌溉造林區(qū)，提高冬季融雪的水分利用率，提高樹木苗木的存活率，促進樹木根系的生長，在節(jié)水灌溉造林區(qū)達到節(jié)約水資源的目的。其次，在沙化草地、牧地的恢復中，利用吸水保肥材料制作復合種子包衣、生態(tài)包等，通過改善牧地的水分、養(yǎng)分條件以及理化性質(zhì)，提高種子的發(fā)芽率、牧草的生產(chǎn)率，達到草地恢復、牧草穩(wěn)產(chǎn)節(jié)水的效果。第三，在流沙地的固化和工程防沙中，利用高吸水性材料和土基固沙材料原理，一方面通過改善沙地團聚體性能、增加下墊面粗糙度、減少流沙的移動，起到沙面固化的作用，將其充分應(yīng)用于公路、鐵路、渠道等工程的邊坡防沙及流沙地的固化；另一方面，結(jié)合膨潤土的持水保水性能，通過添加農(nóng)家肥、秸稈、凋落物等有機物質(zhì)，促進土壤結(jié)皮的形成，同時結(jié)合植物的種植實現(xiàn)沙化土地的生態(tài)恢復。

總之，根據(jù)各復合材料的實際功效、經(jīng)濟投入、環(huán)保特性及其可持續(xù)性等，篩選并優(yōu)化材料，推出價格低廉、功能高效、可以大規(guī)模生產(chǎn)及推廣應(yīng)用的膨潤土復合產(chǎn)品，將其分別應(yīng)用到沙漠-綠洲過渡帶、人工林沙產(chǎn)業(yè)、林草退化區(qū)、戈壁、公路鐵路渠道工程等領(lǐng)域，綜合改善沙區(qū)的生態(tài)環(huán)境，確保膨潤土復合產(chǎn)品健康應(yīng)用于沙漠化防治、生態(tài)恢復及沙產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，進而為實現(xiàn)碳中和、美麗中國建設(shè)以及聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的荒漠土地退化零增長的目標服務(wù)。