馬迪乃·阿布力米提，張勇娟，李從娟，劉國(guó)軍，陸學(xué)良，陸 明

(1.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所 國(guó)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(guó)科學(xué)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(guó)科學(xué)院大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)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(tái)縣國(guó)平膨潤(rùn)土礦，新疆 奇臺(tái) 831800;6.內(nèi)蒙古量蘊(yùn)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(gè)世界性的生態(tài)和環(huán)境問題，不僅嚴(yán)重影響著沙漠化地區(qū)農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)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(guó)是受沙漠化危害最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，截至2014年，全國(guó)沙化地總面積占國(guó)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(guó)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(shì)依然嚴(yán)峻[3]。因此，加大沙漠化防治和沙化地生態(tài)恢復(fù)刻不容緩。

多年來研究者們?cè)诜郎持紊硨?shí)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(xué)固沙是經(jīng)典的三大固沙技術(shù)。其中，工程固沙由于防護(hù)高度和防護(hù)年限有限、工程量和投入量大，因此只能作為一種臨時(shí)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(guó)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(fèi)，單一的生物固沙方法難以實(shí)現(xiàn)防沙治沙的目的[6-7]。化學(xué)固沙通過噴灑化學(xué)材料，在沙地面形成能夠防止風(fēng)力吹揚(yáng)且具有保水和改良沙地性質(zhì)的固結(jié)層，達(dá)到控制和改善沙害環(huán)境、提高沙地生產(chǎn)力的目的[8]?；瘜W(xué)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(xué)固沙材料不能兼具效果佳、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)好、實(shí)用性強(qiáng)、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(zhǎng)環(huán)境，又能永久性地改善生態(tài)環(huán)境，形成一個(gè)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(jì)、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(rùn)土作為一種儲(chǔ)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(fù)的潛質(zhì)[11-12]。

膨潤(rùn)土又名白泥，素有“萬能黏土”的稱號(hào)，是國(guó)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(rùn)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(xué)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(jī)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(rùn)土可分為鈉基膨潤(rùn)土、鈣基膨潤(rùn)土等多種[15]。另外，膨潤(rùn)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(gè)領(lǐng)域[26-27]，尤其是在沙漠化防治和生態(tài)恢復(fù)中將有很好的應(yīng)用前景。眾多的研究表明，膨潤(rùn)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(zhǎng)狀況及產(chǎn)量[11,28]，有利于沙漠化地區(qū)的生態(tài)恢復(fù)[29]；然而，這些研究多集中于膨潤(rùn)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(fù)等方面[30]，對(duì)于膨潤(rùn)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(yàn)研究，沒有得到廣泛的推廣應(yīng)用，導(dǎo)致膨潤(rùn)土在沙漠化防治和生態(tài)恢復(fù)中的潛力沒有充分發(fā)揮。事實(shí)上，膨潤(rùn)土特殊的結(jié)構(gòu)特征使其還可以作為防風(fēng)固沙材料、重大工程邊坡防護(hù)材料、復(fù)合保墑保肥材料、復(fù)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(fù)領(lǐng)域發(fā)揮作用。基于以上背景，為了進(jìn)一步研發(fā)膨潤(rùn)土固沙材料，使膨潤(rùn)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(rùn)土在沙漠化防治中的應(yīng)用，提出膨潤(rùn)土復(fù)合產(chǎn)品在沙漠化防治和生態(tài)恢復(fù)中的新發(fā)展思路，為膨潤(rùn)土在沙漠化防治和生態(tài)恢復(fù)中的應(yīng)用提供參考。

1 膨潤(rùn)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(huì)引起晶層鍵斷裂、層間距增大，從而引起膨潤(rùn)土晶格定向膨脹，同時(shí)晶胞帶有許多金屬陽離子和羥基親水基，因此膨潤(rùn)土表現(xiàn)出強(qiáng)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(jiǎn)稱為2∶1型)的層狀結(jié)構(gòu)，因此膨潤(rùn)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(duì)氣體、水分子以及溶液中的某些色素、有機(jī)化合物、某些陽離子和極性分子具有很強(qiáng)的吸附性[18]。

1.3 離子交換性

蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)中高價(jià)的硅離子和鋁離子能與其他低價(jià)的陽離子發(fā)生不等價(jià)的陽離子置換，產(chǎn)生永久性負(fù)電荷，這些負(fù)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(jī)或者無機(jī)離子進(jìn)入層間結(jié)構(gòu)，使蒙脫石形成復(fù)雜的蒙脫石礦物有機(jī)或無機(jī)復(fù)合體，使之具有吸附某些陽離子和有機(jī)分子的能力[19]。

1.4 粘結(jié)性和觸變性

由于膨潤(rùn)土顆粒細(xì)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(rùn)土具有粘結(jié)性。此外，膨潤(rùn)土還有觸變性[21]，在靜止時(shí)，蒙脫石晶體內(nèi)部的羥基會(huì)形成氫鍵，從而可以增加溶液的黏稠性，促進(jìn)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(fù)原來的流動(dòng)性；停止攪拌時(shí)，溶液再次停止流動(dòng)，晶體內(nèi)部自動(dòng)形成有序的立體網(wǎng)狀凝膠，不會(huì)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(rùn)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(jī)溶劑，常溫下不能被還原或氧化，表現(xiàn)出較好的化學(xué)穩(wěn)定性。

2 膨潤(rùn)土在沙漠化治理當(dāng)中的應(yīng)用

2.1 膨潤(rùn)土資源分布

中國(guó)膨潤(rùn)土資源豐富,儲(chǔ)量居世界首位，種類繁多，分布廣泛，遍布26個(gè)省(自治區(qū))，已發(fā)現(xiàn)的膨潤(rùn)土礦點(diǎn)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(duì)廣闊的沙化治理面積，試圖用農(nóng)用化肥和價(jià)格高昂的吸水性材料治理沙化土壤不切實(shí)際，而利用儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉、分布廣泛的膨潤(rùn)土資源是一個(gè)較好的選擇。對(duì)比我國(guó)沙化地區(qū)分布和膨潤(rùn)土資源分布狀況，存在沙化環(huán)境問題的多個(gè)地區(qū)或其鄰近地區(qū)有膨潤(rùn)土資源，因此在沙漠化防治中研究、開發(fā)、使用膨潤(rùn)土及其制品，可以實(shí)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(gòu)置和運(yùn)輸成本。

2.2 膨潤(rùn)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(tuán)、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(tuán)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(jià)格昂貴[36]、耐鹽性差、凝膠強(qiáng)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(qiáng)改性后，才能在沙漠化治理中發(fā)揮作用。膨潤(rùn)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(qiáng)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(rùn)土增強(qiáng)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(fù)。遺憾的是，膨潤(rùn)土與高吸水性樹脂復(fù)合，很難使膨潤(rùn)土含量達(dá)到較高水平，一般質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過15%[37]。這意味著，即便是改性增強(qiáng)后，此類高吸水性復(fù)合材料的價(jià)格也較高，在沙漠化治理與生態(tài)恢復(fù)中不可能大量使用。

表1 含膨潤(rùn)土的無機(jī)、有機(jī)固沙材料Tab..1 Inorganic and organic sand-fixing materials containing bentonite

2.3 膨潤(rùn)土在沙化土改良中的應(yīng)用

由于膨潤(rùn)土具有多種良好的特性，因此膨潤(rùn)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(rùn)土價(jià)格低廉[15]、資源豐富[32]、耐候性好[24]，最重要的是對(duì)環(huán)境沒有危害，但是，膨潤(rùn)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(rùn)土對(duì)沙化土壤改良作用可以大致分為4點(diǎn)。

2.3.1 沙土水分狀況的改善

水分是限制作物生長(zhǎng)和土地生產(chǎn)力的關(guān)鍵因素。膨潤(rùn)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(dú)特的2∶1型結(jié)構(gòu)能夠較好地儲(chǔ)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(rùn)土的研究結(jié)果表明，施用膨潤(rùn)土可以增加降雨滲入，提高土壤持水力，最終實(shí)現(xiàn)燕麥的增產(chǎn)。王瑛等[12]研究膨潤(rùn)土復(fù)合材料對(duì)提高沙土保水保肥效應(yīng)的影響，研究結(jié)果表明，用膨潤(rùn)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(duì)養(yǎng)分和水分的吸收及作物生長(zhǎng)。膨潤(rùn)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(duì)土壤理化性質(zhì)起改善效果[45]。Heijnen等[47]在培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)施用膨潤(rùn)土可以顯著降低土壤容重。邵玉翠等[48]研究發(fā)現(xiàn)，膨潤(rùn)土能降低土壤容重，增加孔隙度，有效改善土壤物理和化學(xué)環(huán)境。此外，膨潤(rùn)土可以將土壤中的微團(tuán)粒體聚集成大團(tuán)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(duì)作物的傷害程度。周磊[49]研究改性膨潤(rùn)土對(duì)沙地土壤改良效應(yīng)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施用膨潤(rùn)土能夠增加粒徑大于0.25 mm的土壤團(tuán)聚體含量。郝國(guó)成等[50]研發(fā)了一種膨潤(rùn)土沙地改良劑，通過機(jī)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(tuán)粒，從而達(dá)到節(jié)水、保肥、防風(fēng)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(zhǎng)和土地生產(chǎn)力的基礎(chǔ)。李吉進(jìn)等[51]研究膨潤(rùn)土施用量及有機(jī)物對(duì)沙土的影響，結(jié)果表明，膨潤(rùn)土可顯著提高沙土的有機(jī)質(zhì)含量。崔立莉等[52]的研究結(jié)果表明，膨潤(rùn)土可以提高腐殖化系數(shù)，降低有機(jī)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(rùn)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(yíng)養(yǎng)元素也可以促進(jìn)作物生長(zhǎng)，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(rùn)土在防沙治沙方面的應(yīng)用

除了作為土壤改良劑，膨潤(rùn)土還可以與其他材料復(fù)合形成無機(jī)復(fù)合固沙材料，起到流沙固結(jié)和保水增肥的作用，將膨潤(rùn)土復(fù)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(fù)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(fù)配使用的一種復(fù)合材料，其中黏土和沙占復(fù)合材料的質(zhì)量分?jǐn)?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(tuán)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(fēng)速并減少風(fēng)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(hù)[57]，實(shí)現(xiàn)防沙固沙和生態(tài)恢復(fù)。

楊恒貴等[58]在綜合治理吉蘭泰鹽湖沙害時(shí)，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(fēng)沙的效果。王愛娣[59]利用儲(chǔ)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(jìn)行復(fù)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(qiáng)度值大于1 MPa，耐水性和耐老化性強(qiáng)，固沙效果持久。在沙丘上鋪設(shè)黏土結(jié)皮、黏土障進(jìn)行防沙固沙試驗(yàn)，結(jié)果表明，該沙障能很好地對(duì)流沙進(jìn)行固定和分流；能夠保護(hù)沙生植物，使其根系免受風(fēng)沙的侵蝕，同時(shí)為其生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)，對(duì)沙漠地區(qū)植被的恢復(fù)起到促進(jìn)作用。雷自強(qiáng)等[60]將研發(fā)的黏土基復(fù)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(rùn)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(yíng)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(rùn)土固沙材料

除了與高吸水性樹脂和黏土復(fù)合形成固沙材料以外，膨潤(rùn)土還可以與其他物質(zhì)復(fù)合，形成固沙材料。以瀝青或渣油、膨潤(rùn)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(fēng)固沙，沙漠公路、沙漠鐵路進(jìn)行防沙治沙及護(hù)坡。該固沙劑有顯著的集水保墑作用，從而能促進(jìn)植物生長(zhǎng)、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(jī)質(zhì)、膨潤(rùn)土、營(yíng)養(yǎng)元素混合物及有機(jī)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(fēng)蝕能力差、不容易降解等問題，可用于沙漠綠化生態(tài)恢復(fù)中。

2.4.3 沙化土地生態(tài)恢復(fù)材料

沙化土地進(jìn)行植被恢復(fù)，不僅需要植物生存所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且特別需要一定的水分。以膨潤(rùn)土為原料，添加腐殖酸、有機(jī)肥等植物所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所形成的復(fù)合材料，可以同時(shí)滿足植物生存對(duì)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(yíng)養(yǎng)型沙漠、土壤添加劑。該添加劑以膨潤(rùn)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(yíng)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(rùn)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(hù)，不僅起到防風(fēng)固沙的作用，還可以防止塵土飛揚(yáng)、防止水土流失，促進(jìn)生態(tài)恢復(fù)。劉永萍等[29]利用膨潤(rùn)土研發(fā)了一種干旱區(qū)無灌溉造林植被重建修復(fù)劑，使植苗的成活率達(dá)80%以上，保存率達(dá)到75%以上，并提高苗木生長(zhǎng)量，對(duì)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(jìn)作用。蘇雪萍[66]研究利用膨潤(rùn)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(xué)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(rùn)土連續(xù)進(jìn)行了5 a的大田試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)，研究結(jié)果表明，膨潤(rùn)土可以顯著地提高土壤的含水量、儲(chǔ)水量、團(tuán)聚體含量，降低土壤容重，提高有機(jī)質(zhì)含量，增加土壤酶活性、土壤細(xì)菌群落豐度和多樣性，并明確了膨潤(rùn)土的蓄水保墑增產(chǎn)的生態(tài)機(jī)制，為膨潤(rùn)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(rùn)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(jī)、無機(jī)固沙材料。目前，絕大部分關(guān)于膨潤(rùn)土材料的報(bào)道結(jié)果是通過短期模擬培育和實(shí)驗(yàn)獲得的，且以制備和測(cè)定膨潤(rùn)土材料的吸水性、保水性等性能為主要內(nèi)容，長(zhǎng)期定點(diǎn)觀測(cè)研究很少，也很少有報(bào)道涉及膨潤(rùn)土材料持久性和二次污染等問題。未來需要將實(shí)驗(yàn)室制備的膨潤(rùn)土材料進(jìn)行長(zhǎng)期野外固沙試驗(yàn)，研究其抗風(fēng)蝕性、固沙性能、持久性性、二次污染等，為今后膨潤(rùn)土的發(fā)展提供更好的參考。

膨潤(rùn)土屬于無機(jī)黏土，與有機(jī)高分子相容性差，添加到有機(jī)高分子中容易團(tuán)聚，并與有機(jī)高分子之間形成微界面；如果不事先將膨潤(rùn)土有機(jī)化，會(huì)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(jì)支出和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；因此，在進(jìn)行膨潤(rùn)土有機(jī)化前，需要先衡量該有機(jī)化膨潤(rùn)土的加入為高分子吸水材料帶來的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和有機(jī)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(rùn)土只能作為添加劑，用來改善復(fù)合材料的性能，而不能夠作為主要成分起主要作用。膨潤(rùn)土在改善高吸水性材料性能的同時(shí)，只能在一定含量范圍內(nèi)提高復(fù)合材料吸水率和吸水速度，添加量超過一定范圍后，膨潤(rùn)土中官能團(tuán)與有機(jī)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(rùn)土含量較少的原因，也是目前進(jìn)一步提高膨潤(rùn)土含量、降低高分子有機(jī)物含量、降低材料成本的限制因素，是未來膨潤(rùn)土有機(jī)、無機(jī)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(rùn)土是環(huán)境友好型的無機(jī)礦物，但是添加膨潤(rùn)土后，合成的有些高分子有機(jī)固沙材料具有潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。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(huì)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(fēng)險(xiǎn)的材料，降低化學(xué)固沙材料對(duì)本就脆弱的荒漠化土壤的二次傷害。雖然膨潤(rùn)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(shí)過，但土壤類型、氣候條件和膨潤(rùn)土本身差異等的不同，膨潤(rùn)土及其產(chǎn)品在特定地區(qū)的效果還需要通過長(zhǎng)時(shí)間的定點(diǎn)觀測(cè)來確定。

4 研究展望

迄今為止，膨潤(rùn)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(chǔ)量與分布，還是性能作用方面，膨潤(rùn)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(rùn)土有望成為價(jià)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(rùn)土在沙漠化防治及生態(tài)恢復(fù)中的巨大作用，實(shí)現(xiàn)膨潤(rùn)土在沙漠化治理中的應(yīng)用價(jià)值，在沙漠化治理和生態(tài)恢復(fù)中，一方面應(yīng)充分利用膨潤(rùn)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(rùn)土含量的方法。同時(shí)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(fù)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(jìn)植被根系在沙漠土中的穿插、纏繞、網(wǎng)絡(luò)、固結(jié)，增強(qiáng)沙土抵抗風(fēng)化吹蝕能力。另一方面，應(yīng)利用膨潤(rùn)土等黏土和其他生物質(zhì)資源，制備抗風(fēng)蝕能力強(qiáng)和能夠形成結(jié)皮的固沙材料，使用機(jī)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(fēng)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(xué)固沙、生物固沙和工程固沙有機(jī)結(jié)合的沙漠化治理與生態(tài)恢復(fù)的體系，達(dá)到防風(fēng)固沙和生態(tài)恢復(fù)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(dāng)?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(fù)、沙產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的復(fù)合保墑保肥材料、復(fù)合種子包衣、生態(tài)包、防沙固沙材料等多種復(fù)合產(chǎn)品，改善沙漠化地區(qū)植物生長(zhǎng)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(dá)到沙漠化防治和生態(tài)恢復(fù)的目的。技術(shù)思路模式如圖1所示。

圖1 膨潤(rùn)土復(fù)合產(chǎn)品在沙漠化防治、生態(tài)恢復(fù)、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(fù)中，充分利用復(fù)合產(chǎn)品的保墑、保肥特性，通過將復(fù)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(yùn)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(jìn)樹木根系的生長(zhǎng)，在節(jié)水灌溉造林區(qū)達(dá)到節(jié)約水資源的目的。其次，在沙化草地、牧地的恢復(fù)中，利用吸水保肥材料制作復(fù)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(dá)到草地恢復(fù)、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(tuán)聚體性能、增加下墊面粗糙度、減少流沙的移動(dòng)，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(rùn)土的持水保水性能，通過添加農(nóng)家肥、秸稈、凋落物等有機(jī)物質(zhì)，促進(jìn)土壤結(jié)皮的形成，同時(shí)結(jié)合植物的種植實(shí)現(xiàn)沙化土地的生態(tài)恢復(fù)。

總之，根據(jù)各復(fù)合材料的實(shí)際功效、經(jīng)濟(jì)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(jià)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(rùn)土復(fù)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(rùn)土復(fù)合產(chǎn)品健康應(yīng)用于沙漠化防治、生態(tài)恢復(fù)及沙產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)碳中和、美麗中國(guó)建設(shè)以及聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)的荒漠土地退化零增長(zhǎng)的目標(biāo)服務(wù)。