土地沙化，是指因人类不合理活动所导致的天然沙漠扩张和沙质土壤上植被及覆盖物被破坏，形成流沙及沙土裸露的过程。土地沙化是全球性的生态问题，是当今世界上最严重的环境问题之一，是严重影响人们生产生活的重大自然灾害。荒漠化问题已影响到全球100余个国家的36亿hm~2的土地，全世界陆地面积约1／3是干旱、半干旱荒漠地，而且每年以6万hm~2的速度在扩大。甘肃省沙漠化土地主要分布在河西走廊的腾格里、巴丹吉林和库姆塔格三大沙漠的前沿及其与绿洲的交接地带，风沙线东西长1600km，约66.7万hm~2的流动沙丘直接威胁着全省重要产粮基地的安全，土地沙化面积已经达到1203.5万hm~2，占全省国土总面积的28.3％，范围涉及8个市、州的24个县市区，不仅面积较大、分布集中，而且危害严重、扩展很快，使河西地区变成了全国四大沙尘暴策源地之一，直接危及全省大部分地区的生态安全。曾有“绿洲”美誉的民勤县有94％土地已经沙化。沙化土地面积的扩大，加剧了全省生态环境的恶化程度，严重制约着我省经济的可持续发展。2001年以来，温家宝总理就民勤的生态建设多次做出重要批示，要求全力以赴加快石羊河流域重点治理，决不能让民勤成为第二个罗布泊。尽管如此，荒漠化和土地沙化的总体形势仍然很严峻，主要表现在：①我国荒漠化、沙化土地面积基数大，防治任务十分艰巨。②导致荒漠化形成的诱因还没有消除，荒漠化地区经济社会发展缓慢与该地区群众对经济利益和物质文化需求快速增长之间的矛盾依然尖锐。根据对沙化地的研究和实践现状的认识，作者认为高分子吸水材料的科学应用，是解决沙化地增产问题的一个发展方向。由此提出本文研究工作的思路——围绕高分子吸水材料的科学应用展开本项研究工作：首先在查阅资料和现场调查的基础上，详细研究了沙化地和高分子吸水材料的特殊性；并在使用高分子吸水材料的条件下，研究水分和养分在沙化地土壤中传输的科学规律；以西北沙化区具有典型代表意义的农作物——马铃薯作为主要对象，检验本项研究工作的思路和技术方案的正确性和有效性。在整个研究工作中，既充分关注科学性，又充分关注实用性和可操作性。本项研究采用现有资料的查阅与实际试验相结合、室内模拟实验与田间试验相结合的技术路线，进行了下述主要方面的研究：(1)通过沙层条件下线性高分子吸水材料不同处理的试验，研究提高沙层的含水量、速效氮含量与马铃薯根系在沙层中的真实分布情况。(2)根据沙化地的特殊性，对试验地的基础养分状况和不同种植年限的沙地条件进行测定，对马铃薯播种后的生长过程进行分析，并对马铃薯的产量进行测定与分析，得出马铃薯在沙化地的较好种植模式，以指导农民进行农业生产。(3)通过以上试验，在受到约束的条件下，使水分和速效氮的下渗量明显减小，较大幅度地提高沙层的含水量和速效氮含量，为降低化肥使用量，提供可参考性的依据，并找到一条用高分子吸水材料改造、治理沙化地的途径。根据文献资料和现有的实际应用情况，试验选用由西北工业大学研制的线性分子结构的丙烯酸钾-丙烯酰胺聚合物，作为目前高分子吸水材料的代表样品来进行研究。本研究取得的主要成果：1．经过模拟试验，发现高分子吸水材料的吸水特性和对吸附、保持土壤水分的特性是有区别的，以前仅以吸附去离子水量，作为衡量吸水材料应用效果的方法，不能反映吸水材料在土壤溶液环境下的实际作用规律。2．提出的定位定量施用高分子吸水材料的方法，改变了水分和养分在沙层中的扩散分布，在作物主要根系分布的沙层中，实现了水分和主要养分的同步富集，实验地沙层速效氮的含量比对照增加了87.3％，水分含量也比对照明显增加。结果表明，用高分子水溶胶定位定量施用来改良沙化地，是一种具有研发潜力和推广价值的方法。3．经过测定发现，马铃薯的根系发育深度在0～20cm之间，此深度范围的鲜根重量占到鲜根总量的86.4％。其中以5～15cm深度范围的根系密度最大，占到鲜根总量的56.9％。4．高分子吸水材料的应用，使作物根系周围富集了较多的水分和养分，促进了作物根系的发育，使马铃薯的根鲜重和根干重分别多出了74.87％和69.35％。5．发现影响高分子吸水材料提高沙层含水量的主要因素有，高分子聚合物的分子结构、沙层中的含泥量、施用方法、施用位置及用量。6．常规条件下的沙化地，影响作物产量的因素主要是种植年限，即因灌溉黄河水所增加的沙层中的含泥量。在沙层含泥量低、水分和速效氮吸附能力差的沙化地中，经过聚合物的处理，改善了沙化地所种植作物的养分供给，马铃薯总产量超过了种植条件相对较好的沙壤土质地块。