环保型固沙材料的研究进展
Research progress of environmental friendly sand fixation materials
Ren Tingjie ,1, Yuan Limin2,4, Gao Yong ,1, Wang Chunying3,4, Xu Yanyan5
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0 引言
土地荒漠化是威胁全球人类生存和制约社会发展的重要环境问题，也是中国生态文明建设亟待解决的重点和难点问题［1］。近年来，中国治沙学者在防沙治沙方面取得众多成果，为遭受荒漠化危害的世界各国提供了中国方案［2］。目前，最主要的治沙技术主要有工程固沙（又称机械固沙）、化学固沙和生物固沙3种。工程固沙通过设置沙障进而增大地表粗糙度，降低地面层风速，以控制风沙流动的方向、速度、强度，以达到防风阻沙的目的［3］，但是存在沙障易被沙埋、防护寿命短、施工需要投入大量的人力物力等问题，就应用性能而言，它只能用作一种临时性和辅助性的固沙手段［4］。生物固沙技术是当今国际上公认的防治荒漠化的有效手段［5］，生物固沙技术的核心是建立植被，形成植被防护体系以起到抑制风蚀、改良土壤、促进成土过程、改善区域小气候等［6］作用，但在大部分治理区多受到干旱、高温等恶劣的自然环境限制，植物存活困难，难以形成有效的植被防护体系，从而导致治理效益差。
化学固沙将固沙材料喷施于松散的沙土表面，使松散的沙粒胶结形成一层可抗风蚀的固结层，从而达到固沙的目的。其主要优点是固沙快，适用范围大，施工方便。可单独在风沙活动频繁地区进行防风固沙，也可辅助生物措施，为植被生长发育创造稳定的土壤条件。最早的化学固沙措施所使用的材料如水泥浆、沥青等，材料自身形成结壳，有效隔离了气流与流沙接触，抑制风蚀效果明显，并且具有较好的保水效果，但不利于土壤呼吸、雨水下渗，并且结壳硬度大，抑制植物生长。更严重的是，这些材料会造成二次污染。化学固沙的原理已得到认可，在考虑到固沙效果的同时应注重生态环境的协调，随着新材料的出现，传统的化学材料出现的问题逐渐被解决，新材料的化学固沙技术优势也逐渐显现。环保型固沙材料近年来得到广泛应用，本文综述了由天然材料加工而成、自然无害的环保型固沙材料的研究进展，并对环保型固沙材料进行分类，同时剖析了化学固沙发展存在的问题和环保型固沙材料的必要性，为开发高性能的环保型化学固沙材料提供理论依据。
1 环保型固沙材料特性及分类
传统固沙材料如沥青乳液等含有重金属、酚类、萘等物质，经过长时间暴晒，会出现开裂、破碎等，但依然无法降解，失去其防护效果的同时也对沙地土壤环境造成了污染（图1）。并且，此类固沙材料形成的结壳较为坚硬，植物较难顶破，造成固沙结壳覆盖区无植物生长。此类固沙材料治标不治本，并且污染了环境。相较于传统的固沙材料，环保型固沙材料解决了这些瓶颈问题，杜绝了材料污染，绝大部分材料保证了其天然性的自然属性，形成的固结层可降解，分解后也无有毒有害物质产生，并且在一定程度上，降解成分也是植物生长所需。同时，优化了固结层的结构，环保型固沙材料形成的固结层在抑制风沙活动期间，不影响植物生长，含有的部分化学元素还可促进植物发育。形成的固结层可有效抑制植物幼苗根茎旁的沙土被风吹起，进而有效避免沙打沙割幼苗，保护植株幼苗的健壮生长。一般情况下，这类固沙材料均具有亲水性，在长时间的抑制风沙活动中，固沙材料会逐渐随降雨下渗或降解，部分成分分解被植物吸收，所以不存在污染性。
图1
图1 环保型固沙材料与传统固沙材料固沙原理对比
Fig.1 Comparison of sand fixation principles between environmental protection sand fixation materials and traditional sand fixation materials
内蒙古自治区林业科学研究院利用农林废弃物，如亚麻籽胶饼粕、槐属营养枝叶等材料为主要原料，通过物理加工手段研制的生物基固沙材料，直接喷洒于沙面上，可与松散沙粒形成硬度较高的固结层，并可以有效下渗，抑制流沙地表风沙活动（图2）。通过离子色谱法测定其含有一价或二价电荷的离子，无重金属离子及其他有毒有害物质，并且该固沙材料中含有促进植物生长的氮、磷元素，且各离子浓度较小，对土壤无污染。
图2
图2 环保型固沙材料各阴离子色谱图及离子浓度
Fig.2 Chromatogram and ion concentration of anions of environmental friendly sand fixing materials
现有环保型固沙材料有木质素、改性纤维素、沙蒿胶等。陈广庭［7］按原料来源将固沙材料分为天然材料、人工配制材料和合成材料3类，但缺少从天然材料中提取并制成的环保型固沙材料的系统研究。本文系统梳理了由植物、微生物、藻类、矿物等为原料制成的环保型固沙材料的相关研究，并划分为生物基固沙材料及矿物类固沙材料并加以介绍，以期加强对环保型固沙材料的认识，促进环保型固沙材料的应用与研发。
2 生物基固沙材料
2.1 植物类固沙材料
纤维素是世界上最常见的天然高分子化合物，在草类茎秆中的平均含量高达40%。随着农业生产的发展，农村地区含有大量纤维素的植物秸秆、玉米苞皮等被火烧处理，造成十分严重的环境污染。将富含纤维素的玉米苞皮、植物秸秆等进行加工与利用制成可防沙治沙的化学固沙材料对生态环境与保护来说具有十分重要的意义。申闫春等［8-9］优化了丙烯酰胺改性羟丙基纤维素固沙材料的制备条件，其使用浓度为1%时固结层抗压强度可达2.5 MPa，具有良好的耐水性和保水性。研究者进一步以玉米苞皮为原料制备了羧甲基纤维素钠（CMC）固沙材料，具有良好的固沙效果，还可降解［10］。袁进科等［11-12］使用羧甲基纤维素钠为基础研发的改性纤维素类固沙材料，进行吸附和崩解试验分析改性纤维素固沙材料的吸附能力和吸附力学行为，探讨不同配比的固沙材料植物相容性机理，为后期固沙植草奠定基础。在纤维素基固沙材料的应用过程中，王爱娣［13］提出将高分子羧甲基纤维素钠（CMC）和生物高分子（植物秸秆）加入不同比例的沙子和黏土中，可以很好地粘结沙粒，抗压强度在1 MPa以上，固沙后耐水性、耐老化性增强，还可以将该固沙剂与黏土结合，设置不同形式、不同规格的黏土格沙障，为纤维素类固沙材料的应用提供新方法与新思路。利用废弃秸秆、玉米苞皮、芦苇等作为化学固沙材料的原料，将农业废弃物变废为宝，还可在荒漠化地区进行防沙治沙，为植被恢复奠定基础，具有良好的应用前景，是可以进一步研究的方向。
木质素是天然的高分子材料，是继纤维素后的第二大生物质资源［14］。未妥善处理的秸秆、造纸废液中含有大量木质素，木质素得不到有效利用并且严重污染生态环境。治沙工作者将木质素通过加工应用于荒漠化防治中，利用了难以处理的农业、工业废料的同时还保护了生态环境［15-16］。造纸废液的不同蒸煮工艺会影响木质素的结构，主要分为木质素磺酸盐和碱木质素。最初国外研究人员将木质素磺酸盐应用于土壤改良。木质素磺酸盐可使土壤强度提高，为了达到理想的抗风蚀效果，需将用量增加到500~2 000 kg·hm-2［17］。为提高防风蚀能力，Zaslavsky［18］利用木质素磺酸盐与乙烯基类单体接枝共聚制备了一种可用来防风蚀的土壤改良剂。李建法等［19-21］通过接枝改性技术制备出木素磺酸盐型固沙材料，用量10 g·m-2可以抵御21.1 m·s-1风速吹蚀。王丹等［22］在模拟风蚀实验中，在用量大于15 g·m-2后，可抵御强沙尘暴，且水蚀率小于4%，且在乌兰布和沙漠现场试验中效果良好。木质素类固沙材料在具有良好固沙效果的同时探究其是否具有环保性，研究者将造纸厂（pH 7.1）的废水进行浓缩，使用粗木质素磺酸盐粉末与丙烯酸、甲醛接枝共聚，制成的新型固沙材料水溶性好、具有良好的生物降解潜力且不产生额外的污染［23］。姜疆等［24］对木质素磺酸盐基固沙材料的生态效应方面进一步研究，发现该固沙材料对植物生长无害、促进植物种子的萌发。在自然条件下，该固沙材料生物降解需较长时间，但接种白腐菌后可加速其降解过程。在研究碱木质素的改性方面，研究者利用草浆造纸黑液中提取木质素制备的固沙材料，是一种植物友好型材料，可以与沙漠物种的播种和种植结合使用，喷施后荒漠植物沙米、沙蒿等可2~3 a形成群落，可以有效稳定沙丘并且土壤有机质和全氮显著增加，有利于植物更新和群落的可持续性［25］。研究者为提高固沙效果添加了苯酚，形成的固结层的硬度较缩合前提高44倍，有较好的抗风蚀能力且不妨碍雨水渗漏还具有保水性［16］。研究者在此基础上添加了尿素，发现纯化碱木质素与脲醛具有良好的交联反应，且尿素的质量分数应在10%~20%，在浓度为1%~2%、5 L·m-2的剂量下，具有良好的固沙保水效果，促进植物生长发育［26-30］。木质素固沙材料因其水溶性的特点，在降水过多的地区效能弱化，在潮湿或多雨条件下探讨其力学特性将促进木质素固沙材料在实际中的应用。除了快速胶结、高效固沙外，此类固沙材料的附属功能也得到了充分挖掘，如透水性、保水性、透气性、耐久性和植物可穿透等，故改性木质素类固沙材料具有良好的应用前景。
淀粉是可降解的天然高分子材料，可以利用物理、化学和酶制剂来改变淀粉原有的物理和化学性质以及分子结构，产生新的性能。可以使用不同材料与方法对淀粉进行加工，将氧化淀粉中投加尿素进行改性制得黏度合适的新型抑尘剂，具有良好的保水性和热稳定性［31］。杜峰等［32-33］将可溶性淀粉与水性聚氨酯相结合，研制了一种改性淀粉水性聚氨酯环保固沙材料，随着可溶性淀粉用量的增加，溶液的黏度和固结层的保水性增强。为了进一步研究改性淀粉固沙材料的环保性，将丙烯酸（AA）/醋酸乙烯酯（VAc）接枝可溶性淀粉，制成水溶性环保固沙材料乳液，可以抵抗风蚀、水蚀和促进种子萌发与植物生长［34-35］。中国在改性淀粉固沙方面的研究还较少，因改性淀粉类固沙材料的黏度较高，应考虑在大规模喷施过程中可能会遇到的问题。对于改性淀粉类固沙材料还有待进一步的研究，其抗风蚀性与可降解性还需更多的试验加以佐证。
栲胶可从富含丹宁的云杉、黑兴安落叶松等树种中提取，具有多酚结构，可与多种金属离子络合或静电等物理化学作用，有无毒害、来源广泛、价格低廉等优点［36］，可作为林副产品用作固沙材料。葛学贵等［37］于2001年研制了一种由植物单宁提取物聚合物制成的栲胶高分子固沙材料，具有很强的渗透性、润湿性和凝胶性。然而，将其应用于沙漠地区中的固沙工程只是作者的一个新想法，需要进一步研究，并且世界栲胶产量有所下降［38］，现阶段将栲胶应用于固沙方向研究较少。
沙蒿胶是从多年生半灌木状沙蒿中提取出的亲水性胶体，通过一层强黏性涂层附着在沙蒿种子表面［39］。沙蒿胶含有交联的多糖物质 ［40］，化学性质稳定、粘聚沙土能力强、无污染，形成的固结层渗透性、抗压性好，有利于种子萌发及幼苗生长。现有一种利用沙蒿胶固沙的方法，将沙蒿胶用水溶液稀释喷洒于沙地表面，利用水分蒸发后形成固结层来固沙［41］。该方法施工方便、成本低、不会造成第二次污染并且生成的固结层透水性好，还可以促进种子萌发与幼苗生长。为进一步研究沙蒿胶的固沙性能，刘军等［42］使用不同质量分数的沙蒿胶研究，由其形成的固结层具有抗风蚀性、水稳定性、吸水和保水性，能够促进先锋植物种子的萌发和幼苗生长，固沙成本低，是一种对环境友好的固沙材料。吴鸿翔等［43］将沙蒿胶进行改性制成一种多层结构颗粒剂，将该土壤调理剂撒在沙漠土壤中淋入相当量的水，两年后即可播种作物或林木。目前研究的沙蒿胶材料多在实验室，关于野外的抗风蚀能力、抗老化能力、降雨等情况下的固结层力学特性的研究还较少，且沙蒿胶黏性大，在大面积喷施与应用方面还有待进一步研究。
亚麻胶是杂多糖，主要存在于亚麻籽的种皮中，可以从种皮或饼粕中提取，作为亲水胶体，它可以缓慢吸收水分，形成具有一定黏度的分散体系［44］。利用其较高的黏度，将亚麻籽胶应用于防沙治沙中，为环保型固沙材料提供新思路。闫婷等［45］利用脱脂饼粕提取亚麻胶并喷洒于流动沙丘表面，固沙效果明显，并进一步探讨水溶性天然籽胶提取条件［46］。利用亚麻胶固沙的研究还较少，是一种新型的环保固沙材料。
2.2 微生物及其衍生固沙材料
在沙漠地区生物结皮的发育过程中，在大量丝状藻类出现之前，土壤微生物（主要是细菌、放线菌和真菌）开始发挥作用，形成一定厚度和强度的结壳［47］。微生物类固沙材料是利用沙漠生物结皮人工接种固沙、利用微生物衍生物固沙或从生物结皮中分离可固沙的微生物进行培养然后制成液体制剂用于固沙的新型固沙材料［2］。研究者从新疆古尔班通古特沙漠的土壤生物结皮中分离出一种能够产生胞外多糖的寡营养细菌［48-49］，并将该菌培养制备细菌制剂，喷施在流沙表面能够形成6 mm厚的细菌结皮层，有固沙、保水、保苗的效果。研究者进一步对细菌制剂喷施后产生的影响进行研究，发现喷施后改变了原有土壤微生物和养分的格局，促进了微生物结皮的存在和发展［50］。微生物类固沙材料有较好的保水保苗效果，由于其微生物来源于自然环境中，环保性较高，不存在污染环境等问题。现阶段微生物类固沙材料的研究与应用的重点与难点在于对微生物的分离与将其应用实践过程中微生物的存活问题，目前对于该材料的相关报道与研究还较少。
黄原胶是由野油菜黄单胞菌与甘蔗、玉米或其衍生物在好氧条件下发酵得到的天然水溶性多糖［51］。黄原胶储量丰富，价格低廉，用于增稠剂、乳化剂、土壤肥料缓释基质、吸水性凝胶等［52］，现阶段一个新的方向是将黄原胶用于固沙中。Chang等［53-54］将黄原胶应用于抗土壤侵蚀中，即黄原胶施用量为土壤质量的0.5%~1.0%，可以有效提高土壤颗粒的黏附性、抗侵蚀性和保水性，对植物的发芽与生长起到积极作用，且达到环境友好型材料的要求。Latifi等［55］发现黄原胶和黏土颗粒之间有氢键或静电结合，改善了土壤整体结构，增强了土壤结构中的吸引力。Rahbari等［56］研究了黄原胶浓度和理化参数对沙土中黄原胶入渗的影响。程忻荃等［57］以黄原胶为接枝基质，采用种子乳液聚合法制备了一种新型环保固沙抑尘剂。在防风蚀方面中国研究者将黄原胶与大豆脲酶诱导碳酸钙沉积技术相结合，通过风蚀试验观察形成的固结层质量损失率和表面破损情况，发现该材料具有较好的抗风蚀能力［58］。将黄原胶运用于固沙防尘方面符合实际治沙需要，具有一定的可降解性。黄原胶在实际中的应用较少，具有良好的研究前景。
2.3 藻类固沙材料
藻生物结皮分布广泛，是通过藻类、地衣、苔藓、细菌和土壤颗粒的相互作用在土壤表面形成一个特殊的结构层。然而，由于天然藻类结皮形成过程十分漫长，人工培育可以显著加快其形成过程。藻类固沙材料就是人工培养荒漠藻类，再接种于荒漠经过藻类生长繁殖形成人工藻类生物结皮。利用沙漠藻类的强大生命力和适应性，抑制风沙活动，为藻类和高等植物的生长提供了稳定的生长环境。张文杰［59］将人工种植的沙漠藻类与高分子树脂材料复配，并将其用于固沙。形成的人工藻类结皮具有良好的抗压性、耐水性和保水性，但其渗透性稍差，固沙效果良好。目前，藻类生物结皮的扩大化培养与野外接种已有报道，中国科学院新疆生态与地理研究所团队实现了接种藻类并进行小规模的生产。中国科学院武汉水生生物研究所团队在规模化藻类培养方面取得突破，在中国内蒙古地区进行了大规模人工沙漠藻类结皮（3 000 m2）的建设，在松散沙丘上大量种植并直接接种，采用微灌自动喷灌装置进行灌溉，形成结皮所需时间短，接种后22天就能抵抗风雨侵蚀。初步结果表明，人工海藻结皮可以迅速形成，是新的可行的固沙方法［60-61］。2001—2005年，中国科学院在库布齐沙漠建立了生物结皮与乔灌草结合的示范区，并进行大面积推广，将人工培育的生物结皮在野外接种，用于荒漠化生态修复与防沙固沙。在生物结皮的野外接种初期，采取一些稳定措施，如物理措施（草方格）生物措施（草本、灌丛）的组合来稳定沙面，改善生物结皮恢复初期的立地条件。同时，采用了机械接种技术，显著提高了现场接种速度。此外，在腾格里沙漠、古尔班通古特沙漠、毛乌素沙地和黄土高原等地区均有人工恢复藻类结皮的报道，但均处于方法探索和前期试验阶段［62-64］。藻生物结皮对植被恢复、生态修复等有良好的促进作用，具有很广阔的发展前景，在野外大规模人工培育生物结皮是一技术难点，主要为人工培育生物结皮在野外长期存活困难，培育所需人力物力花费较大。随着研究的深入与技术的进步，人工藻类固沙材料具有很大的应用潜力。
3 矿物类环保型固沙材料
矿物类固沙材料就是研究者利用自然界的矿物资源与固沙材料进行复配，制成液体或半固体待其干燥后形成结壳或改变下垫面的结构和特性用以固沙的新型环保型固沙材料。
黏土是层状硅酸盐，颗粒细小，尺寸常在胶体范围内，在自然界中分布广泛。在聚合物中引入黏土可以改善材料的机械性能、耐热性和阻隔性能。王爱娣［13］将黏土与羧甲基纤维素钠（CMC）和植物秸秆复配，该材料有很好的固沙效果。渠永平等［65］使用十六烷基三甲基氯化铵制备了一种黏土材料，并研究了其配比和材料的性能。该材料具有良好的力学性能、保水性和抗老化性能，喷施该材料后，草籽的发芽率达到47%。在黏土基固沙材料的大规模的应用方面，雷自强［66-68］、郑世和［69］进行了一系列的研究与推广，以淀粉、纤维素、海藻酸钠和秸秆为原料，制成了黏土或黄土基固沙材料、防蒸发材料、黏土秸秆保水材料、黏土基防渗漏材料，这些复合材料在沙漠地区沙生植物辅助种植以及固沙结皮、防沙固沙障中的应用证明其防沙固沙效果突出，材料的耐候性和持久性良好，有效提高了苗木成活率。
凹凸棒土又称坡缕石或坡缕缟石，是链层状结构的含水富镁铝硅酸盐黏土矿物，具有一定的可塑性和黏结力，在化工、建材、农业等方面广泛应用。王辉［70］通过原位聚合法制备了一种新型的水性聚氨酯/凹凸棒纳米复合材料，凹凸棒纳米粒子的引入使得水性聚氨酯/凹凸棒纳米复合材料的力学性能和热学性能得到很大程度的提高；冉飞天［71］将坡缕石黏土引入高吸水复合材料使得其溶胀倍率明显增大。关于所制备的复合材料的固沙效果与环保性，吕莹［72］研究在不同配比下生物型凹凸棒基高分子固沙材料对蓝藻与苔藓结皮的影响，发现其具有较好的吸水性能、保水性能、生理特性，有利于生物结皮的生长。曹田［73］、陶玲等［74-75］对纯化凹凸棒土材料进行热改性并与丙烯酰胺聚合，与苔藓结皮复配生成高分子固沙材料，喷施后形成的苔藓结皮具有良好的生长状态、良好的抗压强度和固沙效果，少量凹凸棒基高吸水性树脂可促进砂土表层的苔藓结皮，过量则会阻碍苔藓结皮的形成。在与环保型植物类、微生物类固沙材料结合方面，薛花［76］对凹凸棒、淀粉和木质素进行改性后，采用接枝共聚法制备了具有较好保水性的接枝共聚物固沙材料（CSF）。在此基础上，通过添加培养菌丝体（BSF）制备出生物基凹凸棒接枝共聚物（BSF-CSF），具有CSF的保水性和BSF有机质含量高的优点，经过BSF-CSF处理后发芽率为95%，远远高于CSF处理组的41%和空白组的20%。
黄黏土分布广泛，以石英、长石为主，具有吸附量大、颗粒级配良好、取材容易等优点。王辉［70］将改性黄土引入水性聚氨酯预聚体中，使得水性聚氨酯/黄土纳米复合材料的力学性能和热学性能得到很大程度的提高，抗压强度值达到3.08 MPa，可使沙土粘结成不易破碎的稳定体，水溶性好易于喷施。冉飞天［71］以海藻酸钠、部分中和的丙烯酸和有机黄土为原料，引入有机黄土后复合高吸水复合材料的表面结构有明显改善，具有优良的吸水能力和保水能力，冯恩科［51］以黄土为原料分别加入瓜尔胶、黄原胶制成复合化学固沙剂，体系中黄土的加入能够提高其吸水性能，有良好的耐热、保水、抗老化性能。上述研究是基于黄土基固沙剂的研制，但在应用实施方面研究较少。在实际应用方面，郑世和［69］将瓜尔胶-聚丙烯酸-黄土复合高吸水性树脂（GG-g-PAA/loess）用于沙漠地区沙生植物的辅助种植，考察黄土的添加量对复合高吸水性树脂的吸水性能的影响，研究了复合高吸水性树脂的保水性能、反复溶胀性以及在不同pH溶液中的吸水倍率。因黏土有一定的粘结沙粒的作用，来源丰富，还可促进土壤细粒化，且生物相融性较好，将黏土类固沙材料与植物类、微生物类固沙材料相结合是环保型固沙材料研究的又一方向。
石膏类固沙材料具有成本低、重量小、吸水性好、对环境无影响、有利于植物生长等优点，将其喷洒于沙表面进行固沙，是一种高效、理想的无机凝胶材料。姜雄等［77-81］以石膏为基质，采用溶液共混法添加辅料改善脆性，为进一步优化石膏基固沙材料的配方提供依据，并对该材料进行分析，进一步发现石膏基固沙材料在经过多次冻融循环，经过4个月的风吹日晒后，外观没有变化，表明石膏基固沙材料具有良好的耐候性和植物适应性［82］。关于石膏基固沙材料是否对植物有影响的相关研究，马晓芳等［83-85］利用石膏基固沙复合材料为基底，优化材料制备工艺，选用适合青藏高原沙漠地区的植物进行野外种植试验，表明石膏基固沙材料对沙层内部有一定的控温保湿效果，5种植物发芽率均达到80%以上，与植物有较好的相容性。铁生年［86］鉴于青海湖高原的特殊环境，将无机石膏基复合材料应用于沙漠地区，发现该材料具有成本低、附着力好、抗紫外线辐射、耐旱耐寒性强、无环境污染、保水性好等特点，适合沙生植物生长，有利于大面积推广。石膏基固沙材料作为环保型固沙材料，通过试验证明其具有良好生物相容性，但关于其能否进行降解的相关研究还较少。石膏基固沙材料良好的耐候性使其可以适应较为恶劣的环境，应用范围较广，具有很好的应用前景。
4 结语
化学固沙措施具有不可替代性，是未来荒漠化精准治理的重要措施，而其关键的材料选择环节更是重中之重，材料的环保问题是其首要选择要素，必须重视起来，环保型固沙剂将是化学固沙技术高质量发展的必由之路。 环保型固沙材料的原料应充分利用当地资源，对农林工业冗余物等进行废物利用，如使用富含纤维素的玉米苞皮、秸秆等进行加工制备环保固沙材料等。环保型固沙材料的研究已显示出良好的应用前景，但目前的相关研究主要集中于环保型固沙材料的制备、固沙效果、耐久性等，对其可降解性、生物相容性等方面研究较少，同时还需考虑环保固沙材料大规模喷洒问题，对环保型固沙材料的研究还需进一步地深入。
关于未来对环保型固沙材料的研究，应聚焦于以下几个方面：①由于需治理的荒漠化土地面积大，所以固沙材料的原材料要低廉，使用农林冗余物、化工废弃物、矿物等低成本原材料可以大幅降低环保型固沙材料应用成本，为今后的大规模应用奠定基础。②中国荒漠化类型有风蚀、水蚀、冻融、土壤盐渍化4种类型，荒漠化地区风沙活动频繁、降水少而且集中、昼夜温差大等。因此，理想的环保型固沙材料应具有耐水蚀、耐冻融、耐盐碱性、抗紫外线等性能，同时还需为植物创造良好的生长环境，才能发挥出较好的固沙效果，故对于环保型固沙材料的研发，应在耐久性、保水、保肥、透气、改良土壤等方面展开。③在干旱半干旱地区农业生产等活动中，由于春季风沙活动强烈且频繁，造成幼苗难以存活，将环保型固沙材料应用农业生产活动可以起到很好的防沙效果，避免沙打沙割幼苗造成经济损失，故应加强环保型固沙材料在农业方面的应用技术研究。
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