基于有機(jī)質(zhì)循環(huán)理念的沙漠治理模式探討
——以武威市為例

李忠國(guó)，羅國(guó)立，紀(jì)肇?zé)?，賈普琦，聶和平

（1. 蘭州大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2. 甘肅騰格里綠土地科技有限公司，甘肅 武威 733000）

沙漠對(duì)人類生存的生態(tài)環(huán)境有一定的危害和威脅，對(duì)氣候、環(huán)境均有著重大影響[1-3]。中國(guó)是世界上受荒漠化威脅最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，眾多治沙工作者歷經(jīng)60余年的艱苦努力，荒漠化土地面積持續(xù)縮減，為全球荒漠化防治作出了典范[4-5]。沙漠土質(zhì)組成與沙漠物源相關(guān)[6]，巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠位于中國(guó)西北干旱荒漠區(qū)，由“沖積-湖積”而成，沙土礦物組成以石英和長(zhǎng)石（斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石）為主[7]，沙漠成因?yàn)椤熬偷仄鹕场盵8-9]， 是我國(guó)所有沙漠中距離最為接近的兩個(gè)沙漠。武威市民勤縣位于騰格里和巴丹吉林沙漠中間，是河西走廊東段石羊河流域的尾閭綠洲區(qū)，也是阻擋兩大沙漠合并的重要廊道，巴丹吉林和騰格里兩大沙漠在北部青土湖呈合圍之勢(shì)[10-12]。武威市地處甘肅省中部、河西走廊東端，位于北緯36°29′～39°27′，東經(jīng)101°49′～104°16′之間，南北長(zhǎng)326 千米，東西寬204 千米，屬我國(guó)重要生態(tài)屏障區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū)域，全市大部被巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠以及大片戈壁覆蓋[13-14]，其治沙意義極其重大且任務(wù)艱巨[15]。

隨著沙漠治理理論研究和實(shí)踐工作的不斷推進(jìn)，我國(guó)沙漠治理工作逐漸由“防沙治沙”向“沙產(chǎn)業(yè)”發(fā)展[16-18]， 其中以庫(kù)布奇沙漠的“生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化的沙漠化治理模式”“基于水土資源承載力的沙漠化治理模式”和“治沙與產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的沙漠化治理模式”三種可持續(xù)沙漠治理模式最為典型[19-21]。其中，“治沙與產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的沙漠化治理模式”利用了沙漠化區(qū)光熱及其他資源優(yōu)勢(shì)，發(fā)展集約型產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)脫貧的愿景，為沙漠經(jīng)濟(jì)提供了發(fā)展模式；“基于水土資源承載力的沙漠化治理模式”體現(xiàn)了沙漠農(nóng)業(yè)發(fā)展內(nèi)涵，為以農(nóng)業(yè)和草業(yè)為主體的西部沙產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了示范，是“治沙與產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的沙漠化治理模式”的實(shí)施條件；“生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化的沙漠化治理模式”主要以防風(fēng)固沙和植被恢復(fù)為目標(biāo)，涵養(yǎng)培育沙漠脆弱的生態(tài)環(huán)境，是“基于水土資源承載力的沙漠化治理模式”的實(shí)施基礎(chǔ)[22-23]。

沙漠治理的措施一般有生物措施、沙障措施和其他措施，主要通過(guò)種植人工植物、設(shè)置機(jī)械沙障以及其他方式（如固沙劑固沙）等方式實(shí)現(xiàn)“固沙”和“阻沙”，達(dá)到沙漠治理的目的[24-28]?！肮躺场薄白枭场毙Ч詈玫漠?dāng)屬人工植物的種植，特別是能積沙成丘植物的種植，可以固沙，也可以改善沙土土質(zhì)，該技術(shù)已在治沙領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用[29-33]。沙漠植物的種植與生長(zhǎng)受土壤含水量、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤pH 等土壤驅(qū)動(dòng)力的影響，而沙漠環(huán)境中土壤驅(qū)動(dòng)力卻顯微弱[34-35]。為削弱沙子貧瘠、水分不足、風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)等不利因素對(duì)沙漠植物種植的不利影響，周祥等[36]利用條帶狀治沙植生模袋技術(shù)將充填植生基質(zhì)的植生袋囊連同定沙錨固在沙土邊坡上，植生基質(zhì)由適合植物生長(zhǎng)的良質(zhì)土、腐殖土、肥料和保水劑等混合而成，為植物生長(zhǎng)提供了生長(zhǎng)基質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)基礎(chǔ)。

有機(jī)碳是沙漠環(huán)境演變研究的重要指標(biāo)之一，也是沙漠植物群落分布及荒漠沙化程度的特征因子[37-45]。沙漠土質(zhì)中有機(jī)質(zhì)及水分比較貧乏，不利于沙漠植物的栽培和生長(zhǎng)，向沙漠土質(zhì)中輸入有機(jī)質(zhì)以便培育沙漠微生態(tài)環(huán)境[46-50]，可為人工植物的沙漠種植奠定基礎(chǔ)。

1 武威市治沙工作成效及沙漠治理存在的問(wèn)題

1.1 武威市治沙成效

武威市荒漠化面積217.52 萬(wàn)公頃，占全市國(guó)土面積的65.5%，其中沙漠152.60 萬(wàn)公頃，占全市國(guó)土面積的45.9%,有明顯沙化趨勢(shì)的土地18.07 萬(wàn)公頃，風(fēng)沙線長(zhǎng)達(dá)654 千米[51]。民勤縣是武威沙漠化最嚴(yán)重的區(qū)域，總面積1.59 萬(wàn)平方千米，沙漠和荒漠化面積占89.8%，綠洲風(fēng)沙線長(zhǎng)達(dá)408 千米，被國(guó)家列入“兩屏三帶”重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)，屬全國(guó)防沙治沙重點(diǎn)縣[52]。武威治沙工作始于20 世紀(jì)50 年代末60 年代初，由初期河西走廊沙源調(diào)查和民勤治沙綜合試驗(yàn)站成立，歷經(jīng)60 余年幾代人的艱苦努力[53]，取得了卓越成效，于2013 年被原國(guó)家林業(yè)局確定為全國(guó)防沙治沙綜合示范區(qū)[54]。

武威市推廣“麥草沙障+沙生苗木”“固身削頂、前擋后拉”等治沙技術(shù)和“母親抱娃娃”的民勤治沙模式，開(kāi)展了多功能立體固沙車機(jī)械壓沙技術(shù)試驗(yàn)示范，在老虎口、青土湖等區(qū)域建成了不同類型的防沙治沙示范區(qū)，研發(fā)了棉花稈、砂礫石、尼龍網(wǎng)、土工編織袋、黏土沙障、化學(xué)固沙等治沙新技術(shù)、新材料20 多項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了工程與生物治沙體系的有效結(jié)合，建成了民勤老虎口、青土湖，古浪民調(diào)渠沿線、八步沙，涼州區(qū)頭墩營(yíng)等治沙典型樣板[55-56]。

1.2 沙漠治理存在的問(wèn)題

水分作為植物生存的主要限制因子，在荒漠生態(tài)系統(tǒng)中起著非常關(guān)鍵的作用，對(duì)荒漠植物群落和沙漠綠洲空間分布有著重要影響，是干旱區(qū)生態(tài)的主要制約因 素[57-61]，而土壤有機(jī)質(zhì)含量則對(duì)沙漠植物的生長(zhǎng)和多樣性有重要影響[62-64]。武威市是我國(guó)內(nèi)陸河流域人口密度最大，人均水資源占有量最少的地區(qū)之一，沙漠治理與綠洲的建設(shè)受水資源制約嚴(yán)重[65-67]。

2 有機(jī)質(zhì)治沙機(jī)理及應(yīng)用

土壤有機(jī)質(zhì)具有絡(luò)合作用，能夠改善土壤的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)之一[68-69]，對(duì)土壤保水也起一定作用[70]。巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠礦物組成以石英和長(zhǎng)石（斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石）為主，含有Na、K、Ca 等常量元素，并且有SiO2的富集[71]。

土壤中有機(jī)質(zhì)與礦物質(zhì)一般通過(guò)配體交換、絡(luò)合、氫鍵、陽(yáng)離子橋接、縮合及范德華力等方式發(fā)生作用，接近礦物表面的有機(jī)質(zhì)與土壤礦物的結(jié)合相對(duì)緊密[72-73]。 土壤中溶解性有機(jī)質(zhì)在土壤中的遷移以及土壤/礦物對(duì)重金屬、有機(jī)污染物的作用受有機(jī)質(zhì)與礦物表面吸附情況的影響[74]。有機(jī)質(zhì)與礦物間的作用以化學(xué)鍵合吸附的方式較穩(wěn)定，其次為以電子“供體-受體”方式直接與礦物表面作用的方式，而以范德華力和靜電作用的方式穩(wěn)定性則較差[75-77]。

2.1 有機(jī)質(zhì)治沙基本機(jī)理

有機(jī)配體可以與三價(jià)金屬離子如鐵（Fe）和鋁（Al）結(jié)合或通過(guò)金屬氧化物脫水鍵合[78-79]，當(dāng)土質(zhì)顆粒數(shù)量多或比表面積較大時(shí)，有機(jī)配體被吸附到土壤納米晶鋁硅酸鹽、金屬（含氧）氧化物基質(zhì)中[80-82]，或結(jié)晶硅酸鹽黏土礦物中[83-84]。高電荷密度和高表面積的黏土蒙脫石等區(qū)域?qū)有較高的親和力[85-86]，而低表面積的硅酸鹽黏土，如高嶺石和埃洛石，吸附容量較低[87-88]。在沙質(zhì)中加入有機(jī)質(zhì)，利用有機(jī)質(zhì)中活性基團(tuán)與硅酸鹽等土壤母質(zhì)中的Na、K、Ca、Mg、Al 等常量元素進(jìn)行反應(yīng)，使其與有機(jī)質(zhì)絡(luò)合成可供植物吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（圖1），改變植物生長(zhǎng)環(huán)境，為植物根系周邊微生態(tài)環(huán)境的培育提供條件[89-91]。

圖1 有機(jī)質(zhì)沙土改良基本機(jī)理示意圖

2.2 有機(jī)質(zhì)治沙應(yīng)用

土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)沙漠短命植物的生長(zhǎng)有一定影響[92]， 而短命植物的生長(zhǎng)對(duì)沙漠土質(zhì)中N 元素的積累、沙漠生物量的增加以及沙漠微生態(tài)的培育起著重要作用[93-97]。短命植物生長(zhǎng)過(guò)程中根系生命活動(dòng)可以通過(guò)對(duì)沙漠微生物的影響對(duì)沙漠土質(zhì)進(jìn)行改良[98-99]，為沙漠植物的生長(zhǎng)創(chuàng)造條件。然而，短命植物與沙生植物存在水肥生存競(jìng)爭(zhēng)，其快速生長(zhǎng)繁衍會(huì)影響沙生植物的生存[100]，在沙生植物生長(zhǎng)區(qū)需要通過(guò)人為干預(yù)的方式對(duì)沙漠短命植物的生長(zhǎng)進(jìn)行控制，以達(dá)到培育沙生植物和固沙的目的[101]。

為提升沙漠土質(zhì)的理化性質(zhì)，使之更有利于沙漠植物的生長(zhǎng)，研究人員分別對(duì)用于沙漠土質(zhì)改良的無(wú)機(jī)改良劑、有機(jī)改良劑、人工合成改良劑和生物改良劑進(jìn)行了大量研究[102-105]，研究結(jié)果表明，腐殖酸因含有羧基、醇羥基、酚羥基等含氧活性官能團(tuán)，具有較強(qiáng)的親水、陽(yáng)離子交換以及吸附絡(luò)合等能力，可用于制備保水續(xù)肥沙土改良劑應(yīng)用于沙漠地區(qū)的植被恢復(fù)[106-108]。腐殖酸獲得的途徑一般有自然資源提取和有機(jī)質(zhì)人工發(fā)酵[109-110]， 通過(guò)控制發(fā)酵參數(shù)的有機(jī)質(zhì)人工發(fā)酵可得到適用于沙漠土質(zhì)改良的腐殖酸[111]。

3 武威市有機(jī)質(zhì)治沙綜合利用模式構(gòu)建

3.1 武威市有機(jī)質(zhì)治沙模式構(gòu)建基礎(chǔ)

武威市屬甘肅省農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能豐富區(qū)，全年農(nóng)業(yè)播種面積約26 余萬(wàn)公頃[112]，秸稈、畜禽糞便以及果木薪柴可能源化量2016 年分別位居甘肅全省第4 位、第3位和第5 位，生物質(zhì)折標(biāo)后的能源量分別為32.83 萬(wàn)噸標(biāo)煤、177.71 萬(wàn)噸標(biāo)煤、2.29 萬(wàn)噸標(biāo)煤[113]。

武威市利用生物質(zhì)治沙的方法有制作草方格沙障、棉稈沙障等[114-115]。草方格法是將麥草橫鋪在劃好的設(shè)障溝上，將麥草從中間壓入沙內(nèi)，使麥草兩端折露于地表并用沙使草直立穩(wěn)固，達(dá)到隔斷固沙的目的[116]。通常，秸稈需要進(jìn)行微生物降解才能使其中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得到轉(zhuǎn)化并被植物所利用[117-118]。然而，沙土中很少有微生物存在[119-120]，秸稈在沙漠環(huán)境中較難降解，因此需要對(duì)沙漠土質(zhì)進(jìn)行改良和培育微生物環(huán)境，使其在微生物的降解作用下向沙生植物供給養(yǎng)分。

3.2 武威市有機(jī)質(zhì)治沙技術(shù)模式

武威市有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生源主要集中在農(nóng)牧活動(dòng)、居民生活以及工業(yè)生產(chǎn)，而農(nóng)業(yè)有機(jī)廢物、工業(yè)有機(jī)廢物和城市有機(jī)生活垃圾等有機(jī)固體廢物均可以用作發(fā)酵原料[121]， 發(fā)酵過(guò)程中的有機(jī)物水解、產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷階段的生化反應(yīng)條件差異較大[122]，可以通過(guò)人工干預(yù)控制的方式，控制發(fā)酵生化反應(yīng)條件，使發(fā)酵反應(yīng)的產(chǎn)乙酸階段得到持續(xù)和強(qiáng)化[123]，以便獲得用于沙漠土質(zhì)改良的目標(biāo)腐殖質(zhì)產(chǎn)品，目標(biāo)腐殖質(zhì)產(chǎn)品經(jīng)處理后可用于沙漠土質(zhì)改良。武威市地處巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠邊緣，土質(zhì)中有機(jī)物匱乏，將有機(jī)質(zhì)發(fā)酵得到的腐殖質(zhì)產(chǎn)品應(yīng)用于荒漠土質(zhì)改良，既可以有效解決有機(jī)物環(huán)境污染問(wèn)題，又可以輔助沙漠治理。結(jié)合地域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展特征，在武威市可建設(shè)如圖2 所示的利用廢棄有機(jī)物治沙的技術(shù)模式。

圖2 武威市有機(jī)質(zhì)治沙技術(shù)模式示意圖

沙漠植物的生長(zhǎng)除需要必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和肥料外，更需要水分供給，有機(jī)質(zhì)發(fā)酵得到的腐殖質(zhì)產(chǎn)品在應(yīng)用于沙漠土質(zhì)改良的同時(shí)，需與保水材料一起施用。目前保水劑主要有合成型（聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和聚丙烯腈）、半合成型（淀粉-聚丙烯腈、淀粉-聚丙烯酰胺和淀粉-聚丙烯酸）和天然型（纖維素型和瓜爾膠型）三種類型[124]，武威地區(qū)生產(chǎn)的秸稈可作為天然保水劑的材料，經(jīng)加工處理后制成保水劑，與發(fā)酵得到的腐殖質(zhì)混合加工成持水續(xù)肥基質(zhì)，將基質(zhì)團(tuán)塊置于草方格內(nèi)，以基質(zhì)團(tuán)塊為營(yíng)養(yǎng)源栽種沙生植物，用于沙漠土質(zhì)改良和沙漠微生態(tài)環(huán)境的營(yíng)建。

沙漠蒸發(fā)量大，沙漠保水是沙漠治理的一項(xiàng)重要舉措。將目標(biāo)腐殖質(zhì)產(chǎn)品及秸稈保水材料與沙土混合施用后，將在沙丘形成松散的不影響沙漠降水下滲的沙固結(jié)層，沙固結(jié)層對(duì)其下部5 ～20 厘米沙丘的恒溫及保濕均起著重要作用[125]。沙漠植物根系一般在沙漠表層0 ～30 厘米處[126-127]，腐殖質(zhì)產(chǎn)品及秸稈保水材料施用于沙漠表層以下10 厘米處對(duì)沙丘既可以起到恒溫保濕作用，又可以減少風(fēng)蝕對(duì)沙固結(jié)層的影響[128]，還可以為沙漠植物提供生長(zhǎng)發(fā)育所需要的水分和養(yǎng)分，沙固結(jié)層保水示意圖如圖3 所示。

武威地區(qū)年平均蒸發(fā)量2 163.6 毫米，年平均降水量212.2 毫米，極端年最大雨量273.5 毫米（2011 年），極端年最少雨量125.8 毫米（1962 年）[129]，由腐殖質(zhì)產(chǎn)品及秸稈保水材料形成的沙固結(jié)層鋪設(shè)在沙漠表層10厘米處，沙漠降水通過(guò)沙固結(jié)層下滲，少部分降水被吸附在持水續(xù)肥基質(zhì)內(nèi)，其余下滲進(jìn)入沙丘。當(dāng)陽(yáng)光照射沙丘，沙丘溫度升高，蒸發(fā)作用加強(qiáng)時(shí)，沙固結(jié)層對(duì)沙丘吸熱和水分散失起阻隔作用，使沙丘內(nèi)部溫度和濕度基本恒定，從而為沙丘內(nèi)微生態(tài)環(huán)境的營(yíng)建創(chuàng)造條件。

3.3 武威市有機(jī)質(zhì)治沙產(chǎn)業(yè)模式

3.3.1 武威市有機(jī)質(zhì)治沙產(chǎn)業(yè)模式的必要性分析

西北地區(qū)生物質(zhì)匱乏，土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍較低，持水保肥能力差，植物生長(zhǎng)的生態(tài)環(huán)境脆弱。武威市地處祁連山生態(tài)脆弱區(qū)，騰格里沙漠和巴丹吉林沙漠邊緣，沙漠土質(zhì)中有機(jī)質(zhì)尤為貧瘠，沙漠生態(tài)環(huán)境的重塑需要采用人工輔助手段進(jìn)行干預(yù)。

隨著循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程的推進(jìn)，武威市農(nóng)作物種植、畜禽養(yǎng)殖、高原夏菜等產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展，已建成粵港澳大灣區(qū)“菜籃子”生產(chǎn)基地和牛羊雞菜果菌薯藥“八大產(chǎn)業(yè)”，并形成沿山、沿川、沿沙“三大特色產(chǎn)業(yè)帶”，所轄區(qū)縣分別譽(yù)名為“中國(guó)高原藜麥之都”“中國(guó)高原食用菌之鄉(xiāng)”和“中國(guó)高原夏菜之鄉(xiāng)”，有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展[130]。然而，快速發(fā)展的種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，如畜禽糞便違規(guī)排放、生活垃圾處理能力不足、污水處理水平低等[131-132]。

圖3 沙固結(jié)層（“腐殖質(zhì)產(chǎn)品+秸稈保水材料+基沙”層）保水示意圖

從生態(tài)角度上考慮，有機(jī)質(zhì)合理利用是解決西北生態(tài)脆弱區(qū)有機(jī)質(zhì)分布不平衡的重要手段之一，一方面西北生態(tài)脆弱區(qū)土地因缺乏有機(jī)質(zhì)積累，養(yǎng)分極度匱乏；另一方面有機(jī)質(zhì)卻因得不到合理利用而成為廢物污染環(huán)境。因此，以武威市為例構(gòu)建有機(jī)質(zhì)循環(huán)利用的沙漠治理模式對(duì)生態(tài)重塑和祁連山生態(tài)安全屏障的建設(shè)均具有極其重要的意義。

3.3.2 武威市有機(jī)質(zhì)治沙產(chǎn)業(yè)模式

武威市域城鎮(zhèn)空間已形成“三區(qū)三帶、一核四心”結(jié)構(gòu)[133]，甘肅武威工業(yè)園區(qū)、甘肅武威黃羊工業(yè)園區(qū)、武威新能源及裝備制造產(chǎn)業(yè)園、武威民勤紅沙崗能源化工產(chǎn)業(yè)園、武威民勤工業(yè)園、武威古浪工業(yè)集中區(qū)、武威天祝金強(qiáng)工業(yè)園、武威天祝炭山嶺工業(yè)園以及武威保稅物流中心8 個(gè)工業(yè)園區(qū)和1 個(gè)物流中心均已建成[134]，生活垃圾及農(nóng)業(yè)廢棄物管理受到政府高度重視[135]，廢棄有機(jī)質(zhì)回收體系構(gòu)建條件已完備，有機(jī)質(zhì)回收利用已成為武威市循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然。

碳在土壤和生物圈中起著重要作用，可以作為能量攜帶載體在土壤和生物圈中循環(huán)[136-137]，為生物提供生命活動(dòng)所必需的能量。

武威市可利用集約經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鄉(xiāng)一體化建設(shè)的契機(jī)，對(duì)各經(jīng)濟(jì)園區(qū)和生活服務(wù)區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一管理，集中收集生產(chǎn)生活過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)固體廢物，建成有機(jī)固體廢物分類利用和有機(jī)質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)業(yè)，將發(fā)酵得到的腐殖質(zhì)用于沙漠土質(zhì)改良和沙漠經(jīng)濟(jì)作物的栽培種植，發(fā)展沙漠種植產(chǎn)業(yè)。再將沙漠作物產(chǎn)品進(jìn)行加工利用，形成“有機(jī)質(zhì)→沙漠→有機(jī)質(zhì)”循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)區(qū)域碳循環(huán)（圖4），既可以解決沙漠災(zāi)害問(wèn)題，也可以緩解我國(guó)土地緊張、耕地面積不足的問(wèn)題。

圖4 武威市有機(jī)質(zhì)治沙產(chǎn)業(yè)模式示意圖

式中：CQT為生物炭施加量，噸；i 為第i 種有機(jī)物；αi為第i 種有機(jī)物含水率，%；ki為第i 種有機(jī)物發(fā)酵過(guò)程生物炭損失率，%；為第i 種有機(jī)物干基碳平均含量，；Cij為i 種有機(jī)物中第j 種物質(zhì)含碳量（干基），噸。

根據(jù)計(jì)算公式以及已有文獻(xiàn)資料，采用控制發(fā)酵法（抑制產(chǎn)甲烷階段）進(jìn)行有機(jī)質(zhì)發(fā)酵，擬粗略對(duì)秸稈、生活垃圾以及糞便可施用有機(jī)碳進(jìn)行粗略估算。其中，秸稈有機(jī)碳按60%計(jì)（秸稈可用量按15%計(jì)，其余85%被綜合利用[141-142]），生活垃圾有機(jī)碳按20%計(jì)[143]，糞便有機(jī)質(zhì)按30%計(jì)[144]，則每年施加入沙漠的有機(jī)碳約120 萬(wàn)噸，可改良約1 500 平方千米的風(fēng)沙土質(zhì)[145]，用于種植馬鈴薯等耐旱經(jīng)濟(jì)作物[146]。

4 結(jié)論

3.3.3 武威市有機(jī)質(zhì)治沙產(chǎn)業(yè)模式下沙漠的生物炭積累

生物炭表面布有多種有機(jī)官能團(tuán)，可改良土壤的理化性質(zhì)，提升土壤肥力和作物產(chǎn)量，對(duì)植物的生長(zhǎng)有著重要作用[138]，可為沙漠植物生長(zhǎng)繁育營(yíng)造良好的土壤環(huán)境。

武威市沙漠生物炭的增量可通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)，一種是目前的草方格布設(shè)和沙生植物的人工種植栽培，另一種則需要通過(guò)持水續(xù)肥基質(zhì)的人工施加來(lái)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的增量。武威市生物質(zhì)主要來(lái)源于種植、養(yǎng)殖、服務(wù)、交通物流、工業(yè)生產(chǎn)以及居民生活等生產(chǎn)生活過(guò)程中產(chǎn)生的廢物，其中秸稈每年產(chǎn)生量200 余萬(wàn)噸，主要來(lái)源于種植業(yè)；牲畜糞便豬糞當(dāng)量600 余萬(wàn)噸，主要來(lái)源于牲畜養(yǎng)殖業(yè)；生活垃圾1 800余噸/日，其中餐廚垃圾200余噸/日，主要來(lái)源于居民生活及餐飲服務(wù)業(yè)[139-140]。采用有機(jī)質(zhì)人工施加方式進(jìn)行沙漠生物炭人工干預(yù)，可加快沙漠生物炭積累，如圖5 所示，為沙漠植物的生長(zhǎng)提供保障。

沙漠生物炭積累可按以下公式進(jìn)行計(jì)算：

生態(tài)文明建設(shè)是國(guó)家事業(yè)發(fā)展全局中的重要方略，是建設(shè)美麗中國(guó)、為人民創(chuàng)造良好生產(chǎn)生活環(huán)境，為全球生態(tài)安全做出貢獻(xiàn)的必由之路。像對(duì)待生命一樣對(duì)待生態(tài)環(huán)境，堅(jiān)持人與自然和諧共生，形成節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的空間格局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生活方式，統(tǒng)籌推進(jìn)“五位一體”總體布局是生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展的重要舉措。

西北地區(qū)沙漠土質(zhì)有機(jī)質(zhì)貧瘠，土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍比南方低。由于有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)“過(guò)?！保覈?guó)南方水土富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題普遍存在，而北方卻土壤有機(jī)質(zhì)缺乏，土壤保水續(xù)肥供養(yǎng)植物的能力微弱，南北有機(jī)質(zhì)嚴(yán)重失衡是自然生態(tài)很難解決的瓶頸問(wèn)題。

解決生物質(zhì)過(guò)剩問(wèn)題雖然可以通過(guò)厭氧發(fā)酵生產(chǎn)甲烷氣等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，但卻損失了寶貴的有機(jī)質(zhì)資源，使本已被植物固定的碳又重新排放至大氣中，人為干擾了大氣中的碳平衡。

圖5 沙漠生物炭積累路線圖

將“過(guò)?！庇袡C(jī)質(zhì)產(chǎn)品用于沙漠治理不但可以減少人類活動(dòng)向大氣中排放碳的總量，還能穩(wěn)定增加沙漠中有機(jī)碳的積累，改良沙漠土質(zhì)理化指標(biāo)，提升沙漠生態(tài)功能。因此，基于有機(jī)質(zhì)循環(huán)理念的沙漠治理模式無(wú)論對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量還是對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展均具有重大意義。