第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

沙漠化是土地退化最主要的类型之一，也是影响全球生态和社会经济最严重的问题之一（王涛，2008）。联合国将沙漠化定义为“包括气候变化和人类活动在内的等多种因素所引起的干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的土地退化”，而且这种退化是伴随着植被覆盖度、植物群落组成、水分条件和土壤性质的一系列变化，最终导致的是生态系统服务功能的丧失，同时也严重威胁到生存的可持续性（D'Odorico et al.,2013）。国内学者将沙漠化总结为：沙漠化又称风蚀荒漠化，发生在干旱半干旱及部分半湿润地区，并以风沙活动为主要特征；在风蚀过程中，土壤中易蚀性颗粒被吹走，土壤质地不断粗化，有机碳和养分含量不断衰减（连杰等，2013），最终导致土地生产潜力部分或全部的破坏（Su et al.,2002）。也有学者认为，沙漠化是土壤经过长期的退化所到达的一个极端终点，而且这种极端的土地退化问题近年来在全球范围内仍在扩张，已严重影响了干旱和半干旱地区的农业生产（Verón and Paruelo,2006）。总之，沙漠化最终会威胁到食物安全，碳的固定，饲草、纤维、木材和淡水资源的供给，生物多样性的维持，还会影响到对未退化旱地的娱乐、文化和审美价值的改变等（Liu et al.,2011; D'Odorico et al.,2013）。因此，沙漠化防治一直是世界关注的问题。

沙漠化多发生于降雨稀少的干旱、半干旱和亚湿润干旱地区（Thomas,1997; Wang et al.,2013），以干旱和半干旱区最为严重（王涛，2008）。据统计，干旱和半干旱环境覆盖全球陆地面积达40%以上，危害着全球38%以上的人口，其中有10亿以上的人口直接生存在这样的环境下，特别是生活在这些区域的农民基本以利用当地自然资源为生（Wang et al.,2015; Verón and Paruelo,2006）。另有统计显示，全球沙漠化面积达3.6× 107km2，占全球21.4%的陆地面积，影响全球1/6的人口，这些人口大多处于贫困状态（Middleton and Thomas,1997）。据联合国千年生态系统评估（the Millennium Ecosystem Assessment）的结果显示，全球10%~20%的旱地已出现轻度退化（沙漠化），而且随着气候变化和人口的增长，退化面积将进一步扩大（Reynolds et al.,2007; UNCCD,2008）。因此，沙漠化防治是全球增长的人口对食物、饲料、生物能源、纤维和木材的需要（Daily et al.,1995），也是干旱生态系统应对全球气候变化的需要（Wang et al.,2015）。

中国是世界上受沙漠化危害最严重的国家之一，沙漠化导致了大量可利用土地资源的丧失，草地植被的退化，村庄被掩埋，城市沙尘暴的侵害，公路的埋没等。截至20世纪末，由于沙漠化给中国每年所造成的经济损失约为1281.41亿元（刘拓，2006）。中国的干旱和半干旱区域通常分布在北纬35°以上、年降雨量在450 mm以下的区域（Wang et al.,2008），这些区域是沙漠化主要发生地的北方地区（刘树林等，2009；花婷等， 2013）,60%以上的土地面积仍以传统的放牧和农业系统为主，随着气候变化和人类活动的不断加剧，该区域的土地沙漠化亦将进一步加剧（朱震达等，1980；苏志珠等， 2006），而且目前已经对中国东部沿海的湿润区域的大气环境也构成严重威胁。王涛等（2011）监测数据表明，截至2010年中国北方地区的沙漠化土地面积达37.59万km2，直接影响着18个省508个县的生态环境（Miao et al.,2015; Wang,2013）。为了防止沙漠化的进一步危害，中国投入巨资开展了“三北”防护林工程、“退耕还林/草”工程、“生态环境建设”工程等，取得了较好的结果（刘树林等，2009；王涛等，2011），但沙漠化仍有蔓延趋势，特别是西北干旱区仍然处于“整体扩大，局部治理”态势。

表1基于年均降雨量和干旱指数的干旱土地典型分类

Table 1 Typical classification of drylands on the basis of mean annual precipitation or Aridity index

注：引自D'Odorico et al.,2013.

Note:Cited from D'Odorico et al.,2013.

宁夏位于中国西北地区沙漠与黄土高原过渡地带（祁有祥等，2007），年降雨量范围为126~621 mm，而年蒸发量范围为2100~2300 mm，干旱指数为3.3~4.7（Li et al., 2013），按照表1对旱地类型的经典分类，宁夏全区绝大部分属于干旱半干旱区，加之其西北、北部和东部分别被腾格里沙漠、乌兰布和沙漠和毛乌素沙漠包围，使其成为我国沙漠化最严重的地区之一，为生态脆弱区。水土流失和沙化面积占全区总土地面积的90%以上（于丽政等，2008），沙漠化发生面积最大的区域位于中部干旱带，2004年的监测结果显示：该区域的沙化土地面积为109.49万km2，占宁夏沙漠化土地总面积的92.58%（王梅梅等，2013）。目前，腾格里沙漠、乌兰布和沙漠迁移速度还有加快的趋势，局部已逼近贺兰山西麓（王会明等，2012）。宁夏虽有黄河灌溉之利，但扬黄和引黄灌溉工程覆盖的区域也大多为土壤沙漠化或潜在沙漠化的地区，土壤漏水漏肥现象严重，造成了水资源的大量浪费，有限的降水也未能充分利用。因此，沙漠化问题已经成为该地区最严重的环境地质问题之一，特别是严重影响了宁夏的草地生态，同时也严重制约宁夏社会经济全面协调发展，仍然需要不断研究新的方案以支撑当地生态建设和农业的可持续发展。

在中国北方地区，防护林是用以改善沙区生产生活环境、调节农田小气候、防止风蚀及由风蚀引起的危害农作物生长的灾害性因子的生态林分（郝玉光等，2005）。防护林在宁夏防止沙漠化危害当地生态环境和保护农田方面也起到了重要屏障作用，特别是三北防护林工程，其建设目标是宁夏沙区40%的沙化土地得到初步治理（于丽政等， 2008），结合退耕还林（草）等工程的实施，这些工程对宁夏生态环境得到了明显改善。特别是在宁夏乃至整个中国北方地区，杨树（Populus）由于耐旱及生长速度快等优点而成为防护林的主要树种（井大炜等，2015），同时还是我国分布最广泛的树种（徐梅卿等， 2009），面积达101万km2，其种植面积为75.7万km（2贾黎明等，2013）。在宁夏，杨树种植面积也是占据第一位的（孙颖等，2009）。另外，宁夏虽处于中国西北干旱区，但其森林资源相对还是比较丰富的，森林总面积达到了180.10 ×104km（2崔洋等，2012），除天然林占据主要地位外，防护林及城市森林也占据相当比例。但是由这些森林资源产生的大量的林木废弃物（包括城市园林修剪物）多被焚烧或掩埋处理，不仅造成了环境的污染，也浪费大量的有机物料资源。如果能借鉴秸秆还田等改良土壤的经验，将丰富的林木废弃物特别是宁夏防护林所直接产生的林木枝条用于沙化土壤的改良，这就大大提高沙化土壤的农业生产的能力，也会促进沙漠化土地的生态建设，同时有益于林木废弃物的资源化循环利用。

综上所述，对比分析林木废弃物与秸秆、有机肥在改良沙化土壤方面的效果，尝试利用林木废弃物改良宁夏沙化土壤，可以为宁夏乃至西北地区沙地植被恢复和农业生产提供新的理论和技术支撑，同时促进林木废弃物的资源化循环利用，研究意义十分重大。