城市污泥生物质炭对风沙化土壤酶及CO₂排放量的影响

摘要：风沙化土地在中国面积分布较大，仅华北平原风沙化土地分布面积达到25,800 km²。由于其质地较轻，漏水漏肥现象严重，土壤肥力较低。提高风沙化土地肥力，增加粮食产量，对保障国家粮食安全至关重要。将污泥进行炭化处理，可消除污泥中有害病原菌和寄生虫卵，实现污泥的减量化、无害化、稳定化和资源化处置，为城市污泥的农业利用提供保障。城市污泥生物质炭对酸性土壤固碳和土壤肥力的改善具有积极作用。然而，其对风沙化土地这种非酸性土壤碳排放及肥力的影响尚不明确，需要进一步研究和探讨。

关键词：城市污泥生物质炭 风沙化土地 土壤肥力

随着世界人口的不断增长，人类与耕地的矛盾愈来愈加严重，联合国粮农组织指出，地球表面只有11%（约15亿hm²）的土地适合用于耕地，其余89%为非宜农土地（其中28%太干旱，23%存在化学问题，22%土层台前，10%太湿，剩余6%为永冻土）。另一方面，现有的15亿hm²耕地中，低产土壤占据了相当一部分的比重，且土地在不断的退化和丧失。随着经济增长，气候变化等原因影响，全球粮食安全问题日渐突出，已引起了社会各界的广泛关注（曾希柏等，2014）。

豫东平原是我国黄淮海平原组成部分之一，这里地势平坦，海拔69~78 m，坡降在1/4000~1/2000之间，地处东南亚季风气候区，是典型的半干旱半湿润区，四季差异明显，春季干旱大风，夏季炎热多雨，秋季晴和温暖，冬季寒冷干燥。年降雨量630 mm，年内及年际分布差异大，夏季降雨量占全年的60%，降雨的丰年降雨量是干旱年降雨量的3倍左右；全年的平均风速约为3.2m/s，最大风速可达18m/s，夏季多为南风，冬季为东北风，春夏之交，常有干旱的西南风；年平均气温14℃，全年日照时数在2240h以上，年太阳辐射量约为480KJ/cm²，其中6月最高，约为54.1 KJ/cm²，12月最低，约为25.2 KJ/cm²。全年无霜期220d左右。豫东平原包括了商丘、周口、开封及驻马店四市，是黄淮海平原典型农业代表区域，也是河南省主要农业生产基地（武继承等，2001）。根据全国第二次土壤普查结果并结合《河南土壤》及土壤类型分布图，豫东平原黄泛区土壤类型包含潮土、风沙土、碱土、砂姜黑土、粗骨土、水稻土、红粘土、石质土、褐土、新积土、盐土等11类，灌淤潮土、草甸风沙土、褐土性土、草甸碱土、石灰性砂姜黑土等20个土壤亚类。其中潮土、风沙土及褐土三种土类占到了研究区总面积的97.34%。风沙土约占该区土壤总面积的17.89%，其主要是黄河冲积物在风力搬运和堆积作用下形成的沙丘、砂垄和沙岗上发育形成的土壤，土壤性状差，坡面发育微弱。主要分布在豫东平原黄河故道两侧及现代黄河河漫滩的高滩区，并形成了5个集中的风沙土带：漳卫泛道风沙土带、汴水泛道风沙土带、涡河泛道风沙土带、颍水泛道风沙土带和黄河河漫滩风沙土带。试验地处在汴河泛道风沙土带，是黄河向东注入黄海的河道，具有距离短、坡道陡、河道顺等特点。研究区兰考县土壤为黄河冲击后形成的风沙土。

自1938年花园口决堤之后，黄河泛水冲至河南，安徽，江苏三省，形成长400 km，宽30~80 km的黄泛区域，涉及44个县市，在花园口决堤至1947年黄河回归故道的九年时间里，大约数百亿吨黄河泥沙滞留在黄泛地区，厚度在3~5米不等，最厚的地方达8米。黄泛时，因水流的流速不同，沉积物也有很大差异。黄河水冲刷有着“紧搭沙，慢搭淤”的特点，当黄河水流过时，流速快的带着大量沙土，流速缓和的，搭成大量壤土和黏土，流速较慢的则为沙壤土。在近股状洪流地带以砂土为主，随着离股状洪流距离的增加，沉积物逐渐变为粉砂土，最后为黏土，但由于股状洪流的多次变动，这种带状沉积规律与实际发生过程的结果不一致，常常会出现片状砂、黏的复杂分布情况。黄泛区被淤积的土地形成为新沙地，沙土土质结构疏松、透气性强，但养分含量低下、土壤贫瘠且保水保肥能力差，而没有被淤积的土地形成了易涝低洼区，排水差导致盐碱状况严重，破坏了农作物的生理功能和土壤结构。近年来，随着工农业的不断发展，大量开采地下水，导致了地下水水位逐年下降，严重影响了农业生产，农作物产量低而不稳，对人民日常生活和地区粮食安全造成了严重威胁。

从现有的研究可以总结出豫东平原黄泛区风沙型中低产田土壤存在的5大农业相关土壤特性：

1. 土壤有机质贫乏

有机质是衡量土壤肥力的主要标志之一。风沙化土壤中有机质含量是豫东平原不同土壤类型中含量最低的土类，一般含量低于5g/kg，仅只有个别分布地势低，受洪积影响的沙壤土和长期封育的固定沙丘含量稍高。风沙化土地有机质含量低的主要原因是土壤生物少，生物作用弱，土壤中大部分有机物质受风蚀、矿化影响强，因而风沙化中低产田是该区地力最贫乏的土地。