多源固废协同利用沙地生态治理的可行性探讨

摘要：沙地具有流动性大、有机质浓度低、保水性能差等特点，亟需生态治理，固废具有养分含量高及良好的植物可利用性等特点，可为沙地提供外源养分。基于几种固废的物质特征以及前人的研究成果，分析了将多源固废协同利用应用于沙地生态治理的可行性。分析认为多源固废协同利用可以改善土壤理化性质，促进植物生长，降低生态修复成本，并且随着污染物无害化处理技术的提高，可以使固废达到利用标准。因此，多源固废协同利用在沙地生态治理方面具有技术上、经济上和理论上的可行性。

　　大宗固体废弃物是指国民经济生产生活过程中产生及废弃的年产生量在1亿t以上固态废弃物，若不加以处理势必造成二次污染［1］。

　　1960年代以来，我国北方地区草原和绿洲出现大面积的退化和沙化，并引起沙暴频发等一系列生态环境问题［2］，对我国北方生态安全和社会经济可持续发展构成严重威胁，沙地土壤改良和植被恢复十分迫切。

　　在沙地生态治理过程中，改良沙地土壤发挥着至关重要的作用，已有研究表明工业、农业的废弃物可以作为外源养分添加到土壤里，能够起到改良土壤的作用。笔者根据前人研究结果对目前国民生产生活中普遍存在的几种大宗固废(煤矸石、城市污泥、秸秆、畜禽粪肥)在生态治理方面的研究进行总结分析，对多源固废用于沙地生态修复的必要性和可行性进行探讨。

　　1  多源固废的来源及其物质特性

　　1.1多源固废的来源

　　随着人民生活水平的提高和城镇化的快速发展，固体废物产生量呈逐年增加态势。其中煤矸石、城市污泥、秸秆、畜禽粪肥是在国民生产生活中影响范围较广的几种固体废物。

　　(1)煤矸石:主要来源于露天剥离及巷道掘进过程产生的矸石、采煤和煤巷掘进过程中排出的普矸以及煤炭洗选过程产生的矸石［3］;

　　(2)城市污泥:在城市生活和与城市生活活动相关的城市市政设施运行与维护过程中产生的污泥。按来源，可分为污水厂污泥、给水厂污泥、排水管道污泥等;

　　(3)秸秆:农作物籽实收获后的茎干和枯叶;

　　(4)畜禽粪肥:畜禽养殖业中产生的一类固体废物。

　　1.2多源固废的物质特性

　　污泥的主要特性是含水率高，有机物含量高，颗粒较细，比重较小，呈胶状液态;煤矸石是有机质和无机化合物组成的混合物，其化学组成主要为SiO2、C和Al2O3，还含植物生长必需的Mn、Fe、Cu、Zn等微量元素;作物秸秆含有C、N、P、K、Ca、Mg、S等多种营养元素，而且含纤维素、蛋白质等有机物质;畜禽粪肥的主要特性是含有大量有机质，可以增加土壤有机碳。

　　煤矸石、城市污泥、畜禽粪便、秸秆中含有丰富的有机质和N、P、K，其中畜禽粪中有机质含量最为丰富，城市污泥中N、P含量较高，煤矸石中K含量较高(见表1)。另外，城市污泥具有较强的黏性，有利于提高沙地土壤结构稳定性和持水保水能力。

　　2  多源固废在环境生态治理方面的研究现状

　　2.1改善土壤环境，提升土壤肥力

　　煤矸石可以提高土壤中的养分含量。张宇航［4］等人将煤矸石施用于盐碱土，结果表明煤矸石可以降低土壤pH，增加土壤总碳、总氮、总磷、有效磷含量。污泥中含有丰富的有机质和矿质养分(N、P、K)，能快速有效地提高沙地土壤氮、磷浓度［5，6］，改变土壤结构，增强土壤持水能力，提高土壤微生物多样性及土壤酶活性。秸秆还田可以增加土壤有机质，提高土壤固碳能力［7］，稳定风沙土有机碳库［8］，可以显著提高辽西北风沙半干旱地区土壤微生物碳、氮、磷含量［9］。另外，秸秆堆肥还有钝化土壤中重金属的作用。畜禽粪肥可有效提升土壤肥力，改善土壤理化性质，研究普遍认为畜禽粪便的施用可降低土壤pH，增加碱解氮、速效钾和速效磷、有机质，以及碱性磷酸酶和脲酶活性和微生物多样性［10，11］。

　　2.2促进地上植被生长，

　　增加地表植被覆盖度

　　煤矸石可以提供植物生长过程所需营养物质，还有一定的持水能力［12］，盐碱土施用煤矸石可以将紫花苜蓿株高和鲜重分别显著提高34.86%、45.28%［13］。污泥含有丰富的有机质和植物生长发育所需的氮、磷、钾及多种微量元素等营养成分，具有较好的植物可利用性。李艳霞［14］等人研究表明城市污泥堆肥基质能明显提高黑麦草的地上和地下生物量和叶绿素含量;污泥还能促进树木生长，污泥堆肥不同处理与对照相比，树高增加了11%～25%，径粗增加了19%～50%［15］。秸秆覆盖可以改变林地的土壤环境和生态环境，王劲松［16］研究报道，使用秸秆连续覆盖2a苹果树新梢生长量明显高于露地栽培，还可以提高苹果树体内的营养水平和叶绿素含量。施用畜禽粪肥可以有效提高植物光合作用效率［17］，增加产量。研究表明，畜禽粪肥能有效提高草地牧草产量，提高草甸草地的植物群落多样性和生产力［18］。

　　2.3提高土壤蓄水能力，防风固沙

　　高国雄等［19］利用煤矸石搭设沙障固沙不仅起到防风固沙作用而且对沙地土壤有明显的改良作用，使沙地土壤中＜0.1mm的细粒物质较流沙对照地增加90.4%，土壤水分含量提高82%。污泥有机质含量高、密度小，可以降低土壤容重，改善土壤孔隙状况，减少雨水对土壤表层的冲刷，从而减少因径流引起的土壤养分流失［5］。郑娟研究表明秸秆的施用量足以覆盖土壤时，通常可以减少陡坡侵蚀和养分流失，在建立植被方面也优于有机覆盖［20］。内蒙古、青海等地通过近5a的试验证明施用畜禽粪肥在荒漠化治理和土壤改良方面，可节约大量的人力、财力、物力，并能在治理荒漠化的同时较好实现节能减排效果［18］。

　　3  可行性分析

　　(1)煤矸石、污泥、畜禽粪肥、秸秆施入沙土中可改善土壤环境，为植物营造良好的立地环境，促进植物生长。因此，将大宗固废用于沙地生态修复在理论上是可行的;

　　(2)十四五关于大宗固废资源化利用方面明确指出要进一步加大对大宗固废在生态修复领域的利用，并且国家针对大宗固废安全处置有专项资金补贴，以此为基础修复退化沙地，可有效降低修复成本，并产生一定经济效益，在经济上是可行的;

　　(3)尽管大宗固废中含有一些污染物，但随着经济技术的发展，污染物无害化处理技术的提高，结合堆肥、固化/稳定化等技术及相关政策、标准管控使大宗固废达到利用标准，在技术上是可行的。

　　4  结束语

　　改良沙化土壤是沙地生态修复至关重要的手段，根据煤矸石、城市污泥、秸秆、畜禽粪便自身的养分特性及前人的研究结果，可以考虑将其作为良好的外源有机物，改良养分贫瘠的沙化土壤。畜禽粪便和秸秆中有机质含量丰富，可以提高土壤固碳能力，城市污泥具有较强的黏性，有利于提高沙地土壤结构稳定性和持水保水能力，煤矸石则可以增加沙地土壤中细粒物质，改善土壤结构;同时，畜禽粪便与秸秆混合还能降低重金属有效性。因此在理论上可以考虑将煤矸石、城市污泥、秸秆、畜禽粪便协同利用，发挥其养分特性;在技术上首先要考虑无害化处理，保证固废资源化利用的安全性。建议先进行小区试验，并做长期定位监测，对这些大宗固废施入后的5a甚至10a内连续评估其对沙地生态环境的影响。