沙漠地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與生態(tài)治理研究

吳阿龍　鄧友生　董晨輝　陳茁　莊子穎

摘要：土地荒漠化是中國(guó)生態(tài)文明建設(shè)重點(diǎn)關(guān)注問(wèn)題之一，也是國(guó)家脫貧攻堅(jiān)事業(yè)路上一大阻力。為研究碳中和背景下中國(guó)沙漠治理現(xiàn)狀、問(wèn)題和未來(lái)發(fā)展方向，系統(tǒng)闡述了中國(guó)沙漠地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)措施，包括工程建設(shè)、沙產(chǎn)業(yè)發(fā)展和沙漠綠化。介紹了當(dāng)前中國(guó)主要的三種治沙方法即工程治沙、化學(xué)治沙和生物治沙。分析歸納中國(guó)各時(shí)期治沙政策內(nèi)容及變化，最后指出中國(guó)沙漠治理存在問(wèn)題，并給出建議，探討了沙漠治理研究的未來(lái)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：沙漠治理；經(jīng)濟(jì)建設(shè)；治沙方法；存在問(wèn)題

中圖分類(lèi)號(hào)：X171.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

中國(guó)沙漠資源豐富，沙漠面積達(dá)6.88×105km，主要分布在西北地區(qū)和北部地區(qū)，有塔克拉瑪干沙漠、古爾班通古特沙漠（準(zhǔn)噶爾盆地沙漠）、巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠、庫(kù)木塔格沙漠、柴達(dá)木盆地沙漠、庫(kù)布齊沙漠、烏蘭布和沙漠八大沙漠。沙漠地區(qū)干旱，自然環(huán)境惡劣，風(fēng)沙災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)厝嗣裆詈徒?jīng)濟(jì)的發(fā)展，是造成中國(guó)西北地區(qū)人口流失和南北經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡的重要原因之一。沙漠地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)脆弱，且經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，但具有豐富的資源和能源，是重要的能源基地，越來(lái)越多的國(guó)家認(rèn)識(shí)到沙漠的重要戰(zhàn)略地位，世界各國(guó)也在積極開(kāi)展相關(guān)項(xiàng)目，來(lái)利用好沙漠資源。當(dāng)前，氣候變化是人類(lèi)面臨重要問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)碳中和是應(yīng)對(duì)氣候變化的重要舉措，而利用好沙漠資源，發(fā)展清潔能源，改善中國(guó)能源結(jié)構(gòu)，僅僅發(fā)展風(fēng)電和光伏發(fā)電是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，技術(shù)的應(yīng)用也是有條件的，沙漠環(huán)境的治理也是極其重要的一環(huán)，堅(jiān)持踐行“青山綠水就是金山銀山”這一理論，實(shí)現(xiàn)沙漠變綠洲是重中之重。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，中國(guó)在治沙方面也已取得一定成果，治沙理念也發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變，從被動(dòng)防護(hù)到主動(dòng)治理和開(kāi)發(fā)，治沙方法日新月異，評(píng)估各種治理方法成效和影響，開(kāi)展沙漠生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)查就顯得尤為必要。

1 沙漠經(jīng)濟(jì)建設(shè)

1.1 工程建設(shè)

隨著“西部大開(kāi)發(fā)”和“一帶一路”建設(shè)的不斷推進(jìn)，越來(lái)越多的鐵路、公路、能源基地和石油管道等工程在沙漠地區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)，相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)越來(lái)越成熟，例如寶蘭鐵路、京新高速公路、格庫(kù)鐵路、和若鐵路等。2022年6月16日和若鐵路正式開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，和若鐵路有534千米分布在沙漠地區(qū)，部分區(qū)段為避免線路被風(fēng)沙埋沒(méi)，采用以橋代路，同時(shí)開(kāi)展防沙工程，修建草方格5000萬(wàn)平方米，種植防沙樹(shù)木1300萬(wàn)株，形成一道綠色防沙屏障。和若鐵路的建成使2712公里塔克拉瑪干沙漠鐵路環(huán)線（如圖1所示）成為世界首個(gè)沙漠鐵路環(huán)線，環(huán)線的建成極大推動(dòng)了塔克拉瑪干沙漠地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，徹底打破了南疆地區(qū)的交通瓶頸，不僅降低了貨物運(yùn)輸成本，讓當(dāng)?shù)氐拿藁?、礦產(chǎn)、紅棗等特產(chǎn)走出南疆，也讓疆外的商品走進(jìn)了南疆，帶動(dòng)了當(dāng)?shù)氐穆糜螛I(yè)發(fā)展，縮小南北經(jīng)濟(jì)差距，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)大循環(huán)。而這些工程建設(shè)都離不開(kāi)防沙工程的開(kāi)展，先進(jìn)的治沙手段是沙漠工程建設(shè)的前提。

1.2 沙漠產(chǎn)業(yè)

1984年錢(qián)學(xué)森先生就提出了“多采光，少用水，新技術(shù)，高效益”讓沙漠變成沃土的沙產(chǎn)業(yè)設(shè)想。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，沙產(chǎn)業(yè)理論主要包括三種觀點(diǎn)：以沙漠化防治為主要內(nèi)容的生態(tài)理論；以農(nóng)業(yè)工業(yè)化為主要內(nèi)核的沙產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)理論；以沙漠和沙漠化地區(qū)資源高效利用為主要內(nèi)容的技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)傳播理論。沙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向主要包括沙漠特色農(nóng)牧、沙漠醫(yī)藥、沙漠旅游和沙漠特色資源經(jīng)濟(jì)等，例如梭梭肉蓯蓉產(chǎn)業(yè)、風(fēng)電光電產(chǎn)業(yè)、鳴沙山景區(qū)、沙棗基地建設(shè)等，其中沙漠地區(qū)清潔能源的開(kāi)發(fā)利用備受關(guān)注，尤其將林業(yè)、農(nóng)業(yè)、旅游與光伏產(chǎn)業(yè)結(jié)合的“光伏+”產(chǎn)業(yè)，中國(guó)在2021年10月12日《生物多樣性公約》第十五次締約方大會(huì)領(lǐng)導(dǎo)人峰會(huì)上也提出要大力發(fā)展清潔能源，在沙漠地區(qū)加快建設(shè)大型風(fēng)電光伏發(fā)電項(xiàng)目?！吨袊?guó)“碳中和”框架路線圖研究》報(bào)告特別指出，西部干旱地區(qū)的風(fēng)、光資源，是中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和最大的底氣，近年來(lái)中國(guó)也建設(shè)了不少清潔能源設(shè)施，例如青海塔拉灘太陽(yáng)能發(fā)電基地（如圖2所示）、達(dá)拉特光伏發(fā)電基地等。2022年中國(guó)風(fēng)電、光伏發(fā)電量突破1萬(wàn)億千瓦時(shí)，達(dá)到1.19萬(wàn)億千瓦時(shí)，較2021年增加2073億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)21%，占全社會(huì)用電量的13.8%，同比提高2個(gè)百分點(diǎn)，接近全國(guó)城鄉(xiāng)居民生活用電量，沙漠地區(qū)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮蟆鹘y(tǒng)沙漠治理以政府為主導(dǎo)，林場(chǎng)和國(guó)有單位為主體，民眾參與度、社會(huì)關(guān)注度低，投資大，見(jiàn)效低，沙產(chǎn)業(yè)則讓更多民間單位及個(gè)人參與進(jìn)來(lái)，不僅帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益，還推動(dòng)了沙漠治理與修復(fù)，具有良好的社會(huì)和生態(tài)效益。

1.3 沙地綠化

推動(dòng)沙漠經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，沙地綠化是關(guān)鍵。自建國(guó)以來(lái)，中國(guó)政府就高度重視沙漠治理，經(jīng)過(guò)一代代人的努力，已經(jīng)取得了豐碩的治沙成果，涌現(xiàn)出了一批又一批治沙英雄，出現(xiàn)了罕塞壩林場(chǎng)、八步沙林場(chǎng)、庫(kù)布齊沙漠、毛烏素沙漠綠化工程等治沙典型和殷玉珍、牛玉琴、石述柱等治沙模范人物。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，植樹(shù)造林也出現(xiàn)新模式，例如2016年“螞蟻森林”的出現(xiàn)，6億人參與到植樹(shù)造林中來(lái)，截止2021年8月，已種植3.2億株苗木，種植總面積超過(guò)2.64×105hm2。2019年美國(guó)國(guó)家航空航天局發(fā)布的一項(xiàng)地球生態(tài)環(huán)境觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示自2000年到2017年的全球新增綠化面積中，有超過(guò)25%是來(lái)自中國(guó)。2022年全國(guó)完成造林383萬(wàn)公頃，種草改良321.4萬(wàn)公頃，治理沙化石漠化土地184.73萬(wàn)公頃。沙地綠化改善了當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境，通過(guò)種植經(jīng)濟(jì)作物，修建鐵路、公路，不僅解決了就業(yè)問(wèn)題和增加當(dāng)?shù)厝嗣袷杖?，讓貧瘠的土地不再貧瘠，還推動(dòng)了沙漠地區(qū)產(chǎn)業(yè)多元化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)沙漠地區(qū)可持續(xù)發(fā)展，為中國(guó)脫貧事業(yè)注入新力量。

2 治沙方式

2.1 工程治沙

通過(guò)在流沙上設(shè)置沙障或防沙結(jié)構(gòu)，阻擋風(fēng)帶動(dòng)流沙和地面積蝕，保護(hù)公路、鐵路、建筑等免受風(fēng)沙侵蝕。工程治沙受現(xiàn)場(chǎng)條件制約較少，取材便利，成本低，適用范圍廣，見(jiàn)效快，往往作為植物固沙先導(dǎo)措施。常用的治沙措施有沙面覆蓋、方格沙障（如圖3所示）、阻沙柵欄、輸沙結(jié)構(gòu)和導(dǎo)沙結(jié)構(gòu)。沙面覆蓋選用當(dāng)?shù)匾兹〉乃槭宛ね恋雀采w沙面，阻擋風(fēng)侵蝕地表，帶起流沙。方格沙障利用麥草、塊土、黏土等在沙面設(shè)置方格，增加地面粗糙度，降低地面表面風(fēng)速，抑制風(fēng)沙流動(dòng)。阻沙柵欄通過(guò)攔截風(fēng)沙流動(dòng)，將砂礫攔截在柵欄附近堆積，防止路面被沙埋沒(méi)，阻沙欄柵材料囚地制宜采用蘆葦、竹片等。輸沙結(jié)構(gòu)主要通過(guò)降低地表粗糙度，加強(qiáng)局部位置風(fēng)速，使風(fēng)沙通過(guò)被保護(hù)區(qū)域時(shí)不產(chǎn)生堆積，例如公路治沙效果較好的導(dǎo)風(fēng)柵板，通過(guò)對(duì)氣流進(jìn)行壓流，增加導(dǎo)風(fēng)貼地表流速。導(dǎo)沙結(jié)構(gòu)通過(guò)改變氣流運(yùn)動(dòng)方向，引導(dǎo)風(fēng)沙向被保護(hù)區(qū)域旁側(cè)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到治沙目的，該法要求風(fēng)向單一或擺動(dòng)較小，同時(shí)要求周邊有儲(chǔ)沙的溝谷、洼地等，受風(fēng)向和地形地貌條件限制。各種治沙措施都有其限制條件，應(yīng)根據(jù)沙害特點(diǎn)和地形地貌等自然條件綜合應(yīng)用。

2.2 化學(xué)治沙

化學(xué)治沙是通過(guò)在沙面噴施化學(xué)黏合劑形成固結(jié)層，不僅可以限制沙粒運(yùn)動(dòng)，還能保持沙地水分，以達(dá)到固沙目的。常用化學(xué)固沙材料分為無(wú)機(jī)混合材料、有機(jī)材料和有機(jī)一無(wú)機(jī)材料，如乳化瀝青、高分子聚合物等。近年來(lái)化學(xué)固沙材料不斷創(chuàng)新，從一開(kāi)始的固沙到現(xiàn)在不單單固沙還要保濕、抗風(fēng)蝕、無(wú)污染。木質(zhì)素類(lèi)固沙材料有機(jī)質(zhì)和含氮量高，不僅能夠在地表形成圈結(jié)層，還對(duì)植物生長(zhǎng)有益。高分子類(lèi)固沙材料不僅能增強(qiáng)沙粒之間的膠結(jié)力，有些材料還具有很強(qiáng)的吸水性，能夠膠結(jié)周?chē)缮⑼馏w和礦物，具有很好的保濕效果。雖然創(chuàng)新性固沙材料很多，但其本身缺陷和應(yīng)用局限性也很突出，例如高分子聚合物制備工藝受限，容易受光熱影響發(fā)生老化，有些還有毒性，木質(zhì)素類(lèi)材料容易降解，時(shí)效性較差，有些材料成本較高，不能廣泛推廣。

2.3 生物治沙

當(dāng)前生物治沙主要有三種方式：植物固沙；生物土壤結(jié)皮固沙技術(shù)；生態(tài)墊。植物固沙在沙地上種植適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂驐l件的植物，改善沙的理化性質(zhì)，促進(jìn)土壤的形成，優(yōu)化小氣候環(huán)境，豐富當(dāng)?shù)厣锒鄻有?，是目前最常用的治沙方法之一。其中喬灌草混合型植被治沙效果較好，植被高度錯(cuò)落有序，對(duì)風(fēng)速削減作用明顯，固沙防風(fēng)效果好。生物土壤結(jié)皮是由藍(lán)藻、地衣、蘚類(lèi)等隱花植物及土壤中的異養(yǎng)微生物和相關(guān)的其他生物體與土壤表層顆粒等非生物體膠結(jié)形成的十分復(fù)雜的復(fù)合體，能夠促進(jìn)沙面表層營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)富集，改善土地理化性質(zhì)，加快沙化土地的恢復(fù)，通過(guò)人工培育大大降低了其形成周期，讓這一技術(shù)應(yīng)用于沙化治理成為可能，是目前關(guān)注度較高的一種新型治沙方式，如圖4所示古爾班通古特沙漠生物結(jié)皮景觀和不同類(lèi)型的生物結(jié)皮。生態(tài)墊是一種由棕櫚樹(shù)殘?jiān)圃斓囊环N網(wǎng)狀覆蓋物，疏松多孔且易分解，不僅可以增強(qiáng)土體抗剪強(qiáng)度還可以降低雨水侵蝕，實(shí)際工程中也有應(yīng)用，不僅增加了土壤含水量和沙面穩(wěn)定性，還提高了固沙植物的存活率。但除植物固沙外，其他方法還在探索與研發(fā)階段，無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用。三種治沙方式經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能及適用范圍見(jiàn)表1。

3 沙漠治理政策

中國(guó)一直都高度重視沙漠治理，早在1985年就召開(kāi)了全國(guó)治沙會(huì)議，改革開(kāi)放之后陸續(xù)啟動(dòng)了多項(xiàng)保護(hù)、改善和治理生態(tài)環(huán)境，防治沙漠化的一系列生態(tài)工程。中國(guó)沙漠治理政策經(jīng)歷了四個(gè)重要階段：政策起步形成階段（1978年-1999年）、政策全面推進(jìn)階段（2000年-2010年）、政策快速發(fā)展階段（2011年-2015年）及政策提升轉(zhuǎn)變階段（2016年至今），中國(guó)各時(shí)期治沙政策如表2所示。治沙60年以來(lái)中國(guó)治沙政策不斷進(jìn)步，主要原因就是治沙觀念的轉(zhuǎn)變，由被動(dòng)防護(hù)到保護(hù)自然資源，再到合理利用開(kāi)發(fā)沙漠資源。

4 存在問(wèn)題

4.1 沙產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不足

當(dāng)前沙產(chǎn)業(yè)中種植經(jīng)濟(jì)作物種類(lèi)單一，主要是沙柳、沙棘、沙棗等沙漠原生植物。產(chǎn)出低效益低，生態(tài)功能也在逐年降低，不利于沙產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展。同時(shí)，沙漠特色農(nóng)業(yè)企業(yè)普遍規(guī)模較小，市場(chǎng)開(kāi)拓能力有限，產(chǎn)業(yè)輻射范圍小，限制了肉蓯蓉、麻黃等特色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。沙產(chǎn)業(yè)投資規(guī)模大、周期長(zhǎng)且風(fēng)險(xiǎn)高，偏遠(yuǎn)地區(qū)金融機(jī)構(gòu)貸款金額有限，而治沙專(zhuān)項(xiàng)貼息貸款周期短、利率高，很難滿足沙產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。沙漠地區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)和生態(tài)建設(shè)并未遵循自然發(fā)展規(guī)律，存在大面積開(kāi)挖植樹(shù)，肆意抽取地下水，工程建設(shè)破壞已有植被。在今后的沙產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，要加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)適合旱地生長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)作物，同時(shí)要加強(qiáng)政策扶持力度，沙產(chǎn)業(yè)本身具有公益性，不能按簡(jiǎn)單的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律來(lái)衡量，政府要出臺(tái)一系列專(zhuān)項(xiàng)的減稅、長(zhǎng)期的大額的貸款優(yōu)惠政策，同時(shí)要協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的關(guān)系，保障沙產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展，科學(xué)指導(dǎo)沙漠經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

4.2 治沙方法的局限性

治沙方式很多，應(yīng)用也很廣泛，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，取得了豐碩的成果，例如包蘭鐵路自開(kāi)通60多年來(lái)從未被風(fēng)沙阻斷，這歸功于中國(guó)創(chuàng)新性提出的“五位一體”鐵路防風(fēng)固沙體系，將固沙防火帶、灌溉造林帶、早方格植物帶、前沿組沙袋和封沙育草帶有效組合，才實(shí)現(xiàn)了“人進(jìn)沙退”的偉大成就。但當(dāng)前的治沙手段應(yīng)用條件也有限制，對(duì)自然環(huán)境條件有要求，例如地下水資源，在西北、內(nèi)蒙等地早期種植的林帶、草場(chǎng)不斷衰退，其主要原因就是大面積綠植的生長(zhǎng)吸收大量水分，地下水位連年下降，隨著樹(shù)齡增長(zhǎng)，土壤水分無(wú)法滿足生長(zhǎng)需求，導(dǎo)致草場(chǎng)林場(chǎng)大面積退化甚至死亡。在沙漠治理眾多方法中，植物固沙耗時(shí)長(zhǎng)，投資大，化學(xué)固沙材料難降解造成污染，環(huán)保材料無(wú)法大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用，生物土壤結(jié)皮固沙技術(shù)僅作用在沙地表面，而且技術(shù)還不夠成熟，各種治沙方法都有局限性。

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)多年治理，中國(guó)沙漠治理也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，主要是因?yàn)槊つ孔非笾脖桓采w，忽視了自然規(guī)律和自然條件，在今后沙漠綠化時(shí)要充分考慮大面積種植固沙植物可行性和后續(xù)植被維護(hù)問(wèn)題，科學(xué)治理沙漠和發(fā)展沙漠經(jīng)濟(jì)。沙漠治理關(guān)鍵在于水資源，開(kāi)展沙漠地區(qū)節(jié)水、儲(chǔ)水技術(shù)研究才是根本，由于各種治沙方法都有其局限性，探索綠色長(zhǎng)期綜合防沙治沙體系很有必要。當(dāng)前治沙方式主要應(yīng)用在地勢(shì)相對(duì)平坦地區(qū)，而中國(guó)沙漠地區(qū)沙山眾多，由于沙山高度在百米以上，山頂風(fēng)速大，情況復(fù)雜，當(dāng)前治沙手段非常有限，針對(duì)高大沙山的治理當(dāng)前仍缺乏有效方法，未來(lái)沙漠治理中開(kāi)展相關(guān)研究具有重大意義。

美國(guó)新計(jì)算模型可捕捉化學(xué)反應(yīng)過(guò)渡態(tài)

美國(guó)麻省理工學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，可以更快的計(jì)算化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的過(guò)渡態(tài)，幫助化學(xué)家設(shè)計(jì)新的化學(xué)反應(yīng)和催化劑。

新計(jì)算方法使用“擴(kuò)散模型”來(lái)表示兩種相對(duì)于彼此任意方向的反應(yīng)物，該模型可以了解哪種類(lèi)型的過(guò)程最有可能產(chǎn)生特定的結(jié)果?？蒲腥藛T在大約1，000個(gè)以前從未見(jiàn)過(guò)的反應(yīng)上測(cè)試了模型。結(jié)果表明，與使用量子技術(shù)生成的過(guò)渡態(tài)結(jié)構(gòu)相比，這些解決方案的精確度在0.08埃以?xún)?nèi)，每個(gè)反應(yīng)的計(jì)算過(guò)程只需幾秒鐘。

盡管科研人員主要針對(duì)涉及原子數(shù)量相對(duì)較少（整個(gè)系統(tǒng)最多23個(gè)原子）的化合物反應(yīng)來(lái)訓(xùn)練模型，但他們發(fā)現(xiàn)它也可以對(duì)涉及較大分子的反應(yīng)做出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)?？蒲腥藛T計(jì)劃擴(kuò)展模型，納入催化劑等成分，研究特定催化劑能在多大程度上加速反應(yīng)。

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