苑森朋, 張振師, 黨廷輝, 楊延哲, 袁 方, 卜崇峰

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 陜西 楊凌 712100; 2.中國電建集團(tuán) 西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司, 西安 710065;3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 4.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100)

我國光照豐富，光伏發(fā)電作為一種可再生、無污染的綠色能源在我國得到了快速發(fā)展[1]。但在西北風(fēng)沙區(qū)，光伏電站建設(shè)過程中會(huì)擾動(dòng)地表、破壞植被，使其原有的生態(tài)功能消失殆盡，從而引發(fā)嚴(yán)重的風(fēng)蝕，對光伏電站的運(yùn)營維護(hù)造成很大威脅。因此，光伏電站建成后，植被的恢復(fù)重建以及其生態(tài)功能的發(fā)揮，成為一個(gè)亟待解決的問題。

西北風(fēng)沙區(qū)干旱少雨，植被生長發(fā)育困難。光伏電站受光伏電板的遮擋作用，光伏電板下和項(xiàng)目區(qū)外圍在土壤含水量、光照和溫度等方面差異顯著，形成了不同的小氣候類型，對植被的生長發(fā)育產(chǎn)生深刻影響[2-3]。植物措施作為一種經(jīng)濟(jì)有效的防治土壤風(fēng)蝕手段，能有效地保護(hù)地表免受土壤風(fēng)蝕的影響[4-5]。但目前，針對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目生態(tài)修復(fù)的研究多集中在水蝕的防治[6-8]，有關(guān)生態(tài)恢復(fù)對光伏電站項(xiàng)目風(fēng)蝕防治的研究還鮮有報(bào)道[9-10]。

本文選擇毛烏素沙地典型光伏電站為研究對象，通過對項(xiàng)目區(qū)外圍及光伏電板下景天三七、狼尾草及自然恢復(fù)植被3種人工植物措施的植被生長狀況、土壤含水率及土壤蝕積深度指標(biāo)的觀測，分析在光伏電站不同區(qū)位3種植物措施的生長發(fā)育狀況及其生態(tài)功能，為光伏電站施工跡地的生態(tài)恢復(fù)和風(fēng)蝕防治提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1　材料與方法

1.1　研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省神木縣大保當(dāng)鎮(zhèn)西北部10 km的光伏電站，地理坐標(biāo)為北緯38°38′，東經(jīng)110°18′，地處我國毛烏素沙地邊緣，屬神木縣風(fēng)沙草灘區(qū)，海拔1 224 m。該區(qū)屬于典型的半干旱區(qū)，年平均氣溫8.9℃，年平均降雨量437.9 mm，年日照時(shí)數(shù)為2 782.5 h，全年盛行西北風(fēng)，年均風(fēng)速2.2 m/s，年最大凍土深度為100 cm，主要土壤為風(fēng)沙土和黃綿土。主要植被有沙蒿(Artemisiadesertorum)、沙柳(Salixcheilophila)、白草(Pennisetumcentrasiaticum)，還零星分布著沙竹(Phyllostachyspropinqua)、狗尾草(Setariaviridis(L.)Beauv.)、花棒(Hedysarumscoparium)、踏榔(Hedysarumfruticosum)及一些生物結(jié)皮。

1.2　人工栽植植被簡介

(1) 景天三七(SedumaizoonL.)為景天科景天屬多年生草本，植株高30～80 cm。莖直立，不分枝，單生或數(shù)莖叢生。喜陽，稍耐蔭，耐寒耐旱，耐鹽堿，生命力很強(qiáng)。適合裸露地、保護(hù)地栽培，以選擇排水良好的沙質(zhì)肥沃中性土壤最佳，一般土壤也能生長良好。可采用扦插和分株兩種播種方法，采用扦插播種時(shí)，定植密度為行距25 cm，穴距15 cm，每穴2～3株。一次定植，可連續(xù)收獲20 a新鮮莖葉。

(2) 狼尾草[Pennisetumalopecuroides(L.)Spreng.]屬多年生草本植物，桿直立，叢生，株高30～120 cm。喜光照充足的生長環(huán)境，耐旱、耐濕，亦能耐半蔭，且抗寒性強(qiáng)，抗倒伏，無病蟲害發(fā)生，適合溫暖、濕潤的氣候條件[11]。春季栽植，用老熟莖稈或分株苗按行距60 cm，株距30～40 cm定植，生育日數(shù)130 d。

1.3　試驗(yàn)小區(qū)布設(shè)

試驗(yàn)共分為6個(gè)小區(qū)，分別為光伏電站項(xiàng)目區(qū)外圍和光伏電板下的景天三七種植區(qū)、狼尾草種植區(qū)和自然植被恢復(fù)區(qū)(圖1—2)，項(xiàng)目區(qū)外圍3個(gè)小區(qū)的大小為17 m×14 m，光伏電板下為18 m×3 m。

試驗(yàn)布設(shè)共分為平整土地、布設(shè)沙障、栽植植被和養(yǎng)護(hù)4個(gè)階段。平整土地在2014年8月上旬進(jìn)行，主要工作是去除各試驗(yàn)小區(qū)的地表植被，使土地恢復(fù)到裸沙狀態(tài)。8月中旬布設(shè)1 m×1 m的麥草方格沙障，為植物生長提供初期的保護(hù)，其中項(xiàng)目區(qū)外圍布設(shè)方向與主風(fēng)向(西北)垂直，光伏電板下為東西、南北走向。8月底栽植植被，景天三七采用移栽的栽植方式，密度為16株/m2，排列方式為行列式；狼尾草以1.5×10-3kg/m2的密度進(jìn)行撒播，由于秋季生長時(shí)間較短，長勢欠佳，2015年4月初通過移栽對其進(jìn)行了補(bǔ)植，排列方式為隨機(jī)排列；自然植被恢復(fù)區(qū)只布設(shè)麥草方格沙障，封閉管理，禁止人為擾動(dòng)，觀測自然植被的恢復(fù)情況。植被栽植后立即進(jìn)行灌水養(yǎng)護(hù)，灌水量以保證植被根系層土壤濕潤為準(zhǔn)，之后每3 d灌1次，共灌水4次。

圖1　項(xiàng)目區(qū)外圍布設(shè)

1.4　觀測指標(biāo)與方法

1.4.1植被生長狀況從植被發(fā)芽返青開始，定期對不同小區(qū)的植被生長狀況做調(diào)查，測量指標(biāo)包括植被高度、密度和蓋度。其中植被高度采用直尺測量，密度采用1 m2樣方法，蓋度采用相機(jī)從1.5 m高度垂直拍攝各小區(qū)照片，在auto CAD 2007中測算各部分面積從而求出植被蓋度，每個(gè)小區(qū)均做5次重復(fù)，測取了2015年5月1日、5月20日及6月10日3次植被生長狀況數(shù)據(jù)。

圖2　光伏電板下布設(shè)

1.4.2土壤含水率采用五點(diǎn)取樣法，取每個(gè)小區(qū)地表10 cm深的土樣裝入鋁盒，用烘干法測其土壤含水率，測取了2015年3月23日、6月5日及10月19日3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.4.3土壤蝕積深度土壤蝕積深度指一段時(shí)間內(nèi)土壤因侵蝕造成的表面高度變化值(mm)。

土壤蝕積深度的測量采用測釬法：按1 m×1 m的間隔布設(shè)測釬(鋼板尺，長600 mm,)，地下埋深400 mm，地上外露200 mm，項(xiàng)目區(qū)外圍每組布設(shè)6根測釬，光伏電板下每組布設(shè)3根測釬，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)做3組重復(fù)，均勻分布在各試驗(yàn)小區(qū)。定期觀測、記錄每一根測釬距地面的高度，以測釬原始高與每次觀測高的差值表示觀測期間的土壤蝕積深度，“+”代表發(fā)生堆積，土壤表面高度升高；“-”代表發(fā)生侵蝕，土壤表面高度降低，取平均值表示各小區(qū)的平均蝕積深度[12-13]。分別在2014年10月13日、2015年3月21日、2015年4月11日、2015年5月20日、2015年7月2日、2015年9月6日、2015年10月13日讀取了各個(gè)小區(qū)測釬值。

式中：月土壤蝕積深度為按30 d計(jì)算的當(dāng)月土壤深度蝕積(mm)；土壤蝕積深度為測量時(shí)間間隔內(nèi)土壤深度變化(mm)；測量時(shí)間間隔為從開始測量到結(jié)束所用的時(shí)間(d)。

1.5　數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Excel 2014，auto CAD 2007及SPSS 19.0軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理及繪圖。

2　結(jié)果與分析

2.1　植被生長狀況對比

毛烏素沙地春季氣溫回暖較晚，2015年3月份鮮有植被返青。項(xiàng)目區(qū)不同植被的返青時(shí)間略有差異：3月29日，項(xiàng)目區(qū)外圍景天三七發(fā)芽生長；4月5日，項(xiàng)目區(qū)外圍狼尾草發(fā)芽生長；4月12日，光伏電板下景天三七及狼尾草發(fā)芽生長。說明項(xiàng)目區(qū)外圍植被返青開始時(shí)間略早于光伏電板下，可能是由于光伏電板下受到遮擋，陽光不能直射，溫度較低，植被返青時(shí)間推遲。

項(xiàng)目區(qū)外圍和光伏電板下不同植被的生長狀況差異明顯(表1)。6月10日項(xiàng)目區(qū)外圍景天三七種植區(qū)的高度和總蓋度分別比光伏電板下高5.7 cm，5.2%，項(xiàng)目區(qū)外圍狼尾草種植區(qū)的高度、總蓋度和密度分別比光伏電板下低7 cm，0.4%，2.6株/m2，項(xiàng)目區(qū)外圍各個(gè)小區(qū)均有自然植被生長，而光伏電板下基本無自然植被生長。說明景天三七更適合在項(xiàng)目區(qū)外圍生長，狼尾草更適合在光伏電板下生長，光伏電板下的缺水遮蔭環(huán)境不利于自然植被恢復(fù)?？赡苁怯捎谥参锷L地段的小地形(海拔、坡度、坡向)對其生長影響明顯[14]，太陽能光伏電板的存在造成了光伏電站各個(gè)區(qū)位光照、溫度、降水、風(fēng)速及侵蝕等方面的顯著差異：項(xiàng)目區(qū)外圍受太陽能板的影響最小，氣候類型與周圍自然環(huán)境相差不大；光伏電板下由于太陽能板的遮陰擋雨，改變風(fēng)場的作用，形成了陰暗、缺水，蒸發(fā)少的小氣候類型。

表1　植被生長狀況調(diào)查

2.2　土壤含水率變化對比

不同植被生長時(shí)期項(xiàng)目區(qū)外圍和光伏電板下土壤含水率變化各不相同，且項(xiàng)目區(qū)外圍土壤含水率明顯高于光伏電板下(圖3)。項(xiàng)目區(qū)外圍(圖3A)景天三七種植區(qū)、狼尾草種植區(qū)及自然植被恢復(fù)區(qū)在植被生長初期(3月)的土壤含水率分別比光伏電板下(圖3B)高1.22%，1.25%，0.01%，植被生長中期(6月)項(xiàng)目區(qū)外圍3個(gè)小區(qū)的土壤含水率分別比光伏電板下低0.8%，-1.46%，1.33%，植被生長末期(10月)項(xiàng)目區(qū)外圍3個(gè)小區(qū)的土壤含水率分別比光伏電板下高3.98%，3.3%，2.72%。植被生長初期和末期項(xiàng)目區(qū)外圍土壤含水率均高于光伏電板下，而植被生長中期除了狼尾草種植區(qū)外光伏電板下均高于項(xiàng)目區(qū)外圍。這可能是由于3—6月份降水較少，項(xiàng)目區(qū)外圍受植被較快生長與陽光直射的影響，水分消耗較快；6—9月份降水較多，由于太陽能板的遮擋，板下土壤水分難以得到有效補(bǔ)充。

項(xiàng)目區(qū)外圍(圖3A)植被生長中期景天三七種植區(qū)、狼尾草種植區(qū)和自然植被恢復(fù)區(qū)的土壤含水率分別比植被生長初期提高了-0.41%，1.28%，0.94%，植被生長末期比植被生長中期提高了4.03%，1.7%，3.44%；光伏電板下(圖3B)植被生長中期3個(gè)小區(qū)的土壤含水率分別比植被生長初期提高了1.61%，1.07%，2.28%，植被生長末期比植被生長中期降低了0.75%，0.14%，0.61%，說明從3月到10月項(xiàng)目區(qū)外圍土壤含水率一直增大，而光伏電板下先增大后減小。這可能是由于光伏電站的建設(shè)干擾了自然降水的下落過程，造成了降水的再分配：光伏電板的遮擋，導(dǎo)致光伏電板下常年無降水，只能靠周邊及地下土壤水分的滲透補(bǔ)充，項(xiàng)目區(qū)外圍自然降水的分配過程基本不受影響。

注：圖中不同小寫字母表示各處理間差異顯著(p<0.05)。

圖3土壤含水率變化

2.3　月土壤蝕積深度變化

項(xiàng)目區(qū)外圍和光伏電板下各小區(qū)月土壤蝕積深度變化各有差異(圖4)。項(xiàng)目區(qū)外圍的景天三七種植區(qū)、狼尾草種植區(qū)和自然植被恢復(fù)區(qū)的月土壤蝕積深度在植被休眠期(2014年10月—2015年3月)分別為-1.3，-2.4，-2.0 mm，在植被生長期(2015年3月—2015年10月)分別為0.8，-1.1，-1.4 mm。4—5月土壤蝕積變化最快，3個(gè)小區(qū)的月土壤蝕積深度分別為-3.7，-11.8，-12.2 mm。項(xiàng)目區(qū)外圍景天三七的月土壤蝕積深度在3個(gè)小區(qū)中始終是最低的，說明其風(fēng)蝕防治效果最好。

光伏電板下3種植被區(qū)的月土壤蝕積深度，在植被休眠期分別為-0.9，-2.0，-2.0 mm，景天三七最低；植被生長期分別為-1.3，-1.0，-1.8 mm，狼尾草最低；其中3—6月，土壤蝕積變化較快，3個(gè)小區(qū)月土壤蝕積深度分別為-4.0，-1.3，-4.6 mm，說明在光伏電板下植被休眠期景天三七的風(fēng)蝕防治效果最好，植被生長期狼尾草的風(fēng)蝕防治效果最好。

光伏電板下風(fēng)蝕最嚴(yán)重的月份為3—6月份，而項(xiàng)目區(qū)外圍為4—5月份，可能與項(xiàng)目區(qū)外圍土壤含水率較高有關(guān)。光伏電板下景天三七和狼尾草在休眠期與生長期的風(fēng)蝕防治效果存在明顯差別，植被休眠期景天三七的風(fēng)蝕防治效果優(yōu)于狼尾草，可能與狼尾草栽植后生長期較短，在冬季生物量較低有關(guān)；而植被生長期狼尾草的風(fēng)蝕防治效果優(yōu)于景天三七，可能與狼尾草的須根系對沙粒的固結(jié)作用好于景天三七的直根系有關(guān)。

2.4　年土壤蝕積深度對比

項(xiàng)目區(qū)外圍及光伏電板下各小區(qū)的年土壤蝕積深度各不相同(圖5)。項(xiàng)目區(qū)外圍景天三七種植區(qū)的年土壤蝕積深度最小，為-1.4 mm，狼尾草種植區(qū)和自然植被恢復(fù)區(qū)為-20.5，-20.3 mm，分別為景天三七種植區(qū)的14.6，14.5倍，與景天三七種植區(qū)差異顯著(p<0.05)；光伏電板下景天三七種植區(qū)、狼尾草種植區(qū)和自然植被恢復(fù)區(qū)的年土壤蝕積深度分別為-13.8，-17.8，-22.8 mm，差異不顯著(p>0.05)。上述結(jié)果表明，項(xiàng)目區(qū)外圍和光伏電板下景天三七的風(fēng)蝕防治效果均最好，且在項(xiàng)目區(qū)外圍更加顯著。

圖4　土壤積蝕深度變化

注：不同小寫字母表示各處理間差異顯著(p<0.05)。

圖5年土壤蝕積深度

3　結(jié) 論

(1) 項(xiàng)目區(qū)外圍植被返青時(shí)間略早于光伏電板下，景天三七更適合在項(xiàng)目區(qū)外圍生長，狼尾草更適合在光伏電板下生長，光伏電板下的缺水遮陰環(huán)境不利于自然植被恢復(fù)。

(2) 植被生長初期(3月)和末期(10月)項(xiàng)目區(qū)外圍土壤含水率均高于光伏電板下，而植被生長中期(6月)除了狼尾草種植區(qū)外光伏電板下均高于項(xiàng)目區(qū)外圍。從3月到10月項(xiàng)目區(qū)外圍土壤含水率一直增大，而光伏電板下先增大后減小。

(3) 項(xiàng)目區(qū)外圍景天三七全年的風(fēng)蝕防治效果均最好，光伏電板下植被休眠期景天三七的風(fēng)蝕防治效果最好，植被生長期狼尾草的風(fēng)蝕防治效果最好。

（七）資產(chǎn)負(fù)債率。8月末，國有企業(yè)資產(chǎn)負(fù)債率64.9%，降低0.5個(gè)百分點(diǎn)。中央企業(yè)67.8%，降低0.4個(gè)百分點(diǎn)。地方國有企業(yè)62.5%，降低0.5個(gè)百分點(diǎn)。

(4) 項(xiàng)目區(qū)外圍景天三七種植區(qū)年土壤蝕積深度最低，且與其他兩個(gè)小區(qū)差異顯著(p<0.05)，光伏電板下3個(gè)小區(qū)年土壤蝕積深度差異不顯著(p>0.05)。因此，項(xiàng)目區(qū)外圍應(yīng)栽植景天三七，光伏電板下應(yīng)栽植狼尾草。

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