馬新民,劉 濤,吳永峰,朱文博,趙永虎,苗學(xué)云

（1.銀西鐵路有限公司,寧夏 吳忠 751100；2.西安科技大學(xué),陜西 西安 710054；3.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司,甘肅 蘭州 730000；4.中鐵科學(xué)研究院有限公司,四川 成都 611731）

土地荒漠化是人類面臨的重大生存問題之一。隨著鐵路網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷擴(kuò)大,在荒漠化地區(qū)建設(shè)的鐵路越來越多,因而對(duì)鐵路設(shè)計(jì)施工與運(yùn)營過程中的防沙治沙措施和理念也逐步增強(qiáng)。我國學(xué)者已針對(duì)青藏鐵路、蘭新鐵路等沿線對(duì)防沙方面開展了相關(guān)研究。如謝勝波等[1]、張克存等[2]對(duì)青藏鐵路格拉段的沙害特征及防治措施進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)。葛春庚等[3]、賀國棟[4]針對(duì)蘭新鐵路思甜至了墩段的風(fēng)沙災(zāi)害提出了防沙模式和體系。張德保等采用CFD模擬仿真方法研究了鐵路運(yùn)營期的治沙對(duì)策[5]。韓立鶴對(duì)荒漠化區(qū)鐵路工程為野生動(dòng)物設(shè)置活動(dòng)遷移通道方面提出了新的思路[6]。劉輝等總結(jié)了太中銀鐵路防沙治沙的原則,提出了相應(yīng)的保護(hù)措施[7]。李英以額哈鐵路額濟(jì)納至梧桐水段為例,分析了鐵路建設(shè)對(duì)土地沙漠化的影響[8]。鄧騰飛采用數(shù)值仿真方法對(duì)比研究了風(fēng)沙流對(duì)無砟軌道和有砟軌道的影響[9]。阮波等研究了低溫養(yǎng)護(hù)對(duì)水泥改良風(fēng)積沙無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律,對(duì)鐵路路基基床的設(shè)計(jì)和施工提供了理論指導(dǎo)[10]。李生宇等系統(tǒng)總結(jié)了我國鐵路和鐵路交通在荒漠化地區(qū)的風(fēng)沙危害防治模式[11]。榮文文提出了內(nèi)蒙古大塔-何家塔鐵路荒漠化地區(qū)的綠色環(huán)保防沙體系[12]。高越等針對(duì)鐵路深路塹提出了一套植物防沙與工程防沙合二為一的綜合治沙方法[13]。姚宏樂[14]在敦格鐵路黑山嘴流動(dòng)沙丘區(qū)建立了工程與生物相結(jié)合的風(fēng)沙防治試驗(yàn)示范區(qū)。相對(duì)于防沙治沙工程措施,植物種植是優(yōu)選的措施之一。柳平增等基于大數(shù)據(jù)分析,采用層次分析法、專家打分法等決策方法優(yōu)選出適合于西藏地區(qū)荒漠化治理的植物物種[15]。茍小林等對(duì)生物沙障不同種植模式下對(duì)高寒沙地治理的效果開展了相關(guān)研究[16]。苗靜等研究了寧夏鹽池封育草地植被群落多樣性與周邊環(huán)境的適應(yīng)性[17]。汪媛燕等對(duì)民勤綠洲荒漠過渡帶的植物物種特征進(jìn)行了相關(guān)研究[18]。由于不同地區(qū)荒漠化的分布特征及其成因有較大差異,因此,不同荒漠化地區(qū)治沙的植物物種必然有其適宜性和獨(dú)特性。

鑒于此,本文以寧夏荒漠化地區(qū)為對(duì)象,對(duì)其荒漠化的類型及特征進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié),結(jié)合寧夏地區(qū)氣候特征,對(duì)適宜于該區(qū)域的治沙物種進(jìn)行優(yōu)選,以便為寧夏荒漠化地區(qū)高速鐵路沿線植物防沙體系物種選擇提供參考。

1 寧夏地區(qū)荒漠化類型及其分布特征

1.1 寧夏自治區(qū)荒漠化類型

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),寧夏自治區(qū)荒漠化土地總面積約290萬公頃,約占自治區(qū)國土總面積的60%左右[19]。圖1為寧夏地區(qū)土地荒漠化的主要類型,從中可知,寧夏地區(qū)荒漠化類型主要表現(xiàn)為水蝕型、風(fēng)蝕型和鹽漬化型三種形式,其中水蝕型為148.97萬公頃,約占51.4%,為寧夏地區(qū)荒漠化的最主要類型；風(fēng)蝕型為134.60萬公頃,約占46.4%,鹽漬化型為6.33萬公頃,約占2.2%。因此,寧夏地區(qū)荒漠化類型以水蝕型和風(fēng)蝕型為主。

圖1 寧夏地區(qū)土地荒漠化類型圖（單位：萬公頃）

1.2 寧夏自治區(qū)荒漠化分布特征

寧夏自治區(qū)內(nèi)荒漠化分布具有典型的地域特征。風(fēng)蝕型荒漠化集中分布在以石嘴山市區(qū)周邊為代表的北部引黃灌區(qū)中北部,受內(nèi)蒙古高原風(fēng)沙的影響較大。水蝕型荒漠化集中分布在以中衛(wèi)市區(qū)周邊為代表的北部引黃灌區(qū)南部,主要受土壤水分及流域水的影響。鹽漬化型荒漠化集中分布在以吳忠市區(qū)周邊為代表的中部干旱帶,與土壤自身營養(yǎng)條件有關(guān)。

寧夏自治區(qū)內(nèi)主要行政區(qū)域的荒漠化面積匯總情況如表1所示,整體來看,荒漠化土地面積最大的為吳忠市,達(dá)130.03萬公頃,其次為中衛(wèi)市,其荒漠化土地面積達(dá)94.76萬公頃[19]。

表1 寧夏荒漠化土地面積統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)荒漠化的嚴(yán)重程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),寧夏地區(qū)荒漠化的分級(jí)情況如圖2所示?？梢?寧夏地區(qū)荒漠化程度以中度為主,約占138.38萬公頃,占比47.7%；輕度荒漠化約占117.08萬公頃,占比40.4%；而重度荒漠化約占27.58萬公頃,占比9.5%；極重度荒漠化約占6.86萬公頃,占比2.4%。

圖2 寧夏地區(qū)土地荒漠化程度分級(jí)情況（單位：萬公頃）

可見,寧夏地區(qū)中度及以上程度荒漠化面積占比約60%,因此,寧夏自治區(qū)的土地荒漠化現(xiàn)狀十分嚴(yán)峻,其對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的危害程度也是不言而喻的[19]?；哪沟脤幭牡貐^(qū)整個(gè)生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化,水土流失問題得不到有效控制,引起沙塵暴的頻繁發(fā)生,人類生存環(huán)境的質(zhì)量明顯下降。

2 寧夏地區(qū)氣候特征

寧夏回族自治區(qū)區(qū)內(nèi)按照氣候、水文特征、生態(tài)特征等基本劃分為北部引黃灌區(qū)、中部干旱帶、南部山區(qū)等三個(gè)類別,如圖3所示。其中北部引黃灌區(qū)以水蝕型荒漠化為主,中部干旱帶以風(fēng)蝕型荒漠化為主,南部山區(qū)以鹽漬化型荒漠化為主。

圖3 寧夏氣候分區(qū)圖

2.1 氣溫

寧夏自治區(qū)年均氣溫范圍為5.3～9.9℃,中部高、南部低。寧夏氣候?qū)儆诘湫偷谋狈綒夂?夏季酷熱、冬季寒冷,各地氣溫7月最高,平均為16.9～24.7℃,1月最低,平均為-9.3～-6.5℃,氣溫年較差大,達(dá)25.2～31.2℃。

2.2 降水

寧夏地區(qū)降雨量南北地區(qū)差異較大,北部銀川平原年均降水量達(dá)200mm,中部鹽池同心一帶年均降水量達(dá)300mm,南部固原市年均降水量多達(dá)400mm,尤其在六盤山區(qū)可達(dá)650mm以上。夏季降水量占年均降水量的50%以上。

2.3 高鐵所經(jīng)區(qū)域氣候基本特征

銀西高鐵自惠安堡站進(jìn)入寧夏,經(jīng)吳忠市區(qū)、靈武市區(qū)跨黃河到達(dá)銀川,寧夏境內(nèi)全長約185km。區(qū)段內(nèi)自甜水堡以北至吳忠白土崗以南為連續(xù)荒漠區(qū),主要以水蝕型和鹽漬化型荒漠化為主。在荒漠化帶來的脆弱生態(tài)環(huán)境條件下,工程建設(shè)極易對(duì)植被生長造成破壞,二次修復(fù)相當(dāng)困難。

3 物種優(yōu)選

3.1 物種選取原則

相關(guān)研究表明,在黃土和荒漠化地區(qū)影響植物生長的最重要因素依然為該地區(qū)的土壤條件,主要包括土壤結(jié)構(gòu)、水分和養(yǎng)分、氣候、地理環(huán)境等生態(tài)因素,他們受地形、土壤和小氣候的影響,隨地形、坡向、部位等而變化[20]。因此,不同生態(tài)環(huán)境條件下需要選擇不同的植物是該區(qū)生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究的關(guān)鍵。因此,寧夏地區(qū)高速鐵路沿線植被護(hù)坡植物選型應(yīng)該遵循的原則如下：

（1）適應(yīng)本區(qū)的土壤、氣候、水分等條件。在荒漠化地區(qū),影響植物生長的最關(guān)鍵因素有土壤、氣候、水分等,因此,優(yōu)先選擇與該地區(qū)土壤、氣候、水分條件相適應(yīng)的物種是植被恢復(fù)和護(hù)坡的基礎(chǔ)和先決條件。

（2）較強(qiáng)的抗逆性和再生長能力?；哪貐^(qū)的氣候特征決定了所選物種須具有較強(qiáng)的抗寒旱性和抗貧瘠性,在具備再生條件下能夠迅速扎根或恢復(fù)生機(jī)活力。

（3）根系發(fā)達(dá)且能夠迅速生長繁茂、覆蓋地表。為了有效防沙治沙,所選物種宜枝繁葉茂,較大程度上覆蓋地表細(xì)沙,阻止砂礫流動(dòng),根系發(fā)達(dá)且能夠蔓延生長。

（4）優(yōu)選鄉(xiāng)土物種。無論治沙防沙,都應(yīng)以荒漠化地區(qū)相適應(yīng)的植物種類或鄉(xiāng)土植物作為首選,并與環(huán)境適宜協(xié)調(diào),既能保護(hù)環(huán)境,又能突顯景觀效果。

（5）所選物種種子或苗木易得且成本合理,且最好越年生或多年生,能產(chǎn)生適量種子。

（6）具有好的觀賞價(jià)值。

3.2 適宜的植物選型分析

植物適宜性選擇的基本原理為相關(guān)生態(tài)學(xué)原理,主要包括兩大步驟：第一,以物種抗性指標(biāo)為基本因素,基于理性分析,選擇得到荒漠化地區(qū)各種生態(tài)因子為限制因子的適宜物種；第二,結(jié)合地區(qū)現(xiàn)場荒漠化類型,綜合各種因素得到適宜于某地區(qū)的物種。

現(xiàn)以灌木為例,對(duì)寧夏荒漠化地區(qū)高速鐵路沿線優(yōu)選物種的原理和流程進(jìn)行論述。

（1）以土壤因子為限制因子的植物選擇

土壤是植物生長的重要基礎(chǔ),是植物獲取營養(yǎng)的最主要環(huán)境,其結(jié)構(gòu)、肥力、化學(xué)成分、酸堿度等特性,對(duì)植物的生長都有很大程度的影響。土壤的理化性質(zhì)和貧瘠程度主要取決于土壤中的養(yǎng)分含量。根據(jù)現(xiàn)場勘察和實(shí)驗(yàn)分析,寧夏地區(qū)土壤中養(yǎng)分貧瘠、土壤PH較高。因此,所選植物應(yīng)具有良好（A）的抗貧瘠性,對(duì)于抗酸堿性則應(yīng)達(dá)到一般（B）及以上。

以土壤為限制因子的植物選擇,就是以土壤中的養(yǎng)分含量（主要為肥力、酸堿程度等）作為植物選擇的控制標(biāo)準(zhǔn),氣候、光照等其他因素暫不考慮。以土壤因子為限制因子的適宜植物選擇結(jié)果見表2。

表2 以土壤因子為限制因子的適宜植物

（2）以水分因子為限制因子的植物選擇

相關(guān)研究表明,水分是影響植物生長最重要的因素,也是限制植被恢復(fù)的最大障礙。以水分因子作為限制因子的植物選擇,就是以植物的抗旱性指標(biāo)作為選擇控制標(biāo)準(zhǔn),不考慮除水分因素以外的其他環(huán)境因素。

研究區(qū)年均降水量少,土壤水分蒸發(fā)量大,對(duì)植物的抗旱性也要求高。因此,在植物選擇上應(yīng)盡量選擇抗旱性較高的植物物種,可以充分保證植物的成活率及物種群落的整體穩(wěn)定性。以水分因子為限制因子的適宜植物選擇結(jié)果見表3。

表3 以水分因子為限制因子的適宜植物

（3）以氣候因子為限制因子的植物選擇

氣候因子包含要素非常之多,為便于研究,在物種選擇中主要考慮水分、溫度、濕度、光、風(fēng)等因子。以氣候因子為限制因子的植物選擇,就是以地區(qū)的溫度和風(fēng)力條件（植物的抗寒性、抗風(fēng)性等）作為植物選擇的控制標(biāo)準(zhǔn),土壤理化性質(zhì)等因素暫不考慮。以氣候因子為限制因子的適宜植物選擇結(jié)果見表4。

表4 以氣候因子為限制因子的適宜植物

（4）綜合選型結(jié)果及立地適宜分類

綜合以上單獨(dú)考慮的選型生態(tài)因子（土壤、水分、氣候等）為限制因子時(shí)的植物選擇結(jié)果,再結(jié)合按現(xiàn)場調(diào)查實(shí)際已有的植物選擇結(jié)果,以求交集的方法分析得出適宜于某地區(qū)的灌木種類,具體結(jié)果見表5。

表5 適宜于該區(qū)的灌木植物

3.3 優(yōu)選物種結(jié)果

根據(jù)以上灌木優(yōu)選物種的原理和流程,對(duì)寧夏荒漠化地區(qū)最終的優(yōu)選物種結(jié)果見表6。需要說明的是,草本為輔助型的建植植物,需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際選擇的物種類型而配合選擇和種植。

表6 適宜于寧夏荒漠化區(qū)的優(yōu)選物種

4 結(jié)束語

本文基于寧夏地區(qū)荒漠化類型及其特征分析,結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱卣?提出了高速鐵路沿線護(hù)坡植物選型應(yīng)該遵循的原則,并對(duì)適宜于該區(qū)域的治沙物種選擇的原理及流程進(jìn)行了論述,最終得到適宜于寧夏荒漠化地區(qū)高速鐵路沿線植物防沙體系物種,主要結(jié)論如下。

（1）寧夏地區(qū)荒漠化類型以水蝕型和風(fēng)蝕型為主,約占荒漠化總面積的98%,發(fā)育程度以輕度和中度為主,但惡化趨勢明顯,危害也非常嚴(yán)重。

（2）寧夏地區(qū)北部引黃灌區(qū)以水蝕型荒漠化為主,中部干旱帶以風(fēng)蝕型荒漠化為主,南部山區(qū)以鹽漬化型荒漠化為主。

（3）物種優(yōu)選主要原則為適應(yīng)本區(qū)的土壤氣候條件、耐貧瘠、耐粗放管理、以鄉(xiāng)土植物為主,引進(jìn)外來植物為輔。

（4）高速鐵路沿線治沙物種應(yīng)考慮氣候特征、土壤養(yǎng)分含量、含水率等因素綜合選型。