青藏鐵路沿線植草固沙措施研究

（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

1 引 言

青藏高原西起帕米爾高原，東至橫斷山地區(qū)，北接昆侖山、阿爾金山，南至喜馬拉雅山，是全球海拔最高、面積最大的獨(dú)特地理單元，這里空氣稀薄，植物生長(zhǎng)期短，生態(tài)環(huán)境異常脆弱，加之近年全球氣候變暖，高原環(huán)境惡化，沙漠化現(xiàn)象逐漸加劇。楊印海等[1]分析了青藏鐵路措那湖段鐵路沙害類型及成因，并提出了多種措施相結(jié)合的綜合防沙體系。白虎志等[2]分析了青藏高原及青藏鐵路沿線風(fēng)沙流的時(shí)空分布特征，發(fā)現(xiàn)青藏高原大風(fēng)集中在高原中心，冬季大風(fēng)發(fā)生頻率高。常兆豐等[3]對(duì)粘土沙障和麥草沙障的間距研究后認(rèn)為，機(jī)械沙障間距設(shè)置的基本原則是障間風(fēng)蝕沙量等于積沙量。針對(duì)青藏鐵路沙害地區(qū)，王錫來[4]、藺全林[5]等分析了沙害形成的機(jī)理，并提出了相應(yīng)的沙害整治措施。本文主要通過結(jié)合青藏高原風(fēng)沙災(zāi)害特別是青藏鐵路沙害現(xiàn)象，研究采用原植草固沙措施治理風(fēng)沙災(zāi)害，為青藏高原沙害治理乃至風(fēng)沙災(zāi)害治理提供支持。

2 青藏高原風(fēng)沙災(zāi)害現(xiàn)狀

由于高原沙害影響，青藏鐵路自開通運(yùn)營(yíng)以來，常出現(xiàn)風(fēng)沙埋道，風(fēng)蝕路肩，銹蝕軌道結(jié)構(gòu)，風(fēng)沙流沖擊運(yùn)行列車等沙害問題，故依托青藏鐵路選擇具有代表性的路段對(duì)青藏高原風(fēng)沙災(zāi)害現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查研究。

2.1 紅梁河路段

紅梁河路段屬于山前洪積平原，地表植被覆蓋率約10%～25%，每年冬春季節(jié)為風(fēng)季，風(fēng)向主要為西風(fēng)，該路段風(fēng)沙來源主要是附近山梁沙丘，其高度達(dá)20m，最寬處達(dá)500m，同時(shí)山前洪積平原的松散沉積物也是重要風(fēng)沙來源。在風(fēng)力作用下，沙顆粒極易被搬運(yùn)，最終形成風(fēng)沙災(zāi)害（見圖1）。

圖2 沱沱河風(fēng)沙地貌

2.2 沱沱河沙害地段

沱沱河路段屬高山谷盆地區(qū)，地層屬于第四紀(jì)軟弱巖層，每年冬春季節(jié)為風(fēng)季，風(fēng)向主要為西北偏西風(fēng)，3、4、12月風(fēng)速較大，該路段風(fēng)沙來源主要是河漫灘上河流沖積物和河谷退化草場(chǎng)，少部分則來自附近沖積平原及活化沙丘（見圖2）。

3 青藏鐵路沿線阻沙措施調(diào)查

青藏鐵路沿線設(shè)置的工程阻沙措施主要有混凝土插板式擋沙墻、鈴鐺式擋沙墻、軌枕式擋沙墻、混凝土掛板式擋沙墻、PE網(wǎng)沙障和石方格沙障等，這些沙障考慮風(fēng)沙流特征，同時(shí)結(jié)合地形地貌特點(diǎn)相互組合設(shè)置于沙害路段，從而控制風(fēng)沙流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，起到防風(fēng)阻沙的目的，是目前青藏鐵路沿線主要的工程治沙措施。

對(duì)紅梁河路段采用的綜合防沙體系調(diào)查研究后發(fā)現(xiàn)，高立式PE網(wǎng)沙障的積沙量非常大，呈圓弧形分布，積沙緊貼沙障易壓壞PE網(wǎng)，總體來說高立式PE網(wǎng)沙障具有較強(qiáng)的阻沙能力，在綜合防沙體系中發(fā)揮了重要作用；掛板式擋沙墻阻沙能力較強(qiáng)，積沙量較大，積沙距沙障較遠(yuǎn)，阻沙效果較為理想；插板式擋沙墻阻沙效果略差于掛板式擋沙墻，其積沙量與積沙分布均不如掛板式擋沙墻；鈴鐺式擋沙墻阻沙能力較弱，積沙量相對(duì)較少；石方格沙障一般設(shè)置于防沙體系的最后，固沙效果良好。

雖然目前采用的工程阻沙措施能夠有效阻止風(fēng)沙災(zāi)害，但也存在一些問題：由于在設(shè)置工程阻沙措施時(shí)未能充分認(rèn)識(shí)青藏高原沙害作用機(jī)理，致使個(gè)別路段工程阻沙措施位置及間距設(shè)置不合理；掛板式擋沙墻等沙障存在結(jié)構(gòu)問題，在其底部易形成掏蝕區(qū)；目前采用的工程阻沙措施造價(jià)普遍較高且現(xiàn)場(chǎng)施工難度大；沙障積沙后極難清沙，大部分得采用人工清沙；PE網(wǎng)沙障存在材料耐久性不足的問題。

4 青藏高原植草固沙措施

4.1 植草固沙技術(shù)介紹

植草固沙措施是一種利用植物防止風(fēng)沙出現(xiàn)的治沙措施。植物能夠固著土壤，同時(shí)將地表與氣流分隔開來；植物生長(zhǎng)能夠增加土壤含水量，進(jìn)而減少沙物質(zhì)來源；植物衰敗腐爛后會(huì)形成腐殖質(zhì)，增加土壤肥力。而青藏高原自然環(huán)境惡劣，土地貧瘠，缺乏植物生長(zhǎng)所需肥力，為了提高人工種植成活率，在貧瘠的土地中加入有機(jī)肥、復(fù)合肥和保水劑等作為植生基質(zhì)，拌和植物種子裝至植生袋、植生管或植生帶等載體的相應(yīng)位置，然后將植生載體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，表面覆蓋土壤，無需養(yǎng)護(hù)任其自然生長(zhǎng)，待植物成活后則形成植草固沙沙障。植草固沙措施不僅能夠治理風(fēng)沙災(zāi)害，同時(shí)還能改善生態(tài)環(huán)境，保護(hù)青藏高原凍土環(huán)境。

4.2 植物種類選擇

根據(jù)青藏高原植被情況，選擇冷地早熟禾、披堿草、老芒麥等三種植物種類研究。冷地早熟禾屬于禾本科早熟禾屬，為多年生草本植物，形狀為根須狀，稈直立叢生，高約30～65cm，根莖發(fā)達(dá)，能適應(yīng)高海拔高嚴(yán)寒及干旱地區(qū)，幼苗能耐-3～-5℃低溫，成株能耐-38.5℃低溫；披堿草屬于禾本科披堿草屬，為多年生草本，形狀為須根狀，稈直立叢生但較疏松，高約70～160cm，根深可達(dá)100cm，披堿草適應(yīng)范圍較廣，抗旱抗寒能力較強(qiáng)；老芒麥屬于禾本科披堿草屬，是多年生草本植物，稈叢生但較疏松，葉片扁平內(nèi)卷，長(zhǎng)約10～20cm，根系發(fā)達(dá)，可利用較深處地下水，其幼苗能耐-4℃的低溫，成株能耐-36～-38℃低溫，能適應(yīng)復(fù)雜的地形氣候條件。

4.3 植生基質(zhì)選擇

青藏高原土壤貧瘠，土壤內(nèi)缺乏植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)成分，為了提高人工種植植物的成活率，故選擇耕植土作為配置植生基質(zhì)的土壤，在其中按一定比例加入復(fù)合肥料、有機(jī)肥和保水劑。配置植生基質(zhì)時(shí)加入冷地早熟禾用種量1g，披堿草用種量8g，老芒麥用種量8g，保水劑用量50g，復(fù)合肥用量50g，有機(jī)肥用量50g。使用保水劑能夠在植物生長(zhǎng)初期提高植物成活率，使用肥料能夠增加植物的生長(zhǎng)高度和密度。以植生袋作為載體，將配置好的植生基質(zhì)裝入植生袋后，運(yùn)到整平好的場(chǎng)地內(nèi)逐一放置，之后在其表面覆蓋1cm后的土壤，至此，施工部分完畢，施工完畢后，無需養(yǎng)護(hù)任其自由生長(zhǎng)，待植物完全生長(zhǎng)完成則形成植草固沙帶。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

為確定植草固沙技術(shù)的效果，選擇在青藏鐵路具有代表性的沱沱河路段設(shè)置植草固沙措施，沱沱河屬于高原亞寒帶半干旱氣候區(qū)，氣候寒冷干旱、空氣稀薄年降水量約250mm，年平均氣溫-4.0℃，1月最冷，均溫-16.5℃，7月溫度最高，均溫7.5℃，歷史最高氣溫23.3℃，最低氣溫-32.6℃，沱沱河河谷盆地海拔約4400～4600m，植被覆蓋率約25%～35%，沱沱河路段土壤貧瘠，不利于植物生長(zhǎng)生存，且該地區(qū)氣候寒冷，植物生長(zhǎng)期短，致使很多植物不能正常結(jié)實(shí)，即便部分植物能夠結(jié)實(shí)，其種子的生命力也不強(qiáng)，故沱沱河路段并不利于植物生長(zhǎng)。

在沱沱河路段設(shè)置植草固沙沙障時(shí)，將配置好的植生袋運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，表層覆土任其自由生長(zhǎng)，第1年種植成功，植物存活并順利越冬，植物覆蓋度能達(dá)到約30%，第2年繼續(xù)維持良好長(zhǎng)勢(shì),植物覆蓋度能達(dá)到100%。

在植物生長(zhǎng)過程中，特別是生長(zhǎng)初期，保水劑發(fā)揮的效果顯著，它能夠提高植物生長(zhǎng)初期的成活率；植生基質(zhì)中含有的肥料在植物生長(zhǎng)過程中也至關(guān)重要，它能夠增加植物生長(zhǎng)密度和高度；第二年植物覆蓋度達(dá)到100%，這說明在配合植生基質(zhì)時(shí)，加入的草種適量即可，過分增加草種數(shù)量作用不大。由于設(shè)置植草固沙沙障時(shí)植生基質(zhì)配置的較為合理，植物長(zhǎng)勢(shì)良好，當(dāng)?shù)刈匀簧L(zhǎng)且長(zhǎng)勢(shì)良好的植被高度約10～20cm，而人工種植的植被高度能達(dá)到20～40cm，人工種植植被的生長(zhǎng)量比自然生長(zhǎng)的多出2倍以上。

沱沱河路段設(shè)置植草固沙措施后植被長(zhǎng)勢(shì)良好，植物固著土壤，將地表與氣流分隔開，使風(fēng)沙流無法風(fēng)蝕地表，同時(shí)植物的生長(zhǎng)增加該區(qū)域土壤含水量，在根本上控制了風(fēng)沙災(zāi)害的沙物質(zhì)來源，從而大幅降低了沱沱河路段的風(fēng)沙災(zāi)害。

5 結(jié) 語

1）配制植生基質(zhì)配比時(shí)要結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇最合理的基質(zhì)配比才能讓植草沙障的植物生長(zhǎng)達(dá)到最佳狀態(tài)。

2）植物生長(zhǎng)第1年植物覆蓋度能達(dá)到30%，第2年覆蓋度能達(dá)到100%，配合植生基質(zhì)時(shí)，加入的草種適量即可，不必過分增加草種數(shù)量。

3）配置合理的植生基質(zhì)后，人工種植的植被高度能達(dá)到20～40cm，是自然生長(zhǎng)的一倍多，人工種植植物生長(zhǎng)量比自然生長(zhǎng)的多出2倍以上。

4）植草固沙措施不僅能夠治理風(fēng)沙災(zāi)害，還能治理凍土病害以及改善生態(tài)環(huán)境，是最理想的固沙措施。

[1]楊印海，蔣富強(qiáng)，王錫來，等.青藏鐵路措那湖段沙害防治措施研究[J].中國(guó)沙漠，2010,30（6）：1256-1262.

[2]白虎志，董安詳，李棟梁，等.青藏高原及青藏鐵路沿線大風(fēng)沙塵日數(shù)時(shí)空特征[J].高原氣象，2005,24（3）：311-315.

[3]常兆豐，仲生年，等.粘土沙障及麥草沙障合理間距的調(diào)查研究[J].中國(guó)沙漠，2000,20（4）：455-457.

[4]王錫來.青藏鐵路措那湖地段沙害成因及治理[J].甘肅鐵道，2007（增刊）：52-54.

[5]藺全林.青藏線措那湖沿岸風(fēng)沙的形成機(jī)制及治理措施[J].鐵道勘察，2007，3：74-76.