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    风沙区建设工程的风沙防护——干旱区生态与环境治理模式(四)

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    四、风沙区建设工程的风沙防护

    (一)工程设施的风沙工程防护模式

    风沙工程防护(或称之为机械防护以对应与生物防护,或称为物理防护以区别与化学防护)措施是风沙区工程建设设施最为普遍的选择,其主要优点有技术方法成熟、实施简便、用材价廉、见效快、防护效益高、适用范围广等等;工程防护的主要技术包括(1)固沙,防止当地地面风蚀起沙,将输入的沙粒稳定沉积下来不再移动:常用的覆盖技术有:草方格、尼龙网、砾石等;(2)阻沙,将大部分(距地面高度约1m的近地层风沙流)流沙阻挡下来,或大幅度降低风沙流速度:如阻沙栅栏,材料可以是木条(板)、芦苇、尼龙网等;(3)导沙,在特殊部位通过加强风速、风压,将侵害设施的风沙疏导到下风远处,如导风墙等。

    工程设施的风沙工程防护模式:

    1.在工程所在位置主风向的上风向由外向内一次建设阻沙工程和固沙工程,形成阻-固结合的体系。阻沙栅栏一般高1.0-1.2m,置于固沙带外10.0-15.0m处。固沙带带可根据风沙活动强度和地势确定,如果风沙活动强、上风向地势较高则需要固沙带较宽,选择大于60m宽度。如果风沙活动不十分活跃,则可不设阻沙栅栏。

    2. 在工程所在位置非风向的上风处设适当宽度的固沙带。

    由于工程防沙技术方法成熟、实施简便、见效快、防护效益高、适用范围广,因此工程防护必然是沙区工程设施建设和运营初期的防风固沙首选。但由于风沙流侵入、积沙、压埋和风蚀以及材料风化等,工程防护的持续有效时间有限,致使固沙或阻沙设施更换频繁,累积维护成本大幅度上升,所以在有条件的地方宜在工程运营后逐步选择生物防沙替代工程防沙。

    (二)塔里木沙漠公路因害设防、阻固结合的三大结构布局模式

    1高大复合沙垄垄体及哑口路段以固为主,即在高大复合沙垄区和垭口地段的公路两侧应建设充分宽度(具体根据上、下风向和当地风动力条件等)的固沙工程设施,工程措施如草方格,生物措施如固沙林带(图)。

    高大复合沙垄区和垭口地段的公路两侧林带布局

    2.高大复合沙垄垄间(过渡区路段)稀疏沙丘(垄)路段以阻为主、阻固结合 ,即在高大复合沙垄和垄间过渡地段需要在上风向最外侧加强阻沙工程,工程措施如阻沙栅栏等,生物设施如阻沙林带(图),大量减少流沙入侵工程设施,再在阻沙工程设施的后方配以完整的固沙工程。

    高大复合沙垄和垄间过渡区的公路两侧林带布局

    3.高大复合沙垄垄间平沙地路段阻、固、输结合的防沙体系布局模式,即在垄间和小沙丘分布地段需要突出疏导作用,因此,所有防沙治沙措施都应有适宜的疏透度,即在阻沙措施带预留数条通道,以利于疏导流沙,即输沙功能(图)。

    垄间和小沙丘区的公路两侧林带布局

    (三)沙漠公路生物防护建设模式

    根据区域风沙环境特征和植物生态特点,形成适合的工程生物防沙体系结构模式。林带建设之前先采用机械防沙体系(如阻沙栅栏和草方格)对流沙进行固定,降低苗木风沙危害,提高造林成活率。根据单井涌水量(水文地质条件决定)、林带宽度及苗木灌溉用水量计算井间距,工程沿线应尽量均匀布井,将井位设置在地形高点上和灌区中部。滴灌系统以井为单元,各成独立灌溉体系。系统由首部和管网系统及附属设施组成。按照一定灌溉周期对灌区内各支管进行轮灌,在生长季初、中期通过施肥罐给林地施肥,冬灌一次,及时防治植物病虫害,定期检测管道,及时维修。其技术应用流程如下。

    1.可利用水资源水质、储量调查,并进行植物适应性筛选实验。

    2.风沙危害调查,并进行防护林体系植物种和结构配置。

    3.进行抽水实验,根据单井日出水量确定单井灌溉范围。

    4.工程设计。

    5.工程施工。

    6.运营期维护。工程维护重点是定期灌溉和灌溉系统检修。该模式的支撑技术是咸水灌溉植物种筛选、咸水灌溉制度和咸水灌溉土壤水盐调控技术。该技术可应用于荒漠沙区的交通线路和工农业中心的沙害生物防治

    防护林采用梭梭、柽柳和沙拐枣三属植物,其中柽柳属常用刚毛柽柳、多花柽柳、多枝柽柳等,沙拐枣属常用乔木状沙拐枣、头状沙拐枣。林带采用带状混交或行间混交,公路上下风侧都设置防沙林带,上风侧宽度大于下风侧。林带结构:在上风侧,垄间区2 道阻沙林带+固沙林带,沙垄区固沙林带,垄顶垄间过渡区 1道阻沙林带+固沙林带,在下风侧,阻沙林带+固沙林带,苗木株行距为 1m×1m,不需要整地。植物栽植可在春季和秋季,但一般宜在春季 ( 成活率高 )

    滴灌系统采用内嵌式滴头,滴头间距根据苗木株距而定,毛管间距根据行距而定。灌溉水盐分离子以 Na十、Cl—为主,矿化度范围 2-30g/L。灌水定额为20L/株·次,灌溉周期345月份15天,678月份10,910月份15天,11月冬灌1次。

    (四)塔里木沙漠公路生物防护体系多支管供水技术模式

    为了满足塔里木沙漠公路生物防护体系多物种配置及不同植物中的耗水需求,针对不同耗水类型的植物种分别供水,采用在干管上连接多支管技术,通过对供水压力和时间管理实现对水量供给的控制。在塔里木沙漠公路防护体系中,根据柽柳、梭梭和沙拐枣的耗水差别将其分为两类,沙拐枣耗水较高,柽柳、梭梭相对较低,因此采用双支管供水(图)。

    塔里木沙漠公路生物防护体系双支管供水技术模式示意图

    (五)沙漠公路工程风沙防治模式

    针对塔里木沙漠公路沿线特殊环境条件,通过试验示范研究,形成了融高矿化度育苗技术、流沙种植技术、咸水灌溉技术、管理养护技术等一体的就地利用高矿化度地下水灌溉的流沙地造林技术体系。结合塔里木沙漠公路立地条件差异性研究,确定了塔里木沙漠公路防护林生态工程建设的因害设防、阻固结合的三大结构布局模式以防沙为主、兼顾其它功能的植物种配置模式依托沙漠公路地下水、相对均匀布井的供水方案。从而为南北贯通塔克拉玛干沙漠的塔里木沙漠公路防护林生态工程建设提供了理论依据和技术支撑。

    1.连续高大沙丘地风沙防治技术

    针对流动沙丘流动性大和造林困难的特点,顺序采取布设沙障、种草、栽植灌木的治理措施。选用萌蘖性强的灌木树种进行高密度植苗造林,先期形成活体沙障,后期再行造林、种草,逐步构建结构复杂、生物多样性、生产力高的植物群落类型的流沙治理模式。主要技术措施包括以下2方面。

    树种选择:选用萌蘖能力强、经济价值高的优良沙生灌木营造活沙障。

    对流动沙丘、平缓沙地、风蚀坑采取不同的治理方式。

    7 m以上高大沙丘的治理:流动沙丘顶部暂不植树,待风力削平丘顶后再行治理。迎风坡中下部,先设置草方格沙障或者生物沙障,栽植梭梭、柽柳等灌木树种。沙丘背风坡中下部栽植耐沙埋的沙拐枣等灌木。

    37 m高流动沙丘的治理:造林固沙时同样要先空留出沙丘顶部。在沙丘迎风坡的中下部,先布设机械沙障或者沿沙丘等高线栽植抗逆行强的灌木树种。种植灌木35年后,对灌木进行分带平茬。

    平缓流动沙地的治理:垂直主风方向扎设草方格沙障或者是布设沙拐枣、梭梭、柽柳等生物沙障。

    风蚀坑的治理:对于地下水埋藏较深的干风蚀坑,应垂直于主风方向带状铺草压沙,障间栽植抗逆行强的灌木。对于地下水埋藏浅的低湿风蚀坑,应带状栽植耐盐碱性的灌木树种。

    管护:造林后的35年严禁人畜破坏。

    造林种草:沙地固定后,网格内可以进一步栽种其它灌木,也可栽种牧草。

    本模式适宜地区是半干旱区的流动沙丘、平缓流动沙地以及风蚀坑。

    2.零星沙丘沙地造林固沙技术

    分布在绿洲边缘和绿洲内部的零星沙丘沙地,在风力作用下往往左右摆动,前移堆积,压埋农田、渠道、居民点,危害极大。防止绿洲边缘及内部零星沙丘沙地危害,是造林固沙的重点。目前,南疆各地结合水土开发的具体做法,一是以一个乡或几个乡为单元,发动群众搬沙平地,将绿洲内部或绿洲边缘的小型沙丘、中型沙丘,采用人工、畜力、机械等手段搬沙造田,兴修水利,渠林路配套,开辟新农田,然后根据土地的差异性和适宜性,宜农则农,宜林果则林果,宜草则草,这样即改造收复了沙漠化土地,又开辟了新农田。和田地区的和田县吾宗肖、墨玉县的喀尔赛和雅瓦乡、策勒县的策勒镇等地采用此种方法,已收复沙漠化土地1.33余万 hm2,新辟农田1万余 hm2,收到了良好的治理效果。此外,疆内及国内其它一些地区对零星沙丘沙地采用的前挡后拉法也是固定此类沙丘的有效办法。

    3.咸水灌溉技术

    塔里木沙漠公路防护林采用3升以上的高矿化度咸水灌溉,获得了成功。据研究结果显示,梭梭柴和盐穗木在灌溉水矿化度为28升的条件下,在流动风沙土上的存活率仍均能达到85%以上。这对于在淡水奇缺的沙漠地区利用当地的地下咸水资源开展生态建设意义重大。

    (六)依托防护林工程的荒漠生态产业发展模式

    为了争取部分补偿(降低)沙漠工程生物防护体系的高额维护投入,确保其长久持续发挥防护功能,实现沙漠公路防护林生态工程自身良性循环,在沙漠公路防护林生态工程建设的同时开展肉苁蓉试验和种源基地建设。实现了沙漠腹地、咸水灌溉条件下在沙漠公路防护林的主要植物种梭梭和柽柳上接种肉苁蓉(试验区接种2年间,单支毛管平均露头状况为200/100m,最大露头状况可达到150/40m,单株鲜重0.51.5kg)和依托防护林工程的荒漠生态产业发展。

    1.防护林生态工程的植物配置模式

    基于塔里木沙漠公路沿线的自然环境,沙拐枣、柽柳和梭梭植物种这三类灌木生物学特性的差异、防护效益和防护林生态工程稳定性的需要。在树种配置时,高大沙丘区应以沙拐枣、梭梭为主;垄间应以柽柳为主;在阻沙林带中以沙拐枣为主,同时考虑到工程的早期防沙效果和景观效果,沙拐枣作为先锋树种较多使用。 林带具体的结构配置为,树种:采用行间混交;株行距:在上风向阻沙林带采用宽窄行,宽行2,窄行1,株距均为1;固沙林带采用1×2米。柽柳、梭梭都是接种肉苁蓉的最佳对象。

    2.流动沙地高矿化度水灌溉育苗技术

    沙埋、风蚀、干热风、盐分积累等恶劣环境条件是制约流动沙地育苗的主要障碍因素。设置高立式沙障和草方格避免植物幼苗遭受沙埋和风蚀,加盖遮阳网抵御干热风,控制灌溉定额降低土壤盐分,喷水抵御沙尘天气,以免植物叶片灼伤,以此为基础,将植物种类、土壤类型、灌溉周期、灌溉方式、灌溉定额有机结合(见咸水灌溉育苗技术规程)。目前已有约40种主要防风固沙植物能在沙漠腹地成功利用高矿化度水灌溉大规模育苗,建成引种和育苗基地,满足了沙漠公路防护林苗木需求。

    3.高矿化度水直接灌溉造林

    1)取水方式

    相对均匀布井取水(沙漠公路沿线平均每4km打一口井),以井为单元相对独立供水。

    2)供水方式

    根据防护林生态工程所选择的主要植物种柽柳、梭梭属于深根性灌溉时需要灌溉量大、灌溉周期长,沙拐枣属于浅根性灌溉时可以灌溉量小、灌溉周期短的特征,实行双支管供水的创新方案,实现在同一滴灌系统内部可以根据植物的需水差异进行供水灌溉。

    3)灌溉方式与滴灌制度

    针对沙漠公路沿线水资源的状况、地形地貌特征、土壤条件和植物的抗旱耐盐情况等,采用压力补偿式小流量滴头灌溉方式。造林初期的灌溉制度:柽柳、梭梭的灌溉定额30 Kg∕株,灌溉周期15-20天;沙拐枣的灌溉定额20 Kg株,灌溉周期1015天。随着林龄的增加灌溉量可以适当增加,灌溉周期可以相应延长。

    4.接种肉苁蓉

    1)寄主苗木选择:选择1-2年生、苗木100.0cm以上、地径1.0cm以上、无病虫害的优质柽柳壮苗。

    2)接种时间:接种工作应在种植柽柳的当年4-5月或10-11月,亦可在翌年5月中旬前完成。

    3)接种方法:沿种植行一侧或两侧,在距寄主30-50cm处开沟,沟深60-80cm;在接种沟底部每株苗木基部放置1-2张接种纸接种,然后覆士。土不宜填满,应留有5-10cm 凹面,以便浇灌和存储雨水。

    4)肉苁蓉采收:一般情况下,接种2-3年后即可采挖,全年可分二次,春季4-5月,秋季8-9月。当穴面出现裂缝时,距肉苁蓉植株20-40cm 处挖坑,尽可能不要伤及寄主根系,采挖时,选用非金属(木制或塑制)锹,挖至底部块状吸盘时,用手刨开肉苁蓉周围沙土充分暴露苁蓉群。选高大粗壮的肉苁蓉采挖,保留幼小、瘦弱的待秋季或隔年采挖。采过肉苁蓉后,在坑内适量施入肥料,浇少量水或稀释后的抗旱保水剂、杀菌杀虫剂等,然后将原坑土回填整平。

    (七)阳坡沙山防风固沙带状混交造林模式

    1.适宜地段:植被盖度不足20%, 坡度约25度,年均温度5.6, 风向为西北风, 年降雨量433mm

    2.树种选择及密度

    1 油松、沙柳带状混交模式油松株行距1.5m×2m,51, 沙柳株行距1m×2m, 51, 行间地头种植草苜

    蓿。

    2 杨树、柠条、油松行间带状混交模式杨树株行距3m×3m,柠条株行距1m×1.5m( 栽植在杨树和油松行间) ,

    油松株行距2m×2m, 杨树51带、油松31, 地头沟膛种植草苜蓿, 形似规则网格状结构。

    3)油松、沙蒿带状混交模式油松株行距1.5m×2m51, 沙蒿1m×2m, 51, 行间地头种植草苜蓿。

    4)油松、沙棘带状混交模式油松株行距1.5m×2m,51, 沙棘1m×2m, 51, 行间地头种植草苜蓿。

    5)杨树、沙棘混交模式北京杨3m×3m, 51, 沙棘株行距1m×3m( 每坑3~4 株丛植), 101带。行间地头种植紫花苜蓿。

    6)榆树、柠条带状混交模式株行距榆树3m×3m, 柠条2m×3m, 3 行榆树1 , 5行柠条1, 地头榆树行间种植草苜蓿。

    (八)绿色廊道建设模式

    绿色廊道造林模式是指在道路两侧补植自然封育带,布设沙障,通过造林营建乔、灌、草结合的绿色廊道防沙体系建设。在道路的上风方向远离道路的地段设置高立式沙障,阻沙、聚沙成堤,阻止沙丘前移;在近道路两侧营造有机械沙障保护下的植物固沙带,全面固沙。以固为主,固、阻、输结合,保护道路免受风沙危害。

    主要技术措施:

    建立以阻沙栅栏、草方格为主的阻固结合的机械防沙体系。

    采用滴灌、渗灌等先进灌溉技术,用咸水灌溉,培育耐旱耐盐的植物,在道路两侧建立绿色廊道。

    注意事项:设置高立式沙障(栅栏)是必不可少的先行措施;引进适宜固沙造林的植物进行造林,选择合适的配置。主要的植物种有柽柳(13个种),沙拐枣(6个种),梭梭柴、蒙古沙冬青和沙木蓼等22种灌木,灰杨、沙枣、白榆3种乔木,盐生草、沙蔗茅、大颖三芒草3种草本植物等。

    本模式适用于沙漠和沙漠腹地道路、输水干渠的防沙及绿化。


    作者: 来源: 发布时间:2011年09月22日