陜北風沙區(qū)鐵路防風固沙林效益研究

高海艷，王亞昇

（1．榆陽區(qū)城郊林場；2．榆林市林業(yè)科學研究所，陜西 榆林719000）

神延鐵路榆神段北起陜西省神木縣中雞鎮(zhèn)陜蒙交界處，南至陜西榆林市榆陽區(qū)魚河鎮(zhèn)，全長150km，其中120km為風沙路基，穿越毛烏素沙漠沙區(qū)，鐵路沿線氣候條件嚴酷，主要特征是春季干旱多風，風蝕嚴重，秋季多暴雨，沖刷水蝕嚴重，是黃河中上游水土流失最嚴重的區(qū)域。嚴酷的自然環(huán)境和生態(tài)條件使新建鐵路的路基受到了風蝕沙埋和暴雨侵蝕，極易造成路基被流沙埋壓和邊坡水土流失，進而導致路基失穩(wěn)、坍塌，嚴重威脅鐵路的安全運營。因此，在鐵路沿線兩側(cè)大量營造混交型鐵路防風固沙林，是一種長久、經(jīng)濟和有效的防護措施。本項研究就是通過對神延鐵路榆神段鐵路沿線兩側(cè)防風固沙林的防護效益進行了進一步的觀測研究，從而為更好的治理沙區(qū)鐵路環(huán)境和有效防護提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)于毛烏素沙漠南緣，是鄂爾多斯臺地和黃土高原的接壤區(qū)，屬暖溫帶干旱半干旱大陸性季風氣候。年降水量316～450mm，主要集中在7－9月，約占全年降水量的60%～70%，且多陣雨和暴雨；年蒸發(fā)量為1 127～1 546mm；年平均氣溫7．9～9．1℃，≥10℃的積溫3 078～3 370℃，無霜期134～173d；年日照時數(shù)2 700～100h；每年3－5月西北風盛行，常有7級以上大風，最大風力可達11級，掀起鋪天蓋地的沙塵暴。該區(qū)的氣候特點是春季干旱，日照充足；夏季高溫，降水集中；秋季陰雨，降溫迅速；冬季嚴寒，風強沙大。該區(qū)土壤以風沙土為主，還有少量鹽堿土、草甸土、沼澤土、水稻土分布。風沙區(qū)地表土層疏松，由浮沙覆蓋，區(qū)域性植被稀少，干旱和風沙是風沙區(qū)兩大嚴重的自然災害。該區(qū)鐵路路基多由沙土堆積而成，多數(shù)高出地面，最大垂直高度達12m，最大坡長30m，邊坡每隔5m用石塊砌成拱形骨架，內(nèi)填20cm原生黃土固定流沙，可根據(jù)實際需要栽種各種灌木和草本植物固沙保持水土，穩(wěn)固路基。該區(qū)鐵路沿線兩側(cè)多為半固定沙丘或沙地，自然分布的稀疏植被主要有沙柳（Salix psammophila）、沙蒿（Artemisia desterorum）、沙 棘 （Hippophae rhamnoides）、踏 郎（Hedysarum mongolicum、檸條（Caragana Kor－shinskii）等，植被覆蓋度多在30%以下。

2 調(diào)查內(nèi)容與方法

2．1 觀測區(qū)選擇及其植被狀況調(diào)查

在全面踏查基礎上，選擇2009年春季營造的有代表性的不同鐵路防風固沙林類型設置觀測區(qū)，共設置觀測區(qū)6個（1～6區(qū)），對照區(qū)（流沙區(qū)）1個，觀測項目測定前，觀察測定觀測區(qū)林木混交方式、優(yōu)勢植物種組成及其平均高度、植被蓋度等，各觀測區(qū)概況見表1。

表1 各觀測區(qū)概況

2．2 地表粗糙度測定

采用電子測風儀測定不同配置結(jié)構(gòu)的混交型鐵路防風固沙林地上50cm和200cm處某一時刻的風速值V50和V200，用公式lgZ0＝（lgZ2·gZ1）／（1－A）計算出粗糙度Z0，其中：Z1＝50 cm，Z2＝200cm，A＝V200／V50。

2．3 不同高度處風速變化率及防風效益測定

采用電子測風儀分別測定不同配置結(jié)構(gòu)的混交型鐵路防風固沙林觀測區(qū)內(nèi)和對照區(qū)流動沙地上60、150cm處的風速值Vg、V1，風速變化率T＝（V1－Vg）／V1，其中V1為對照區(qū)流動沙地上60、150cm處的風速值，Vg為防風固沙林地上相應高度處風速。

2．4 輸沙量的測定

選擇大風天氣，將集沙儀口正對風向在觀測區(qū)放6min后收回集沙儀，測定輸沙量。

2．5 風蝕深度測定

在不同配置結(jié)構(gòu)的混交型鐵路防風固沙林地內(nèi)和對照流動沙地上設置標尺，經(jīng)過一段時間后觀記錄。

2．6 溫濕度測定

用通風干濕度表測定不同混交型鐵路防風固沙林地及對照流動沙地，在一天中8：00、11：00、14：00、17：00、20：00時距地上1．0m 高處的溫度和濕度。

2．7 土壤養(yǎng)分測定

分別采集不同配置結(jié)構(gòu)的混交型鐵路防風固沙林地0～30cm土層混合土樣，采用常規(guī)土壤養(yǎng)分分析方法測定土壤有機質(zhì)、全N、速P、速K，每個處理做5個重復。

3 觀測結(jié)果分析

3．1 不同類型鐵路防風固沙林防風效益

表2顯示，不同配置結(jié)構(gòu)的混交型鐵路防風固沙林比對照流動沙地降低風速40．8%～78．9%，平均降低風速67．8%；不同配置結(jié)構(gòu)的鐵路防風固沙林，降低風速值的大小依次為2區(qū)＞5區(qū)＞1區(qū)＞4區(qū)＞3區(qū)＞6區(qū)，這與林草植被的蓋度大小相一致，林草植被的蓋度越大，防風的效果越顯著［1］。不同配置結(jié)構(gòu)的鐵路防風固沙林地表粗糙度較對照流動沙地增大到0．947～9．438cm，位移高度平均為6．338cm，混交型鐵路防風固沙林地的地表粗糙度隨著林草植被度的增大而增加。

表2 不同類型鐵路防風固沙林地60cm高處風速與地表粗糙度

3．2 固沙效益

從表3的測量結(jié)果來看，不同配置結(jié)構(gòu)的鐵路防風固沙林比對照流動沙地減少輸沙量55．5%～98．1%，總的趨勢是隨林草植被蓋度的增加，輸沙量則減少［2］。當林草植被蓋度達70%以上時，輸沙量則為對照流動沙地的1．9%～5．0%。輸沙量的67%以上集中在近地表0～6cm高度范圍內(nèi)，這為采用喬灌草混交造林治沙提供了科學依據(jù)。

表3 不同配置結(jié)構(gòu)的鐵路防風固沙林輸沙量

表4表明，混交型鐵路防風固沙林的植被蓋度達70%以上的地段基本無風蝕現(xiàn)象，植被蓋度達75%以上的地段則出現(xiàn)了極少量的積沙，而植被蓋度在70%以下的地段則出現(xiàn)了不同程度的風蝕現(xiàn)象，但有植被區(qū)的風蝕情況比無植被流動沙地輕的多，平均為無植被流動沙地的8%。

表4 不同類型鐵路防風固沙林地風蝕沙埋深度

3．3 改善小氣候效益

從表5可以看出，風沙區(qū)鐵路沿線兩側(cè)營造不同配置結(jié)構(gòu)的混交型防風固沙林有明顯的改善小氣候作用，受林草植被的影響，夏季有植被區(qū)比對照區(qū)流動沙地降低溫度0．28～1．22℃，增加空 氣相對濕度6．8%～11．6%。

表5 不同配置結(jié)構(gòu)的鐵路風固沙林地上100cm高處的溫濕度變化

3．4 對沙地土壤的改良作用

從表6來看，不同配置結(jié)構(gòu)的混交型鐵路防風固沙林地0～30cm土層內(nèi)，土壤的有機質(zhì)、全N、速效P、速效K等均比對照流動沙地有明顯的提高，其中有機質(zhì)增加了0．40～7．15倍，全N增加了1．23～5．06倍，速效P增加了0．07～0．42倍，速效K增加了0．12～0．63倍?？偟内厔菔橇植葜脖坏纳w度越大，土壤的有機質(zhì)及N、P、K含量越高，因此，在風沙區(qū)鐵路沿線營造混交型防風固沙林能有效地改善林地的土壤理化生質(zhì)。

表6 不同類型鐵路防風固沙林地0～30cm土壤養(yǎng)分含量

4 結(jié)論

通過對不同配置結(jié)構(gòu)的鐵路防風固沙林的防風固沙效益觀測研究表明：不同配置結(jié)構(gòu)的混交型鐵路防風固沙林均具有顯著地防風固沙效益，混交型防風固沙林比流動沙地平均降低風速67．8%，且林草植被覆蓋度越大，降低風速的效果越顯著；混交型防風固沙林能顯著增加地表粗糙度，減輕風蝕，減少輸沙量。不同配置結(jié)構(gòu)的混交型鐵路防風固沙林比流動沙地減少輸沙量55．5%～98．1%，隨著林草植被蓋度的增加，輸沙量則減少，當林草植被蓋度達70%以上時，輸沙量僅為流動沙地的1．9%～5．0%，且林地內(nèi)基本無風蝕現(xiàn)象。

不同配置結(jié)構(gòu)的混交型鐵路防風固沙林改善小氣候的效益顯著，有林草植被區(qū)比流動沙地夏季降低氣溫0．28～1．12℃，增加空氣相對濕度6．8%～11．6%。

不同配置結(jié)構(gòu)的混交型鐵路防風固沙林對沙地土壤的改良作用明顯，在不同結(jié)構(gòu)的防風固沙林地0－30cm土層內(nèi)，土壤的有機質(zhì)、全N、速效P、速效K均比對照流動沙地有明顯提高，其中：土壤有機質(zhì)增加了0．40～7．15倍，全N增加了1．23－5．06倍，速效P增加了0．07～0．42倍，速效K增加了0．12～0．63倍，且總的趨勢是林草蓋度越大，土壤的有機質(zhì)和N、P、K的增加倍數(shù)越高。

［1］高保山，康文偉，麻保林，等．陜北榆林風沙區(qū)防護林體系效益評價研究［J］．西北林學院學報，2005，20（2）：13－17．

［2］周心澄，李廣毅，薛智德，等．毛烏素沙地生態(tài)經(jīng)濟型防護林體系效益［J］．水土保持研究所，1995，2（2），36－69．