清潔能源基地生態(tài)防沙治沙技術(shù)

冶金祥，王鵬，李林忠，何遠(yuǎn)，耿繼芳，杜風(fēng)宇，張平，石發(fā)才

(中國電建集團(tuán)青海省電力設(shè)計(jì)院有限公司，青海 西寧 810008)

引言

青海省屬于我國風(fēng)沙影響比較嚴(yán)重的省份之一，其風(fēng)沙影響的土地分布區(qū)域廣、面積大，分布區(qū)域海拔高，生態(tài)破壞比較嚴(yán)重[1]。因此，青海省清潔能源基地一直面臨風(fēng)沙侵蝕危害和風(fēng)沙引發(fā)的生態(tài)破壞問題。青海省作為全國重點(diǎn)打造的清潔能源大省，政府高度重視清潔能源基地生態(tài)環(huán)境修復(fù)以及清潔能源的建設(shè)和發(fā)展。根據(jù)相關(guān)政策及文件要求啟動(dòng)清潔能源基地沙化土地生態(tài)修復(fù)工程，探索青海省清潔能源基地建設(shè)與生態(tài)修復(fù)新模式，打造清潔能源與綠色相呼應(yīng)，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，響應(yīng)碳中和、碳達(dá)峰的戰(zhàn)略要求。為此，青海省相關(guān)部門編制了《青海省清潔能源基地沙化土地生態(tài)修復(fù)治理工程規(guī)劃》，作為清潔能源基地生態(tài)環(huán)境修復(fù)以及清潔能源建設(shè)和發(fā)展的宏觀指導(dǎo)性文件。

青海省清潔能源基地主要面臨干旱少雨、地廣植被稀少、氣候惡劣等特征，風(fēng)沙侵蝕的土地其土壤質(zhì)地疏松，易發(fā)生沙塵暴、風(fēng)沙危害，對(duì)清潔能源基地產(chǎn)生威脅[2]。因此，需要建設(shè)清潔能源與生態(tài)修復(fù)相互維持的新模式。相關(guān)研究表明[3-6]，植被生態(tài)修復(fù)是治理沙化土地最有效的、實(shí)效性最高的措施之一，直接改變敏感性最活躍的土質(zhì)，改良地表特性，修復(fù)沙化破壞的局部生態(tài)環(huán)境。植被生態(tài)修復(fù)，土壤持水性增強(qiáng)，為植被提供更多的養(yǎng)分，持續(xù)有效地改善沙化土地水分條件，促進(jìn)局部生態(tài)圈的修復(fù)和持續(xù)發(fā)展[7-8]。我國最主要的防沙治沙固沙的政策為三北防護(hù)林、退牧還草、退耕還林還草等重點(diǎn)生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目，其政策主要使用植被進(jìn)行沙化的防護(hù)與沙化的修復(fù)，有效遏制生態(tài)系統(tǒng)的破壞，極大地改善了土地沙化的現(xiàn)狀[9]。李克軍[10-11]等學(xué)者的闡述表明，植樹造林對(duì)土地沙化具備長(zhǎng)久的治理?xiàng)l件，有效阻擋風(fēng)沙、降低區(qū)域的沙化影響、增強(qiáng)土壤的儲(chǔ)水能力。

本文通過“預(yù)防-治理-美化-綜合利用”的綠色生態(tài)防沙邏輯模式，對(duì)清潔能源基地沙化進(jìn)行生態(tài)修復(fù)與生態(tài)保護(hù)，確定植被生態(tài)持水性能差異和植被土壤變化規(guī)律對(duì)清潔能源基地建設(shè)及管理具有重要意義。

1 清潔能源基地生態(tài)防沙治沙概述

1.1 清潔能源基地沙化的危害

格爾木市烏圖美仁柴達(dá)木盆地分布的清潔能源基地存在流動(dòng)性沙地，該區(qū)域?qū)儆诖笠?guī)模建設(shè)發(fā)展的光伏基地，流動(dòng)性的沙區(qū)為清潔能源基地的建設(shè)造成極大的阻礙。土地沙化區(qū)域，風(fēng)沙影響陽光的穿透性，且風(fēng)沙的流動(dòng)極易造成光伏面板和其他組件的遮蔽，影響光伏板接受陽光輻射，從而降低光伏的發(fā)電效益與發(fā)電效率；組件及光伏板沉沙的堆積，增大光伏園區(qū)的運(yùn)行成本、造成組件的損傷破壞，必須采用生態(tài)防沙治沙措施，保障清潔能源基地的運(yùn)行及效益的提升。

對(duì)于風(fēng)力清潔能源基地的建設(shè)，機(jī)組設(shè)備構(gòu)架等防腐措施在風(fēng)沙的侵蝕下，設(shè)備局部區(qū)域會(huì)產(chǎn)生防腐涂料的脫落現(xiàn)象，嚴(yán)重的極端風(fēng)沙天氣對(duì)風(fēng)機(jī)單軸及雙軸系統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置產(chǎn)生威脅，電機(jī)部分沉積的沙塵與軸機(jī)機(jī)油粘合不易清理，造成風(fēng)機(jī)本體的損傷破壞；若設(shè)備未選擇防風(fēng)沙的機(jī)組時(shí)，風(fēng)沙的侵蝕極易導(dǎo)致相關(guān)構(gòu)架強(qiáng)度降低，機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定。

電氣線路及其他電氣設(shè)備選型或運(yùn)行時(shí)未考慮沙塵因素時(shí)，均可能導(dǎo)致電氣設(shè)備和線路的污閃、損壞等危險(xiǎn)。

1.2 生態(tài)防沙治沙技術(shù)存在的主要問題

(1)生態(tài)修復(fù)難度大、費(fèi)用高。能源基地占地較大，通常主要布置在沙化土地等具有侵蝕性的區(qū)域上，能源基地的修復(fù)與農(nóng)耕地及林草地的修復(fù)相比，兩者區(qū)域內(nèi)植被的分布、水分保持等主要因素差異性較大，從而清潔能源基地的生態(tài)修復(fù)技術(shù)難度更大，修復(fù)模式與修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)更加復(fù)雜，修復(fù)工程的投資也隨之增大。因此，不同區(qū)域、不同氣候、不同條件下，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)條件與能源基地建設(shè)和運(yùn)行相適應(yīng)的治理模式進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

(2)生態(tài)防護(hù)存在的局限性。部分能源公司開展了能源基地局部的生態(tài)防沙治沙措施，并探索和創(chuàng)新防沙治沙的新技術(shù)，但治理區(qū)域的局限與治理資金的局限，導(dǎo)致能源基地治沙區(qū)域有限、治沙規(guī)模較小，對(duì)于整體提升能源基地生態(tài)修復(fù)并不顯著，不能從根本上治理修復(fù)風(fēng)沙區(qū)域。

1.3 生態(tài)防沙治沙管理的基本原則

(1)因地制宜，分區(qū)分類實(shí)施。青海各清潔能源基地區(qū)域、氣候、資源分布均存在差異，根據(jù)各清潔能源基地需求、發(fā)電設(shè)備等影響因素進(jìn)行生態(tài)防沙治沙措施的實(shí)施，必須做到因地制宜，分區(qū)分類實(shí)施，科學(xué)合理地制定規(guī)劃，治沙、防沙的選擇與布局有側(cè)重點(diǎn)，確保相應(yīng)能源基地生態(tài)防沙治沙得到成效，改善局部區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，局部到區(qū)域生態(tài)修復(fù)過渡。其高寒氣候下風(fēng)沙的運(yùn)動(dòng)如圖1所示。

圖1 高寒環(huán)境風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的特殊性

(2)預(yù)防為主，綜合治理、喬灌草相結(jié)合。清潔能源基地基于存在的現(xiàn)狀和立地條件，需要堅(jiān)持造封結(jié)合的模式進(jìn)行基地的建設(shè)；堅(jiān)持清潔能源基地與生態(tài)措施相配套的管理模式進(jìn)行綜合治理，生態(tài)措施主要采用喬、灌、草相結(jié)合的草方格沙障[12]修復(fù)治理措施。

(3)堅(jiān)持以水定綠、量水而行。清潔能源基地生態(tài)防沙治沙修復(fù)的實(shí)施中，需要遵從生態(tài)法則，尊重自然的發(fā)展規(guī)律，堅(jiān)持以水定綠、量水而行的建設(shè)理念。青海屬于高寒和干旱區(qū)域，水資源的分布存在時(shí)空的差異性，針對(duì)水資源的分布、水資源的總量以及水資源的可持續(xù)利用性，根據(jù)其相關(guān)水資源及氣候特性制定生態(tài)防沙治沙的管理措施。管理措施需要精準(zhǔn)地分析建設(shè)基地的降水狀況和水資源分布現(xiàn)狀，根據(jù)以水定綠的原則，精準(zhǔn)地選擇喬、灌、草不同的品種，擇優(yōu)選取雨養(yǎng)林草種植的生態(tài)修復(fù)方式，堅(jiān)決抵制區(qū)域地下水的開采灌溉；能源基地需修建氣候遙感設(shè)備，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)降水及水資源區(qū)域分布狀況；建造智能監(jiān)測(cè)裝備檢測(cè)水資源的動(dòng)態(tài)，應(yīng)用新技術(shù)提升灌溉設(shè)備的節(jié)水力度。

(4)堅(jiān)持科技支撐。能源基地防沙治沙生態(tài)修復(fù)需遵從“取其精華，去其糟粕”的理念，吸收其他地方防沙治沙的成功經(jīng)驗(yàn)，注重推廣國際新技術(shù)，探索青海高寒地區(qū)治沙新模式，依托先進(jìn)的技術(shù)，推廣林草業(yè)先進(jìn)實(shí)用技術(shù)和模式，加強(qiáng)抗旱節(jié)水技術(shù)研究和應(yīng)用，打造高技術(shù)生態(tài)防沙模式。

加強(qiáng)能源企業(yè)之間的合作和協(xié)調(diào)、提高防沙治沙工程的實(shí)施效率和規(guī)模成本效益，并借助新媒體平臺(tái)推廣防沙治沙的先進(jìn)理念與新技術(shù)的應(yīng)用。

2 生態(tài)防沙治沙的思路與基本策略

2.1 生態(tài)防沙治沙的總體思路

清潔能源基地選址是基于多因素多指標(biāo)綜合選擇的過程，其地理位置限制因素較多，生態(tài)防沙治沙具有一定的特殊性。其特殊性存在于以下三方面：一是治理難度較大，能源地基占地較大，通常主要布置在沙化土地具有侵蝕的區(qū)域上，水熱條件差，時(shí)空特性存在差異性，極大地增加了生態(tài)防沙治沙的困難；二是清潔能源基地關(guān)乎能源戰(zhàn)略需求，其建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高，生態(tài)防沙治沙實(shí)現(xiàn)保障能源基地的安全和減少局部極端氣候危害的目標(biāo)，其治理標(biāo)準(zhǔn)高于其他建設(shè)工程防沙治沙的要求；三是生態(tài)防沙治沙措施主要依靠生態(tài)自然的力量，人為措施起到干預(yù)的作用。

生態(tài)防沙治沙的總體思路基于清潔能源基地“生態(tài)脆弱、沙漠廣布、氣候惡劣”等基本特性，提出“預(yù)防-治理-美化-綜合利用”的綠色生態(tài)防沙治沙邏輯模式。生態(tài)防沙治沙措施的“預(yù)防”，即預(yù)防流動(dòng)沙地(丘)對(duì)清潔能源基地的侵蝕與侵害；生態(tài)防沙治沙的“治理”模式，青海境內(nèi)對(duì)沙化土地遵從生態(tài)法則，尊重自然的發(fā)展規(guī)律，堅(jiān)持以水定綠、量水而行的建設(shè)理念，減少沙化土地對(duì)能源基地的影響；生態(tài)防沙治沙的“美化”實(shí)施，美化實(shí)則為清潔能源基地生態(tài)圈的建立，對(duì)能源基地進(jìn)行綠化，打造網(wǎng)格化植被分布，其綠化區(qū)域?yàn)槟茉椿氐闹苓?、廠區(qū)道路兩側(cè)、運(yùn)行管理居住區(qū)，提升整體區(qū)域的綠化率；生態(tài)防沙治沙的“綜合利用”實(shí)施，綜合利用實(shí)則為清潔能源基地生態(tài)防沙治沙工程措施的綜合效益管理，通過廠區(qū)光伏板間牧草的種植，提高草場(chǎng)的質(zhì)量與產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)畜牧業(yè)的實(shí)施，提高防沙治沙工程的生態(tài)防護(hù)、牲畜養(yǎng)殖和產(chǎn)業(yè)扶貧的相融合。

生態(tài)防沙治沙基于清潔能源基地本身防沙治沙需求、沙化類型、水熱條件、適宜植被生長(zhǎng)等不同影響因素，提出因地制宜，分區(qū)分類實(shí)施，科學(xué)合理地制定規(guī)劃治理措施。根據(jù)青海境內(nèi)清潔能源基地的時(shí)空差異性、氣候條件、水資源分布狀況等實(shí)際情況，提出生態(tài)防沙治沙工程、基地區(qū)域綠化、封育保護(hù)、沙化土地(草地)的植被種植和修復(fù)、基地種植和種養(yǎng)結(jié)合等5種防沙治沙管理措施。

2.2 生態(tài)防沙治沙的基本策略

青海柴達(dá)木盆地所屬的烏圖美仁清潔能源基地其迎風(fēng)向?yàn)榱鲃?dòng)沙化區(qū)域，生態(tài)防沙治沙措施采用礫石、尼龍、麥草、灌木等材料形成的方格網(wǎng)沙障，或采用方格網(wǎng)沙障與生態(tài)植物相結(jié)合的固沙體系[13]，其措施的實(shí)施提高了沙化區(qū)域地面的粗糙度，方網(wǎng)格或者菱形網(wǎng)格鋪設(shè)很大程度上減輕了地表風(fēng)的裹沙能力，削弱了沙床風(fēng)蝕，使裹起的沙粒沉積于沙障內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)流動(dòng)性沙化區(qū)域治沙固沙的目的。

清潔能源基地光伏園區(qū)的生態(tài)防沙治沙主要包含光伏園區(qū)邊界的防沙帶綠化、主干道路及輔道采用灌木或者楊樹綠化和廠區(qū)綠化三部分組成。其中，光伏園區(qū)的生態(tài)防沙治沙主要體現(xiàn)于防風(fēng)、固沙和美化功能，形成“一環(huán)三軸”的總體生態(tài)綠化規(guī)格。一環(huán)定義為光伏等園區(qū)外圍環(huán)狀綠化部分，用于園區(qū)最基本的防沙、治沙、防風(fēng)等生態(tài)性質(zhì)的防沙治沙措施；三軸定義為園區(qū)道路中軸線所屬的綠化區(qū)域、園區(qū)構(gòu)建光伏中路軸線和東西所屬的道路軸線，三軸貫穿園區(qū)各區(qū)域，將建設(shè)園區(qū)劃分為幾大組團(tuán)，形成區(qū)域性綠化帶。

光伏園區(qū)生活區(qū)域點(diǎn)化式綠色布置，園區(qū)道路采用防護(hù)林綠化模式，其規(guī)格為三行喬木和五行灌木，主干道兩側(cè)采取三行喬木三行灌木，次干道采取兩行喬木三行灌木的方式；電纜廊道綠化帶和電站內(nèi)部綠化構(gòu)建點(diǎn)、線、面有機(jī)結(jié)合的綠地系統(tǒng)，結(jié)合自然景觀，采用喬灌搭配的方式，構(gòu)建不同的林帶層次，以達(dá)到更好的生態(tài)目標(biāo)。

2.2.1綠色系統(tǒng)的構(gòu)成

(1)園區(qū)主干道兩側(cè)所屬的永久性綠化生態(tài)防護(hù)林帶。

(2)園區(qū)內(nèi)次干道所屬的喬木、灌木組成的綠化帶。

(3)園區(qū)內(nèi)修建的生活區(qū)域或者升壓站(匯集站)等管理區(qū)域的生態(tài)綠化帶。

(4)園區(qū)外圍環(huán)狀綠化部分。

(5)以光伏電站為例，各區(qū)域光伏維護(hù)時(shí)，利用定期清洗電池板對(duì)地表的水源補(bǔ)充，并且通過光伏板遮擋而降低地表蒸發(fā)量，使得地表易生長(zhǎng)植被，形成天然的綠地。

2.2.2綠色生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

(1)園區(qū)外圍環(huán)狀及主要道路兩側(cè)種植生態(tài)防護(hù)林，主要作用于防沙、治沙、防風(fēng)及綠化，喬灌不同層次、不同數(shù)量的排列搭配，構(gòu)建防護(hù)林的生態(tài)多樣性及景色多重性，以達(dá)到最佳的生態(tài)種植目標(biāo)。防護(hù)林的種植應(yīng)遵循“以鄉(xiāng)土樹種為主”“抗性強(qiáng)、能成活”的原則。

(2)區(qū)域性發(fā)電光伏板陣列預(yù)留人工檢修通道外，種植抗逆性強(qiáng)并具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的灌木及觀賞藥用植物，不僅有防沙治沙、保護(hù)地表以及區(qū)域性綠化的特征，也可以產(chǎn)生發(fā)電以外的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)部分光伏區(qū)域可根據(jù)扶貧政策或者實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益需求，適當(dāng)多元化、多樣化發(fā)展以牧草作物帶為良種牛羊有機(jī)養(yǎng)殖基地，達(dá)到生態(tài)平衡，生態(tài)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

(4)整個(gè)園區(qū)生態(tài)建設(shè)用地以邊界及廊道綠化帶、板間經(jīng)濟(jì)作物帶為主，輔以點(diǎn)狀的公共綠化區(qū)，構(gòu)成有機(jī)結(jié)合的綠地系統(tǒng)，結(jié)合對(duì)其他地表的保護(hù)，共同形成完善的生態(tài)建設(shè)與保護(hù)格局。

(5)邊界及廊道綠化帶設(shè)計(jì)。邊界及廊道生態(tài)區(qū)域的建設(shè)，對(duì)園區(qū)構(gòu)建生態(tài)屏障，弱化風(fēng)沙危害、提升園區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境，保障電站正常發(fā)電、安全運(yùn)行具有重要的意義。園區(qū)綠化設(shè)計(jì)本著統(tǒng)一安排、統(tǒng)一布局的原則，進(jìn)行大門環(huán)境及園區(qū)邊界綠化，并在主要道路兩側(cè)種植行道樹進(jìn)行道路綠化。園區(qū)綠化尤其是園區(qū)外圍綠化設(shè)計(jì)要充分體現(xiàn)防風(fēng)、防沙和減弱噪音的功能，在物種選擇上建議選擇檉柳等植物。堿性土質(zhì)強(qiáng)的區(qū)域其邊界及廊道可采用紅柳，具備環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，耐鹽堿性強(qiáng)，綠化見效快的特征。

圖2 邊界及廊道生態(tài)建設(shè)圖

(6)綠色生態(tài)系統(tǒng)管護(hù)措施。苗木栽植后必須進(jìn)行及時(shí)、合理、經(jīng)常的養(yǎng)護(hù)管理，才能提高成活率，因此苗木成活養(yǎng)護(hù)管理是關(guān)鍵。在苗木移栽后應(yīng)采取合理的管護(hù)措施進(jìn)行管理。

①保證水分供應(yīng)充分、合理、及時(shí)。在苗木生長(zhǎng)旺盛期，澆水次數(shù)要適當(dāng)增加，保證苗木生長(zhǎng)有充分的水分。

②根據(jù)情況合理施肥。該地區(qū)土壤有效氮素較低，鹽分含量較高，應(yīng)增施有機(jī)肥和氮肥。

③及時(shí)補(bǔ)植。調(diào)查苗木成活情況，做好記錄，并盡早補(bǔ)植缺株苗木。

④適時(shí)抹芽修枝。秋冬落葉后至來春發(fā)芽前修除或短截樹冠上部競(jìng)爭(zhēng)枝，清除長(zhǎng)枝以下衰弱枝。

⑤在生長(zhǎng)季，根據(jù)園區(qū)的具體情況采取適當(dāng)?shù)乃赏脸荽胧?，提高土壤的通氣性和透水性，促進(jìn)樹木生長(zhǎng)。但應(yīng)盡量減少地表的人為擾動(dòng)。

⑥確保苗木安全過冬。及時(shí)澆凍水，防止冬季大風(fēng)干燥苗木失水過多，有必要的情況下采用草繩纏繞樹干和根莖埋土的方法防凍，采取適當(dāng)措施提高苗木抗性，使苗木安全越冬。

⑦加強(qiáng)病蟲害防治。貫徹“預(yù)防為主，綜合治理”原則，掌握病蟲害發(fā)生的規(guī)律和特點(diǎn)，了解病蟲害發(fā)生的原因、發(fā)生發(fā)展特點(diǎn)、與環(huán)境的關(guān)系，掌握病蟲害發(fā)生的時(shí)間、部位、范圍等規(guī)律，抓住其薄弱環(huán)節(jié)，制定切實(shí)有效的防治措施。

3 建議

(1)為保證工程環(huán)境保護(hù)和水土保持措施能及時(shí)到位，以保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，建議建設(shè)單位要落實(shí)本工程的環(huán)保和水保費(fèi)用，并做到專款專用。

(2)做好施工期的環(huán)境管理工作，做到文明施工，避免施工期揚(yáng)塵、噪聲對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生污染，施工結(jié)束后施工場(chǎng)地應(yīng)盡量恢復(fù)原貌。

(3)加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的維護(hù)，確保其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免設(shè)備帶病運(yùn)行產(chǎn)生高噪聲對(duì)環(huán)境造成影響。

(4)在下一步設(shè)計(jì)中，優(yōu)化棄渣場(chǎng)選址，盡量利用坑洼地棄渣，減少棄渣占地；優(yōu)化施工道路設(shè)計(jì)，合理安排施工工序，減輕對(duì)場(chǎng)地原始地貌的破壞。