清潔能源基地生態防沙治沙技術

冶金祥，王鵬，李林忠，何遠，耿繼芳，杜風宇，張平，石發才

(中國電建集團青海省電力設計院有限公司，青海 西寧 810008)

引言

青海省屬于我國風沙影響比較嚴重的省份之一，其風沙影響的土地分布區域廣、面積大，分布區域海拔高，生態破壞比較嚴重[1]。因此，青海省清潔能源基地一直面臨風沙侵蝕危害和風沙引發的生態破壞問題。青海省作為全國重點打造的清潔能源大省，政府高度重視清潔能源基地生態環境修復以及清潔能源的建設和發展。根據相關政策及文件要求啟動清潔能源基地沙化土地生態修復工程，探索青海省清潔能源基地建設與生態修復新模式，打造清潔能源與綠色相呼應，發展低碳經濟，響應碳中和、碳達峰的戰略要求。為此，青海省相關部門編制了《青海省清潔能源基地沙化土地生態修復治理工程規劃》，作為清潔能源基地生態環境修復以及清潔能源建設和發展的宏觀指導性文件。

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，風沙侵蝕的土地其土壤質地疏松，易發生沙塵暴、風沙危害，對清潔能源基地產生威脅[2]。因此，需要建設清潔能源與生態修復相互維持的新模式。相關研究表明[3-6]，植被生態修復是治理沙化土地最有效的、實效性最高的措施之一，直接改變敏感性最活躍的土質，改良地表特性，修復沙化破壞的局部生態環境。植被生態修復，土壤持水性增強，為植被提供更多的養分，持續有效地改善沙化土地水分條件，促進局部生態圈的修復和持續發展[7-8]。我國最主要的防沙治沙固沙的政策為三北防護林、退牧還草、退耕還林還草等重點生態建設項目，其政策主要使用植被進行沙化的防護與沙化的修復，有效遏制生態系統的破壞，極大地改善了土地沙化的現狀[9]。李克軍[10-11]等學者的闡述表明，植樹造林對土地沙化具備長久的治理條件，有效阻擋風沙、降低區域的沙化影響、增強土壤的儲水能力。

本文通過“預防-治理-美化-綜合利用”的綠色生態防沙邏輯模式，對清潔能源基地沙化進行生態修復與生態保護，確定植被生態持水性能差異和植被土壤變化規律對清潔能源基地建設及管理具有重要意義。

1 清潔能源基地生態防沙治沙概述

1.1 清潔能源基地沙化的危害

格爾木市烏圖美仁柴達木盆地分布的清潔能源基地存在流動性沙地，該區域屬于大規模建設發展的光伏基地，流動性的沙區為清潔能源基地的建設造成極大的阻礙。土地沙化區域，風沙影響陽光的穿透性，且風沙的流動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，從而降低光伏的發電效益與發電效率；組件及光伏板沉沙的堆積，增大光伏園區的運行成本、造成組件的損傷破壞，必須采用生態防沙治沙措施，保障清潔能源基地的運行及效益的提升。

對于風力清潔能源基地的建設，機組設備構架等防腐措施在風沙的侵蝕下，設備局部區域會產生防腐涂料的脫落現象，嚴重的極端風沙天氣對風機單軸及雙軸系統機械轉動裝置產生威脅，電機部分沉積的沙塵與軸機機油粘合不易清理，造成風機本體的損傷破壞；若設備未選擇防風沙的機組時，風沙的侵蝕極易導致相關構架強度降低，機組運行不穩定。

電氣線路及其他電氣設備選型或運行時未考慮沙塵因素時，均可能導致電氣設備和線路的污閃、損壞等危險。

1.2 生態防沙治沙技術存在的主要問題

(1)生態修復難度大、費用高。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域上，能源基地的修復與農耕地及林草地的修復相比，兩者區域內植被的分布、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修復技術難度更大，修復模式與修復標準更加復雜，修復工程的投資也隨之增大。因此，不同區域、不同氣候、不同條件下，應結合當地的生態條件與能源基地建設和運行相適應的治理模式進行生態修復。

(2)生態防護存在的局限性。部分能源公司開展了能源基地局部的生態防沙治沙措施，并探索和創新防沙治沙的新技術，但治理區域的局限與治理資金的局限，導致能源基地治沙區域有限、治沙規模較小，對于整體提升能源基地生態修復并不顯著，不能從根本上治理修復風沙區域。

1.3 生態防沙治沙管理的基本原則

(1)因地制宜，分區分類實施。青海各清潔能源基地區域、氣候、資源分布均存在差異，根據各清潔能源基地需求、發電設備等影響因素進行生態防沙治沙措施的實施，必須做到因地制宜，分區分類實施，科學合理地制定規劃，治沙、防沙的選擇與布局有側重點，確保相應能源基地生態防沙治沙得到成效，改善局部區域的生態環境，局部到區域生態修復過渡。其高寒氣候下風沙的運動如圖1所示。

圖1 高寒環境風沙運動的特殊性

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

(3)堅持以水定綠、量水而行。清潔能源基地生態防沙治沙修復的實施中，需要遵從生態法則，尊重自然的發展規律，堅持以水定綠、量水而行的建設理念。青海屬于高寒和干旱區域，水資源的分布存在時空的差異性，針對水資源的分布、水資源的總量以及水資源的可持續利用性，根據其相關水資源及氣候特性制定生態防沙治沙的管理措施。管理措施需要精準地分析建設基地的降水狀況和水資源分布現狀，根據以水定綠的原則，精準地選擇喬、灌、草不同的品種，擇優選取雨養林草種植的生態修復方式，堅決抵制區域地下水的開采灌溉；能源基地需修建氣候遙感設備，實時動態監測降水及水資源區域分布狀況；建造智能監測裝備檢測水資源的動態，應用新技術提升灌溉設備的節水力度。

(4)堅持科技支撐。能源基地防沙治沙生態修復需遵從“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驗，注重推廣國際新技術，探索青海高寒地區治沙新模式，依托先進的技術，推廣林草業先進實用技術和模式，加強抗旱節水技術研究和應用，打造高技術生態防沙模式。

加強能源企業之間的合作和協調、提高防沙治沙工程的實施效率和規模成本效益，并借助新媒體平臺推廣防沙治沙的先進理念與新技術的應用。

2 生態防沙治沙的思路與基本策略

2.1 生態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綜合選擇的過程，其地理位置限制因素較多，生態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域上，水熱條件差，時空特性存在差異性，極大地增加了生態防沙治沙的困難；二是清潔能源基地關乎能源戰略需求，其建設標準高，生態防沙治沙實現保障能源基地的安全和減少局部極端氣候危害的目標，其治理標準高于其他建設工程防沙治沙的要求；三是生態防沙治沙措施主要依靠生態自然的力量，人為措施起到干預的作用。

生態防沙治沙的總體思路基于清潔能源基地“生態脆弱、沙漠廣布、氣候惡劣”等基本特性，提出“預防-治理-美化-綜合利用”的綠色生態防沙治沙邏輯模式。生態防沙治沙措施的“預防”，即預防流動沙地(丘)對清潔能源基地的侵蝕與侵害；生態防沙治沙的“治理”模式，青海境內對沙化土地遵從生態法則，尊重自然的發展規律，堅持以水定綠、量水而行的建設理念，減少沙化土地對能源基地的影響；生態防沙治沙的“美化”實施，美化實則為清潔能源基地生態圈的建立，對能源基地進行綠化，打造網格化植被分布，其綠化區域為能源基地的周邊、廠區道路兩側、運行管理居住區，提升整體區域的綠化率；生態防沙治沙的“綜合利用”實施，綜合利用實則為清潔能源基地生態防沙治沙工程措施的綜合效益管理，通過廠區光伏板間牧草的種植，提高草場的質量與產量，實現優質畜牧業的實施，提高防沙治沙工程的生態防護、牲畜養殖和產業扶貧的相融合。

生態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、適宜植被生長等不同影響因素，提出因地制宜，分區分類實施，科學合理地制定規劃治理措施。根據青海境內清潔能源基地的時空差異性、氣候條件、水資源分布狀況等實際情況，提出生態防沙治沙工程、基地區域綠化、封育保護、沙化土地(草地)的植被種植和修復、基地種植和種養結合等5種防沙治沙管理措施。

2.2 生態防沙治沙的基本策略

青海柴達木盆地所屬的烏圖美仁清潔能源基地其迎風向為流動沙化區域，生態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沙障，或采用方格網沙障與生態植物相結合的固沙體系[13]，其措施的實施提高了沙化區域地面的粗糙度，方網格或者菱形網格鋪設很大程度上減輕了地表風的裹沙能力，削弱了沙床風蝕，使裹起的沙粒沉積于沙障內，從而實現流動性沙化區域治沙固沙的目的。

清潔能源基地光伏園區的生態防沙治沙主要包含光伏園區邊界的防沙帶綠化、主干道路及輔道采用灌木或者楊樹綠化和廠區綠化三部分組成。其中，光伏園區的生態防沙治沙主要體現于防風、固沙和美化功能，形成“一環三軸”的總體生態綠化規格。一環定義為光伏等園區外圍環狀綠化部分，用于園區最基本的防沙、治沙、防風等生態性質的防沙治沙措施；三軸定義為園區道路中軸線所屬的綠化區域、園區構建光伏中路軸線和東西所屬的道路軸線，三軸貫穿園區各區域，將建設園區劃分為幾大組團，形成區域性綠化帶。

光伏園區生活區域點化式綠色布置，園區道路采用防護林綠化模式，其規格為三行喬木和五行灌木，主干道兩側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部綠化構建點、線、面有機結合的綠地系統，結合自然景觀，采用喬灌搭配的方式，構建不同的林帶層次，以達到更好的生態目標。

2.2.1綠色系統的構成

(1)園區主干道兩側所屬的永久性綠化生態防護林帶。

(2)園區內次干道所屬的喬木、灌木組成的綠化帶。

(3)園區內修建的生活區域或者升壓站(匯集站)等管理區域的生態綠化帶。

(4)園區外圍環狀綠化部分。

(5)以光伏電站為例，各區域光伏維護時，利用定期清洗電池板對地表的水源補充，并且通過光伏板遮擋而降低地表蒸發量，使得地表易生長植被，形成天然的綠地。

2.2.2綠色生態系統設計方案

(1)園區外圍環狀及主要道路兩側種植生態防護林，主要作用于防沙、治沙、防風及綠化，喬灌不同層次、不同數量的排列搭配，構建防護林的生態多樣性及景色多重性，以達到最佳的生態種植目標。防護林的種植應遵循“以鄉土樹種為主”“抗性強、能成活”的原則。

(2)區域性發電光伏板陣列預留人工檢修通道外，種植抗逆性強并具有經濟價值的灌木及觀賞藥用植物，不僅有防沙治沙、保護地表以及區域性綠化的特征，也可以產生發電以外的經濟效益。

(3)部分光伏區域可根據扶貧政策或者實現經濟效益需求，適當多元化、多樣化發展以牧草作物帶為良種牛羊有機養殖基地，達到生態平衡，生態經濟的可持續發展。

(4)整個園區生態建設用地以邊界及廊道綠化帶、板間經濟作物帶為主，輔以點狀的公共綠化區，構成有機結合的綠地系統，結合對其他地表的保護，共同形成完善的生態建設與保護格局。

(5)邊界及廊道綠化帶設計。邊界及廊道生態區域的建設，對園區構建生態屏障，弱化風沙危害、提升園區周邊生態環境，保障電站正常發電、安全運行具有重要的意義。園區綠化設計本著統一安排、統一布局的原則，進行大門環境及園區邊界綠化，并在主要道路兩側種植行道樹進行道路綠化。園區綠化尤其是園區外圍綠化設計要充分體現防風、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。堿性土質強的區域其邊界及廊道可采用紅柳，具備環境適應性強，耐鹽堿性強，綠化見效快的特征。

圖2 邊界及廊道生態建設圖

(6)綠色生態系統管護措施。苗木栽植后必須進行及時、合理、經常的養護管理，才能提高成活率，因此苗木成活養護管理是關鍵。在苗木移栽后應采取合理的管護措施進行管理。

①保證水分供應充分、合理、及時。在苗木生長旺盛期，澆水次數要適當增加，保證苗木生長有充分的水分。

②根據情況合理施肥。該地區土壤有效氮素較低，鹽分含量較高，應增施有機肥和氮肥。

③及時補植。調查苗木成活情況，做好記錄，并盡早補植缺株苗木。

④適時抹芽修枝。秋冬落葉后至來春發芽前修除或短截樹冠上部競爭枝，清除長枝以下衰弱枝。

⑤在生長季，根據園區的具體情況采取適當的松土除草措施，提高土壤的通氣性和透水性，促進樹木生長。但應盡量減少地表的人為擾動。

⑥確保苗木安全過冬。及時澆凍水，防止冬季大風干燥苗木失水過多，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，采取適當措施提高苗木抗性，使苗木安全越冬。

⑦加強病蟲害防治。貫徹“預防為主，綜合治理”原則，掌握病蟲害發生的規律和特點，了解病蟲害發生的原因、發生發展特點、與環境的關系，掌握病蟲害發生的時間、部位、范圍等規律，抓住其薄弱環節，制定切實有效的防治措施。

3 建議

(1)為保證工程環境保護和水土保持措施能及時到位，以保護當地生態環境，建議建設單位要落實本工程的環保和水保費用，并做到?？顚Ｓ?。

(2)做好施工期的環境管理工作，做到文明施工，避免施工期揚塵、噪聲對周圍環境產生污染，施工結束后施工場地應盡量恢復原貌。

(3)加強對設備的維護，確保其正常運轉，避免設備帶病運行產生高噪聲對環境造成影響。

(4)在下一步設計中，優化棄渣場選址，盡量利用坑洼地棄渣，減少棄渣占地；優化施工道路設計，合理安排施工工序，減輕對場地原始地貌的破壞。