青藏铁路建设的主要生态影响及防护措施的景观生态学分析.docx

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青藏铁路建设的主要生态影响及防护措施的景观生态学分析

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青藏铁路建设的主要生态影响及防护措施的景观生态学分析c

摘要：

介绍了青藏铁路荒漠生态系统的特点,即生态系统组成成分单纯,结构简单,自我调节能力小,系统稳定性差,十分原始脆弱,极易遭到破坏,且恢复困难;针

对青藏高原荒漠地区自然生态环境的特点,分析了各种工程活动对生态环境的不利影响,由此制定了各种工程活动的生态保护、水土保持、景观恢复等措施。

“生态脆弱”是青藏铁路建设面临的主要难题之一,青藏铁路沿线生态环境具有特殊性、般感性、脆弱性和区域差异性等特征,因此,在青藏铁路的设计和建设中采取了多种有效的工程措施对生态环境进行保护,监测结果表明青藏铁路建设环境保护在中国重点工程建设项目中处于领先水平。

关键词：

生态脆弱，生态环境，污染防治，环境保护，景观恢复

青藏高原是中国最大、世界海拔最高的高原。

分布在中国境内的部分包括西南的西藏自治区、四川省西部以及云南省部分地区，西北青海省的全部、新疆维吾尔自治区南部以及甘肃省部分地区。

整个青藏高原还包括不丹、尼泊尔、印度、巴基斯坦、阿富汗、塔吉克斯坦、吉尔吉斯斯坦的部分，总面积近300万平方公里。

境内面积257万平方公里，平均海拔4000～5000米，有“世界屋脊”和“第三极”之称。

是亚洲许多大河的发源地。

青藏铁路是实施西部大开发战略的标志性工程，是中国新世纪四大工程之一。

该路东起青海西宁，西至拉萨，全长1956公里。

其中，西宁至格尔木段814公里已于1979年铺通，1984年投入运营。

青藏铁路格尔木至拉萨段，北起青海省格尔木市，经纳赤台、五道梁、沱沱河、雁石坪，翻越唐古拉山，再经西藏自治区安多、那曲、当雄、羊八井，至拉萨，全长1142公里。

其中新建线路1110公里，于2001年6月29日正式开工。

青藏铁路是世界海拔最高、线路最长的高原铁路。

2006年7月1日正式通车运营。

青藏铁路格尔木至拉萨段是世界上海拔最高,跨越高原多年冻土地段里程最长的铁路,其中翻越唐古拉山最高点海拔5072m,经过海拔4000m以上地段960km,青藏铁路经过地区自然生态环境原始、独特,生物多样性丰富,生态系统极其脆弱、敏感,高寒草甸、高寒草原、多年冻土等被破坏扰动后很难恢复,野生动物保护、高原植被恢复以及湿地、湖泊环境保护和冻土环境保护,都是铁路建设面临的环保难题。

因此,环境保护在青藏铁路建设中具有不同于一般铁路的突出地位,因此搞好青藏铁路建设的环境保护不但是维护高原生态平衡的需要,而且是保证青藏铁路建成后长期安全运营的需要。

1.青藏铁路沿线生态环境特点：

荒漠生态系统是指由耐旱性甚强的超旱生半灌木、灌木植被等为基础所构成的生态系统,包括其生物群落、生境条件以及与此相关的生态过程。

它是在温带极端干旱和严重缺水的生境条件下形成的。

其主要生物群落特征是生物组成种类较少,植物群落稀疏,地表盖度较低,生物生产力水平低。

本地段主要土壤类型为荒漠土。

沙质、砂砾质构成的各类荒漠土,在地形平缓的低山丘陵,多形成富含钙质和石膏的棕漠土、灰棕漠土,而在低洼地区则形成各类不同程度的盐渍化土、盐土等,部分风沙覆盖地段为风沙土。

土壤母质多为冲洪积物,土壤发育不良,粗砾质,贫瘠干燥,缺乏腐殖质。

地段植物主要以温性荒漠植物为主，旱生及超旱生半灌木和灌木,常具旱生型结构,是长期适应干旱气候和严重缺水的生境条件下的结果。

其它植物种类组成单一,植物群落结构简单。

常见的植物约30种左右。

一般丰富度为2～6。

因此,该地段群落稳定性极差,破坏后将很难恢复。

高寒植被环境是极其脆弱的寒区生态环境,极易受外界因素干扰,一旦遭受严重破坏,将长期不能够恢复,同时对其他生态环境也会产生较大影响。

如青藏公路建设,大量开挖引起地表植被破坏,30年尚未完全恢复,仅有部分地段开始生长少量植被,同时改变了地表下垫面条件,引起地表沙漠化现象增加。

在铁路施工过程中,修筑的大型临时设施、临时房屋、开凿隧道、取土填筑路堤、机械碾压和填压、施工人员践踏等都会对使地表植被遭到破坏,引起当地土地沙化,同时也会间接影响食草动物群落的稳定。

青藏高原分布着众多的冰川、雪山、河流、湖泊、湿地,素有“中华水塔”之称。

其中藏北高原内陆水系丰富,湖泊星罗棋布,总面积达3万km2。

青藏高原不但蕴育了长江的源头,汇人太平洋、印度洋的众多大江大河以及周边著名内陆河流塔里木河、阿姆河等也均发源于此,它对中华民族乃至南亚、东南亚人民的生存和发展有着决定性的影响。

青藏铁路经过地区珍稀特有种物种较多,种群数量大。

常见的16种哺乳类动物中的11种为青藏高原特有种；30多种鸟类中的7种为青藏高原特有种；植物种类有486种,其中80多种以上为高原特有种。

属国家一级保护的动物主要有藏羚羊、藏野驴、野耗牛、白唇鹿、雪豹、藏雪鸡、黑颈鹤等。

青藏铁路沿线分布有5个已建的自然保护区、6个规划的自然保护区及一个特殊生态功能区。

线路经过可可西里国家级自然保护区和三江源自然保护区,紧临西藏色林错黑颈鹤自然保护区缓冲区的错那湖边,穿越长江源特殊生态功能保护区。

多年冻土指的是地表下一定深度内地温持续两年以上处于0℃以下的土层（土壤、土和岩石）,是地质历史和气候变迁背景下受区域地理环境、地质构造、岩性、水文和植被特征等因素共同影响下,通过地气间物质和能量交换而发育的客观地质实体,有着独特的自身演变规律,对环境变化极为敏感闭。

青藏线上连续多年冻土地段长达547km。

多年冻土地带极为敏感,易受外界因素影响。

而冻土破坏后会造成积水洼地、融冻泥流、地面沉降等严重的冻融灾害,还可能出现沙漠化趋势加强,还有植被退化等现象,干扰寒区生态环境平衡。

因此冻土环境保护也是青藏高原上的环境保护的重要内容。

青藏高原的生态环境不仅构成当地社会经济发展的自然基础,影响着本地区社会发展和居民的生活质量,而且也影响着毗邻地区乃至更广范围生态环境的变化。

所以在青藏高原上进行铁路建设做好环境保护工作具有特别重要的意义。

青藏铁路经过的荒漠地带,生态系统组成成分单纯,结构简单,自我调节能力较小,系统稳定性差,极易遭到破坏,且大多数接近其本底状态。

其质量现状处于中等偏下水平,并且十分原始、脆弱。

所以一旦破坏,恢复起来很困难。

在另一方面,青藏铁路的环境保护同其它铁路相比又有其特殊性。

沿线海拔高,空气稀薄,气候寒冷、干旱,动植物种类少、生长期短、生物量低、生物链简单,生态系统中物质循环和能量的转换过程缓慢,致使本区生态环境十分脆弱。

长期低温和短促的生长季节使寒冷地区的植被一旦破坏,恢复十分困难,而且加速冻土融化,从而引起土地沙化和水土流失。

沿线分布的珍稀野生动物,特别是青藏高原的特有物种必须重点保护。

2.青藏铁路对沿线生态环境的影响：

青藏铁路被称为“高原的环保生态型铁路”,工程中采取了大量环保措施来保护高原生态环境。

但是由于当地的生态脆弱性,其中有些问题是不可避免的。

青藏铁路的修建和运营过程中,在带动区域经济发展的同时,也扩大了人在青藏高原的活动范围,加大了人类对自然界的干扰,导致了自然生态环境的破坏。

人为活动和环境植被的破坏,将改变青藏线多年冻土的热量平衡状态,其最直接的效应就是季节融化深度加深和次年回冻深度减薄,致使多年冻土上限逐渐下降,导致路基不均匀下沉,破坏其上的建筑物川。

另外,冻土层破坏最终会导致区内草场退化、土地沙化、水土流失严重、生态环境变劣,形成生态环境的恶性循环。

地表植被的减少以及自然环境逐渐退化,加上人类不合理的经济活动,野生动物的适生分布范围日渐缩小,数量剧减,个别种类还面临着灭绝之灾。

铁路工程对动物生境的破坏主要表现在铁路建设中挖填方破坏动物的自然栖息、生长和繁殖、活动的场所,以及铁路的修建造成对动物活动领域的分割。

此外,铁路运行时,噪声将对人们的工作和生活带来一定的影响,由于青藏铁路开通后列车运行对数很少,且沿线大都人口密度小,或为无人区,铁路运营时期的噪声将不会给沿线居民带来明显的影响。

但因为沿线分布有自然保护区,因此青藏铁路运营期间产生的噪声对生态环境的影响主要表现为对野生动物生理活动造成的影响。

铁路施工时的二次扬尘、燃油燃煤作业机械排放尾气（CO2、NO2、SO2）会增加大气污染。

青藏铁路沿线河流密集,施工期水土流失增大河流源头的含沙量,运营期对水环境的污染主要表现为各站段的生产污水、内燃机车留下的油污及旅客生活污水造成沿线水体污染,将会使地表水受到污染,甚至会污染“三江“源头。

且随着铁路的修建,城镇的扩大也随之将加大对水系及空气的污染。

该工程对环境的影响,主要是通过对地表植被和土壤结构的破坏,导致植被覆盖度降低,植物种类减少以及土层结构破坏,使荒漠系统的结构和功能下降,局部生态环境恶化,伴随水土流失和风沙活动加强。

通过地表取土或弃土,破坏地表植被和土壤结构,改变地形地貌以及自然景观,使区域植被盖度和植物多样性下降,自然景观破碎化,导致生态系统的结构和功能下降。

由于区域生态环境十分脆弱,植被恢复困难且周期缓慢,因此,取弃土场在一定程度上加剧水土流失及风沙活动等生态问题。

通过运输机械（车辆）碾压,破坏地表植被和土壤物理结构,在风动力作用下极易散失,不仅造成扬尘影响区域环境空气质量,并且表土在风动力作用下易造成土地沙化。

通过桥涵工程建设,可改变河道地形地貌、水文过程和地表植被,影响生态系统结构和功能。

可在一定程度上加剧水土流失、影响河流水质等生态问题。

通过隧道挖掘或弃碴安置,可改变或破坏自然景观、地形地貌和地表植被,使区域植被覆盖和植物多样性下降,影响生态系统结构和功能。

可在一定程度上加剧水土流失等生态问题。

通过场地占用、机械碾压以及人员活动等,可破坏地表植被和土壤结构,降低生态系统功能。

其影响范围和程度与营地规模、人员数量、时间长短有十分密切的关系。

3.生态影响分析及评价：

景观生态分类指根据景观的空间结构与生态功能特性来划分景观生态系统的类型。

景观生态分类是景观生态学研究的重要构成部分，在很大程度上反映了整个学科的发展水平。

景观生态分类不仅考虑到了景观的自然属性，同时也考虑到了景观的空间形态差异，是正确认识景观、有效保护和合理开发利用景观资源的重要基础，是进行景观格局分析、景观生态评价、景观规划及景观管理的前提，也是景观生态学理论与实践相结合的重要环节。

在景观生态分类一般遵循综合性、主导性、实用性、等级性原则。

景观生态学作为一门新兴的交叉学科,主要研究空间格局和生态变化的相互作用,为综合解决资源与环境问题,全面开展生态环境建设提供了新的理论和方法。

通过景观生态学的方法不仅可以对景观生态系统进行分类和生产力的评价,还能够分析景观的格局及动态变化,这些方法恰好可应用于野外开发建设项目引发的生态问题的影响预测。

下面就以青藏铁路格望段建设工程为例,分析这些方法在生态影响评价中的应用。

本地区采用2000年Landsat-TM遥感影像数据，参考遥感影像空间分辨率（30m*30m），可确定出如下四个土地类型：

1）戈壁：

在评价区域昆仑山北麓的洪、冲积扇上,卫片可见大面积均匀色调的地物,当为砂质戈壁时显示浅亮白色调,主导风向上可见带形阴影,色差不太明显;而砾质戈壁则可见暗灰色调,色调均匀,四周逐渐变浅。

2）裸山和裸岩：

山体部分呈白色,为裸山；部分暗灰色,显示由于风蚀和重力搬运使山体基岩裸露。

3）荒漠植被：

格尔木至南山口,卫片色调为白色或暗灰色调,显示植被极稀疏,仅仅在个别地方分布小片的膜果麻黄。

进入格尔本河宽河谷,卫片色调仍然以白色为主,两侧山体多呈白色或暗灰色,可以判定植被稀疏,盖度仍在5%以下。

进入昆仑河,可见两侧河谷有极浅的杏红色调团块状斑块分布,群山中也有几片浅浅的杏红色调分布,荒漠化程度变轻,植被盖度的在5-15%之间。

过了野牛沟,杏红色调变深,分布数量渐多,面积变大,显示荒漠植被己过渡到半荒漠状态。

4）城市与周边人工为主植被:

城市聚居地外形齐整,为灰蓝色调。

周边人工为主植被呈深浅不同的红色调,由于卫片成像时间正值格尔木农作物生长旺盛时期,因而青稞为主的农田呈深红色调,外形整齐,显示人工耕作痕迹。

而在盐碱湿地上,成片芦苇长势旺盛,呈团块状不规则外形与农田交织分布。

景观生产力反映景观生态系统的生产能力，包括土地的生物生产力、土地利用的经济效益和土地生产潜力三个方面。

景观生产力水平是一种景观生态系统的投入-产出水平，人类保护景观生态系统的目的首先是实现人类与自然的共生互利和人类与自然协调环境下的的投入，高产出的效果。

在人类与自然相互适应和共同进化的过程中，要求景观生态系统能够为人类提供更多的资源，但是人类的过度索取和污染不合理排放会降低景观生态的生产能力。

因此。

通过景观生产力评价是人们更加清晰的认识景观生态系统生产力水平，这样有利于更好地利用自然资源，为人类提供更丰富的物质产品。

生态系统本底的生产能力是指生态系统在未受到任何人为干扰情况下的生产能力。

这个值可通过测量当地的净第一性生产力来衡量。

本评价采用周广胜、张新时根据水热平衡联系方程及生物生理生态特征而建立的自然植被净第一性生产力模型,计算出评价区域三种类型生态系统的自然植被第一性生产力，结果如下

评价区域自然植被净第一性生产力的测算结果

生态系统类型降水量（mm）生物温度（BT）（e）净第一性生产力NPP[t/（hm2·a）]

Ñ温凉干旱平原河谷荒漠为主生态系统

Ñ-1温凉干旱砂质荒漠生境3025000.05

Ñ-2温凉干旱砾质荒漠生境3025000.05

Ñ-3温凉干旱宽河谷荒漠生境3515000.33

Ñ-4高寒干旱山地荒漠生境100940.53

Ò高寒荒漠草原过渡型生态系统150800.74

Ó高寒山地草原生态系统150300.68

与网上在现场查得的实地资料进行对比。

净生产量的计算参考了武滕在1968年的公式。

实测结果如下：

评价区域自然植被净第一性生产力的实测结果

生态系统类型实测的平均净生产力[t/（hm2·a）]

Ñ温凉干旱平原河谷荒漠为主生态系统

Ñ-1温凉干旱砂质荒漠生境0.06

Ñ-2温凉干旱砾质荒漠生境0.06

Ñ-3温凉干旱宽河谷荒漠生境0.21

Ñ-4高寒干旱山地荒漠生境0.47

Ò高寒荒漠草原过渡型生态系统0.75

Ó高寒山地草原生态系统0.6

上述数据显示该区域由于自然条件恶劣,人类活动主要集中在河谷范围,局部干扰破坏十分严重,但从不同生态系统的生产能力而言,仍维持在本底生产力水平没有变化。

对生态体系恢复稳定性的度量,是通过对植被生物量进行度量的方法来进行的。

根据评价区域自然植被净第一性生产力的测算的结果,评价区内三类不同的生态系统均属于由低生物量的荒漠植被和高寒草原植被组成,其生产能力维持在荒漠的水平。

由于区域自然条件恶劣,生产的基础条件一旦受到破坏,例如,土壤结构破坏,则需要上千年的时间才能恢复。

因此我们可以看出该评价区内生态系统的恢复能力是很差的。

青藏铁路格望段项目施工和运营后,对植被占用情况如下所示

生态系统类型占用原有植被类型面积（hm2）生物量减少（t）

Ñ温凉干旱平原河谷荒漠为主生态系统

Ñ-1温凉干旱砂质荒漠生境裸地--

Ñ-2温凉干旱砾质荒漠生境裸地--

Ñ-3温凉干旱宽河谷荒漠生境荒漠植被175.3836.83

Ñ-4高寒干旱山地荒漠生境荒漠植被286.67134.73

Ò高寒荒漠草原过渡型生态系统过渡型植被173.86130.40

Ó高寒山地草原生态系统草地12.317.39

合计309.35

从上述数据可知,格望段铁路建设至使该区段每年减少生物量309.35,t该区域裸山、裸地面积大,缺少高亚稳定性组分,生物量的巨大损失加剧了该区域的波动平衡状况。

由于将生物量损失平均到整个评价区,使单位面积生物量减少比例在0.01-0.25%之间,因此,铁路建设对恢复稳定性的影响还是可以承受的。

由于该评价区域生物多样性丰富程度低,分布不均与,铁路建设只对河谷区域的局部带型区域产生影响,不会再使生物多样性指数降低。

这个结论从一个侧面反映了该区域生物组分简单,这是环境条件恶劣造成的后果。

加之,该区域不多的物种常以优势种为核心混杂生存,异质化程度低,铁路建设只改变了评价区域不足0.25%的区域土地利用现状,对整体评价区的空间结构影响不大,因此,不会使评价区异质化程度低的现状继续恶化。

因此,铁路建设对阻抗复稳定性的影响还是可以承受的。

4．结论：

景观生态学方法能够从景观分类、景观的功能及景观动态等角度,对非污染建设项目的生态影响进行定量和半定量化的分析,从一定程度上分析可知,使生态影响评价内容得到了进一步深化。

青藏铁路格望段将使不同类型生态系统的损失比率在0.01%至0.25%之间,影响不太大；铁路建设对生态系统稳定性的影响也是生态系统可以承受的。