新建鐵路敦煌至格爾木線生態系統完整性影響評價

摘 要:生態系統完整性是資源管理和環境影響評價中的一個重要概念，它主要反映生態系統在外來干擾下維持自身結構、功能與穩定性的程度。評價生態系統完整性對于保護脆弱生態系統免受人類干擾和影響具有重要意義。本文以新建鐵路敦煌至格爾木線為例，通過沿線地區生態系統脆弱性評價，結合鐵路工程對生態系統的影響方式與影響程度分析，借助遙感與地理信息系統技術進行疊加運算與分析，綜合評價了鐵路建設對西北生態脆弱區生態系統完整性的影響。

關鍵詞:敦格鐵路生態系統完整性生態脆弱度環境影響評價

中圖分類號:U216文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(a)-0150-02

1 引言

新建敦煌至格爾木鐵路位于甘肅省西北部酒泉市和青海省西部海西蒙古族藏族自治州境內，當前正處于建設施工期。線路北端接軌于柳敦鐵路的終點敦煌車站，穿沙山溝經阿克塞、肅北縣境，走行于當金山，于蘇干湖盆地進入青海省海西州境內，翻越賽什騰山，經魚卡、大柴旦行委，于青藏鐵路西格段飲馬峽車站接軌，線路全長658.326km。敦煌至格爾木線連接西北兩大主要干線蘭新鐵路與青藏鐵路，鐵路建成后將形成聯結甘、新、青、西藏四省區新的南北通道，對于加強西北鐵路網的建設、帶動西北地區經濟社會發展具有十分重要的戰略意義。

近年來，隨著人類活動對生態環境影響規模和強度的加劇，自然生態系統完整性不斷喪失，并由此危及到人類自身生存和發展。生態系統完整性的研究已成為當前生態學研究的熱點之一，但在我國尚處于起步階段。目前，國內一些學者對西南巖溶地區、長江源區等地開展了生態系統完整性評價[1，2]，并總結了我國生態系統完整性評價的研究方法，生態系統完整性評價也在建設項目生態影響評價中得到較廣泛應用[3]。由于干旱少雨、植被稀疏的自然地理特征，新建敦格鐵路沿線生態環境十分脆弱，生態系統類型以荒漠戈壁為主，此外還包括溫性草原、草甸灌叢和農田等生態系統。鐵路建設不可避免地擾動或破壞原生地表，對沿線生態系統完整性產生不利影響。如何有效防止和降低各項鐵路建設工程對生態系統造成的影響，是沿線地區鐵路施工過程中所面臨的重要問題。對沿線進行生態系統完整性評價能夠明確不同地段特征下鐵路建設對生態系統的影響程度，為合理制定施工規范，因地制宜地實施生態保護與恢復措施提供科學依據。

2 研究區概況

新建鐵路敦煌至格爾木線在當金山以北為中溫帶干旱氣候區，降水量小，蒸發量大，冬冷夏熱，空氣干燥;當金山以南至柴達木盆地北緣地區屬高寒半干旱氣候區，干旱少雨，日較差大，四季不分明，冬季酷寒而漫長，夏季短暫而不熱，全年氣溫低，是典型的大陸性氣候。線路自北向南途徑祁連山北麓山前沖、洪積傾斜平原、祁連山山地和柴達木盆地等地貌單元，地表起伏較大，海拔高度1100～4100m。沿線地表水均屬于內陸河流，主要包括黨河、大哈爾騰河、小哈爾騰河、嗷嘮河、魚卡河等。土壤類型以灰棕漠土、棕漠土、栗鈣土、鹽土、風沙土為主，在干旱、多風的氣候條件下易產生風蝕。由于受氣候、土壤和水熱條件差異的影響，沿線現有天然植被種類單調、稀疏、低矮，在這種特定環境條件下形成了以溫帶荒漠植被為主體的植被類型。

3 評價技術與方法

3.1 技術流程

采用我國國產環境衛星(HJ-1)影像數據，參照新疆地區土地類型圖(1/150萬)、土地資源評價圖(1/150萬)、土地利用現狀圖(1/150萬)、地形圖(1/10萬)及電子地形圖(1/25萬)等相關圖件，以鐵路為基線，建立兩側10km緩沖區(buffer)，應用遙感圖像處理軟件ERDAS IMAGINE，首先將影像和1∶10萬地形圖做幾何糾正與投影轉換，根據遙感影像地物紋理等特征，并結合野外考察數據信息與相關圖件，建立各種地形地貌、土壤、植被類型的解譯標志。在此基礎上采用人機交互的判讀分析方法解譯并繪制沿線地區生態系統類型圖，確定不同類型鐵路工程影響程度及不同類型生態系統脆弱性，利用GIS軟件進行不同屬性圖層疊加運算與空間分析，最終得出生態系統影響評價結論。具體工作流程如圖1所示:

3.2 生態系統脆弱度計算

生態系統的脆弱度是生態系統經受人類擾動程度的一個重要測度。目前國內關于生態脆弱度的計算方法主要采用綜合指數法[4-6]，本文采用下式計算鐵路沿線各生態系統類型的脆弱度:

式中:G為脆弱度;Pi為脆弱生態系統及環境特征指標初值化之值;Wi為各指標權重。

按脆弱度大小可將生態系統脆弱性劃分為四類，即:

G≥0.65為極強度脆弱;

0.65>G≥0.45為強度脆弱;

0.45>G≥0.3為中度脆弱;

G<0.30為輕度脆弱。

本段鐵路沿線生態系統及環境特征采用降水量、植被蓋度、Shanon-Winner多樣性指數、植物種的飽和度、土層厚度、第一性生產力等自然成因指標以及生態系統對工程擾動的敏感系數和破壞后恢復能力系數等影響表現指標(表1)。

3.3 工程影響方式和影響程度分析

鐵路工程在運營期間對沿線生態系統及其物種多樣性的影響很小，而施工期的一次性干擾和破壞卻是非常顯著的[7]。施工期對沿線生態系統的影響工程主要包括路基工程(路基線路及開挖填埋)、工程取棄土、臨時施工便道、施工臨時場地(含生活營地)、橋涵隧道工程、工程永久站場和工程施工人員活動對生態系統造成的影響。

鐵路工程施工過程是對沿線生態系統的一種擾動。從生態學的演替理論可知，受到干擾和破壞的生態系統其物種多樣性下降，干擾停止后隨演替進程多樣性指數上升并達到原有的水平。受到破壞和干擾嚴重時物種多樣性下降顯著，恢復過程慢，反之亦然。本文采用下式計算鐵路工程建設對沿線生態系統的影響程度:

式中:CI為影響指數;x為施工性質變量;A(x)為地表原始土壤和植被受破壞的程度;B(x)為工程量函數，此處以破壞或受影響的面積比例表示，C(x)為生態系統的脆弱度。

具體到鐵路工程建設中

式中:ai表示施工性質對地表原始土壤破壞和擾動的程度;bi表示工程破壞或影響的鐵路兩側一定范圍內某一生態系統面積的百分比，ci表示第i個生態系統的脆弱度。

4 評價結論與分析

4.1 生態系統類型及分布

通過遙感解譯結果與實地核查驗證，采用地理信息系統(GIS)技術，根據土壤和植被類型要素疊加生成鐵路沿線兩側200m、1km和10km生態系統類型圖。鐵路沿線地區主要生態系統類型有11種，荒漠生態系統為主，其中，面積較大的生態系統類型有棕鈣土荒漠、灰棕漠土荒漠、棕漠土荒漠、灰棕漠土草原、戈壁、石山生態系統等，其他生態系統面積較小。

4.2 生態系統影響評價

根據工程設計資料，利用GIS技術將各類工程活動疊加在生態系統類型圖上，計算各類工程活動對沿線不同脆弱性生態系統的影響范圍和影響面積。根據公式計算工程建設對沿線生態系統影響指數。

從評價結果來看，鐵路建設對沿線影響最強的是荒漠生態系統，其次為草原生態系統、農業生態系統及戈壁、石山生態系統，對草甸生態系統影響最弱。荒漠生態系統是本段鐵路沿線分布最廣的一類生態系統，生態系統脆弱性強，也是鐵路工程建設影響范圍最大的生態系統類型。從工程建設對沿線生態系統影響的評價指數來看，對棕鈣土荒漠生態系統影響評價指數最高。本段鐵路工程占用和破壞的荒漠生態系統總面積為25.73km2，占鐵路兩側1km和10km范圍內此類生態系統的14.93％和1.53％;工程占用和破壞的草原生態系統總面積為5.90km2，占鐵路兩側1km和10km范圍內此類生態系統的13.14%和1.25%;工程占用和破壞的其它類型生態系統面積較小，占鐵路兩側1km和10km范圍內同類生態系統的比例較低。可以看出，本段鐵路工程建設對生態系統的影響主要集中在鐵路兩側較近范圍內，荒漠生態系統本身生物多樣性較低，因此，本段鐵路工程建設對沿線生態系統完整性影響較小。

5 討論

(1)目前我國對生態系統完整性評價的研究并不多見，科學系統、定量化的評價體系尚未正式建立，要使生態系統完整性的概念具有現實意義，必須通過對生態系統開展有效的、可操作的廣泛應用，并為決策者提供指導信息。本文通過生態系統脆弱性評價與工程建設影響程度分析，對鐵路建設生態系統完整性影響進行評價，既是綜合利用遙感與GIS技術進行建設項目生態影響評價的應用實例，也是定量化開展生態系統完整性評價的有益探索。

(2)根據評價結果，新建鐵路敦煌至格爾木線建設對沿線地區棕鈣土荒漠生態系統、灰棕漠土荒漠生態系統、棕漠土荒漠生態系統和灰棕漠土草原生態系統影響較大，鐵路施工和運營期間必須采取有效的工程防護措施和植被恢復措施，加強施工期環境保護與管理，將鐵路建設對生態系統完整性的影響降至最低，并盡快恢復原有地貌和植被，改善脆弱生態系統結構與功能。

參考文獻

[1]燕乃玲，趙秀華.長江源區生態系統完整性測量與評價[J].生態學雜志，2007.

[2]任偉，謝世友.西南巖溶地區生態系統完整性分析[J].環境科學與管理，2008.

[3]黃寶榮，歐陽志云，鄭華等.生態系統完整性內涵及評價方法研究綜述[J].應用生態學報，2006.