银西高铁荒漠化区段路基边坡建植技术研究

姚强国

（中铁上海工程局集团第七工程有限公司，陕西 西安 710016）

0 引言

银西高铁穿越宁夏185.32km，建设影响面积约5559.6hm2，大部分位于植被脆弱的荒漠区[1]。铁路工程的修建改变了原有地表条件，施工过程中产生的大量弃土和弃渣使当地原有脆弱的生态系统受到扰动，而植物在该种条件下无法自然修复，将使水土流失、植被破坏、荒漠化呈辐射状发展，增加区域生态安全负担，甚至影响和威胁到铁路基础工程的质量与稳定[2-5]。在荒漠化防治与生态修复中，银西高铁宁夏段的植物生长土壤条件主要为：路堤粗颗粒填土、过渡段粗颗粒改良土、黄土边坡等，绿植成活条件极差。

我国对铁路公路行业边坡建植技术的研究与发达国家相比起步较晚，但发展迅速[6]。目前，公路边坡建植多采用客土喷播法、植被网喷播法、基材喷播法、生态袋法、喷混植生法等[7-10]，但针对长距离穿越荒漠化地区等极不利于植物生长的铁路路边坡建植技术研究工作开展甚少。因此，本研究选取了3 种不同的建植技术（穴植、生态袋和生物降解地膜建植技术）对银西高铁宁夏段荒漠化区域的路基边坡进行生态修复，以研究不同建植技术的生态绿化效果，为干旱半干旱地区铁路边坡生态绿化的研究积累经验。

1 土地荒漠化概括

1.1 何为土地荒漠化

作为一种不可再生资源，土地资源只会在实际使用中越变越少。沙化导致的可利用用地的不断下降，对农业的发展产生了严重的影响。土地荒漠化是由于干旱少雨，植被破坏，过度放牧，大风侵蚀，流水侵蚀，土壤盐渍化等造成的土地非自然情况下的生产力下降。

1.2 土地荒漠化带来的影响

1.2.1 可利用土地资源逐渐减少

农业和畜牧业的生产率降低，是沙土地荒漠化最明显的表现。由于水土流失、风力侵蚀，土壤中的有机物质流失，土壤厚度下降、土壤结构特性下降，导致粮食生产水平下降，随着土地流沙扩散，就会侵蚀农田、绿洲，使农业生产、畜牧业生产、耕地面积持续下降。过度的施肥，也会造成土壤二次盐渍化，土壤酸化，这也进一步导致土壤理化性质变坏。

1.2.2 动植物减少，生物多样性遭到破坏

土地荒漠化造成植被的衰退，从而造成土壤的退化，这也对动植物的生长和发展产生不利的作用，造成了生态系统的密度和多样性的衰退，额济纳河畔芦苇、芨芨草草甸植被也已经枯萎了很大一部分，胡杨和沙枣林也大多死去，草甸景观由芦苇、芨芨草构成，一河岸林（胡杨、沙枣）景观一灌丛（柽柳、杂草）景观一盐生植被（盐爪爪）景观演替；以民勤荒漠地区为例，不论是起源于河漫滩、冲积平原的湿润植物群落，或源于沙漠的干旱植物都在向着白刺、柽柳类型的植被演化，植物种类越来越单一。

1.2.3 库渠、河床的冲积、堵塞道路、破坏交通和水利设施

由于受沙尘暴和水土流失等原因，每年有数千项水利建设项目被泥石流阻塞，造成灌溉效率下降，影响了灌溉系统的正常运行。以黄河下游为例，由于黄土高原中部流域面积较大，泥沙排出，河底持续拾高，致使河堤多处决口，泛滥。

2 研究区概况

2.1 气候条件

研究区处于我国西北的东部地区，位于黄土高原、青藏高原和蒙古高原的交汇区域，具有十分典型的大陆性气候特征。总体上来说，该地区呈现出日照充足、蒸发强烈、干旱少雨、风沙发育，冬季漫长而寒冷、春季快速而温暖、夏季短暂而炎热、秋季早至而凉爽，气温的年较差和日较差均较大，无霜期短暂而易变，灾害性天气频繁出现。

2.2 荒漠化特征

研究区的荒漠化类型可分为三种：风蚀荒漠化（占比46.4%）、水蚀荒漠化（占比51.4%）和盐渍化荒漠化（占比2.2%）。荒漠化造成土壤肥力快速下降甚至完全丧失，导致了水土流失越来越严重、沙尘暴发生的频繁增加，以及生态环境的进一步恶化。

研究区土地类型以沙质荒漠化土地为主，多表现为盐碱滩地，且地形平坦。一旦植被在偶然因素下受到破坏，固水能力下降，便会产生小片流沙；即使在植被尚存的情况下，季风时期也易发生吹蚀现象。其荒漠化程度等级和指标如表1 所示。

2.3 植物类型

研究区广泛分布荒漠草原和荒漠，植物类型多为旱生多年生草本植物、强旱生和超旱生小灌木、小半灌木等。土壤类型包括：灰钙土，、风沙土、潮土、新积土及盐土。自然植被有柠条锦鸡儿（Caraganakorshinskii）、沙棘（Hippophaerhamnoides）、梭梭（Haloxylonammodendron）、沙蒿（ArtemisiadesertorumSpreng）、高羊茅（Festucaelata）、紫羊茅（Festucarubra）等。

3 研究方法

3.1 植被选择

基于研究区的气候、土壤和制备条件，选取栽植植被时，主要考虑植物的耐旱性、耐盐碱性和耐贫瘠性等。因此，选用柠条锦鸡儿（Caraganakorshinskii）为研究植物。

3.2 建植技术

选取穴植、生态袋和生物降解地膜建植3 种适宜当地环境和所选植物的建植技术进行研究。

3.2.1 穴植建植技术

采用穴植技术栽植时，使苗木根系充分舒展，杆径垂直于地表；回填时宜先回填表土，再回填心土和底土，分层将土壤压实，栽植深度以覆土略高于苗木原土痕为宜。定期浇水施肥养护。

3.2.2 生态袋建植技术

生态袋是多由聚丙烯（PP）或者聚酯纤维（PET）为原材料制成，由双面熨烫针刺无纺布技术加工而成。可透水但不透土，因此具有过滤功能，既能防止袋内的填充物流失，又能保证水分在土壤中的正常流动。

生态袋建植的流程为锚固锚杆，挖除坡面覆土后采用混凝土嵌补加固，再叠铺装填好种植土的生态袋，挂镀锌钢丝网固定，最后插播植株，定期养护。

3.2.3 生物降解地膜建植技术

生物降解地膜可在自然条件下被土壤微生物分解，它可以提高土壤温度，维持土壤水分，保障土壤结构，防止害虫侵袭种植物，以及防止某些微生物引起的病害。栽植时按株距将地膜挖洞，将植株植入洞中，刨土封压土壤以使膜孔密封，再浇足定根水。

3.3 调查方法

本研究于2020 年4 月开始对银西高铁荒漠化区域进行了生态修复工作，每2 个月对3 种建植技术栽种的区域进行植被调查。

在每个生态修复区域随机选取5 个5m×5m 的小样方，调查统计每个样方内的植株株数（株）、存活率（%）、平均高度（cm）和植被覆盖度（%）等[11]。

4 结果与分析

4.1 植被存活率状况

图1 为所选植被采用穴植、生态袋和地膜3 种建植技术栽植后成活率变化的结果。整体上来看，植株的成活率呈逐渐下降的趋势，建植后的第1 年内植株成活率下降较快，越冬后成活率趋于稳定。采用3 种建植方式栽种的植株的成活率差异逐渐增大，利用生态袋技术建植的植株在第2 年成活率最高，达到78.5%；利用地膜技术建植的植株成活率次之；利用穴植技术建植的植株成活率最低。

图1 不同建植技术条件下植株成活率对比

4.2 植被生长高度状况

图2 为所选植被采用3 种建植技术栽植后植株平均高度变化的结果。整体上来看，植株的平均高度缓慢增长，植株在夏季平均高度增幅较大（建植后的4～8 个月、12～16 个月），在冬季平均高度基本不变（建植后的8～12 个月）。从不同建植技术的结果对比来看，平均高度与成活率的结果恰好相反：利用穴植技术建植的植株在第2 年平均高度最高，达到15.5cm；利用地膜技术建植的植株平均高度次之；利用生态袋技术建植的植株平均高度最低。

图2 不同建植技术条件下植株平均高度对比

4.3 植被覆盖度状况

图3 为所选植被采用3 种建植技术栽植后植被覆盖度变化的结果。整体上来看，植被覆盖度呈逐渐增加的趋势，与平均高度的变化规律相似，植被覆盖度在夏季增幅较大，在冬季基本不变。采用3 种建植方式栽种的植株的植被覆盖度差异显著，第2 年调查时，利用生态袋技术建植的植株植被覆盖率最高；利用穴植技术建植的植株植被覆盖率最低，相差达到20%。

图3 不同建植技术条件下植被覆盖度对比

从以上结果分析可知，利用生态袋技术建植的区域表现出高成活率、高植被覆盖度，即高生长密度，同时，植株平均高度较矮。根据沈振明等[12]，植物的生长密度与生长高度具有显著的负相关性，其主要原因是：当植株生长密度较大时，植株个体对光照、水分、养分等资源的获取受到一定的限制，达不到植物生长高度正常增长的需求。

5 结语

本研究通过对3 种建植技术在银西高铁荒漠化区域的路基边坡生态修复效果研究发现：①利用生态袋建植技术生态修复的区域，植株的成活率与植被覆盖度均为最高。②利用穴植技术建植的植株平均高度最高。③3 种建植技术的生态修复效果差异较大，其中生态袋建植技术取得了显著的效果，因此在类似地区可优先选用生态袋建植技术进行生态修复，以提高植被恢复状况，改善区域环境，保障铁路运营安全。