青藏鐵路多年凍土區段沿線生態修復新技術與實踐

薛春曉，程建軍，蔣富強，熊治文，張春禹

(1.中鐵西北科學研究院有限公司，蘭州 730000;2.石河子大學 水利建筑工程學院，新疆 石河子 832003)

1 路域生態工程技術研究現狀

針對青藏鐵路沿線生態綠化保護與恢復和植物防沙的技術需求，從研究國際上路域生態工程施工技術現狀入手，開發與引入適用于青藏鐵路多年凍土區段生態環境保護與恢復的新技術，旨在提高青藏鐵路路域生態工程技術水平，建設綠色青藏鐵路。

道路生態環境建設，經歷了從普通綠化到生態交通線或景觀生態綠化的發展過程。

我國的路域生態工程技術，經歷了從簡單到多樣、從傳統技術到現代技術的發展過程，這種發展變化是與公路綠化的模式和公路建設規模直接相關的。我國最初的公路綠化模式就是種行道樹，綠化技術主要借鑒林業部門的造林技術。隨著全國公路網的初步形成，綠化的范圍擴展到公路邊坡，園林部門的種草和鋪草皮技術被引入公路領域，并與植樹技術相結合，形成了公路綠化的傳統技術模式。高速鐵路及高等級公路的建設，促使我國公路路域生態工程技術開始向現代化轉變，以機械噴附為代表的新型植被建植技術在國內許多高速公路建設中被嘗試應用。綠化范圍也從公路邊坡擴展到中央分離帶、互通立交和服務區，全方位、立體式、多功能、景觀生態的設計理念和綠化模式正成為我國公路路域生態建設的指導思想?？梢哉f，具有中國特色的現代化公路路域生態工程技術體系已經有了初步的框架結構。

2 青藏鐵路多年凍土區段自然環境特征

2.1 氣候條件

青藏鐵路多年凍土區段為高寒氣候區，其基本特點是:氣溫低、空氣稀薄、大氣透明度高、太陽輻射異常強烈。該地區地面平均氣溫與同緯度地區相比要低10℃ ～14℃。特別是在夏季，比同緯度的我國平原地區日平均氣溫可低20℃，比西伯利亞地區也要低16℃～20℃。表1為位于多年凍土區的三個氣象站的氣象要素統計表。由表1可知，該區段年平均氣溫低，植物生長苗期須采取一定的保溫措施;降水量較低而蒸發量大，且日照充足，這就使保水措施也成為在該區段內進行生態修復的必要措施。

表1 多年凍土區氣象要素統計

2.2 植被條件

青藏鐵路多年凍土區段屬高寒草原生態系統，以沱沱河地區為例，該地區植被總蓋度為25% ～35%，植物群落主要由以下物種構成:禾本科針茅屬紫花針茅，蓋度10% ～15%;莎草科苔草屬青藏苔草，蓋度5% ～10%;菊科火絨草屬矮火絨草，蓋度3% ～5%;其它植物蓋度2%～3%。該地以多年生的草本植物占絕對優勢，建群種為紫花針茅，高度可達20～30 cm。紫花針茅為叢生草，有效生長期約4個月。伴生種在當地除青藏苔草、矮火絨草外，還分布有紫羊茅、高山早熟禾等。

在適合當地生長的物種里面，進行組合搭配，兼顧短期和長期生態修復效果，保證人工建植的植物種群達到最佳組合。

3 青藏鐵路多年凍土區段路域生態工程技術探討

3.1 植生袋

植生袋也稱生長袋、綠生袋、種子袋等，是指用無紡布、纖維棉、木漿紙、麻制品等為載體制成鑲嵌有植物種子的夾層，再與聚乙烯編織網相連接而制成的有一定規格的袋子(圖1)。這種袋子有一定的強度且不易很快分解掉，其內部有較大的空間可裝入土壤或植生基質，夾層內的種子可在溫度、水分、土壤條件適宜時發芽，并穿透袋子的網眼生長出來。

圖1 纖維棉植生袋結構示意

植生袋可以提高高寒地區植被恢復的質量。植生袋內裝入土壤后，其厚度可達20～30 cm，如此厚的土層有利于草本植物發育。根據地表微地貌特點，植生袋可以呈點狀固定在地面，用于點(島)狀植物群落恢復，也可以用于面狀植物群落恢復，并形成一種完全由植生袋構成的防護層。

植生袋內裝入人工配制的植物生長基質，其主要成分為沙壤土、有機肥、保水劑和土壤改良劑等，為植物生長提供充足的養分和水分條件。植生袋特制襯紙夾層內的種子可起到種子直播的作用。植生袋最外層的聚乙烯編織網以及作為種子載體的無紡布或纖維棉，可以防止袋內土壤因風雨侵蝕而流失?？梢哉f植生袋技術集客土、種子直播、移栽、水土保持等原理為一體，是一種適用于植被恢復的新技術。

圖1是纖維棉植生袋的結構示意圖。其結構由三部分構成:表層為具有一定拉伸強度的聚乙烯編織網;中間層為聚酯纖維棉網，其厚度為3～5 mm，空隙率為90% ～95%，自然分解時間為5年—7年;底層為植物種子、肥料和特制襯紙，植物種子和肥料鑲嵌在兩層特制襯紙之中。植生袋的外形尺寸為40 cm×60 cm，用尼龍線或粗棉線縫制。

施工時，要考慮植物的成活及充分生長，尤其要在越冬之前積累越冬所需的足夠營養，以保證建植植被安全返青。

植生袋的厚度可以在施工時根據土質狀況進行調節。如果植生袋作業面土質條件較好，可以使裝入客土的袋子厚度保持在10～15 cm;如果作業面土少而且巖石風化程度不高，袋子厚度保持在20～30 cm為宜。此方法可適用于青藏鐵路多年凍土區沿線干旱區、半干旱區等各種自然條件惡劣的地區。

3.2 厚層基質噴附技術

厚層基質噴附技術是將人工配制的植物生育基質與植物種子、防侵蝕材料等混合在一起，采用專用設備(灰漿噴射機)，通過高壓空氣將其噴射出去附著在地面的一種植被建植方法。

所謂厚層是指噴附在地面上的客土層或植物生育基質層的厚度。一般來說，不同噴播技術所能形成的噴附層厚度是不同的，液壓噴播形成的厚度<1.0 cm，濕法客土噴播形成的厚度為1～3 cm(薄層)，干法客土噴播形成的厚度為4～6 cm(中層)，有機質噴播形成的厚度>7 cm(厚層)。所謂厚層基質噴附是指厚度在7 cm以上、噴附材料以有機質為主的噴播技術，也有稱之為厚層基材噴附。由于這種噴播在物料噴射時不摻入水，因此也屬于干法噴播。

對于硬質巖石地面的植被恢復來說，要求土壤層具有質地輕、結構好、養分含量高、抗沖刷能力強、有一定厚度等特點，顯然一般的客土噴播是滿足不了這種要求的。而以有機質為核心人工配制的植物生育基質，可以滿足這些要求，因此被用于硬質巖石地面的植被恢復工程，并針對這種基質的特點，開發出了厚層基質噴附技術。厚層基質的主要成份是有機質，如草炭、木屑或秸稈堆肥、植物纖維和腐殖土等，其含量占物料總體積的80% ～90%，這一點與客土有本質上的區別，客土的主要成份是土。此外厚層基質中還添加有各類肥料(有機肥、無機肥、復合肥、緩釋肥等)、土壤改良劑(蛭石、珍珠巖等)、保水劑和黏合劑等(見圖2)。

從春季到秋季都可以進行厚層基質噴附施工，但在夏季施工時應注意避開陰雨天氣，并與防雨水侵蝕和防曬措施(如覆蓋草簾子、遮陽網等)并用。

圖2 厚層基質噴附技術施工工藝流程

該技術的施工也要考慮植物的成活及充分生長，尤其要在越冬之前積累越冬所需的足夠營養，以保證地面建植植被安全返青。因此，一定要注意選擇最佳的施工時間。例如在內蒙古中部地區，施工時間一般為5月初到7月末，最佳施工時間在6月中旬到7月中旬。該季節雨熱同期，可為植物生長提供良好的生長環境，對建植地面植被種群有利。

植物種子的選擇直接影響最終植物群落的形成。對于物種設計需要考慮五方面因素:一是能在當地良好地生長，有一定的耐貧瘠性和抗旱性;二是生長迅速，易形成覆蓋層，且根系較為發達;三是各物種之間有一定的相互營養關系;四是形成的群落比較穩定，養護工作量小;五是種子容易獲取，具有工程可操作性。

厚層基質噴播可用于面狀植被恢復或以面狀植被恢復為主的各類綠化工程。我國半濕潤地區如擬恢復植被的立地條件較差，可推廣使用此項技術;在半干旱地區如果工地周邊有較好的水源條件，可以保證養護用水的供給亦可使用。因此，在青藏鐵路多年凍土區沿線水分條件較好的秀水河和沱沱河等地可用該方法進行線路生態修復。

3.3 三維網技術

三維網也稱三維土工網或三維植被固土網，是由多層塑料凹凸網和高強度雙向拉伸平面網復合而成的具有三維結構的塑料網。其材質為高分子聚乙烯(PE)以及UV抗紫外線穩定劑，化學穩定性高，無腐蝕，對環境無污染，對大氣、土壤和微生物呈惰性反應。外觀凹凸不平、柔韌，高度15 mm左右。三維網在結構上分為基礎層和網包層(均為雙層)，基礎層是一種經雙向拉伸后的平面網，以穩定三維植被網的尺寸和形狀，并形成網底平面;網包層是一種經熱變形后呈有規律波浪形的凹凸網。雙層基礎層和雙層網包層網格間的經緯線交錯排布，并在交接點處經熱熔后黏結，形成立體拱形隆起的三維結構(見圖3)。

圖3 三維網結構示意

從春季到秋季都可以進行三維網植草施工，但在夏季施工時應注意避開陰雨天氣，并與防雨水侵蝕和防曬措施(如覆蓋草簾子、遮陽網等)并用，而秋季施工則要考慮植物的成活及充分生長，尤其要在越冬之前積累越冬所需的足夠營養，以保證建植植被安全返青。

草種選擇既要先選擇合適的鄉土物種，又要考慮為了達到植被快速覆蓋而適當引入經過篩選的外來速生種。并同時兼顧以下幾個方面:①選擇兩個或兩個以上的草種(含建群種和伴生種)，進行混合播種，優劣互補;②所選品種要求根系發達，入土深厚;③適應性強，抗逆性好，耐粗放管理。

三維網植草技術適用半干旱區以面狀植被恢復為主的各類地面綠化工程。在青藏鐵路多年凍土區沿線水分條件較好的秀水河、沱沱河等地可用該方法進行線路生態修復。

4 結語

在青藏鐵路多年凍土區段沿線進行生態工程建設，不僅可以恢復與保護生態環境，而且抑制了凍土層的退化，生態環境恢復后可有效預防和治理該區段的沙害問題。植生袋、厚層基質噴附和三維網三種生態工程新技術可有效解決在青藏鐵路多年凍土區段進行生態修復所面臨的溫度和水分的生態適宜性問題，并能保證該區域生態工程建設的效率。建議有針對性地選擇適宜的鄉土植物種類，應用植生袋、厚層基質噴附和三維網技術在青藏鐵路多年凍土區段建立生態工程試驗段，總結實踐經驗，在條件成熟后即可進行全線推廣。

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