不同灌溉技術對干旱區鐵路路域植被恢復的影響

胥喜林 孔令偉 丁豐亮 陳昶樺 景曉瑞

摘要 [目的]利用微潤灌溉和滴灌技術對干旱區鐵路路域范圍內植被進行養護，篩選出適宜于該區的灌溉方式，以達到節約用水、植被恢復良好的目的。[方法]對不同灌溉技術下的土壤理化性狀的改變和植被恢復效果進行相關研究。[結果]2種灌溉方式下的土壤養分含量均呈現出坡下>坡中>坡上的變化規律，且微潤區之間的土壤養分含量變化不大，整體上在同一坡位下微潤區>滴灌區。同一灌溉區下的植株高度隨著邊坡位置的升高呈現出逐漸下降的變化趨勢，即植株高度與坡面位置成反比例關系。同一坡位不同灌溉模式下植株高度均表現為微潤區>滴灌區。同一灌溉方式下的植被蓋度均表現為坡下>坡中>坡上，其中滴灌區植被蓋度在不同坡位之間的差異性顯著，且在同一坡位下的植被蓋度均表現為滴灌區<微潤區。[結論]在相同耗水量的前提下，微潤區的土壤質地和植被恢復效果更加優良，表明采用微潤灌溉技術可有效提高水資源的利用效率，實現節約增效的目的。因此，在干旱區路域植被進行養護時，建議優先選用微潤灌溉技術進行養護。

關鍵詞 干旱區;灌溉技術;鐵路路域;植被恢復;微潤灌溉;滴灌

中圖分類號 S 275文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2022）04-0195-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.04.050

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of Different Irrigation Techniques on Vegetation Restoration of Railway Area in Arid Area

XU Xi-lin1， KONG Ling-wei2， DING Feng-liang1 et al

（1. The Fifth Engineering Co.， Ltd. of China Railway First Engineering Group， Baoji，Shaanxi 721000; 2. Northwest Research Institute Co.， Ltd. of CREC， Lanzhou， Gansu 730000）

Abstract [Objective]The micro-moisture irrigation and drip irrigation technology were used to maintain vegetation within the railway area of arid areas， and select suitable irrigation methods for this area to achieve the purpose of water conservation and good vegetation restoration.[Method]The change of soil physical and chemical properties and the effect of vegetation restoration under different irrigation techniques were studied.[Result]The soil nutrient content under the two irrigation methods showed a trend of lower slope > middle slope > upper slope，and the soil nutrient content between micro-moist irrigation areas had little change， on the whole， the micro-moist irrigation area was higher than the drip irrigation area at the same slope position.In the same irrigation area， the plant height decreased with the increase of slope position， that was， the plant height was inversely proportional to the slope position. Under the same slope and different irrigation modes， the plant height was micro-moist irrigation area > drip irrigation area.The vegetation coverage of the same irrigation method was lower slope > middle slope > upper slope. The vegetation coverage of drip irrigation area was significantly different between different slope positions， and the vegetation coverage of the same slope position was drip irrigation area < micro-moist irrigation area. [Conclusion]Under the premise of the same water consumption， the soil texture and vegetation restoration effect of the micro-moist irrigation area are better， which indicates that the micro-moist irrigation technology can effectively improve the utilization efficiency of water resources and achieve the purpose of saving and increasing efficiency. Therefore， it is suggested that the micro-moist irrigation technology should be preferred in the maintenance of road vegetation in arid areas.

Key words Arid area;Irrigation technology;Railway area;Vegetation restoration;Micro-moist irrigation;Drip irrigation

基金項目 寧夏回族自治區重點研發計劃項目（2019BFG02013）;中國中鐵股份有限公司引導項目（2016-KJ015-Z013-03）。

作者簡介 胥喜林（1969—），男，陜西寶雞人，工程師，從事高速鐵路修建的技術創新與管理工作。

收稿日期 2021-07-06

銀西高速鐵路是國家“八縱八橫”高速鐵路網的重要組成部分，線路途徑陜西、甘肅、寧夏3省區，總長度約620 km，其中寧夏段185.32 km，多分布在干旱或半干旱氣候區，地表植被稀少或不發育，因此鐵路路域植被在生態修復過程中有必要進行植被養護方式的研究，已達到節約成本、提高生態修復效果的目的。

目前節水灌溉措施研究多基于農作物進行相關研究，研究成果較多。灌溉技術有溝灌、畦灌等傳統的地面灌溉方式，還有噴灌、滴灌、微潤灌溉等局部節水灌溉技術[1-3]。在生態文明建設的推動下，高速公路建設中對綠化越來越重視，而在鐵路建設領域綠植的養護技術研究相對較少[4-5]。公路綠植養護采取的主要方法有灑水車漫灌、噴灑和滴灌等方式[6-7]。傳統的灌溉方式雖然操作簡便，但其耗水量大，不適宜在干旱的路域邊坡進行植被的養護。而水車漫灌和噴灑養護的成本費用高，會加劇水土流失，影響路基邊坡的穩定。因此該研究擬選用滴灌和微潤灌溉2種方式對鐵路路域邊坡的綠植養護技術進行研究，篩選出較為適宜的灌溉方式。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區域選在銀西高鐵寧夏回族自治區吳忠市境內，吳忠市地處西北內陸，屬中溫帶干旱、半干旱氣候地區，具有明顯的大陸性特征：四季分明，氣候干燥，蒸發強烈，降水集中，大氣透明度好，云量少，日照充分，熱量豐富，溫差較大，無霜期短，風沙較多。多年平均氣溫9.3 ℃。歷年平均降水量184.6～273.5 mm，年平均降雨日數為46.5 d，降雨集中在每年7—8月，8月最多。

1.2 微潤灌溉技術

在設立積水窖的基礎上，利用地下微滲保潤智能控制系統對路域邊坡的植被進行養護，利用太陽能與風能提供電能，驅動積水窖水位計、供水泵、微電腦等元器件的正常工作，并通過微滲保潤管將水分送至植物根部，實現植被修復與養護中所需水分的智能檢測與供給，達到節水降耗、自動控制的目的。微滲保潤管是利用半透膜技術制成的，在壓力作用下水分緩慢滲出，在根系附近形成均勻的濕潤體，保障植被的正常生長，其布設方式如圖1所示。

1.3 樣方設置

在微潤灌溉養護區，隨機選取3個5 m×5 m小樣方，用于測定植株高度、植被蓋度、土壤養分含量和土壤含水率變化等。對照組采用滴灌的方式進行灌溉養護，滴灌的布設形式及用水量與微潤灌溉系統總體是一致的，但滴灌是每隔一段時間在早晚時間段進行集中灌溉。

1.4 植物的選取與觀測

栽植的植物均為1年生的紫穗槐苗木，并對其1年后生長狀況進行觀測。

1.5 測定方法

植株高度主要是通過鋼卷尺測定地上植物部分的生長高度。

植被蓋度主要通過針刺法進行測定。

土壤堿解氮采用堿解擴散法進行測定;土壤速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法進行測定;土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法進行測定;土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法進行測定。

1.6 數據分析

運用SPSS軟件對數據進行統計分析，圖表制作主要使用Excel 2019進行處理。

2 結果與分析

2.1 土壤養分含量變化分析

由圖2可知，從整體來看，無論是采用微潤灌溉還是滴灌方式，土壤中養分含量均表現為坡下>坡中>坡上，且微潤灌溉區的養分含量整體上高于滴灌區的養分含量。微潤灌溉區的有效磷含量在坡上與坡中位置分別比滴灌區的高出35.91%和55.04%，而在坡下位置的滴灌區的有效磷含量相較于微潤區的高，二者之間的差值為1.19 mg/kg，差異并不顯著。土壤中堿解氮、速效鉀和有機質含量的變化情況與有效磷相似，在坡上和坡中位置基本均表現為微潤區大于滴灌區，而在坡下位置二者之間的含量較為相近，且差值不大;如堿解氮含量中的坡上位置二者之間的差值為17.91 mg/kg，而在坡下位置二者之間的差值僅為2.39 mg/kg。土壤中養分含量的變化主要與其坡位、灌溉方式、植被蓋度、土壤質地和水土流失狀況等有關[8-9]。由于微潤灌溉采用的是緩慢微滲的方式，基本無徑流產生，土壤養分受淋溶作用較小，大都是受自然降水導致的淋溶作用。因此，在整體上微潤區的土壤養分含量高于滴灌區。而滴灌方式會在地表產生徑流，導致坡上和坡中位置的土壤養分受淋溶作用強烈，使養分向坡下轉移，并且由于徑流的作用，使得土壤團粒結構被破壞，土壤保墑保肥作用減弱[10]，最終使得滴灌區坡上、坡中位置的土壤養分與坡下位置的土壤養分含量差異顯著。

2.2 植被生長狀況分析

從圖3可以看出，同一灌溉區的植株高度隨著邊坡位置的升高呈現出逐漸下降的變化趨勢，即植株高度與坡面位置成反比例關系。但不同的灌溉方式植株高度的差異也不同，在微潤區，隨著坡面位置的變化，植株高度變化不大，最高與最低值之間相差6 cm;滴灌區則表現出坡上與坡中位置的植株高度相對較小，且二者之間的差值不大，但坡下位置的植株高度達46 cm，分別是坡上、坡中位置的1.77、1.59倍，差異顯著。

從總體來看，同一位置不同灌溉方式下的植株高度表現為微潤區大于滴灌區。坡上、坡中位置的植株高度微潤區比滴灌區分別高9和8 cm，但坡下位置的植株高度微潤區較滴灌區低5 cm。

造成上述植株高度差異性的原因可能與土壤含水量、土壤養分狀況和立地條件等因素有關，在一定范圍內植株的生長高度隨著灌水量和養分的減少而降低[11-13]。微潤灌溉相較于滴灌方式可以穩定保持土壤的含水量，保障植物生長所需的水分。在上述研究中，滴灌方式下的土壤養分含量在坡上和坡中位置較低，而在坡下位置的養分相對最高，且在整體上微潤區的養分含量高于滴灌區。因此，微潤區的植株高度在坡上和坡中位置上整體上高于滴灌區，在坡下位置微潤區的植株高度略低于滴灌區。

2.3 植被蓋度分析

從圖4可以看出，同一灌溉方式下的植被蓋度均表現為坡下>坡中>坡上，其中滴灌區植被蓋度不同坡位之間差異顯著，而微潤區的差異不顯著。滴灌區坡下位置的植被蓋度分別為坡上、坡中位置的1.60和1.50倍，而微潤區的坡下植被蓋度分別僅為坡上、坡中位置的1.22和1.14倍。同一坡位下的植被蓋度均呈現出微潤區>滴灌區的變化規律，如坡上位置，微潤區為滴灌區的1.37倍。 在坡下位置時，微潤區與滴灌區的植被蓋度差值較小，僅為2百分點，主要是由于滴灌區受徑流和淋溶等作用的影響，坡下位置的土壤含水量及土壤養分含量較高，因此，滴灌區坡下位置的植被長勢良好，植被覆蓋度較高。

3 結論與討論

無論是采用微潤灌溉還是滴灌方式，土壤中的養分含量、植株高度和植被蓋度均表現為坡下>坡中>坡上，且微潤灌溉區的養分含量、植株高度和植被蓋度在整體上均高于滴灌區。受徑流和淋溶等作用的影響，滴灌方式的坡上、坡中位置的土壤養分流失較多，且植被長勢較差;而微潤灌溉方式下的土壤養分含量、植株高度和植被蓋度在不同坡位之間的差異不顯著，整體性表現良好。因此在干旱區路域植物養護中可優先采用微潤灌溉模式，增強植被恢復的整體性和有效性。

利用滴灌的養護方式，受徑流量和淋溶作用的影響較大，因此在后期養護過程中要注重單次滴灌量、滴灌頻率以及做好截排水措施。相比于滴灌方式，微潤灌溉的初期建設

成本較高，因此，在后期研究中對其布設方式加以改進，以達到降低建設成本目的。

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