不同灌溉技術(shù)對(duì)干旱區(qū)鐵路路域植被恢復(fù)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(rùn)灌溉和滴灌技術(shù)對(duì)干旱區(qū)鐵路路域范圍內(nèi)植被進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，篩選出適宜于該區(qū)的灌溉方式，以達(dá)到節(jié)約用水、植被恢復(fù)良好的目的。[方法]對(duì)不同灌溉技術(shù)下的土壤理化性狀的改變和植被恢復(fù)效果進(jìn)行相關(guān)研究。[結(jié)果]2種灌溉方式下的土壤養(yǎng)分含量均呈現(xiàn)出坡下>坡中>坡上的變化規(guī)律，且微潤(rùn)區(qū)之間的土壤養(yǎng)分含量變化不大，整體上在同一坡位下微潤(rùn)區(qū)>滴灌區(qū)。同一灌溉區(qū)下的植株高度隨著邊坡位置的升高呈現(xiàn)出逐漸下降的變化趨勢(shì)，即植株高度與坡面位置成反比例關(guān)系。同一坡位不同灌溉模式下植株高度均表現(xiàn)為微潤(rùn)區(qū)>滴灌區(qū)。同一灌溉方式下的植被蓋度均表現(xiàn)為坡下>坡中>坡上，其中滴灌區(qū)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(xiàn)為滴灌區(qū)<微潤(rùn)區(qū)。[結(jié)論]在相同耗水量的前提下，微潤(rùn)區(qū)的土壤質(zhì)地和植被恢復(fù)效果更加優(yōu)良，表明采用微潤(rùn)灌溉技術(shù)可有效提高水資源的利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)約增效的目的。因此，在干旱區(qū)路域植被進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時(shí)，建議優(yōu)先選用微潤(rùn)灌溉技術(shù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

關(guān)鍵詞 干旱區(qū);灌溉技術(shù);鐵路路域;植被恢復(fù);微潤(rùn)灌溉;滴灌

中圖分類號(hào) S 275文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2022）04-0195-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.04.050

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)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(xiàng)目 寧夏回族自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2019BFG02013）;中國(guó)中鐵股份有限公司引導(dǎo)項(xiàng)目（2016-KJ015-Z013-03）。

作者簡(jiǎn)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(shù)創(chuàng)新與管理工作。

收稿日期 2021-07-06

銀西高速鐵路是國(guó)家“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)的重要組成部分，線路途徑陜西、甘肅、寧夏3省區(qū)，總長(zhǎng)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(qū)，地表植被稀少或不發(fā)育，因此鐵路路域植被在生態(tài)修復(fù)過(guò)程中有必要進(jìn)行植被養(yǎng)護(hù)方式的研究，已達(dá)到節(jié)約成本、提高生態(tài)修復(fù)效果的目的。

目前節(jié)水灌溉措施研究多基于農(nóng)作物進(jìn)行相關(guān)研究，研究成果較多。灌溉技術(shù)有溝灌、畦灌等傳統(tǒng)的地面灌溉方式，還有噴灌、滴灌、微潤(rùn)灌溉等局部節(jié)水灌溉技術(shù)[1-3]。在生態(tài)文明建設(shè)的推動(dòng)下，高速公路建設(shè)中對(duì)綠化越來(lái)越重視，而在鐵路建設(shè)領(lǐng)域綠植的養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究相對(duì)較少[4-5]。公路綠植養(yǎng)護(hù)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(tǒng)的灌溉方式雖然操作簡(jiǎn)便，但其耗水量大，不適宜在干旱的路域邊坡進(jìn)行植被的養(yǎng)護(hù)。而水車漫灌和噴灑養(yǎng)護(hù)的成本費(fèi)用高，會(huì)加劇水土流失，影響路基邊坡的穩(wěn)定。因此該研究擬選用滴灌和微潤(rùn)灌溉2種方式對(duì)鐵路路域邊坡的綠植養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)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(qū)概況

研究區(qū)域選在銀西高鐵寧夏回族自治區(qū)吳忠市境內(nèi)，吳忠市地處西北內(nèi)陸，屬中溫帶干旱、半干旱氣候地區(qū)，具有明顯的大陸性特征：四季分明，氣候干燥，蒸發(fā)強(qiáng)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(wú)霜期短，風(fēng)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(shù)為46.5 d，降雨集中在每年7—8月，8月最多。

1.2 微潤(rùn)灌溉技術(shù)

在設(shè)立積水窖的基礎(chǔ)上，利用地下微滲保潤(rùn)智能控制系統(tǒng)對(duì)路域邊坡的植被進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，利用太陽(yáng)能與風(fēng)能提供電能，驅(qū)動(dòng)積水窖水位計(jì)、供水泵、微電腦等元器件的正常工作，并通過(guò)微滲保潤(rùn)管將水分送至植物根部，實(shí)現(xiàn)植被修復(fù)與養(yǎng)護(hù)中所需水分的智能檢測(cè)與供給，達(dá)到節(jié)水降耗、自動(dòng)控制的目的。微滲保潤(rùn)管是利用半透膜技術(shù)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(rùn)體，保障植被的正常生長(zhǎng)，其布設(shè)方式如圖1所示。

1.3 樣方設(shè)置

在微潤(rùn)灌溉養(yǎng)護(hù)區(qū)，隨機(jī)選取3個(gè)5 m×5 m小樣方，用于測(cè)定植株高度、植被蓋度、土壤養(yǎng)分含量和土壤含水率變化等。對(duì)照組采用滴灌的方式進(jìn)行灌溉養(yǎng)護(hù)，滴灌的布設(shè)形式及用水量與微潤(rùn)灌溉系統(tǒng)總體是一致的，但滴灌是每隔一段時(shí)間在早晚時(shí)間段進(jìn)行集中灌溉。

1.4 植物的選取與觀測(cè)

栽植的植物均為1年生的紫穗槐苗木，并對(duì)其1年后生長(zhǎng)狀況進(jìn)行觀測(cè)。

1.5 測(cè)定方法

植株高度主要是通過(guò)鋼卷尺測(cè)定地上植物部分的生長(zhǎng)高度。

植被蓋度主要通過(guò)針刺法進(jìn)行測(cè)定。

土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法進(jìn)行測(cè)定;土壤速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法進(jìn)行測(cè)定;土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法進(jìn)行測(cè)定;土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法進(jìn)行測(cè)定。

1.6 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，圖表制作主要使用Excel 2019進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分含量變化分析

由圖2可知，從整體來(lái)看，無(wú)論是采用微潤(rùn)灌溉還是滴灌方式，土壤中養(yǎng)分含量均表現(xiàn)為坡下>坡中>坡上，且微潤(rùn)灌溉區(qū)的養(yǎng)分含量整體上高于滴灌區(qū)的養(yǎng)分含量。微潤(rùn)灌溉區(qū)的有效磷含量在坡上與坡中位置分別比滴灌區(qū)的高出35.91%和55.04%，而在坡下位置的滴灌區(qū)的有效磷含量相較于微潤(rùn)區(qū)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(jī)質(zhì)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(xiàn)為微潤(rùn)區(qū)大于滴灌區(qū)，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(yǎng)分含量的變化主要與其坡位、灌溉方式、植被蓋度、土壤質(zhì)地和水土流失狀況等有關(guān)[8-9]。由于微潤(rùn)灌溉采用的是緩慢微滲的方式，基本無(wú)徑流產(chǎn)生，土壤養(yǎng)分受淋溶作用較小，大都是受自然降水導(dǎo)致的淋溶作用。因此，在整體上微潤(rùn)區(qū)的土壤養(yǎng)分含量高于滴灌區(qū)。而滴灌方式會(huì)在地表產(chǎn)生徑流，導(dǎo)致坡上和坡中位置的土壤養(yǎng)分受淋溶作用強(qiáng)烈，使養(yǎng)分向坡下轉(zhuǎn)移，并且由于徑流的作用，使得土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)被破壞，土壤保墑保肥作用減弱[10]，最終使得滴灌區(qū)坡上、坡中位置的土壤養(yǎng)分與坡下位置的土壤養(yǎng)分含量差異顯著。

2.2 植被生長(zhǎng)狀況分析

從圖3可以看出，同一灌溉區(qū)的植株高度隨著邊坡位置的升高呈現(xiàn)出逐漸下降的變化趨勢(shì)，即植株高度與坡面位置成反比例關(guān)系。但不同的灌溉方式植株高度的差異也不同，在微潤(rùn)區(qū)，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(qū)則表現(xiàn)出坡上與坡中位置的植株高度相對(duì)較小，且二者之間的差值不大，但坡下位置的植株高度達(dá)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(lái)看，同一位置不同灌溉方式下的植株高度表現(xiàn)為微潤(rùn)區(qū)大于滴灌區(qū)。坡上、坡中位置的植株高度微潤(rùn)區(qū)比滴灌區(qū)分別高9和8 cm，但坡下位置的植株高度微潤(rùn)區(qū)較滴灌區(qū)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(yǎng)分狀況和立地條件等因素有關(guān)，在一定范圍內(nèi)植株的生長(zhǎng)高度隨著灌水量和養(yǎng)分的減少而降低[11-13]。微潤(rùn)灌溉相較于滴灌方式可以穩(wěn)定保持土壤的含水量，保障植物生長(zhǎng)所需的水分。在上述研究中，滴灌方式下的土壤養(yǎng)分含量在坡上和坡中位置較低，而在坡下位置的養(yǎng)分相對(duì)最高，且在整體上微潤(rùn)區(qū)的養(yǎng)分含量高于滴灌區(qū)。因此，微潤(rùn)區(qū)的植株高度在坡上和坡中位置上整體上高于滴灌區(qū)，在坡下位置微潤(rùn)區(qū)的植株高度略低于滴灌區(qū)。

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(xiàn)為坡下>坡中>坡上，其中滴灌區(qū)植被蓋度不同坡位之間差異顯著，而微潤(rùn)區(qū)的差異不顯著。滴灌區(qū)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(rùn)區(qū)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(xiàn)出微潤(rùn)區(qū)>滴灌區(qū)的變化規(guī)律，如坡上位置，微潤(rùn)區(qū)為滴灌區(qū)的1.37倍。 在坡下位置時(shí)，微潤(rùn)區(qū)與滴灌區(qū)的植被蓋度差值較小，僅為2百分點(diǎn)，主要是由于滴灌區(qū)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(yǎng)分含量較高，因此，滴灌區(qū)坡下位置的植被長(zhǎng)勢(shì)良好，植被覆蓋度較高。

3 結(jié)論與討論

無(wú)論是采用微潤(rùn)灌溉還是滴灌方式，土壤中的養(yǎng)分含量、植株高度和植被蓋度均表現(xiàn)為坡下>坡中>坡上，且微潤(rùn)灌溉區(qū)的養(yǎng)分含量、植株高度和植被蓋度在整體上均高于滴灌區(qū)。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(yǎng)分流失較多，且植被長(zhǎng)勢(shì)較差;而微潤(rùn)灌溉方式下的土壤養(yǎng)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(xiàn)良好。因此在干旱區(qū)路域植物養(yǎng)護(hù)中可優(yōu)先采用微潤(rùn)灌溉模式，增強(qiáng)植被恢復(fù)的整體性和有效性。

利用滴灌的養(yǎng)護(hù)方式，受徑流量和淋溶作用的影響較大，因此在后期養(yǎng)護(hù)過(guò)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(rùn)灌溉的初期建設(shè)

成本較高，因此，在后期研究中對(duì)其布設(shè)方式加以改進(jìn)，以達(dá)到降低建設(shè)成本目的。

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