青藏铁路多年冻土区段沿线生态修复新技术与实践

薛春晓，程建军，蒋富强，熊治文，张春禹

(1.中铁西北科学研究院有限公司，兰州 730000;2.石河子大学 水利建筑工程学院，新疆 石河子 832003)

1 路域生态工程技术研究现状

针对青藏铁路沿线生态绿化保护与恢复和植物防沙的技术需求，从研究国际上路域生态工程施工技术现状入手，开发与引入适用于青藏铁路多年冻土区段生态环境保护与恢复的新技术，旨在提高青藏铁路路域生态工程技术水平，建设绿色青藏铁路。

道路生态环境建设，经历了从普通绿化到生态交通线或景观生态绿化的发展过程。

我国的路域生态工程技术，经历了从简单到多样、从传统技术到现代技术的发展过程，这种发展变化是与公路绿化的模式和公路建设规模直接相关的。我国最初的公路绿化模式就是种行道树，绿化技术主要借鉴林业部门的造林技术。随着全国公路网的初步形成，绿化的范围扩展到公路边坡，园林部门的种草和铺草皮技术被引入公路领域，并与植树技术相结合，形成了公路绿化的传统技术模式。高速铁路及高等级公路的建设，促使我国公路路域生态工程技术开始向现代化转变，以机械喷附为代表的新型植被建植技术在国内许多高速公路建设中被尝试应用。绿化范围也从公路边坡扩展到中央分离带、互通立交和服务区，全方位、立体式、多功能、景观生态的设计理念和绿化模式正成为我国公路路域生态建设的指导思想。可以说，具有中国特色的现代化公路路域生态工程技术体系已经有了初步的框架结构。

2 青藏铁路多年冻土区段自然环境特征

2.1 气候条件

青藏铁路多年冻土区段为高寒气候区，其基本特点是:气温低、空气稀薄、大气透明度高、太阳辐射异常强烈。该地区地面平均气温与同纬度地区相比要低10℃ ～14℃。特别是在夏季，比同纬度的我国平原地区日平均气温可低20℃，比西伯利亚地区也要低16℃～20℃。表1为位于多年冻土区的三个气象站的气象要素统计表。由表1可知，该区段年平均气温低，植物生长苗期须采取一定的保温措施;降水量较低而蒸发量大，且日照充足，这就使保水措施也成为在该区段内进行生态修复的必要措施。

表1 多年冻土区气象要素统计

2.2 植被条件

青藏铁路多年冻土区段属高寒草原生态系统，以沱沱河地区为例，该地区植被总盖度为25% ～35%，植物群落主要由以下物种构成:禾本科针茅属紫花针茅，盖度10% ～15%;莎草科苔草属青藏苔草，盖度5% ～10%;菊科火绒草属矮火绒草，盖度3% ～5%;其它植物盖度2%～3%。该地以多年生的草本植物占绝对优势，建群种为紫花针茅，高度可达20～30 cm。紫花针茅为丛生草，有效生长期约4个月。伴生种在当地除青藏苔草、矮火绒草外，还分布有紫羊茅、高山早熟禾等。

在适合当地生长的物种里面，进行组合搭配，兼顾短期和长期生态修复效果，保证人工建植的植物种群达到最佳组合。

3 青藏铁路多年冻土区段路域生态工程技术探讨

3.1 植生袋

植生袋也称生长袋、绿生袋、种子袋等，是指用无纺布、纤维棉、木浆纸、麻制品等为载体制成镶嵌有植物种子的夹层，再与聚乙烯编织网相连接而制成的有一定规格的袋子(图1)。这种袋子有一定的强度且不易很快分解掉，其内部有较大的空间可装入土壤或植生基质，夹层内的种子可在温度、水分、土壤条件适宜时发芽，并穿透袋子的网眼生长出来。

图1 纤维棉植生袋结构示意

植生袋可以提高高寒地区植被恢复的质量。植生袋内装入土壤后，其厚度可达20～30 cm，如此厚的土层有利于草本植物发育。根据地表微地貌特点，植生袋可以呈点状固定在地面，用于点(岛)状植物群落恢复，也可以用于面状植物群落恢复，并形成一种完全由植生袋构成的防护层。

植生袋内装入人工配制的植物生长基质，其主要成分为沙壤土、有机肥、保水剂和土壤改良剂等，为植物生长提供充足的养分和水分条件。植生袋特制衬纸夹层内的种子可起到种子直播的作用。植生袋最外层的聚乙烯编织网以及作为种子载体的无纺布或纤维棉，可以防止袋内土壤因风雨侵蚀而流失。可以说植生袋技术集客土、种子直播、移栽、水土保持等原理为一体，是一种适用于植被恢复的新技术。

图1是纤维棉植生袋的结构示意图。其结构由三部分构成:表层为具有一定拉伸强度的聚乙烯编织网;中间层为聚酯纤维棉网，其厚度为3～5 mm，空隙率为90% ～95%，自然分解时间为5年—7年;底层为植物种子、肥料和特制衬纸，植物种子和肥料镶嵌在两层特制衬纸之中。植生袋的外形尺寸为40 cm×60 cm，用尼龙线或粗棉线缝制。

施工时，要考虑植物的成活及充分生长，尤其要在越冬之前积累越冬所需的足够营养，以保证建植植被安全返青。

植生袋的厚度可以在施工时根据土质状况进行调节。如果植生袋作业面土质条件较好，可以使装入客土的袋子厚度保持在10～15 cm;如果作业面土少而且岩石风化程度不高，袋子厚度保持在20～30 cm为宜。此方法可适用于青藏铁路多年冻土区沿线干旱区、半干旱区等各种自然条件恶劣的地区。

3.2 厚层基质喷附技术

厚层基质喷附技术是将人工配制的植物生育基质与植物种子、防侵蚀材料等混合在一起，采用专用设备(灰浆喷射机)，通过高压空气将其喷射出去附着在地面的一种植被建植方法。

所谓厚层是指喷附在地面上的客土层或植物生育基质层的厚度。一般来说，不同喷播技术所能形成的喷附层厚度是不同的，液压喷播形成的厚度<1.0 cm，湿法客土喷播形成的厚度为1～3 cm(薄层)，干法客土喷播形成的厚度为4～6 cm(中层)，有机质喷播形成的厚度>7 cm(厚层)。所谓厚层基质喷附是指厚度在7 cm以上、喷附材料以有机质为主的喷播技术，也有称之为厚层基材喷附。由于这种喷播在物料喷射时不掺入水，因此也属于干法喷播。

对于硬质岩石地面的植被恢复来说，要求土壤层具有质地轻、结构好、养分含量高、抗冲刷能力强、有一定厚度等特点，显然一般的客土喷播是满足不了这种要求的。而以有机质为核心人工配制的植物生育基质，可以满足这些要求，因此被用于硬质岩石地面的植被恢复工程，并针对这种基质的特点，开发出了厚层基质喷附技术。厚层基质的主要成份是有机质，如草炭、木屑或秸秆堆肥、植物纤维和腐殖土等，其含量占物料总体积的80% ～90%，这一点与客土有本质上的区别，客土的主要成份是土。此外厚层基质中还添加有各类肥料(有机肥、无机肥、复合肥、缓释肥等)、土壤改良剂(蛭石、珍珠岩等)、保水剂和黏合剂等(见图2)。

从春季到秋季都可以进行厚层基质喷附施工，但在夏季施工时应注意避开阴雨天气，并与防雨水侵蚀和防晒措施(如覆盖草帘子、遮阳网等)并用。

图2 厚层基质喷附技术施工工艺流程

该技术的施工也要考虑植物的成活及充分生长，尤其要在越冬之前积累越冬所需的足够营养，以保证地面建植植被安全返青。因此，一定要注意选择最佳的施工时间。例如在内蒙古中部地区，施工时间一般为5月初到7月末，最佳施工时间在6月中旬到7月中旬。该季节雨热同期，可为植物生长提供良好的生长环境，对建植地面植被种群有利。

植物种子的选择直接影响最终植物群落的形成。对于物种设计需要考虑五方面因素:一是能在当地良好地生长，有一定的耐贫瘠性和抗旱性;二是生长迅速，易形成覆盖层，且根系较为发达;三是各物种之间有一定的相互营养关系;四是形成的群落比较稳定，养护工作量小;五是种子容易获取，具有工程可操作性。

厚层基质喷播可用于面状植被恢复或以面状植被恢复为主的各类绿化工程。我国半湿润地区如拟恢复植被的立地条件较差，可推广使用此项技术;在半干旱地区如果工地周边有较好的水源条件，可以保证养护用水的供给亦可使用。因此，在青藏铁路多年冻土区沿线水分条件较好的秀水河和沱沱河等地可用该方法进行线路生态修复。

3.3 三维网技术

三维网也称三维土工网或三维植被固土网，是由多层塑料凹凸网和高强度双向拉伸平面网复合而成的具有三维结构的塑料网。其材质为高分子聚乙烯(PE)以及UV抗紫外线稳定剂，化学稳定性高，无腐蚀，对环境无污染，对大气、土壤和微生物呈惰性反应。外观凹凸不平、柔韧，高度15 mm左右。三维网在结构上分为基础层和网包层(均为双层)，基础层是一种经双向拉伸后的平面网，以稳定三维植被网的尺寸和形状，并形成网底平面;网包层是一种经热变形后呈有规律波浪形的凹凸网。双层基础层和双层网包层网格间的经纬线交错排布，并在交接点处经热熔后黏结，形成立体拱形隆起的三维结构(见图3)。

图3 三维网结构示意

从春季到秋季都可以进行三维网植草施工，但在夏季施工时应注意避开阴雨天气，并与防雨水侵蚀和防晒措施(如覆盖草帘子、遮阳网等)并用，而秋季施工则要考虑植物的成活及充分生长，尤其要在越冬之前积累越冬所需的足够营养，以保证建植植被安全返青。

草种选择既要先选择合适的乡土物种，又要考虑为了达到植被快速覆盖而适当引入经过筛选的外来速生种。并同时兼顾以下几个方面:①选择两个或两个以上的草种(含建群种和伴生种)，进行混合播种，优劣互补;②所选品种要求根系发达，入土深厚;③适应性强，抗逆性好，耐粗放管理。

三维网植草技术适用半干旱区以面状植被恢复为主的各类地面绿化工程。在青藏铁路多年冻土区沿线水分条件较好的秀水河、沱沱河等地可用该方法进行线路生态修复。

4 结语

在青藏铁路多年冻土区段沿线进行生态工程建设，不仅可以恢复与保护生态环境，而且抑制了冻土层的退化，生态环境恢复后可有效预防和治理该区段的沙害问题。植生袋、厚层基质喷附和三维网三种生态工程新技术可有效解决在青藏铁路多年冻土区段进行生态修复所面临的温度和水分的生态适宜性问题，并能保证该区域生态工程建设的效率。建议有针对性地选择适宜的乡土植物种类，应用植生袋、厚层基质喷附和三维网技术在青藏铁路多年冻土区段建立生态工程试验段，总结实践经验，在条件成熟后即可进行全线推广。

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