一种干旱区保水辅助建植装置的应用研究

摘要 ［目的］为解决干旱区路域生态修复中植被建植困难、存活率低和水土流失严重等问题，提出了一种保水辅助建植装置（WAD）。［方法］利用WAD、保水剂（SAP）在格库铁路沿线进行生态修复试验，对不同保水措施下的保水率、修复后植被生长状况、水土流失状况等进行评价，筛选出适宜的保水措施。［结果］WAD的保水率显著高于保水剂（SAP）和空白对照（CK）措施，且保水率与时间呈指数负相关；30 d后WAD、SAP和CK措施下的保水率分别为35%、14%和0。不同保水措施植被存活率表现为WAD＞SAP＞CK，越冬后WAD措施下的植被率为69%，而SAP和CK措施下植被存活率不足50%；在植物生长初期，WAD措施下的植被生长高度和生长速度均高于其他2种措施，150 d后植被新增高度表现为WAD＞SAP＞CK；土壤容重和土壤侵蚀模数表现为WAD＜SAP＜CK，表明WAD可有效改善土壤结构，增强土壤水源涵养功能，减少水土流失。［结论］WAD措施可满足干旱区路域生态修复工程的建设需求，可有效提高保水性能，提升植被存活率和植被生长高度，改善水土流失状况，减少养护成本。

关键词 保水措施；保水率；存活率；土壤容重；土壤侵蚀模数

中图分类号 S 27  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）16-0187-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.16.044

Study on the Application of a Kind of Auxiliary Planting Device for Water Conservation in Arid Area

WEI Yuan

（China Railway 21ST Bureau Group Co.， Ltd.， Lanzhou， Gansu 730000）

Abstract ［Objective］ In order to solve the problems of difficult vegetation establishment， low survival rate and serious water and soil loss in the ecological restoration of the road area in arid areas， a water conservation auxiliary planting device （WAD） was proposed. ［Method］ WAD and super absorbent polymer（SAP） were used to carry out ecological restoration tests along Geku railway， to evaluate the water retention rate under different water retention measures， vegetation growth status after restoration， water and soil loss status， and select appropriate water retention measures. ［Result］The water retention rate of WAD was significantly higher than that of SAP and CK， and the water retention rate was negatively correlated with time. After 30 days， the water retention rates under WAD， SAP and CK measures were 35%， 14% and 0% respectively. The vegetation survival rate of different water conservation measures was WAD > SAP > CK. After one year， the vegetation survival rate under WAD measures was 69%， while that under SAP and CK measures was less than 50%. At the initial stage of plant growth， the growth height and growth speed of vegetation under WAD measures were higher than those of the other two measures. After 150 d， the new height of vegetation was WAD > SAP > CK. The soil bulk density and soil erosion modulus were as follows： WAD < SAP < CK， indicating that WAD can effectively improve soil structure， enhance soil water conservation function， and reduce soil erosion. ［Conclusion］ WAD measures can meet the construction needs of ecological restoration projects in arid areas， effectively improve water conservation performance， improve vegetation survival rate and vegetation growth height， improve water and soil loss， and reduce maintenance costs.

Key words Water conservation measures; Water retention rate; Survival rate; Soil bulk density; Soil erosion modulus

作者简介 魏源（1982—），女，甘肃庆阳人，工程师，从事项目工程造价和计划统计工作。

收稿日期 2022-08-21；修回日期 2023-03-22

随着我国经济的飞速发展和西部大开发战略的实施，公路、铁路等基础设施建设在西部得到大力发展。但同时也造成了一定的生态环境问题，尤其是在西部干旱、半干旱地区更为严重。另外铁路、公路等建设工程规模大，且线路较长，如不及时进行生态修复，会形成大量裸露地表，不利于进行养护，造成植被破坏、水土流失严重等生态环境问题，严重的可能引发泥石流和滑坡等地质灾害，对线路的建设和安全运营产生一定的影响。

西部干旱区由于太阳辐射强、气候干燥、降水少、蒸发量大等原因，植被在自然条件下自我恢复的可能性较低，且所需的恢复周期较长。该区土壤保墒保肥性能差，而现有的生态修复技术无法满足该区植被正常生长所需的水分和养分，常造成植被存活率低，生长不良，且所需的养护成本较高，不利于大面积的生态修复工程［1-2］。因此，提出了一种旱区保水辅助建植装置，该装置可为植物提供生长所需的营养物质，并能储备一定的营养物质和水分，具有节水保墒的作用，可满足干旱、半干旱地区裸露地表和工程建设后造成的裸露地表生态环境恢复的要求。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区选在新疆维吾尔自治区若羌县境内，该区属于典型的大陆温带干旱、半干旱气候区。该区降水较少，蒸发量大，年降水量仅为28.5 mm，最大为118.0 mm，年蒸发量2 920.2 mm，最大为3 368.1 mm。年平均温度为11.8 ℃，月平均温度为-9.4～27.4 ℃。该区日照充足，昼夜温差大，年日照时数为3 103.2 h，年最大日照时数为3 338.8 h。境内天然植被类型主要为荒漠植被，防护林主要分布有榆树（Ulmus pumila）、杨树（Populus L.）、沙枣（Elaeagnus angustifolia）、柳树（Salix babylonica）等。

1.2 试验材料

1.2.1 保水辅助建植装置。如图1所示，保水辅助建植装置（WAD）包括保育桶、隔离架和营养基质等。该装置中保育桶采用双层结构，保育桶主要是由纸浆和植物纤维（落叶、树皮、锯末等）混合压制而成，具有保温和导热性差的功能，可保证无土栽培基质的温度稳定，防止水分过快蒸发；保育桶内层和外层采用锡箔纸制成，具有防渗水和隔热功能。保育桶内共有3层隔离架，隔离架上附着有超吸水纤维材料，具有吸水和保水的功能，隔离架之间填充有营养基质，保障植被生长所需的养分需求。该装置尺寸可根据植被和现场条件进行调整，此次研究选用的尺寸为总高30 cm、外径20 cm、内径18 cm、隔离架间距10 cm。

1.2.2 保水剂。保水剂（SAP）选用的是市场常见的农林抗旱保水剂，具有安全环保和保水保肥等特性，试验选用的保水剂是由任丘市辉达化工有限公司生产。

1.2.3 建植材料。建植材料选用1年生的红柳（Tamarix ramosissima）苗木。

1.3 研究方法

1.3.1 保水性能测试。保水性能测试主要是在室内试验条件下完成，将等量的水（300 mL）分别加入不同保水材料和空白对照中，然后每隔一段时间进行称重测量，计算出每段时间内水分的损失量。

保水率计算公式为：

Rn=（M-Mn）/W×100%（1）

式中：Rn为第n天保水率（%）；M为初期保水材料和水的总质量；Mn为第n天保水材料和水的总质量；W为初期加入水的总质量。

1.3.2 现场试验。现场试验选在若羌境内格库铁路沿线，并选取3段作为试验区。其中，A段建植区利用保水辅助建植装置进行建植；B段建植区利用保水剂材料进行辅助建植；C段为空白对照区，不采用保水材料进行辅助建植。然后分别对各试验段的土壤养分状况、植被生长状况、水土流失状况进行调查研究。

1.3.3 土壤侵蚀模数。采用桩钉法进行土壤侵蚀模数的测定，方法详见文献［3］。

1.3.4 数据处理。利用Excel软件和SPSS软件进行数据分析和图表绘制。

2 结果与分析

2.1 不同保水措施的保水能力

对不同保水措施下的保水率进行测定，结果如图2所示。从图2可以看出，不同保水措施下的保水率随着时间的推移，整体上均呈现出逐渐下降的变化趋势。没有添加保水措施的空白对照组（CK），保水率下降趋势明显，在第10天时保水率已降至0，而添加保水剂（SAP）和增设保水辅助建植装置（WAD）的试验组，其保水率相较于CK组均得到了显著提升，其中WAD的保水率在同一时间段均为最高，表明WAD措施可有效提升保水率，有效延缓水分的蒸发和流失，保证植物的稳定生长。

由表1可知，WAD和SAP措施下的保水率（y）与时间（x）呈负指数关系，且决定系数（R2）均在0.8以上，其相关性显著，表明WAD和SAP措施下的保水率下降幅度随着时间的推移逐渐降低，且在后期基本趋于稳定。其原因主要是由于WAD措施下的水分在3层隔离架之间均有分布，在前期，位于保育桶中、上方的隔离架区域，水分蒸发较快，待其蒸发稳定后，位于下方隔离架区域的水分基本保持在稳定状态，其水分蒸散量较小，因此WAD措施下的保水率在前期下降较快，后期下降缓慢并趋于稳定状态。而保水剂（SAP）在前期由于吸持的水分较多，其保水性能会随之下降，因此，在前期，保水剂的保水率下降较为明显，而在后期随着保水剂水分吸持量的减少，其保水性能也随之提高［4］。因此，在后期保水剂的保水率下降缓慢，也基本趋于稳定状态，但由于保水剂的保水性能提高，其可供植物吸收的水分也随之减少，不利于植被的生长［5-6］。