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摘要：宁夏荒漠区位于宁夏温性干旱带内，砂质路堑边坡土壤的平均水解氮、速效磷均处于欠缺的的V级，且平均酸碱度PH值为8.27，基本为碱性土。干旱少雨、营养贫瘠、盐碱化等为银西高铁荒漠化防治及生态文明建设提出了苛刻要求。本文根据当地地形地貌、气候特征等自然环境特点，与砂质路堑边坡的绿植立地条件，工程应用研究中采取了适宜于荒漠区砂质路堑边坡的穴孔营养杯与三水建植措施。通过研究发现，5月份至7月份为宁夏荒漠区春夏交替季节，也是砂质路堑边坡绿植建植关键养护期，定根水浇灌期确保土壤体积含水率不小于10%，后期生长期确保土壤体积含水率不小于5%。工程应用中，通过创新性研究与建植工作，保证了绿植生长期84.92%至87.55%的成活率与4.85%至18.90%的植物盖度，取得了良好的效果。
关键词：银西高铁；宁夏荒漠区；砂质路堑边坡；绿植栽植技术
1引言
宁夏绝大部分地区受我国干旱半干旱地区气候特征影响[1]，并受青藏高原、黄土高原、鄂尔多斯台地与地理纬度的控制，形成了典型的干旱少雨、蒸发强烈、春夏秋冬季节分明的西北大陆性气候特征，与风大沙多、半固定沙丘和少部分流动沙丘广泛分布及植物单一、低矮稀疏等典型西北大漠风貌[2][3][4]。
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图1宁夏部分区域地貌略图
银西高铁进入宁夏后，DK484+240～DK540+457段大部分位于荒漠区，如图1所示。在该区域内进行规模化的路堑开挖、路堤填筑、桥梁桩基、修建车站等工程施工会对一定范围内的地貌单元与植被生态产生影响。广泛分布于该区域表层的粉沙和深层粉沙层极易失去地表的固沙作用、或路堑开挖后形成流动沙。细小沙粒在强风的吹动下积聚于道砟空隙内，使道砟失去调节轨道平顺性的作用[5][6]，同时加重区域内的水土流失与荒漠化进程，不利于铁路生态文明建设。
银西高铁在修建中注重工程质量建设，在荒漠化防治和生态修复中做了大量的创新工作，其中路堑的砂质边坡绿植防护即为其主要的工程措施之一，根据当地的的气候特征、工程地质特征、高速铁路有砟轨道特征等的研究，选取了适宜的绿植栽植方式，有效的解决了荒漠区路堑砂质边坡的绿植栽植难题，取得了很好的植物成活率、植物生长状况等。
2区域内主要自然特征
受区域应力场与地质构造的控制，宁夏的地形地貌出现了沙漠、台地、平原与盆地、山地与丘陵及塬梁峁等，银西高铁宁夏段位于鄂尔多斯台地[7][8]，而DK481+240～DK540+457段以惠安堡镇为中心的59km位于荒漠区，区内受典型大陆性气候，干旱少雨、蒸发强烈、风大沙多，干旱、沙尘、霜冻等自然灾害频繁，土壤养分贫瘠、植物稀疏、生态脆弱。
2.1区域内气候特征
区域属盐池—同心—香山干旱草原半荒漠区的西南部，位于宁夏IIB气候区内[9]。因全年大部分时间受西北环流支配，北方大陆气团控制时间较长，因此形成冬长夏短、春迟秋早、冬寒夏热、干旱少雨、风大沙多、蒸发强烈、日照充足等特点。
表1区域内主要气候参数统计表
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如表1所示，区域的年均降水量199.8～288.7mm，但蒸发量却是降水量的4.7～6.1倍。区域内的年均气温7.7℃，极端最高气温值为38.1℃，极端最低值-29.6℃，大于等于10℃积温2944.9℃。最冷出现在1月份，最热是7月份，平均气温22.4℃，7月份平均气温呈上升趋势，8～12月份平均气温呈下降趋势。
区域内的年太阳辐射值为140大卡/平方厘米，年日照时数为2789.2小时。无霜期为120天，绝对无霜期为100天。年均风速2.8米/秒，冬春风沙天气较多。
因此，银西高铁在宁夏荒漠区所在地的气候特点是冬冷夏热，日照长，温差大，季节性差异明显。
2.2区域内地形地貌特征
该区域地处黄土高原向鄂尔多斯台地过渡段，地势东南高西北低，南部为黄土丘陵区，北部多为沙丘、碱滩地的荒漠区。银西高铁自惠安堡镇的张儿庄进入该荒漠区，向北经苦水井、二道梁、柴山墩、小贼沟至白土岗乡的沙沟，线路长度约59km。
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图2 银西高铁宁夏段沿线地形地貌
沿线的海拔高程在1140m～1410m之间，分布有大量的缓坡丘陵与风沙地。缓坡丘陵的高度在10～20m之间，坡度一般为2～10度。风沙地除分布较多流动沙丘，还有许多半固定沙丘和浮沙，其中浮沙和固定沙丘面积较大，沙丘高度一般为1～4m。覆盖在梁地和缓坡丘陵的沙丘，水源缺乏，洼地平滩上的沙丘有较丰富的地下水。因地势宽阔、气候干旱，每年冬春季节出现8～9级大风，沙尘暴较多。
2.3土壤特征
宁夏荒漠区位于宁夏温性干旱带内（III区）[9]，该区域内的土壤主要有黄土、黑垆土、灰钙土、风沙土、盐渍土等，土壤的平均有机质含量为0.89%，水解氮、速效磷、速效钾平均含量分别为47.28mg/kg、3.11mg/kg、188.31mg/kg，平均酸碱度PH值为8.58[10]。
表2 银西高铁宁夏段荒漠区土壤养分含量统计表.png)
总体上土壤呈碱性，有机质含量缺乏，水解氮、速效磷与速效钾分别处于IV～V级、V级、II～III级。
现场施工中[11]，路堑开挖后呈现出的Qpl4 3粉砂与Qpl4 3细砂层呈层状分布，厚度约0.5～12m，黄褐色，成分以石英、长石为主，砂质较纯，微含粘粒，I级松土。下伏细砂层，呈层状或透镜体壮分布，厚度约0～3m，黄褐色，砂质较纯，I级松土。根据土壤原状样室内试验结果显示，路堑边坡土壤的有机质含量为0，平均水解氮、速效磷均处于欠缺的的V级，平均酸碱度PH值为8.27，基本呈碱性土。
3路堑边坡的绿植防护措施
通过以上区域内气候特征、地形地貌特征、土壤特征等绿色植物的建植条件可以看出，该区域的除了土壤养分低外，干旱与半干旱的气候条件及荒漠化的基本地貌等极其不利于高速铁路沿线的生态修复。为更好的进行铁路生态文明建设，需根据边坡的实际情况，采取相应的工程措施。
3.1路堑边坡穴孔营养杯与三水建植措施
根据宁夏荒漠区区域环境特征与高速铁路砂质路堑边坡的植物建植条件，本项工程采用了边坡穴孔营养杯建植措施。
1）路堑边坡绿植与工程措施
路堑边坡高度H﹤5m时边坡设护脚，护脚以上边坡打穴栽植营养杯四翅滨藜，每平米5穴，如图3所示；当路堑边坡高度H≥5m时边坡设骨架，骨架内打穴栽植营养杯四翅滨藜防护，每平米5穴，如图4所示。
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图3路堑（高度H<5m）边坡植物防护横断面示意图
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图4路堑（高度H≥5m）边坡植物防护横断面示意图
2）穴孔开挖
由于粉砂与细砂边坡土质松散，且易于塌孔。因此，根据实际情况采用手持式平铲对砂质边坡进行了开孔。开孔直径为6.0～15.0cm，深度15.0～20.0cm，密度5～6穴/m2。穴孔孔壁与坡面的夹角接近45°～60°为宜，以防止穴孔坍塌且利于提高孔内蓄水能力和坡面的稳定。
2）营养杯的规格与营养土的配制
该区域土壤的养分很低，且干旱少雨缺水，营养杯兼做苗木生长期的养分储备与水分供给作用，除与穴孔直径、深度相互匹配外，尽可能的提供足够植物营养养分与水分。因此，此次工程中营养杯选择上口直径为17cm，下底直径为12cm，高度为17cm的标准杯。该营养杯的底部与侧部分别设置有3个小孔和4个小孔，小孔直径为1cm。
营养杯内营养土的配比即熟土:大粪肥3: 1，并在植入绿植的前2～3天将杯内营养土采用1:1500比例的硫酸亚铁和水的配比药液进行杀菌处理。
3）绿植栽植
将在营养杯内育苗成功后的苗木放置在砂质边坡穴孔内，回填沙土并踩踏密实。栽植完成后在2～4小时内进行浇水，水要分两次浇透，使土壤充分吸收水分，有利土壤与根系的紧密结合。浇水时应注意严禁大水冲浇，要边浇水边夯实，防止漏水，应少量多次，以浇透为原则。浇第一遍水渗入的次日，应检查苗木是否有倒、歪现象，如有应及时扶正、填土、夯实。
根据土壤含水率的实际情况，当土壤体积含水率小于10%时，应及时喷浇第二遍和第三遍定根水。当苗木浇完第三次定根水后，可减少浇水频率，但浇水前的土壤体积含水率不能低于5%，直至秋季雨水衔接和苗木生出新根和新芽后方可停止浇水。
3.2路堑边坡建植效果
项目执行中，在DK485+944～dk485+950段线路左侧路堑坡面，采用穴孔营养杯与三水建植措施四翅滨藜的成活率与其生长盖度进行了观测。该观测坡面的面积为51.636m2，栽植的四翅滨藜苗木总数为309棵，从2020年5月12日开始到2020年10月12日至，平均每月进行了观测。
1）植物成活率效果
植物成活率是指植物成活数量与植物总数量的百分比，该数据是衡量边坡建植效果的重要指标之一。
图5为砂质路堑边坡，栽植四翅滨藜的成活率效果指标曲线图，图中可以看出，从2020年5月12日的观测记录时间开始，至2020年7月22日，栽植后的四翅滨藜成活率出现明显的上升趋势，平均成活率从65.95%增加至84.92%。2020年7月22日至2020年10月12日，四翅滨藜的平均成活率从84.92%增加至91.07%，虽有少量增大，但基本处于平稳状态。
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图5 植物成活率效果指标曲线图
2）植物盖度效果
植被盖度是指植物群落总体或各个个体的地上部份垂直投影面积与样方面积的百分比。
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图6 植物盖度效果指标曲线图
从图6中可以看出，栽植四翅滨藜在2020年5月12日至2020年6月20日之间，该物种的平均盖度指标数从4.85%增加至9.09%，从6月20日至9月15日之间，该物种的平均盖度指标数增长换面，从9.09%增加至18.90%，平均增长数为3.27%。但经过物种的缓苗期与秋季雨期，从9月15日至10月12日的1个月时间，平均盖度指标数增长了10.14%。
从图5、图6中还可以看出，在5月份至7月份的春夏交替季节，是保障栽植四翅滨藜成活率的关键时期。这既与四翅滨藜栽植后的生长特征有关，而且更为重要的是与宁夏荒漠区的气温及降水量等关键气候特征相关。这也充分说明，在5月、6月、7月份是区域内绿植的关键养护期，在该时间段内确保土壤养分与水分含量。
4结论
1）宁夏荒漠区位于宁夏温性干旱带内，气候干旱少雨，砂质路堑边坡土壤的平均水解氮、速效磷均处于欠缺的的V级，且平均酸碱度PH值为8.27，基本为碱性土。干旱、营养贫瘠、盐碱化等为银西高铁荒漠化防治及生态文明建设提出了苛刻要求。
2）根据当地地形地貌、气候特征等自然环境特点，与砂质路堑边坡的绿植立地条件，工程应用研究中采取了适宜于荒漠区砂质路堑边坡的穴孔营养杯与三水建植措施，在绿植生长期保证了84.92%至87.55%的成活率与4.85%至18.90%的植物盖度。
3）宁夏荒漠区的5月份至7月份春夏交替季节，是砂质路堑边坡绿植建植关键养护期，定根水浇灌期确保土壤体积含水率不小于10%，后期生长期确保土壤体积含水率不小于5%。
参考文献：
[1]张瑞兰.宁夏中部干旱带基本气候特征与干旱化[J].宁夏农林科技,2006(05):85-86.
Zhang Ruilan. Basic climatic characteristics and aridity in central Ningxia arid zone [J]. Journal of Ningxia Agriculture and Forestry Science and Technology,2006(05):85-86.
[2]《环县志》编纂委员会编.环县志[G]. 兰州：甘肃人民出版社, 1993.10:1-43.
The Compilation Committee of Ring County Annals. Ring County Annals [G]. Lanzhou: Gansu People's Publishing House, 1993.10:1-43.
[3]《红寺堡开发区志》编纂委员会编. 红寺堡开发区志[G].银川：宁夏人民出版社, 2006.09:90-103.
The Compilation Committee of Hongsibao Development Zone Records.Hongsibao Development Zone Records[G].Yinchuan: Ningxia People's Publishing House, 2006.09:90-103.
[4]何国攀,刘继远主编盐池县志编纂委员会编. 盐池县志[G].银川：宁夏人民出版社, 2002.07:71-132.
He Guopan, Liu Jiyuan, Ed. Yanchi County Annals Compilation Committee.Yanchi County Annals[G].Yinchuan:Ningxia People's Publishing House, 2002.07:71-132.
[5]王萌,肖源杰,卢小永,畅振兴,陈晓斌,古牧,叶新宇.重载铁路道砟旋转压实特性及参数优化试验研究[J].铁道科学与工程学报,2020,17(10):2503-2515.
Wang Meng, Xiao Yuanjie, Lu Xiaoyong, Chang Zhenxing, Chen Xiaobin, Gu Mu, Ye Xinyu. Experimental Research on Rotary Compaction Characteristics and Parameter Optimization of Dogballa for Heavy Duty Railway [J]. Journal of Railway Science and Engineering,2020,17(10):2503-2515.
[6]孙珊珊,严颖,赵春发,季顺迎.往复荷载下铁路道砟沉降特性的扩展多面体离散元分析[J].铁道学报,2015,37(11):89-95.
Sun Shanshan, Yan Ying, Zhao Chunfa, Ji Shunying. Extended polyhedral discrete element analysis of settlement characteristics of railway ballast under reciprocating load [J]. Journal of the China Railway Society,2015,37(11):89-95.
[7]《惠安堡镇志》编纂委员会编.惠安堡镇志[G]. 银川：宁夏人民出版社, 2014.12:41-47.
The Compilation Committee of Hui 'anbao Town Annals.Hui 'anbao Town Annals [G]. Yinchuan: Ningxia People's Publishing House, 2014.12:41-47.
[8]冯茂璋编,程倩,王海荣责编.吴忠市利通区志[G].北京：方志出版社, 2019.10:101-120.
Feng Maozhang, Cheng Qian, Wang Hairong coordinating editor. Annals of Litong District, Wuzhong City [G]. Beijing: Chronicles Press, 2019.10:101-120.
[9]宁夏通志编纂委员会编.宁夏通志[M].北京：方志出版社.2010:3-176.
Edited by Ningxia Tongzhi Compilation Committee. Ningxia Tongzhi [M]. Beijing: Chronicles Publishing House.2010:3-176.
[10]王明,张晴雯,杨正礼,张爱平,谢晓军,惠锦卓.宁夏引黄灌区干湿交替过程中土壤pH的动态变化及影响因素[J].核农学报,2014,28(04):720-726.
Wang Ming, Zhang Qingwen, Yang Zhengli, Zhang Aiping, Xie Xiaojun, Hui Jinzhuo. Soil pH and its influence factors in the process of dry-wet alternation in Ningxia Yellow River Irrigation Area [J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences,2014,28(04):720-726.
[11]江涛.银西高铁甘宁段水泥改良黄土路基冻胀规律及冻胀防治效果评价[J/OL].铁道标准设计:1-8[2021-03-09].
Jiang Tao. Rule of frost heaving and evaluation of frost heaving prevention effect of cement-improved loess subgrade in Ganning section of Yinxi high-speed railway [J/OL]. Railway standard design: 1-8 [2021-03-09].