深根植物對浙江省級天然氣管道3PE防腐層的影響

季壽宏，范文峰，宋祎昕，姚燕來，王衛平，洪春來

(1.浙江省浙能天然氣運行有限公司，浙江 杭州 310052； 2.浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

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深根植物對浙江省級天然氣管道3PE防腐層的影響

季壽宏1，范文峰1，宋祎昕1，姚燕來2*，王衛平2，洪春來2

(1.浙江省浙能天然氣運行有限公司，浙江 杭州 310052； 2.浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

通過對浙江省內湖州、杭州、紹興、寧波4地不同地形狀態下38處探坑現場開挖，調查研究管道5 m范圍內18種典型植物對浙江省省級天然氣管道3PE防腐層的影響。研究表明，植物根系在土層中的分布一定程度上隨著生長年限增加而加深，但受土壤環境影響較大。地下水對植物根系生長有重要影響，高地下水位會影響植物根系向下伸展(耐水濕植物除外)。所有開挖探坑中，29處探坑植物根系未觸及管道，9處植物根系觸及管道防腐層，特別是水杉主要根系對天然氣管道形成交叉包圍之勢，但未發現植物對管道防腐層造成壓痕或穿刺破壞的現象，尚未對管道安全造成影響。總體來看，3PE防腐層對深根植物根系具有較好的抗穿刺和防腐蝕能力。但部分植物，如水杉、木荷等，根系伸展較深，主要根系觸及管道3PE防腐層，隨著生長年限增加，仍可能存在一定的風險，應加強對此類植物的監管。

深根植物； 天然氣管道； 3PE防腐層； 浙江

為保障天然氣的正常供應與安全，國家、地方政府及有關行業對能源管道上方土地使用陸續做出各種限制規定，如《石油天然氣管道保護法》第三十條第一款規定，“在管道線路中心線兩側各五米地域范圍內，禁止種植喬木、灌木、藤類、蘆葦、竹子或者其他根系深達管道埋設部位可能損壞管道防腐層的深根植物”，《浙江省石油天然氣管道建設和保護條例》第三十一條規定“禁止在管道線路中心線兩側各五米地域范圍內，種植可能損壞管道防腐層的深根植物”。隨著我國管道建設規模不斷擴大，天然氣管道建設中占用農田、果園、林地的土地面積亦隨之增加，這就使得由管道上方禁種和清除植物所帶來的經濟損失和社會矛盾日益凸顯。對此問題若不認真研究解決，不僅不利于土地的有效利用，而且勢必影響能源管道行業的健康發展。

國外在20世紀90代初期即已開始關注植物根系對管道防腐層的破壞問題。但隨著新的防腐涂層結構的開發、應用，2000年以后國外就鮮有關于植物根系對管道防腐層破壞方面的研究報道。我國有關植物根系對管道防腐層結構破壞的研究起步較晚。1999—2008年間，大港油田天然氣公司在對1976年投產的大港—滄州管道大修時，發現多處蘆葦根系刺透石油瀝青防腐層的現象[1]。我國20世紀70年代建設的秦京輸油管道，豐潤至寶坻輸油站間穿過大片蘆葦蕩，2004年相關部門對輸油管道進行腐蝕檢測，發現該段管道管體發生嚴重腐蝕，系蘆葦根穿透瀝青防腐層所致[2]。1999—2003 年，對川渝區域內服役期10～30 a的90%以上防腐層為石油瀝青的天然氣管道進行的調查表明，松樹、楠竹、硬頭黃等植物對埋地管道瀝青涂層均會產生一定程度的影響，影響形式包括根系到達管面未穿入涂層、產生壓痕、穿入涂層3種[3]，間接破壞方式為根分泌物造成腐蝕性環境后加速管道腐蝕，其中尤以穿入破壞影響最為嚴重[4]。但現有文獻報道的植物根系對管道防腐層的破壞主要集中于早期采用石油瀝青防腐層的管道，而對3PE防腐層所受影響的研究報道較少。

浙江省省級天然氣管道防腐措施主要采用3PE防腐層和外加電流陰極保護的方式。3PE是由環氧粉末涂層(底層)、膠粘劑層(中間層)、聚乙烯層(外層)組成的3層防腐結構體系，其外層聚乙烯層具有優異的抗滲透、抗生物降解、抗機械穿刺頂壓的性能[5]。由于3PE防腐層具備較好的抗根系穿透能力，截至本研究檢索范圍內，尚未見植物根系對這些管道防腐層造成破壞的研究報道。有部分報道認為，植物根系不會對3PE防腐層造成破壞[6-7]，但我國地域遼闊，植物種類繁多，不同種類植物根系發育特點差異顯著，即使是同種類型的植物，因生長地域、氣候和土壤環境不同，根系的生長發育也存在一定差異?？傮w來看，目前關于深根植物對天然氣管道3PE防腐層影響的研究仍缺乏理論支撐和系統性的驗證評價結論。為此，特以浙江省內省級天然氣管道作為研究對象，開展深根植物對3PE管道防腐層影響的研究，以彌補當前國內研究的不足，推動天然氣管道安全運行管理技術提升和發展。

1 材料與方法

1.1 植物種類

根據前期的調查，目前湖州、杭州、紹興、寧波市省級天然氣管道兩側5 m范圍內大型植物主要包括48種，分屬于21個科，植物主要形態包括常綠喬木、落葉喬木、常綠喬木狀竹類植物、木質藤本植物、常綠小喬木、落葉小喬木等，在分布上以香樟、水杉、杜英、白楊、無患子、毛竹、葡萄較多。

1.2 管線及涂層情況

根據對浙江省省級天然氣管道的資料調研：杭湖線于2004年投運，主干線總長81.5 km；杭甬線于2006年投運，主干線總長251 km；寧波LNG天然氣線(以下簡稱LNG線)于2012年投運，主干線總長32.59 km。這3條線路的防腐層全部采用3PE涂層。截至本調查時間，杭湖線和杭甬線運行年限已接近或者超過10 a，LNG線部分管道穿越灘涂蘆葦地區，深根植物可能對管道3PE防腐層產生影響，故此選擇杭湖線、杭甬線，以及LNG線作為調查對象。

1.3 調查方法

采用野外生物學調查和統計分析相結合的方法進行研究。對所調查的各類植物根系的觀察主要采用壕溝法和改良壕溝法進行坡面開挖[8]，并采用網格法對根系在不同深度土層中的分布數量、根系直徑等進行數據采集記錄。探坑開挖后，根據植物根系對管道的影響分成4個等級：A級，根系未觸及管道，影響程度屬無影響；B級，根系觸及管道但未造成影響，影響程度屬暫無影響；C級，根系觸及管道，產生壓痕，影響程度屬輕度；D級，根系觸及管道，穿入3PE防腐層，影響程度屬重度。將B、C、D級根據根系直徑(<5 mm、5～20 mm、>20 mm)分別進一步分成3個等級(B1、B2、B3，C1、C2、C3，D1、D2、D3)，然后分類統計。本研究中，將直徑>20 mm的根系定義為主要根系，2～20 mm之間的根系定義為側根，2 mm以下的根系定義為吸收根。

1.4 數據分析

采用Excel 2010和SPSS 16.0進行數據整理與分析，對有顯著差異的采用Tukey法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 探坑開挖情況

根據浙江省天然氣管道典型植被分布情況，在初步選定探坑開挖點的基礎上，進一步結合管道管理的要求和地方區域實際，對代表性植物根系對管道的影響進行開挖驗證?？傆嬮_挖探坑38處，13處探坑開挖點位于杭湖線，23處位于杭甬線，2處位于LNG線。開挖典型植物18種，包括香樟、毛竹、梨樹、桃樹、桑樹、水杉、木荷等(表1)。結合文獻報道和開挖實際情況，對香樟、毛竹、杜英、木荷、水杉等分布面積廣、可能存在影響的植物進行重點開挖調查，詳細記錄植物類型和特征、根系分布，及對天然氣管道3PE防腐層的影響類型。

表1 典型植物類型、用途及探坑開挖數量

2.2 探坑開挖樹種根系總體分布情況

所有開挖植物中，除毛竹、蘆葦等禾本科植物外，其他開挖植物最低生長或移栽年限為5 a，最高生長年限為12 a，平均生長或者移栽年限為8.4 a。除禾本科植物外，其他植物根系分布最深深度最淺的為30 cm，最深的達160 cm，平均為91.6 cm；主要根系最深深度最淺的為20 cm，最深的為160 cm，平均54.8 cm。禾本科植物中，毛竹根系伸展最深深度最淺的為80 cm，最深的為130 cm，平均93.9 cm，主要根系伸展最淺深度為20 cm，最深深度為60 cm，平均深度為33.5 cm。蘆葦根系最淺深度為90 cm，最深深度為160 cm，主要根系最淺深度為40 cm，最淺深度為160 cm，平均深度86.7 cm。分布較為廣泛的蘆葦、水杉、木荷、毛竹、香樟等幾類典型植物根系伸展深度如圖1所示，根系平均最深深度依次為蘆葦>水杉>木荷>毛竹>香樟>杜英，主要根系平均深度依次為水杉>蘆葦>木荷>香樟>杜英>毛竹。

圖1 典型植物根系平均最深深度及主要根系分布深度

2.3 植物生長年限與根系深度

總體上，香樟、杜英、水杉等喬木類植物根系及主要根系深度隨生長年限的增加而呈增加趨勢，但由于植物生長的環境差異較大，受環境因素的制約，根系的深度與生長年限相關性不顯著。如湖州地區位于丘陵上的香樟，種植密度相對較稀，光照充足，生長迅速，且地下水位較低，根系深入土層較深；而受到地下水位的影響，杭州地區公路旁綠化帶種植10 a的香樟根系分布相對較淺，主要根系要淺于湖州丘陵及杭州綠化帶填土層上的根系。

2.4 地下水對植物生長和管道的影響

浙江位于東部沿海，地勢自西南向東北呈階梯狀傾斜，很多地區平均海拔低于50 m，尤其是浙北、浙東平原地區，如嘉興等地平均海拔僅為3.7 m，較低的海拔造成浙江多個地區的地下水位較高。此次開挖探坑中，出現地下水的探坑14個，占所有開挖探坑的36.8%，其中植物對管道存在影響的僅1個，且管道上方植物均水杉；沒有出現地下水的探坑中，植物對管道有影響的比例為33.3%，遠高于有地下水出現的探坑。由此可知，地下水是影響植物根系生長的重要因素，但對耐水濕植物影響較小。

2.5 植物根系對天然氣管道3PE防腐層的影響

38處探坑開挖調查植物中：29處植物根系未對防腐層產生影響，影響程度分類屬于A級；9處植物根系觸及管道防腐層(圖2、表2)，影響程度分類屬于B級，其中水杉主根到達并超過管面，屬于B3級，沒有發現有植物根系對管道造成壓痕或者穿刺破壞。

圖2 植物根系觸及管道防腐層狀況

根系觸及管道的探坑占所有開挖探坑的比例為23.7%。根系觸及管道的植物有5種：毛竹、香樟、木荷、水杉、蘆葦，其中，木荷最多，有3例，毛竹、蘆葦均為2例，水杉和香樟各1例。這些植物中除水杉外，觸及管道防腐層表面的主要是直徑<5 mm的側根和吸收根。木荷和蘆葦的主要根系可以深入土層1.0 m以上，余姚和寧波2個地區的木荷主根均已經超過管道埋深，如果位于管道正上方可能對管道防腐層產生壓迫。水杉耐水濕能力強，根系發達，余姚地區10 a左右的水杉主根已深入100 cm以下土層，而管道埋深只有90 cm，水杉主根深度已經超過管道埋深，雖未產生壓痕，但已對管道形成交叉包圍之勢。

表2 根系觸及管道植物探坑調查情況

注：標*的表示出現地下水。

3 小結與討論

本次調查表明，植物根系在土壤中的分布在一定程度上會隨著生長年限增加而加深，但受土壤環境影響較大。地下水對植物根系生長有重要影響，高地下水位會影響植物根系向下伸展，但耐水濕植物受此影響較小。在38處開挖的探坑中，29處植物根系未觸及管道，未對防腐層產生影響；9處植物根系觸及管道防腐層，影響分類程度屬于B級，其中，B1級8個，B3級1個，但均未對管道產生影響；未發現調查植物對管道防腐層造成壓痕或穿刺破壞的現象，說明截至研究時間，天然氣管道3PE防腐層對植物根系具有抗穿刺和防腐蝕能力?？傮w來看，此次調查未發現植物根系對浙江省內現有省級天然氣管道安全造成影響，但部分植物，如水杉、木荷等，根系伸展較深，管道正上方的水杉根系已對管道形成交叉包圍，隨著生長年限的增加，可能存在一定的風險。

調查植物中，除禾本科植物外，其他植物根系分布最深深度平均為91.6 cm，毛竹根系伸展最深深度平均93.9 cm，蘆葦主要根系平均深度86.7 cm。調查過程中，部分管道因近期雨水沖刷、表土流失，埋深較淺，部分不足80 cm，使得植物的側根及部分植物主根觸及管道。建議在天然氣管道埋設時涉及植物種植區域埋深應至少大于100 cm。

探坑開挖發現，根系觸及管道防腐層的植物主要位于距離管道中心1 m范圍內，尤其是管道正上方。在現有條件下，應對直接種植于管道正上方的木荷、水杉等大型喬木類植物進行清理。在暫不具備清理條件的情況下，應定期進行開挖調查，掌握其根系生長情況及對管道的影響，及時采取必要的措施，避免對管道產生更大危害。

地下水位對植物生長有很大的影響，新建管道覆綠時，應根據地形特點選擇適宜的植物，地下水位較低處，如丘陵地區，應避免種植木荷、香樟、杜英、銀杏、重陽木、冬青、喜樹等大喬木，尤其是木荷等幼苗移栽和種子播種的喬木類植物，在不影響管道維護的情況下，可以選擇種植綠化用灌木、草本植物等；地下水位較高處(地下水位高于天然氣管道)，如綠化帶、低洼處，不宜種植水杉、濕地松、水松、垂柳等耐水濕喬木類植物，可以在管道側面種植木槿、紫葉李、桂花、紅楓等小喬木，或迎春、紫荊、大葉黃楊、小葉黃楊、金葉女貞等灌木。浙江省現有種植的果樹經濟林木根系分布較淺(<80 cm)，對埋深>1 m的天然氣管道均未觸及，因此，對這些區塊天然氣管道上方植物的維護與管理可適度放寬。

探坑開挖表明，管道上面的警示膜可有效阻止植物根系向下生長，尤其是對側根系具有明顯的阻控作用，可保護管道防腐層免受植物根系的影響。在管道鋪設中，尤其是在沿海及河道濕地蘆葦等水生植物繁殖地區，建議在管道上面鋪設保護膜，使覆膜寬度達到管徑2倍以上，以阻止植物根系向下生長，更好保障管道安全。

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(責任編輯：高 峻)

2017-05-16

季壽宏(1970—)，男，浙江杭州人，高級工程師，學士，從事石油天然氣安全生產管理工作，E-mail：jishh@gas.zhenergy.com.cn。

姚燕來(1981—)，男，浙江余姚人，副研究員，博士，從事農業資源利用研究工作， E-mail：yaoyl0679@hotmail.com。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170742

S3

A

0528-9017(2017)07-1223-04

文獻著錄格式：季壽宏，范文峰，宋祎昕，等. 深根植物對浙江省級天然氣管道3PE防腐層的影響[J].浙江農業科學，2017，58(7)：1223-1226，1230.