新疆機場飛行區濕陷性黃土生態治理研究

摘要：新疆維吾爾自治區（以下簡稱新疆）地域廣闊，地質類型多樣，黃土作為新疆特殊土質之一，其濕陷性特點易導致各類地質災害，因此濕陷性黃土在各類建設工程中被廣泛關注。飛行區運行安全保障是機場工作的重中之重，土質病害會導致道面沉降破損、土面區坑洞沉陷等，嚴重影響航空安全。因此，以那拉提機場為例，研究新疆機場飛行區濕陷性黃土生態治理路徑，從而做好飛行區土質病害防治，保障飛行區運行安全。

關鍵詞：機場飛行區；濕陷性黃土；生態治理；那拉提機場

中圖分類號：TU472；X171.4 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）11-0091-03

Research on ecological management of collapsible loess in the airport flight area of Xinjiang

—Taking Nalati Airport as an Example

LIU Yang， TAO Runwen， JI Yuan

（Xinjiang Airport （Group） Co.， Ltd.， Urumqi 835000， China）

Abstract： Xinjiang Uygur Autonomous Region （hereinafter referred to as Xinjiang） has a vast territory and diverse geological types， as one of the special soils in Xinjiang， loess is prone to various geological hazards due to its collapsibility， therefore， collapsible loess has been widely concerned in various construction projects. Ensuring the safety of airport operations is of utmost importance in airport work， soil hazards can cause settlement and damage to the road surface， as well as subsidence of pits and holes in the soil surface area， seriously affecting aviation safety. Therefore， taking Nalati Airport as an example， the ecological management path of collapsible loess are studied in the airport flight area of Xinjiang， in order to prevent and control soil hazards in the flight area and ensure the safe operation of the flight area.

Keywords： airport flight area; collapsible loess; ecological management; Nalati Airport

作為新疆維吾爾自治區（以下簡稱新疆）特殊土質之一，黃土具有濕陷性，易導致各類地質災害，特別是遇水環境下土質結構迅速破壞，出現流失、下沉和變形現象，土體強度也大幅下降，因此濕陷性黃土在各類建設工程中被人們廣泛關注。近年來，隨著新疆經濟的蓬勃發展，西部空中交通運輸服務的建設力度增大，航空運輸安全使命更加艱巨。飛行區運行安全保障是機場工作的重中之重，航空器跑滑系統、土面保護區等的安全性直接關乎每一架飛機的平安降落、啟航，飛行區因土質病害導致的道面沉降破損、土面區坑洞沉陷等將會對航空安全造成嚴重影響。因此，機場飛行區土質病害防治顯得尤為重要。

那拉提機場地處西天山自然保護區，位于伊犁河谷，場址土層為上更新統風積物，巖性為耕土、黃土狀粉質黏土，具有濕陷性，天然狀態下，土質可保持高強度和低壓縮性，但當遇到降水徑流、地下水等自然環境的侵蝕時，將出現多種土質病害。機場飛行區土面區多為原狀土強夯、平整建設，土質濕陷性病害明顯，加之草原地區鼠害嚴重，空曠的土面區易成為鼠類良居。冬春交替暴發融雪性洪水或發生強降水時，洪水徑流在飛行區內易形成沖溝，土面區平整度無法滿足行業標準，嚴重影響飛行安全環境。機場每年用于土質病害治理（回填、夯實和碾壓）的人力、物力費用高達百萬元。

1 主要做法

1.1 歸于自然，利用生態學特性改變機場土質環境結構特性

經分析，濕陷性黃土含水量低時，只有較薄的結合水膜包裹在細顆粒表面，其內部帶有靜電引力的陰、陽離子將表面帶有負電荷的黏粒黏結在一起，土質凝聚強度較高。當有水侵蝕時，顆粒結合膜增厚，導致顆粒分離，土粒表面膨脹，體積增大，靜電引力減弱，凝聚強度降低，使黃土產生濕陷現象[1]，土質透水性、抗腐蝕性和抗沖擊性均下降，產生不均勻沉降、水土流失、沖溝和地基承載力降低等問題，造成飛行區土面區濕陷性病害。荒漠治理中，土壤植被覆蓋度與土壤侵蝕量呈正相關。可找尋適應本土氣候環境和濕陷性黃土特征的植被，在飛行區內進行種植，增強土質濕陷性抑制效應，穩固土壤結構，既可解決土壤侵蝕、鼠害肆虐問題，又可實現綠色環保、美化環境的目的。

1.2 因地制宜，找尋適用于機場濕陷性黃土環境改造的植被

1.2.1 植被篩選

經實地調研，在本地高山、山前平原發現馬蓮、紅豆草、高羊茅、紫花苜蓿和狗牙根等植被，初步篩選后得到馬蓮、紅豆草、高羊茅3種備選植被。馬蓮為多年生草本植物，根系稠密發達，呈傘狀分布，具極強抗性和適應性，多生于荒漠、路旁和山坡草地，過度放牧的鹽堿化草場生長較多。馬蓮的葉片直立密集，可減少水分蒸發，緩解雨水對地表的直接沖刷，具有較強的縛土保水能力，防止水土流失，綠期可達280 d。紅豆草為多年生深根型牧草，主根粗壯，側根隨土壤厚度增多，著生大量根瘤，耐干旱、寒冷、早霜、缺水和土壤貧瘠環境，適應性較強，根莖中的根瘤菌可有效改善土壤成分、提高肥力，水土保持能力較好。高羊茅為多年生草本植物，多生于路旁、山坡，耐旱、耐踐踏、耐鹽堿、耐高溫，成活率高，抗病性、適應性強，多貼近地表生長，可有效覆蓋裸露土面。

1.2.2 植被水流沖刷固土試驗

試驗儀器主要有試驗盆（長方形，6個）、試驗盤（6個）和噴槍，主要材料有那拉提機場飛行區濕陷性黃土、植被（馬蓮、紅豆草、高羊茅成株）、水和磚頭。每種植被開展2組試驗，分別栽種馬蓮、紅豆草和高羊茅，每組放置同質量黃土，澆同成分、同質量的水，待植被育養固定。將盆一側底部用磚頭墊高，使試驗盆形成一定傾斜度，底部放置試驗盤。用水柱沖擊試驗盆較高一側，觀察底部空盤內的土壤流失量，并對土壤進行稱量，計算植被固土率。

試驗結果顯示，馬蓮固土率為72.5%，紅豆草固土率為70.6%，高羊茅固土率為74.3%。3種植被均有一定的固土效果，均可作為濕陷性黃土生態治理植被。結合氣候環境、土壤結構、植被特性、生長環境、植株效益及固土試驗結果等，對3種植被進行優選。高羊茅須根特征明顯，土壤深層固定效果比馬蓮、紅豆草差。除考慮地表水侵蝕外，此次治理還需要考慮地下水侵蝕及土質改良厚度，最終選取馬蓮、紅豆草分區種植。

1.3 深入探索，在飛行區試驗田內種植不同植被

1.3.1 育種

馬蓮可采用播種育苗、分株育苗及根莖育苗等方式。采用播種育苗，提前對種子進行水處理，分別在10、15、30、45、55 ℃水溫下對馬蓮進行浸種催芽，前處理后播種，觀察不同處理條件下的馬蓮種子發芽情況。那拉提機場晝夜溫差大，冬季時間長，經系列育種試驗，3月中旬至4月初使用30 ℃的水浸種，馬蓮種子催芽率較好[2]。紅豆草多以播種育苗，采用帶莢播種或前處理播種。因那拉提地區溫差較大，選取前處理播種方式，分別在10、15、30、45、55 ℃水溫下對紅豆草進行浸種催芽，處理后以條播形式播種，對不同處理條件下的紅豆草種子發芽情況進行觀察。經系列育種試驗，紅豆草種子萌發條件比馬蓮好，春季、夏季和秋季均可播種生長，其中15～30 ℃浸種催芽率較佳。

1.3.2 試驗田種植觀測

飛行區內選取3塊試驗樣方，單位樣方面積均為667 m2。1號為馬蓮樣方，2號為紅豆草樣方，3號為空白樣方（原始土質，未種植馬蓮和紅豆草），如圖1所示。馬蓮樣方區除種植的馬蓮外，觀察到伴生天然植被稗草、無芒稗、野燕麥、金色狗尾草、狗尾草、大狗尾草和黑麥草等。紅豆草樣方區除種植的紅豆草外，觀察到蒲公英、苣荬菜、苦苣菜、旋覆花、野艾蒿、飛廉、刺兒菜和魁薊等伴生天然植被。空白樣方區觀察到野苜蓿、紫花苜蓿、稗草、狗尾草、狼狗尾、芨芨草、棒頭草、菵草、西來稗和畫眉草等天然植被。3塊試驗樣方采用100 mm口徑水帶、0.4 MPa壓強水柱進行沖擊，開展水土流失試驗，觀察土壤沖溝情況。馬蓮樣方產生的沖溝、凹坑共計8處，紅豆草樣方產生的沖溝、凹坑共計10處，空白樣方水流沖擊部位均產生沖溝、凹坑。

1.4 分區規模種植

結合馬蓮、紅豆草植被特性，在機場飛行區內進行分區種植，升降帶平整區以外土面區種植馬蓮（植被生長高度約30 cm），巡場路及圍界周邊土面區種植紅豆草（植被生長高度為60～80 cm）。目前，飛行區內馬蓮種植面積達18.3萬m2，紅豆草種植面積達45.7萬m2，覆蓋面積約占飛行區的60.68%。

2 主要成效

2.1 濕陷性黃土環境得到明顯改善

那拉提機場從生態學角度著手，利用生物特性、科學手段進行土面區治理。規模性種植馬蓮、紅豆草后，土質結構發生明顯變化，沖溝、坑洞和沉陷現象減少，濕陷性得到有效改善，年土面區維護費用降低75%[3]。

2.2 飛行區昆蟲數量顯著下降

隨著馬蓮、紅豆草的種植，飛行區內生境類型發生變化，生物群落復雜度降低，治理區內昆蟲種類由21種/m2下降至12種/m2，昆蟲災害呈下降趨勢。

2.3 飛行區鼠害得到明顯緩解

對馬蓮、紅豆草樣地進行鼠類調查，發現種植區內鼠洞遠少于原始土質環境區域。馬蓮、紅豆草樣地的鼠洞平均數量為2個/m2，原始土質環境鼠洞平均數量為5個/m2。經跟蹤調查，隨著土質生態治理項目的推進，飛行區土面區病害明顯減輕，也驗證基于生態學方法開展濕陷性黃土治理的有效性與可行性，直接降低機場土面區病害風險，間接降低昆蟲、鼠類活動數量及鳥擊航空器風險，為航空運行安全裕度提供有力保障。

3 主要啟示

飛行區是機場安全運行保障的重點區域，其面積廣，風險多，難點大，任何細節都有可能給飛行安全帶來嚴重隱患，特別是飛行區的基本組成部分——土面區，其安全狀態直接決定機場安全運行保障水平。那拉提機場面對土面區濕陷性黃土病害風險，迎難而上，積極探索，經過多年努力，研究出適用于機場可持續發展的土質生態治理方法，給機場土面區運行安全保障帶來新的啟示。

一是利用生態學植被特性穩固災害土質，降低土壤侵蝕風險是有效、可行的。生態系統中的各類植被在病害土質改良中可發揮巨大效用，隨著植株的頑強生長和土壤結構的改變，根系與土質環境的交錯重疊形成穩定的網絡結構，為水流侵蝕提供防護屏障，降低病害土質的修復成本，也為機場飛行區運行安全提供可靠保障。二是隨著土面植被類型的改變，飛行區生態環境有效改善。在人工干預下，植被環境由多種類天然草原植被逐漸轉變為具有優勢種的簡單植被環境，隨著植被種類的減少，飛行區食物鏈類型得到有效改善。

4 結論

飛行區濕陷性黃土生態治理方法在機場土面區病害風險防治中能夠發揮重要作用，通過選擇適宜的植被類型，不僅能穩固土壤結構，有效改善病害土質環境，減輕水侵蝕造成的病害影響，還能改善飛行區生態環境，提高機場鳥擊防范水平。基于現有成果，那拉提機場將繼續深入研究，逐步完善病害土質生態治理方法，為同類型土質環境機場提供技術參考。

參考文獻

1 姜鴻輝.濕陷性黃土工程地質分區研究：以新疆伊犁典型公路為例[D].烏魯木齊：新疆大學，2021.

2 梅 源.濕陷性黃土高填方地基處理技術及穩定性試驗研究[D].西安：西安建筑科技大學，2013.

3 洪 勃.黃土水氣熱傳導特性及其熱濕運移規律試驗研究[D].西安：長安大學，2020.