植被混凝土護(hù)坡基材p H、有機(jī)質(zhì)及其與速效養(yǎng)分的相關(guān)性分析

夏棟,許文年,趙娟,祝順波

(1.三峽大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,湖北宜昌443002;2.三峽大學(xué)三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北宜昌443002)

植被混凝土生態(tài)防護(hù)技術(shù)作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù),已經(jīng)在邊坡防護(hù)和生態(tài)治理中得到廣泛的應(yīng)用[1-2]。該技術(shù)采用特定混凝土配方和混合植綠種子配方,對巖石邊坡進(jìn)行防護(hù)和綠化。其核心技術(shù)是植被混凝土綠化添加劑,它的應(yīng)用不僅可以增加植被混凝土中水泥的用量,增強(qiáng)護(hù)坡強(qiáng)度和抗沖刷能力,而且使植被混凝土不龜裂,又可以改善植被混凝土物理、化學(xué)特性,營造較好的植物生長環(huán)境[3-4]。

植被混凝土護(hù)坡技術(shù)施工時向基材中添加了水泥和有機(jī)物料,對基材的酸堿度、有機(jī)養(yǎng)分以及速效的無機(jī)養(yǎng)分有一定的影響。土壤酸堿度是土壤許多化學(xué)性質(zhì)特別是基巖狀況的綜合反映,也是土壤肥力的一項重要指標(biāo)[5]。土壤的酸堿度不同,其供肥和植物的生長發(fā)育狀況會有差異[6];同時土壤p H值還嚴(yán)重影響土壤養(yǎng)分的有效性[7]。而土壤有機(jī)質(zhì)含量在很大程度上決定著土壤肥力的高低,是土壤肥力分級的重要指標(biāo)和肥力高低的綜合表現(xiàn)[8]。本文通過4處采用植被混凝土護(hù)坡技術(shù)修復(fù)的邊坡的研究,在分析其酸堿度及土壤有機(jī)質(zhì)含量、各速效養(yǎng)分含量的基礎(chǔ)上,側(cè)重分析了土壤p H與土壤養(yǎng)分的關(guān)系、土壤有機(jī)質(zhì)與土壤養(yǎng)分的關(guān)系,旨在為植被混凝土護(hù)坡技術(shù)的改進(jìn)與應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

宜昌位于湖北省西南部,地處長江上游與中游的結(jié)合部、鄂西秦巴山脈和武陵山脈向江漢平原的過渡地帶 ,介于東經(jīng) 110°15′-112°04′,北緯 29°56′-31°34′。該區(qū)為中亞熱帶,在氣候區(qū)劃上為我國北部暖溫帶與南部亞熱帶的過渡地帶全區(qū)四季分明,春秋季較長,年平均降水量為992.1～1 404.1 mm,雨水豐沛,多在夏季6-7月,雨熱同期,全年積溫較高,無霜期較長,年平均氣溫為13.1～18℃。

試驗(yàn)樣地選取宜昌地區(qū)清江水布埡三友坪公路邊坡(S)、高壩州電站進(jìn)場公路邊坡(G)、三峽大學(xué)信息技術(shù)樓側(cè)邊坡(J)及三峽大學(xué)圖書館后邊坡(T)4處邊坡。清江水布埡三友坪公路邊坡2000年4月完工,高16 m ×寬320 m,坡西向,坡度大致為 75°,植被覆蓋度約90%,植被以高羊茅(Festuca arundinacea)、艾蒿 (Artemisia argyi)、狗牙根 (Cynodon dactylon)、白三葉(Trif olium repens)、白茅(Imperata cylindrical)為主,零星分布有苧麻(Boehmeria nivea)、腎蕨(Nephrolepis auriculata)、烏桕(Sapiumsebif erum)等,植株高度20～150 cm;高壩州電站進(jìn)場公路邊坡2002年3月完工,高128 m×寬120 m,坡北向,坡度大致為 80°,植被覆蓋度約 85%,植被以構(gòu)樹(Broussonetia papyrif era)、高羊茅、野菊花(Dendranthema indicum)、腎蕨、艾蒿、苧麻為主,零星分布有鹽膚木(Rhuschinensis)、葎草(Humulus scandens)、互葉醉魚草(Budd leja alternifolia)等,植株高度40～350 cm;三峽大學(xué)信息技術(shù)樓側(cè)邊坡2003年10月完工,高18 m×寬122 m,坡北向,坡度大致為68°,植被覆蓋度約 100%,植被以構(gòu)樹、高羊茅、紫花苜蓿(Med icago sativa)、香澤蘭(Eupatoriumodoratum)、野菊花、香花崖豆藤(Millettia dielsiana)為主,零星分布有腎蕨、藎草(Arthraxon hispidus)、白茅 、小白酒草(Conyza japonica)等,植株高度40～450 cm;三峽大學(xué)圖書館后邊坡2004年3月完工,高23 m×寬167 m,坡西向,坡度大致為64°,植被覆蓋度約 90%,植被以構(gòu)樹、腎蕨、臭牡丹(Clerodendrumbungei)、鬼針草(Bidens pilosa)、多花木藍(lán)(Indigofera amblyantha)、狗牙根為主,零星分布有芒(Miscanthus sinensis)、小白酒草、鳳尾蕨(Pteris cretica)等,植株高度35～200 cm。4處均為巖質(zhì)邊坡,均采用植被混凝土生態(tài)防護(hù)施工工藝、施工時所選植物物種、植被混凝土配方等初始條件及后期管理養(yǎng)護(hù)條件等均無大的區(qū)別。

各邊坡基材原始的酸堿度、有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分平均值情況：S：pH 值8.30、有機(jī)質(zhì)26.97 g/kg、速效氮58.95 mg/kg、速效磷 318.06 mg/kg、速效鉀 550.02 mg/kg;G：pH 值 8.35、有機(jī)質(zhì) 25.68 g/kg、速效氮56.10 mg/kg、速效磷 338.14 mg/kg、速效鉀536.28 mg/kg;J、T兩邊坡兩坡相鄰,施工原客土相同,原始值相同,p H 值 8.40、有機(jī)質(zhì)26.57 g/kg、速效氮52.68 mg/kg、速效磷304.32 mg/kg、速效鉀518.43 mg/kg。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集與處理 依據(jù)所選取的單個邊坡面積大小,于2009年6月18-19日對其進(jìn)行3點(diǎn)對角線式或5點(diǎn)交叉對角線式取樣。取樣時,用直徑4 cm的地質(zhì)鉆取垂直坡面4～8 cm處的土壤樣品各10鉆,相同點(diǎn)的土樣組成一個混合樣,統(tǒng)一編號。土壤取后迅速帶回室內(nèi)風(fēng)干磨細(xì),并按測定要求過篩,裝入磨口瓶中備用。所有土壤樣品指標(biāo)測定均在7 d內(nèi)完成。

1.2.2 試驗(yàn)方法 指標(biāo)選取與測定方法：p H值采用水浸提液電位測定法(Delta320p H計);有機(jī)質(zhì)采用K2Cr2O7容量法 -外加熱法;速效磷采用 0.5 mol/L NaHCO3溶液浸提-鉬銻抗比色法;速效氮采用擴(kuò)散吸收法;速效鉀采用 1 mol/L中性CH 3COONH 4溶液浸提-火焰光度法[9]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2003整理后,采用SPSS統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行分析,然后經(jīng)過 t檢驗(yàn)(P＜0.05或P＜0.01)。由 Origin 7.0軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 植被混凝土護(hù)坡基材pH、有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分特征

4個植被混凝土邊坡的基材酸堿度、有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分含量值見表1。通過表1可以看出,p H值平均范圍在7.73～8.39之間。根據(jù)我國土壤酸堿度的分級標(biāo)準(zhǔn)[8],屬于微堿性(7.5～8.0)和堿性(8.1～9.0)。對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析表明,屬于微堿性土樣占39.4%,堿性土樣60.9%。其中三峽大學(xué)圖書館后邊坡以及三峽大學(xué)信息技術(shù)樓側(cè)邊坡基材土壤均屬于堿性土壤,清江水布埡三友坪公路邊坡以及高壩州電站進(jìn)場公路邊坡基材土壤為微堿性土壤。較原始酸堿度相比,都有所下降,表明隨著植被的演替,基材后期的發(fā)育變化,有利于降低土壤的堿度。

表1 邊坡酸堿度、有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分特征情況

土壤有機(jī)質(zhì)是評價土壤質(zhì)量的一個重要指標(biāo)[10],不僅能增強(qiáng)土壤的保肥和供肥能力,提高土壤養(yǎng)分的有效性,而且可促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成,改善土壤的透水性、蓄水能力及通氣性,增強(qiáng)土壤的緩沖性等[11]。通過表1可以看出,有機(jī)質(zhì)含量平均值在9.29～18.75 g/kg。根據(jù)土壤肥力評價分級標(biāo)準(zhǔn)[8,12],其中三峽大學(xué)圖書館后邊坡以及三峽大學(xué)信息技術(shù)樓側(cè)邊坡基材土壤均屬于極低水平,清江水布埡三友坪公路邊坡以及高壩州電站進(jìn)場公路邊坡基材土壤為較低水平。4個邊坡中以水布埡、高壩洲的有機(jī)質(zhì)含量較高,該兩處施工較早,有機(jī)凋落物較另外兩處厚,取樣調(diào)查時也如此。工程前期有機(jī)質(zhì)含量的高低主要取決于基材中添加的有機(jī)物料,隨著植被的生長演替,有機(jī)質(zhì)含量主要取決于植被凋落物的積累。由于坡體都為巖質(zhì),坡面陡峭,有機(jī)質(zhì)的積累受限,因此有機(jī)質(zhì)含量較低。通過與原始的數(shù)據(jù)相比較,也可以看到這一點(diǎn)。

土壤的N、P、K三要素在不同程度上常成為植物生長的限制因子[10],因此成為診斷土壤養(yǎng)分基本狀況的重要因子。而堿解N、速效P、速效K能較好地反映出近期內(nèi)土壤N、P、K的供應(yīng)狀況[11]。通過表1可以看出,速效氮含量平均值在34.34～46.10 mg/kg,速效磷為96.86～146.13 mg/kg,速效鉀為196.98～333.53 mg/kg。根據(jù)土壤肥力評價分級標(biāo)準(zhǔn)[8,12],4個邊坡的速效氮含量均屬于較低水平,速效鉀、速效磷含量均為高水平。同時4個邊坡之間的速效養(yǎng)分含量相比,以水布埡、高壩洲的含量較高,表明施工時間長對基材的自身發(fā)育有利。速效養(yǎng)分含量的高低與土壤中全氮、全磷、全鉀含量有關(guān),同時酸堿度、植被條件等都影響?zhàn)B分的有效性,還存在由于坡面向下淋溶和侵蝕而引起土壤中的營養(yǎng)元素很快流失的影響。

n=33,0.3246≤P0.05≤0.3494,0.4182≤P0.01≤0.4487圖1 植被混凝土護(hù)坡基材p H與有機(jī)質(zhì)、速效養(yǎng)分相關(guān)關(guān)系

2.2 植被混凝土護(hù)坡基材p H與有機(jī)質(zhì)、速效養(yǎng)分相關(guān)性分析

對植被混凝土護(hù)坡基材p H與有機(jī)質(zhì)、速效養(yǎng)分進(jìn)行了相關(guān)性分析,結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出,pH與有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01),相關(guān)系數(shù)為0.573 6;與速效N和速效P含量均呈負(fù)相關(guān),但不顯著,相關(guān)系數(shù)分別為0.287 0和0.197 5;與速效K含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01),相關(guān)系數(shù)為0.447 9。由此表明,植被混凝土護(hù)坡基材p H對土壤速效K的含量影響明顯。表明土壤酸堿性不僅直接影響作物的生長,而且與土壤中元素的轉(zhuǎn)化和釋放以及有效性等都有密切關(guān)系。p H呈堿性,不利于土壤微生物分解植被凋落物,促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的腐殖化,而表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)。同時土壤呈堿性時,磷酸鹽因被鈣離子固定而有效性降低,而速效氮則容易淋溶損失,速效鉀則容易被交換出來[13]。

n=33,0.3246≤P0.05≤0.3494,0.4182≤P0.01≤0.4487圖2 植被混凝土護(hù)坡基材有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分相關(guān)關(guān)系

2.3 植被混凝土護(hù)坡基材有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分相關(guān)性分析

對植被混凝土護(hù)坡基材有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分進(jìn)行了相關(guān)性分析,結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出,有機(jī)質(zhì)與速效N含量呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01),相關(guān)系數(shù)為0.662 3;與速效K和速效P含量均呈負(fù)相關(guān),但不顯著,相關(guān)系數(shù)分別為0.262 9和0.111 0。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中各種營養(yǎng)元素的特別是氮、磷的重要來源,表層凋落物以及動物殘體經(jīng)分解后增加了氮素的水平[14],因此有機(jī)質(zhì)與速效氮表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)(P＜0.01)。與速效鉀、速效磷關(guān)系不顯著可能與酸堿度、土體母質(zhì)中磷鉀的含量有關(guān)。

3 結(jié)論

土壤是高度不均一的歷史自然體[15],其有機(jī)質(zhì)含量、pH值及速效養(yǎng)分含量受多種因素的影響。(1)植被混凝土護(hù)坡基材p H值平均范圍在7.73～8.39之間,屬于微堿性和堿性土壤。p H與有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān);與速效N和速效P含量均呈負(fù)相關(guān),但不顯著;與速效K含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。

(2)植被混凝土護(hù)坡基材有機(jī)質(zhì)含量平均值為9.29～18.75 mg/kg,屬于極低水平和較低水平。有機(jī)質(zhì)與速效N含量呈極顯著正相關(guān);與速效K和速效P含量均呈負(fù)相關(guān),但不顯著。考察有機(jī)物料本身的化學(xué)成分,通過合理選擇基材配比中有機(jī)物料來提高土壤中的微生物活性,提高肥力。同時在綠化植被物種的選擇上使用一些豆科植物,合理選擇綠化植被。

(3)植被混凝土護(hù)坡基材速效氮含量平均值34.34～ 46.10 mg/kg,速效磷為 96.86～ 146.13 mg/kg,速效鉀為196.98～333.53 mg/kg。4個邊坡的速效氮含量均屬于較低水平,速效鉀、速效磷含量均為高水平。

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