巖質(zhì)破碎山體生態(tài)恢復土壤肥力的變化

摘 要 巖質(zhì)破碎山體生態(tài)修復的關(guān)鍵是構(gòu)建適合植物生長的土壤環(huán)境，而土壤的肥力狀況直接影響植物的營養(yǎng)吸收。測定土壤肥力可以了解植物在生長過程中的可持續(xù)性和植物生長對土壤肥力的影響?；诖?，選擇了10個物理化學指標對原土、混合土和生長土，以及不同深度的生長土的土壤肥力狀況進行了研究。結(jié)果表明，各樣地土壤的肥力指標都發(fā)生了有益于植物生長的變化；土壤總體肥力狀況良好，未出現(xiàn)較大的養(yǎng)分波動。

關(guān)鍵詞 生態(tài)恢復；破碎山體；土壤肥力；植被混凝土

中圖分類號：S15 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）15--03

破碎山體的生態(tài)恢復對改善區(qū)域環(huán)境、水土保持、景觀生態(tài)等具有重要的意義。巖質(zhì)破碎山體生態(tài)恢復的首要目標是在巖質(zhì)邊坡表面構(gòu)建穩(wěn)定的土壤環(huán)境，從為植被恢復提供植物生長所需的養(yǎng)分。土壤是植物生產(chǎn)的重要環(huán)境條件之一，其差異不僅會導致植物群落演替過程中的物種多樣性變化，還會對植物群落的功能和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響[1]。

土壤肥力表征的既是土壤物理、化學和生物性性質(zhì)的綜合特性，也是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征，更是植物賴以生長的基礎(chǔ)。本文在綜合各種指標的基礎(chǔ)上，選擇了10個能夠表征土壤肥力的物理化學指標，對濟南奧體中心巖質(zhì)破碎山體的土壤肥力進行研究，以期找到植物生長與土壤肥力之間的變化關(guān)系。這些指標包括土壤容重、最大持水量、pH、有機質(zhì)、全氮、速效氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀。

濟南別名“泉城”，位于山東省中西部，素有“四面荷花三面柳，一城山色半城湖”的美譽。黃河從其北部穿過，南部為泰山雄峙，地勢南高北低。濟南屬于中緯度地帶，為暖溫帶半濕潤季風型氣候，主要表現(xiàn)為“春旱、夏熱、秋爽、冬寒”四季分明的氣候特點。年均降雨量685 mm，年均氣溫為14.3 ℃，有棕壤、潮土、褐土、水稻土、沙姜黑土和風砂土等6個土類。

奧體中心位于濟南市東部，是2009年第十一屆全運會主賽場。濟南奧體中心建設(shè)工程導致鄰近山體被人為切斷，在體育東路和體育西路兩側(cè)形成了面積約14 100 m2的斷崖面。斷崖面的巖質(zhì)為石灰?guī)r，并夾雜碎屑巖和變質(zhì)巖，巖層以單斜構(gòu)造為主，同時夾雜部分泥巖。山體斷崖面坡度大于70°。2014年9月調(diào)查時，兩側(cè)山體植被生長良好，目測總體植被覆蓋率大于99.0%。

1 材料與方法

1.1 濟南奧體中心破碎山體生態(tài)恢復方法

1.1.1 噴混植被技術(shù)

巖質(zhì)破碎山體生態(tài)恢復首先要解決如何在巖質(zhì)坡面上構(gòu)建穩(wěn)定的土壤環(huán)境。本項目在施工過程中綜合了各種因素，選擇了噴混植被技術(shù)作為生態(tài)恢復的工程技術(shù)。該技術(shù)是以工程措施與生物措施相結(jié)合的綜合性生態(tài)恢復技術(shù)，其核心是進行植生基材的配比，植生基材是土壤、腐殖質(zhì)、肥料、保水劑、pH緩釋劑、綠化添加劑、粘結(jié)劑、植物種子等的混合物質(zhì)。

1.1.2 基材配比

施工前，要對用于噴播的基材進行配比試驗，確定最佳的施工配比?；呐浔戎饕紤]邊坡的坡度、巖土性質(zhì)、綠化要求、施工方案等因素，在保證基材具有足夠自穩(wěn)性的基礎(chǔ)上，為植物健康生長提供盡可能多的養(yǎng)分。邊坡形要成一個穩(wěn)定的人工土壤環(huán)境，保證植物生長和土壤微生物的正常活動。表1是本項目施工時采用的基材配比。

1.2 試驗材料

1.2.1 樣地設(shè)置

土壤取樣時間為2014年9月，按施工區(qū)域在不同坡面（上、中、下）共設(shè)置6個1 m×1 m的樣地。取樣時采用鋼尺直接測量土層厚度，并采用多次測量的算術(shù)平均值來表征該樣地的土層厚度。

1.2.2 樣品采集與處理

土壤取樣采用環(huán)刀法，取土順序為由上至下，以鐵絲網(wǎng)為界分層取樣。取樣時，以對角法進行，上、下層各取4個樣品。原土和混合土則采取隨機取樣法，數(shù)量為4份。在室內(nèi)測完物理指標后，應(yīng)將各樣地的樣品充分混合，并以風干法使土壤干燥，最后經(jīng)風干后磨細處理制備成待測土樣。

1.3 實驗方法與數(shù)據(jù)處理

1.3.1 指標測量方法

土壤樣品的化學指標采用《中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準》中的常規(guī)實驗方法。土壤容重采用環(huán)刀法測定，最大持水量采用威爾克科斯法測定。

2.3.2 數(shù)據(jù)處理

原始數(shù)據(jù)合成、統(tǒng)計、計算等用Word2007和Excel2007軟件處理，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析用SPSS統(tǒng)計分析軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤物理性質(zhì)的變化

土壤物理性質(zhì)不僅影響植物根系生長、呼吸、養(yǎng)分吸收等，還影響土壤中微生物的活動和分解速率等。土壤容重是土壤肥力水平、土壤疏松程度、植物生長質(zhì)量的綜合反映，主要由土壤的機械組成、結(jié)構(gòu)、壘結(jié)狀況和有機質(zhì)含量等因素決定[2]，直接反映了土壤通氣性狀況和疏松緊實程度。表3為濟南奧體中心破碎山體各類土壤的物理性質(zhì)。

以原土為對照，分別研究生長土和混合土的物理性質(zhì)變化，結(jié)果表明，混合土和生長土的容重降低了，而土壤的最大持水量則上升了。以混合土作對照，研究生長土的物理性質(zhì)變化，結(jié)果表明，土壤容重有所增加，而最大持水量則相對降低。對不同深度的生長土的物理性質(zhì)進行對比研究，結(jié)果表明，上層土壤容重大于下層，而最大持水量則與坡面所處的位置有關(guān)，表現(xiàn)在體育東路的破碎山體上層大于下層，而體育西路的破碎山體下層大于上層。

2.2 土壤化學性質(zhì)的變化

植物生長主要從土壤獲得必須的營養(yǎng)元素，其中一部分為大量元素，另一部分為微量元素，因此，土壤中各營養(yǎng)元素的含量直接表征了土壤肥力的大小。氮、磷、鉀三元素的含量是表征土壤養(yǎng)分基本狀況的重要因子，速效氮、速效磷、速效鉀反映的是近期土壤中的氮、磷、鉀元素供應(yīng)情況，有機質(zhì)含量是植物生長所需的各種礦物類養(yǎng)分的主要來源[3]，pH主要影響礦物質(zhì)營養(yǎng)元素在土壤溶液中的溶解度，影響植物的養(yǎng)分供給和吸收。表4是濟南奧體中心破碎山體各類土壤的化學性質(zhì)。

以原土作對照，分別研究混合土和生長土的化學性質(zhì)變化，結(jié)果表明，體育西路破碎山體混合土的土壤pH和有機質(zhì)含量有所降低，而土壤中的全氮、速效氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀的含量則有較多提高。主要表現(xiàn)在全氮含量相對增加近2倍，速效磷含量增加3.7倍，全磷含量增加近4倍，速效鉀含量增加近3倍。體育西路破碎山體生長土的土壤pH、全磷、全鉀和速效鉀的含量則相對降低，而有機質(zhì)、全氮、速效氮、速效磷的含量則相對有所提高。主要表現(xiàn)在全氮含量增加近2倍，速效磷含量增加近5倍，全磷含量增加2.4倍，速效鉀含量增加近1倍。體育東路破碎山體混合土的土壤pH、全氮、速效氮、全磷、速效磷、速效鉀含量的變化與體育西路破碎山體相同，但其增量幅度則略低于體育西路破碎山體。

以混合土作對照，研究生長土的化學性質(zhì)變化，結(jié)果表明，體育西路破碎山體生長土的土壤pH、有機質(zhì)、全氮和速效磷的含量相對增加，速效氮、全磷、全鉀、速效鉀的含量則相對降低。體育東路破碎山體生長土的土壤pH、全氮、全鉀、速效磷含量有所增加，有機質(zhì)、全磷、速效氮、速效鉀含量相對降低。

不同深度生長土的化學性質(zhì)的變化可以了解植物根系生長對土壤肥力指標變化的影響。對不同深度的生長土的化學性質(zhì)進行對比研究，結(jié)果表明，體育西路破碎山體鐵絲網(wǎng)下層土壤的pH、全磷、全鉀和速效鉀的含量略高于鐵絲網(wǎng)上層土壤，而有機質(zhì)、全氮、速效氮、速效磷的含量則表現(xiàn)為上層土壤略高于下層土壤。體育東路破碎山體的土壤除pH表現(xiàn)為下層高于上層外，其他指標的含量則表現(xiàn)為上層高于下層。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

噴播基材中的水泥、有機質(zhì)、添加劑等成分使土壤物理結(jié)構(gòu)發(fā)生了有益于植物生長的變化，但隨著植物的生長，土壤孔隙度也隨之減小。

噴播基材中的水泥、有機質(zhì)、添加劑等成分使土壤中各營養(yǎng)元素含量相對提高，但隨著植物生長，除有機質(zhì)和氮元素含量有所提高外，磷和鉀的含量則相對降低。

3.2 討論

混合土、生長土的土壤容重較原土有所降低，生長土的容重較混合土則所有提高，由于土壤容重表征的是土壤孔隙度的大小，因此3種土壤的孔隙度大小排序為混合土>生長土>原土?；闹刑砑拥乃唷⒂袡C質(zhì)、添加劑等成分提高了土壤孔隙度，但隨著植物的生長，土壤孔隙度逐漸被植物根系所填充，導致土壤孔隙度相對下降。

鐵絲網(wǎng)上層土壤的容重大于下層土壤，表明土壤孔隙度上層<下層。由于鐵絲網(wǎng)上層噴播的基材含有植物種子，且植物根系一般向下生長，導致上層土壤中的植物根系分布較多，而下層土壤中的植物根系分布較少。同時，由于坡面上的植物根系分布以橫向根為主，較少分布縱向根[4]。因此，植物根系大多集中分布于上層土壤，而只有少量根系分布于下層土壤。

在土壤中添加有機質(zhì)、添加劑等能提高土壤中營養(yǎng)元素的含量，有利于植物健康生長。本項目在植被恢復過程中選擇的刺槐、紫穗槐及小冠花等豆科植物使土壤中氮元素的含量維持在較高水平，但隨著植物生長，土壤中磷元素和鉀元素的消耗明顯。建議在后續(xù)工程實踐中，增加噴播基材中磷元素和鉀元素的含量。同時，在植物養(yǎng)護的過程中增加鉀肥和磷肥的施用量。

破碎山體生態(tài)恢復是一個綜合持續(xù)的過程，其最終恢復效果依賴于植被和土壤兩方面，本文僅從土壤本身所具有的肥力狀況進行了分析，植被恢復對土壤的肥力影響還有待于進一步研究。

參考文獻

[1]安樹青，王崢峰，朱學雷，等.土壤因子對次生森林群落物種多樣性的影響[J].武漢植物學研究，1997（15）：143-150.

[2]蘇寶川.幾種人工杉木混交林土壤肥力對比分析[J].湖北林業(yè)科技，2007（4）：18-21.

[3]李學垣.土壤化學[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]張亮，劉建軍，張景群，等.濟南奧體中心破碎山體生態(tài)恢復植被的響應(yīng)過程研究[J].西北林學院學報.2013，28（3）：58-63.

（責任編輯：劉昀）