干旱半干旱區(qū)裸露邊坡適宜噴播的綠化基質(zhì)篩選

劉鐵軍，盧建男，張哲乾，馬 莉，王丹妮，張 瓊，劉金榮

(草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室 蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

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干旱半干旱區(qū)裸露邊坡適宜噴播的綠化基質(zhì)篩選

劉鐵軍，盧建男，張哲乾，馬 莉，王丹妮，張 瓊，劉金榮

(草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室 蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

摘要：甘肅黃土高原干旱半干旱區(qū)裸露邊坡年均降水量少、氣候干燥、蒸發(fā)強烈，導(dǎo)致邊坡綠化植物存在出苗難和成活率低等諸多問題。本研究以干旱半干旱區(qū)裸露邊坡為研究對象，通過 L9(34)正交試驗，研究生物肥、保水劑、草炭土、土壤、秸稈、速效肥6種噴播綠化基質(zhì)在不同用量和比例組合下的理化性質(zhì)，及其對邊坡水分蒸發(fā)量、植被蓋度、地上植物量的影響，以期篩選出適宜的噴播綠化基質(zhì)配方。結(jié)果表明，草炭土∶土壤∶秸稈比例為 40∶45∶15 ，嗜鹽堿微生物菌肥500 g·m-2、保水劑1 g·m-2、速效肥25 g·m-2可有效減小水分蒸發(fā)量，提高植被蓋度和地上植物量，對黃土高原裸露邊坡植物生長最為有利。

關(guān)鍵詞:干旱半干旱區(qū)；裸露邊坡；噴播基質(zhì)；植物生長

邊坡是巖體、土體在自然重力或人為作用下形成一定傾斜度的臨空面[1]。邊坡裸露、水土流失、植被覆蓋率低等問題在我國西北干旱半干旱地區(qū)尤為突出[2]，黃土地區(qū)的邊坡土壤流失嚴重影響著當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展[3]。黃土高原邊坡受水流沖刷，基巖裸露，水土流失嚴重，植被難以生長，是生態(tài)環(huán)境變化的敏感區(qū)[4]?？屯羾姴ナ菍⒉莘N、養(yǎng)料、保水劑、土壤、穩(wěn)定劑等均勻混合，噴到目標(biāo)坡面，使植物種子迅速萌發(fā)成長，以達到快速綠化貧瘠坡面的目的[5]。它不僅可以在裸露的巖石上為植物創(chuàng)造生長條件，而且還可以滿足對土壤要求嚴格的各種植物的生長[6]。

目前，邊坡噴播在我國應(yīng)用比較廣泛的是日本的施工方案——客土噴播綠化技術(shù)，該項技術(shù)結(jié)合有機污泥、畜禽糞便、廢棄紙漿等廢棄物，進行加工再利用，制備成富含有機質(zhì)的邊坡噴播材料，取得了顯著效果[7-8]，但并沒有形成適合我國的施工體系[9]。在客土噴播綠化技術(shù)中，最核心的內(nèi)容就是種植基質(zhì)的配方[10]。國內(nèi)有關(guān)基質(zhì)配方配比、高陡巖層邊坡復(fù)綠的厚層基材型和植被混凝土型配方[11]，材料的配比等研究[12]，可以查到的文獻十分有限[13]，且我國地域遼闊，氣候差異較大，國外的基質(zhì)配方不一定適用。因此，研究篩選適宜不同地區(qū)噴播基質(zhì)的最佳配比成為限制噴播綠化技術(shù)的難題。

本研究通過測定生物肥、保水劑、草炭土、土壤、秸稈、速效肥6種噴播綠化基質(zhì)不同配比組合的理化性質(zhì)，分析其對裸露邊坡植被覆蓋狀況的影響，以期篩選出適合黃土高原干旱半干旱區(qū)裸露邊坡植被復(fù)建的最優(yōu)噴播綠化基質(zhì)配方，為客土噴播綠化技術(shù)在北方地區(qū)的應(yīng)用提供實踐依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗地概況

本試驗于2014年4月-12月在蘭州市安寧區(qū)北濱河路北側(cè)老虎梁開展，該區(qū)年平均氣溫8.9 ℃，全年平均日照時數(shù)2 476.4 h，無霜期171 d以上。年平均降水量349.9 mm，年蒸發(fā)量1 664 mm，降水季節(jié)分配很不均勻，主要集中在6-9月。≥10 ℃年積溫為3 354.6 ℃·d。試驗區(qū)坡體巖石部分裸露，山體基本為未風(fēng)化的灰?guī)r，部分巖體完整，局部破碎；坡面極不平順，土質(zhì)較貧瘠，最大坡度接近45°，垂直高度為20～90 m。

1.2試驗材料

土壤：試驗地老虎梁當(dāng)?shù)剡吰峦寥?，土壤容?.55 g·cm-3，pH 8.48，全氮含量0.132 2%，有機質(zhì)含量0.65%，有效磷含量29.31 mg·kg-1，速效鉀含量177.6 mg·kg-1。

保水劑：產(chǎn)于東營華業(yè)新材料公司。

嗜鹽堿土著微生物肥：蘭州大學(xué)自主研發(fā)的肥料產(chǎn)品[14]。

草炭土：產(chǎn)于蘭州市興隆山。

秸稈：小麥秸稈，取莖稈部分切成2～3 cm小段。

速效肥：氮∶磷∶鉀含量比例為20∶15∶15，產(chǎn)于蘭州市西固柳泉復(fù)合肥料廠。

在涉及文化遺產(chǎn)保護的國際投資糾紛案件中，經(jīng)常會不可避免地要對東道國政府的行為是否構(gòu)成征收進行認定。學(xué)界一般將征收分為直接征收和間接征收兩種，兩者的根本區(qū)別在于征收行為是否直接轉(zhuǎn)移外來投資者的財產(chǎn)所有權(quán)。直接征收的本質(zhì)在于將私人的財產(chǎn)或權(quán)利直接轉(zhuǎn)移給國家所有，而間接征收的特征在于不直接剝奪外國投資者的財產(chǎn)所有權(quán)，而是通過其他方式干預(yù)投資者對財產(chǎn)的所有權(quán)或使用權(quán)，間接侵害投資者的權(quán)益。

試驗草種：高羊茅(Festucaarundinacea)“綠寶”20%，垂穗披堿草(Elymusnutans)“康巴”20%，紫花苜蓿(Medicagosativa)“甘農(nóng)1號”10%，扁穗冰草(Agropyroncristatum)“雪狐”20%，無芒雀麥(Bromusinermis)“烏蘇一號”10%，刺槐(Robiniapseudoacacia)10%，堿茅(Puccinelliadistans)5%，紅豆草(Onobrychisviciaefolia)“奇臺”5%。

1.3試驗設(shè)計與草坪種植

試驗采用4 因素3 水平正交設(shè)計( 表1) ，以未處理土壤為對照。在老虎梁選取坡度均一的邊坡，小區(qū)面積1 m×1 m，每個處理3次重復(fù)。將邊坡表面進行清理，清除石塊、樹根等垃圾，并用耙子將坡面整平。基質(zhì)噴播采用兩層噴播，第1層為基質(zhì)材料層，厚度約8～12 cm；第2層為種子層，厚度為3～4 cm。種子摻勻后和噴播基質(zhì)一起噴播到坡面上，噴播密度200 g·m-2。

1.4測定項目及方法

1)物理性質(zhì)：土壤容重采用環(huán)刀法取土烘干后測定。

2)化學(xué)性質(zhì)：土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀(K2Cr2O7)容量法測定[15]；全氮含量采用半微量凱氏法測定；土壤有效磷含量采用碳酸氫鈉(NaHCO3)浸提法測定；土壤速效鉀含量采用乙酸銨(NH4OAc)浸提法測定；pH采用電位法測定[16]。

3)蒸發(fā)量：采用稱重法測定[17]。

5)地上植物量：試驗種植60 d后，每小區(qū)隨機設(shè)定10 cm×10 cm的區(qū)域，將區(qū)域內(nèi)植物地上部分取下，每個處理重復(fù)4次，在105℃烘箱中烘干至干重，用千分之一精度分析天平稱重，單位為g·cm-2。

表1　正交試驗設(shè)計表Table 1　The groups of orthogonal experiment

1.5數(shù)據(jù)處理

用SPSS 18.0進行數(shù)據(jù)分析，Duncan法對各測定數(shù)據(jù)進行多重比較；Excel 2010制圖。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理基質(zhì)的理化性質(zhì)

添加不同的基質(zhì)配方后，與對照組相比，各處理土壤容重均有明顯降低(表2)。其中隨著保水劑和速效肥用量的增加，土壤容重變化不顯著(P>0.05)；隨著生物肥其用量的增加，土壤容重減??；隨著草炭土和小麥秸稈用量增加、土壤用量減少，土壤容重減小。

各處理水平下的pH顯著低于對照(P<0.05)。隨著生物肥、草炭土和小麥秸稈用量的增加，土壤的pH相應(yīng)減小。隨著保水劑、速效肥用量的增加，土壤的pH變化不顯著，這說明嗜鹽堿微生物菌肥、草炭土和秸稈可以對土壤的酸堿度起到一定的調(diào)節(jié)作用，而保水劑和速效肥對土壤的酸堿度影響不顯著(P>0.05)。對于全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量，各處理均顯著高于對照(P<0.05)，生物肥影響最為顯著(P<0.01)，隨著其用量的增加，含量逐漸增加。保水劑和草炭土∶土壤∶秸稈質(zhì)量比影響不顯著。

表2　不同處理組合基質(zhì)理化性質(zhì)Table 2　Different physical and chemical properties of matrix

注：同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。

Note：Different lower case letters within the same column indicate significant difference among different treatments at 0.05 level.

分析各處理變化，土壤容重以處理7效果較好，顯著低于對照和其它各處理(P<0.05)。土壤有機質(zhì)以處理7效果最優(yōu)，顯著高于對照和除處理8、9以外的其它幾組處理。

2.2不同處理對邊坡水分蒸發(fā)量的影響

根據(jù)不同處理下測定指標(biāo)極差分析中(表3)極差R值大小可知，影響邊坡水分蒸發(fā)量的主次因素排列為因素D>因素A>因素B>因素C，各因素平均表現(xiàn)最好的組合為A3B1C2D3，即嗜鹽堿微生物菌肥500 g·m-2、保水劑1 g·m-2、草炭土∶土壤∶秸稈比例為35∶55∶10 ，速效肥 25 g·m-2。9個基質(zhì)配方處理的水分蒸發(fā)量由大到小依次為處理2>處理1>處理6>處理5>CK>處理9>處理7>處理3>處理4>處理8(圖1)，其中處理2顯著高于對照(P<0.05)，處理1、5、6與對照間差異不顯著(P>0.05)。處理3、4、7、8、9顯著低于對照?？梢姡幚?的保水性能最好，處理2的保水性能最差。

圖1　不同處理對邊坡水分蒸發(fā)量的影響Fig.1　Comparison of the content of water evaporation of each slope matrix

2.3不同處理對植被蓋度的影響

影響植被蓋度的主次因素排列為因素A>因素D>因素C>因素B，各因素平均表現(xiàn)最好的組合為A3B1C3D3，即嗜鹽堿微生物菌肥500 g·m-2、保水劑1 g·m-2、草炭土∶土壤∶秸稈比例為40∶45∶15，速效肥25 g·m-2(表3)。植被蓋度是植物地上部分垂直投影面積占樣地面積的百分比，能夠有效反映植被恢復(fù)效果。不同處理基質(zhì)配方的植被蓋度由大到小依次為處理7>處理8>處理4>處理9>處理5>處理6>處理3>處理2>處理1>CK(圖2)。由此可見，草炭土、土壤和秸稈的比例為40∶45∶15時，由于草炭土和小麥秸稈重量較輕，同時嗜鹽堿微生物菌肥中微生物使土壤形成團粒結(jié)構(gòu)，增加土壤透水和蓄水性能，促進植被生長，顯著提高了植被的蓋度(P<0.05)。

圖2　不同處理對植被蓋度的影響Fig.2　Comparison of the vegetation coverage of each slope matrix

2.4不同處理對地上生物量的影響

地上生物量主要指植株地上部分的莖、葉等。影響地上生物量的主次因素排列為因素A>因素C>因素D>因素B，各因素平均表現(xiàn)最好的組合為A2B1C3D3，即嗜鹽堿微生物菌肥400 g·m-2、保水劑1 g·m-2、草炭土∶土壤∶秸稈比例為40∶45∶15，速效肥25g·m-2(表3)。 9個處理的地上生物量均顯著高于對照(P<0.05)，其中處理4的地上生物量最大，且顯著高于除處理5和處理7外的其它處理(圖3)。由此可見，通過添加不同配比的噴播綠化基質(zhì)，可以增加邊坡植被的地上生物量。

表3　不同因素下測定指標(biāo)極差分析Table 3　Different indicators measuring range analysis process

注：A,生物肥；B,保水劑；C,草炭土∶土壤∶秸稈質(zhì)量比；D,速效肥。

Note: A, biological fertilizer; B, water retention agent; C, peat soil∶soil∶straw; D, fast released fertilizer.

圖3　不同處理對地上生物量的影響Fig.3　Comparison of the content of above-ground biomass of each slope matrix

綜合分析可得，因素A即嗜鹽堿微生物菌肥對各指標(biāo)的影響較大，最優(yōu)組合為A3B1C3D3，即嗜鹽堿微生物菌肥500 g·m-2、保水劑1 g·m-2、草炭土∶土壤∶秸稈比例為40∶45∶15，速效肥25 g·m-2的基質(zhì)組合配方。

3討論與結(jié)論

3.1討論

通過對比試驗和生長指標(biāo)分析得出了較優(yōu)良的噴播綠化基質(zhì)配方。添加噴播綠化基質(zhì)可以改良土壤理化性質(zhì)，增加土壤有機質(zhì)含量、提高保水性能、降低pH，具有很好的改良作用，可以有效地降低土壤容重，提高土壤的透氣透水性能[18]。而土壤容重越小，則表明土壤結(jié)構(gòu)越好，土壤越疏松透氣[19]，從而達到改善土壤物理性質(zhì)的目的。但對于其強度、抗沖刷能力等方面正在進一步探索。

當(dāng)草炭土∶土壤∶秸稈的比例為40∶45∶15，嗜鹽堿微生物菌肥加入500 g·m-2時土壤的容重最小。這是因為草炭土和小麥秸稈自身重量比較小，同時嗜鹽堿微生物菌肥中微生物的活動使得土壤形成了較好的團粒結(jié)構(gòu)，有效減小了容重，改善了土壤的通氣狀況，增加了土壤透水和蓄水性能。

在裸露邊坡噴播防護技術(shù)的噴播基質(zhì)中添加嗜鹽堿微生物菌肥、草炭土、秸稈能夠?qū)ν寥纏H起到一定的調(diào)節(jié)作用，促使植物與植物根際微生物之間形成互利共生的關(guān)系，改良效果顯著。而保水劑和速效肥對土壤的酸堿度影響不顯著，這與苗蕾[20]關(guān)于客土噴播中不同基材配比對邊坡的生態(tài)防護效果差異性的研究結(jié)論是一致的。由此可知，經(jīng)過添加嗜鹽堿微生物菌肥、草炭土和秸稈噴播防護技術(shù)相比添加有機肥的噴播防護技術(shù)更有利于裸露邊坡植物的充分生長[21]，可有效提高邊坡的植被覆蓋度，增加其地上生物量，降低邊坡水分蒸發(fā)量[22-23]，進而創(chuàng)造良好的裸露邊坡植物生長條件，快速建立優(yōu)良植被，達到恢復(fù)治理黃河南北兩山裸露邊坡生態(tài)的目的，促進物種多樣性，增加所處生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性[20]。

3.2結(jié)論

1)噴播綠化基質(zhì)的添加可以顯著改善土壤的各項理化特性，滿足植物生長發(fā)育的需求。

2)裸露邊坡噴播基質(zhì)中草炭土、土壤和秸稈的比例為40∶45∶15，加入嗜鹽堿微生物菌肥500 g·m-2、保水劑1 g·m-2、速效肥25 g·m-2，植物根際微生物與植物之間形成互利共生的關(guān)系，可有效降低土壤pH和水分蒸發(fā)，提高植被蓋度和地上生物量。

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(責(zé)任編輯茍燕妮)

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0351

*收稿日期：2015-06-25接受日期：2016-04-20

基金項目：蘭州市科技計劃項目——蘭州黃河兩山裸露邊坡噴播綠化基質(zhì)研究及應(yīng)用(20111115)

通信作者：劉金榮(1967-)，男，甘肅張掖人，教授，博士，主要從事草坪逆境生理研究。 E-mail:liujinr@lzu.edu.cn

中圖分類號：Q945.3

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-0629(2016)7-1291-06*

Corresponding author:Liu Jin-rongE-mail:liujinr@lzu.edu.cn

Screening of green substrate suitable for spraying and sowing in uncovering slope of arid and semi-arid zone

Liu Tie-jun1, Lu Jian-nan1, Zhang Zhe-qian1, Ma Li1,Wang Dan-ni1, Zhang Qiong1, Liu Jin-rong1

(1.Key Laboratory of Grassland Agro-ecology System, Ministry of Agriculture; College of Pastoral Agriculture Science and Technology, Lanzhou University, Lanzhou 730020, China)

Abstract:Arid and semi-arid region of uncovering slope in Loess Plateau had less annual precipitation with dry climate and intense evaporation in Gansu Province which leads to many problems of uncovering slope greening plants including germination difficult and lower survival rates. The present study compared the physicochemical properties of 6 different spraying and sowing substrate including biological fertilizer, super absorbent polymer, peatmoss, soil, straw and fast released fertilizer with different dosage and proportion and their effects on slope water evaporation, vegetation coverage and biomass in uncovering slope of loess plateau to screening green substrate suitable for these areas. The results showed that the substrate with peatmoss, soil and straw in a ratio of 40∶45∶15 and addition with 500 g·m-2saline microbial fertilizer, 1 g·m-2absorbent polymer and 25 g·m-2fast released fertilizer can effectively reduce water evaporation, increase the vegetation coverage and aboveground biomass which was the most benifical for the growth of plants of Loess Plateau uncovering slope.

Key words:arid and semiarid zones; bare slope; spray seeding substrate; plant growth

劉鐵軍,盧建男,張哲乾,馬莉,王丹妮,張瓊,劉金榮.干旱半干旱區(qū)裸露邊坡適宜噴播的綠化基質(zhì)篩選.草業(yè)科學(xué),2016,33(7)：1291-1296.

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第一作者：劉鐵軍(1989-)，男，山西臨縣人，在讀碩士生，主要從事草坪逆境生理研究。 E-mail:liutj13@lzu.edu.cn