坡位坡向?qū)﹁F路路塹邊坡植被恢復(fù)工程土壤肥力的影響

寧大鵬 李紀(jì)滕 劉 琦 童 標(biāo) 孫彩虹 馬鵬飛 夏振堯,4

(1.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002；3.湖北嘉寧工程咨詢有限公司，湖北 宜昌 443002；4.三峽大學(xué)三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 宜昌 443002)

坡位坡向?qū)﹁F路路塹邊坡植被恢復(fù)工程土壤肥力的影響

寧大鵬1李紀(jì)滕1劉 琦1童 標(biāo)2孫彩虹3馬鵬飛1夏振堯1,4*

(1.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002；3.湖北嘉寧工程咨詢有限公司，湖北 宜昌 443002；4.三峽大學(xué)三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 宜昌 443002)

以商合杭鐵路宣城段某段路塹邊坡為研究對(duì)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣和室內(nèi)測(cè)定的方法，研究坡位、坡向?qū)β穳q邊坡肥力的影響，結(jié)果表明：土壤養(yǎng)分的含量在坡底均達(dá)到最大值，具體表現(xiàn)為坡底>坡中>坡上；全磷、全氮受坡位、坡向影響不顯著(P>0.05)；研究區(qū)域中有效氮、有效磷的含量與坡位和坡向顯著相關(guān)(P<0.01)；pH值沿坡面自上而下，逐漸降低，受坡位的影響顯著(P<0.05)。

路塹邊坡，坡位，坡向，土壤肥力

鐵路建設(shè)過(guò)程中不可避免地會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成破壞，形成的大量裸露土坡和巖質(zhì)邊坡會(huì)導(dǎo)致水土流失和生態(tài)環(huán)境失衡，對(duì)鐵路的后期運(yùn)營(yíng)造成極大的危害[1]。植被可以保護(hù)路塹穩(wěn)定、保持水土、改善生態(tài)環(huán)境、提升鐵路景觀效果，而植被生長(zhǎng)及植物群落的演替都有賴于良好的土壤環(huán)境。因此，對(duì)路塹邊坡的肥力進(jìn)行評(píng)價(jià)是邊坡生態(tài)修復(fù)過(guò)程中重要的環(huán)節(jié)[2]。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于路塹邊坡生態(tài)修復(fù)的研究主要是在新生態(tài)材料、生態(tài)種植基材及護(hù)坡施工方法等方面[3]，在邊坡生態(tài)修復(fù)中缺乏對(duì)土壤環(huán)境進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)，對(duì)基層土壤微生物群落變化、理化性質(zhì)、活性方面的研究則較少，而土壤中有機(jī)質(zhì)和有效礦質(zhì)元素是植物生長(zhǎng)過(guò)程中必要的成分，對(duì)土壤的演化起著重要的作用，也是土壤中養(yǎng)分循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力[5]。本文以商合杭高鐵宣城段的某段路塹邊坡為研究區(qū)域，分析邊坡植被恢復(fù)工程土壤中主要營(yíng)養(yǎng)元素，研究路塹邊坡的坡向、坡位與土壤化學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，為路塹邊坡的生態(tài)修復(fù)實(shí)踐提供理論依據(jù)。

1 工程概況

商合杭鐵路宣城段地處淮河沖擊平原和淮河支流高階地過(guò)渡段的殘丘區(qū)(30°56′N，119°12′E)，地形略有起伏，相對(duì)高差在50 m～180 m之間，自然坡度15°～40°，地表植被覆蓋度較高。該區(qū)域?qū)儆趤啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，雨量豐沛，季風(fēng)明顯。天氣多變，降水量變化較大，年平均降雨量在960.1 mm～1 053 mm之間，雨季主要集中在7月～8月，年平均氣溫在15.6 ℃左右，極端高溫達(dá)到41.2 ℃，極端低溫為-20.6 ℃。

研究樣地為商合杭鐵路宣城段41號(hào)工點(diǎn)，起止里程為DK461+850.48～DK462+378.27，高邊坡段骨架護(hù)坡內(nèi)置空心磚及重力式擋土墻兩級(jí)，其余地段邊坡采用拱形截水骨架內(nèi)鋪砌混凝土空心磚護(hù)坡，坡率為1∶1.5。路塹邊坡均采用路基開挖的粉質(zhì)粘土作為植生土，邊坡植物種類較少，均為人工養(yǎng)護(hù)綠化植物。

研究區(qū)域的鐵路采用雙線路塹式路基，路塹邊坡面積分別在500 m×50 m和520 m×50 m，邊坡坡率為1∶1.5。鐵路為東西走向，邊坡分為陰坡和陽(yáng)坡，兩側(cè)邊坡采用框格梁進(jìn)行工程防護(hù)，框格梁內(nèi)客土噴播形成路塹邊坡。采用栽種植色塊灌木加常綠草坪綠化方案，邊坡自下而上種植紅葉石楠(Photinia serrulata)、大葉黃楊(Buxus megistophylla Levl)和金森女貞(Ligustrum japonicum Howardii′)，種植色塊按照拱形骨架高度帶狀分布，種植密度每平方米8棵～9棵，灌木不高于50 cm，灌木間采用高羊矛、白三葉和黑麥草三種草籽混播，見圖1。

2 研究方法

根據(jù)路塹邊坡的實(shí)際情況，將邊坡設(shè)置為坡上、坡中和坡下三種情況，在520 m的距離上等距離取11個(gè)取樣點(diǎn)，從左到右，從上到下，每個(gè)點(diǎn)取土壤表層以下5 cm～10 cm的土壤，每個(gè)點(diǎn)設(shè)3個(gè)重復(fù)。土壤試樣采用室內(nèi)風(fēng)干、碾碎、過(guò)篩的方式進(jìn)行處理，采用San++流動(dòng)分析儀對(duì)土壤的土壤養(yǎng)分進(jìn)行檢測(cè)，土壤pH的檢測(cè)采用電極法測(cè)定。采用Excel對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理。

3 結(jié)果與分析

邊坡基層土中含有的土壤養(yǎng)分是邊坡生態(tài)修復(fù)能否成功的重要影響因素[7],同時(shí)也是評(píng)價(jià)土壤狀況的基本理化指標(biāo)，不同坡向和坡位土壤中的土壤養(yǎng)分的含量見表1。根據(jù)表1可知，土壤肥力指標(biāo)距坡底越遠(yuǎn)含量越小，全氮、全磷、有效氮、有效磷的坡上均值較坡下均值減少19.8%,16.10%,15.08%,18.76%。這是由于該區(qū)域氣候濕潤(rùn)，雨水充沛，經(jīng)過(guò)雨水沖刷，土壤肥力元素經(jīng)水分滲透、地表徑流聚集于坡底，從而使得坡底的肥力>坡中>坡上，此結(jié)論與劉世梁等人的研究相似[8,9]。

從坡上到坡底，土壤中的全磷、全氮含量有較小幅度的提升，且與坡位、坡向不顯著相關(guān)(P>0.05),這可能與坡面微地形有關(guān)[10]，見圖2。土壤中的有效磷含量是評(píng)價(jià)土壤磷元素養(yǎng)分供應(yīng)水平的重要指標(biāo)，對(duì)植物的生長(zhǎng)具有重要作用[11-13]。由表1可知，從坡上到坡下含量變化幅度不大，但沿坡面自上往下含量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。因?yàn)橛晁疀_刷使土壤肥力元素轉(zhuǎn)移到坡底并長(zhǎng)期積累，因此坡底有效磷的含量多于坡頂，但其含量明顯低于有效氮的含量。土壤中有效氮、有效磷的含量與坡位、坡向呈極顯著相關(guān)(P<0.01)。pH值沿坡面自上而下，逐漸降低，坡底pH值低至6.61，受坡位的影響顯著(P<0.05)，由于長(zhǎng)期的雨水沖刷，坡底微量元素累積，土壤肥沃，植物長(zhǎng)勢(shì)較好，根系分泌的H+和有機(jī)酸較多，致使坡底土壤的pH值降低[14]，見圖3。

表1 不同坡向和坡位土壤養(yǎng)分情況

受坡向的影響，邊坡土壤的受日照情況具有一定的差異，土壤中的礦質(zhì)元素含量差異各不相同[15]。陰坡上的植物長(zhǎng)勢(shì)普遍好于陽(yáng)坡植物，同時(shí)，陰坡上土壤肥力高于陽(yáng)坡。方差分析表明，坡向?qū)λ傩У?、速效磷的含量有著極顯著的影響(P<0.01)，對(duì)全磷、全氮的影響不顯著(P>0.05)，對(duì)土壤pH值也影響顯著(P<0.05)，而這除了與坡向有關(guān)，同時(shí)也可能與植物習(xí)性相關(guān)。

4 結(jié)語(yǔ)

1)大量微量元素的含量隨著坡位的變化：坡底>坡中>坡上；2)全磷、全氮受坡位、坡向的影響呈現(xiàn)出不顯著(P>0.05)；3)坡位和坡向?qū)ν寥乐杏行У⒂行Я椎暮坑袠O顯著的影響(P<0.01)；4)pH值沿坡面自上而下，逐漸降低，受坡位的影響顯著(P<0.05)。

[1] 陳學(xué)平.湖北滬蓉西高速公路邊坡植被重建研究[M].北京：北京林業(yè)大學(xué),2009.

[2] 李傳人,艾應(yīng)偉,郭培俊,等.鐵路邊坡不同坡位土壤物理化學(xué)性質(zhì)差異性[J].水土保持學(xué)報(bào),2012,26(6):91-101.

[3] 郭雪姣,艾應(yīng)偉,王可秀,等.不同年限鐵路邊坡人工土壤團(tuán)聚體中碳氮磷分布特征[J].水土保持學(xué)報(bào),2015,29(4):207-217.

[4] 張志卿,艾應(yīng)偉,楊雅云,等.鐵路邊坡土壤微生物數(shù)量和酶活性的研究[J].水土保持通報(bào),2009,29(4):61-66.

[5] 薛 萐,劉國(guó)彬,戴全厚,等.不同植被恢復(fù)模式對(duì)黃土丘陵區(qū)侵蝕土壤微生物量的影響[J].自然資源學(xué)報(bào),2007,22(1):20-27.

[6] 劉大翔,許文年,周明濤,等.坡位坡向及年限對(duì)黃龍灘電站生態(tài)護(hù)坡肥力的影響[J].水土保持研究,2010,17(1):178-182.

[7] 曹 靖,常雅君,苗晶晶,等.黃土高原半干旱區(qū)植被重建對(duì)不同坡位土壤肥力質(zhì)量的影響[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2009,23(1):169-173.

[8] 劉世梁,傅博杰,呂一河,等.坡面土地利用方式與景觀位置對(duì)土壤質(zhì)量的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2003,23(3):414-420.

[9] Brubaker S C,Jones A J,Lew is D T,et al.Soil properties associated with landscape position[J].Soil Science Society of America Journal,1993(57):235-239.

[10] 周 萍,劉國(guó)彬,侯喜祿.黃土丘陵區(qū)侵蝕環(huán)境不同坡面及坡位土壤理化特征研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2008,22(1):7-12.

[11] Lajtha K,Schlesinger W H.The Biogeochemistry of Phosphorus Cycling and Phosphorus Availability Along a Desert Soil Chronosequence[J].Ecology,1988,69(1):24-39.

[12] Vitousek P M,Howarth R W.Nitrogen limitation on land and in the sea:How can it occur[J].Biogeochemistry,1991(13):87-115.

[13] 王恒威,許明祥,王愛(ài)國(guó),等.黃土丘陵區(qū)土壤磷有效性與植物適應(yīng)性研究[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,40(7):149-155.

[14] 楊 光,丁國(guó)棟,常國(guó)梁,等.黃土高原不同退耕還林地森林植被改良土壤特性研究[J].水土保持研究,2006,13(3):204-207.

[15] 王紹令,丁永建,趙 林,等.青藏高原局地因素對(duì)近地表層地溫的影響[J].高原氣象,2002,21(1):85-89.

Influenceofslopepositionandslopedirectiononsoilfertilityofvegetationrestorationprojectforrailwaycuttingslopes

NingDapeng1LiJiteng1LiuQi1TongBiao2SunCaihong3MaPengfei1XiaZhenyao1,4*

(1.CollegeofCivilEngineering&Architecture,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China;2.CollegeofHydraulic&EnviromentalEngineering,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China；3.HubeiJianingEngineeringConsultLimitedCompany,Yichang443002,China; 4.CollaborativeInnovationCenterforGeo-HazardsandEco-EnvironmentinThreeGorgesArea,HubeiProvince,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China)

Taking a section of cut slope of Xuancheng section of Shang hang Hangzhou railway as the object of study, the influence of slope position and slope direction on the cutting slope fertility was studied by field sampling and laboratory measurement. The results showed that soil nutrient content reached the maximum value at the bottom of the slope, the specific performance of base of slope>in the slope>on the slope, total phosphorus and total nitrogen by the slope effect was not significant (P>0.05), effective nitrogen and phosphorus content in the study area and slope positions and significantly correlated (P<0.01), pH value decreased gradually from top to bottom along the slope, is significantly affected by the slope (P<0.05).

cutting slope, slope position, slope direction, soil fertility

U416.13

A

1009-6825(2017)26-0184-02

2017-07-04

寧大鵬(1974- )，男，碩士

夏振堯(1981- )，男，博士生導(dǎo)師，教授