永州新田石漠化坡地生態(tài)修復(fù)技術(shù)探究

張金莎, 陳永安, 胡長(zhǎng)安， 張翼維

(湖南省森林植物園 , 湖南 長(zhǎng)沙 410116)

“石漠化”發(fā)展最直接的后果就是土地資源的喪失，石漠化的治理措施和方法是近年來(lái)主要相關(guān)科研實(shí)踐的重點(diǎn)。有理論研究表明，石漠化環(huán)境中土壤的理化性質(zhì)在不同等級(jí)石漠化地區(qū)具有顯著差異[1-3]。土壤中有機(jī)質(zhì)、氮素、鉀素含量及容重、持水狀況、孔隙度等是基于土壤理化性質(zhì)評(píng)價(jià)石漠化程度的關(guān)鍵指標(biāo)，在改善土壤理化性質(zhì)和促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)方面起著關(guān)鍵作用。其中pH值由于受到土壤母質(zhì)、小氣候及土壤微生物的共同影響，是石灰?guī)r山地鹽基淋溶和積累后得到的相對(duì)強(qiáng)度，可作為影響土壤肥力的重要指標(biāo)之一[1-2]；有機(jī)質(zhì)含量對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和低吸力段的持水性能的影響有一定的規(guī)律[3]，而在有機(jī)質(zhì)含量較低水平下保水劑對(duì)土壤物理性質(zhì)沒(méi)有明顯影響[4-5]，在中度石漠化地區(qū)補(bǔ)充鉀肥氮肥和少量磷肥，能加快植被覆蓋的生長(zhǎng)速度[6-8]。利用有機(jī)廢棄物經(jīng)破碎、發(fā)酵、調(diào)配等工藝生產(chǎn)的植物栽培基質(zhì)含有大量的有益微生物，可以活化土壤，調(diào)整土壤理化指數(shù)[9]。通過(guò)添加環(huán)?；|(zhì)、增施有機(jī)肥、松土等方式可以改良土壤[10-11]。

本次研究選定典型的石漠化地區(qū)，對(duì)該地區(qū)的土壤采用基質(zhì)客土、基質(zhì)覆蓋及茅草混合覆蓋和植被覆蓋等組合方式，對(duì)試驗(yàn)區(qū)的土壤進(jìn)行改良。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)區(qū)種植樹(shù)種的生長(zhǎng)情況及生長(zhǎng)過(guò)程中改良土壤中的主要理化特性等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)分析，探索采用基質(zhì)進(jìn)行客土和覆蓋對(duì)石漠化地區(qū)土壤改良的可行性及主要特點(diǎn)和方法。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于湖南省永州地區(qū)的新田縣梘頭鎮(zhèn)，地理位置為112°02′13″E，25°40′11″N，海拔572～646 m。該地區(qū)屬于石灰?guī)r代表性區(qū)域，由于歷經(jīng)多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，發(fā)育為厚且質(zhì)純的上古生代碳酸鹽巖，能看到有很多斷層和裂隙。植被類型以常綠闊葉林或常綠落葉闊葉混交林為主，石灰?guī)r地區(qū)以藤本與草本為主。試驗(yàn)場(chǎng)地分別安排在枧頭鎮(zhèn)和大嶺頭兩個(gè)自然村，石漠化程度比較嚴(yán)重的地區(qū)。土壤以山地紅壤、山地黃壤和黃棕壤為主，地形以山地為主，坡度在15 °左右。試驗(yàn)地區(qū)適用的經(jīng)濟(jì)樹(shù)種金錢柳Cyclocaryapaliurus和山核桃Caryacathayensis作為混種喬木，選用黃花槐Sophoraxanthantha作為主要灌木。草本類尤其是本土牧草宜作為先鋒植物種類種植，可以較快覆蓋裸露山地[12-13]。白三葉Trifoliumrepens和紫花苜蓿Medicagosativa這些優(yōu)質(zhì)牧草, 對(duì)種植土壤要求的含水量少，既能大幅度降低徑流量與泥沙沖刷量，又能提供優(yōu)質(zhì)飼料，為群落中的主要植被作物[14-15]。在試驗(yàn)株下撒播白三葉和紫花苜蓿種，待其生長(zhǎng)后作為植被。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)置

對(duì)原有石漠化地區(qū)的山體進(jìn)行基質(zhì)和其它混合覆蓋的形式，并配以基質(zhì)客土的方式進(jìn)行土壤改良。 選用棱角山礬Symplocosteragona作為主要樹(shù)木種植在試驗(yàn)區(qū)域，并混種適當(dāng)?shù)膯棠?、灌木和植被植物以形成試?yàn)植物群落。對(duì)種植于客土或土質(zhì)改良土壤中的試驗(yàn)植物群落進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理，同時(shí)，對(duì)試驗(yàn)植物群落生長(zhǎng)過(guò)程中土壤的理化特性及群落中主要植物生長(zhǎng)狀態(tài)進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，整個(gè)試驗(yàn)歷時(shí)3年。在前述樣地上，種植所選定的棱角山礬植物群落，分別進(jìn)行基質(zhì)覆蓋和客土試驗(yàn)、土壤保水試驗(yàn)、地被覆蓋試驗(yàn)和土壤理化數(shù)據(jù)測(cè)定。具體的試驗(yàn)安排如下：

2.1.1 基質(zhì)覆蓋和客土試驗(yàn) 本試驗(yàn)旨在研究基質(zhì)對(duì)土壤的改良作用。試驗(yàn)場(chǎng)地分為4組，采用不同的覆蓋材料，組號(hào)為T10、T11、T12、T13。其中，T10組為原生土對(duì)照組，其它3組每組選定面積為60 m×60 m的試驗(yàn)取樣區(qū)塊，重復(fù)3次。2016年5月開(kāi)始在試驗(yàn)場(chǎng)地種植株高30 cm的棱角山礬及選定的植物，種植期間輔助以相同的除雜草和抗旱等養(yǎng)護(hù)措施，整個(gè)試驗(yàn)觀測(cè)期為36個(gè)月。2019年5月取樣，檢測(cè)所取棱角山礬樣品的株高、地徑和成活率。每組覆蓋及客土方式見(jiàn)表1 。

表1 基質(zhì)覆蓋和客土試驗(yàn)分組方式Tab.1 The arrangement of matrix coverage and soil re-placement test組號(hào)覆蓋方式T10原生土,不覆蓋任何材料T11每株覆蓋15 kg 基質(zhì)(厚度10 cm)T12每株覆蓋厚度10 cm茅草T13每株混合覆蓋7.5 kg基質(zhì)(厚度5 cm)及厚度5 cm的茅草+7.5 kg基質(zhì)客土

2.1.2 土壤保水試驗(yàn) 本試驗(yàn)旨在研究不同覆蓋材料與保水劑的組合對(duì)土壤的保水作用。試驗(yàn)場(chǎng)地分為6組，采用不同的覆蓋材料和添加保水劑的組合方式，組號(hào)為T20、T21、T22、T23、T24、T25。其中，T20組為原生土對(duì)照組，其它5組每組選定面積為60 m×60 m的試驗(yàn)取樣區(qū)塊，重復(fù)3次，各組均安排在同一試驗(yàn)地。2016年5月開(kāi)始在試驗(yàn)場(chǎng)地種植株高30 cm的棱角山礬及選定的植物，種植期間輔助以相同的除雜草和抗旱等養(yǎng)護(hù)措施，整個(gè)試驗(yàn)觀測(cè)期為28個(gè)月。2018年10月取樣，檢測(cè)所取棱角山礬樣品的株高、地徑和成活率。每組覆蓋方式見(jiàn)表2 。

表2 土壤保水試驗(yàn)分組方式Tab.2 The arrangement of soil water retention test組號(hào)覆蓋及添加方式T20不覆蓋添加任何材料T21每株覆蓋7.5 kg基質(zhì)(厚度3 cm)T22每株覆蓋15 kg基質(zhì)(厚度5 cm)T23每株覆蓋50 g保水劑混合15 kg基質(zhì)(厚度5 cm)T24每株覆蓋100 g保水劑混合15 kg基質(zhì)(厚度5 cm)T25每株覆蓋150 g保水劑混合15 kg基質(zhì)(厚度5 cm) 注:保水劑品名AQUASORB、型號(hào)3005KCE、生產(chǎn)企業(yè)SNF(法國(guó)愛(ài)森公司)。

2.1.3 地被覆蓋試驗(yàn) 本試驗(yàn)旨在研究以基質(zhì)、白三葉、紫花苜宿、黃花槐等不同覆蓋品種對(duì)棱角山礬植物群落穩(wěn)定性的影響。試驗(yàn)場(chǎng)地分為4組，采用基質(zhì)及不同植被的覆蓋方式，組號(hào)為T30、T31、T32、T33。每組選定面積為60 m×60 m的試驗(yàn)取樣區(qū)塊，重復(fù)3次，各組均安排在同一試驗(yàn)地。2016年5月開(kāi)始在試驗(yàn)場(chǎng)地種植株高30 cm的棱角山礬及選定的植物，種植期間輔助以相同的除雜草和抗旱等養(yǎng)護(hù)措施，整個(gè)試驗(yàn)觀測(cè)期為36個(gè)月。2019年5月取樣，檢測(cè)每組棱角山礬的株高、地徑和成活率。每組覆蓋方式見(jiàn)表 3 。

表3 地被覆蓋試驗(yàn)分組方式Tab.3 The arrangement of ground coverage test組號(hào)覆蓋方式T30每組覆蓋基質(zhì)15 kg(厚度5 cm)T31每株撒播白三葉種子10 gT32每株撒播紫花苜蓿種子10 gT33每株撒播黃花槐種子15 g

2.2 指標(biāo)采樣和測(cè)定方法

2.2.1 采樣方法 土壤理化數(shù)據(jù)采樣：將土壤取樣場(chǎng)地分成等面積的小樣地4塊，在每個(gè)小樣地中央及四角各設(shè)2 m×2 m的樣方各一塊，在每一塊樣方的中央及四角用環(huán)刀取樣，取樣厚度位于土層0～15 cm ，均勻混合組成待測(cè)土樣；每次取樣均按此3次重復(fù)。

植物生長(zhǎng)狀態(tài)采樣：選取棱角山礬為檢測(cè)樹(shù)種，不同的試驗(yàn)的組數(shù)有所差異，每組按3小組取樣，每小組選取30株作為檢測(cè)樣本。

2.2.2 土壤理化特性測(cè)定方法 土壤的pH值依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)LY/T1239-1999 采用電位法測(cè)量，土壤有機(jī)質(zhì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NY/T1121.2-2006采用容量法測(cè)量，土壤有效磷依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)LY/T1233-1999采用分光分度法測(cè)量。

2.3 數(shù)據(jù)整理和分析方法

數(shù)據(jù)采用Excel 2010版本進(jìn)行處理。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 植物生長(zhǎng)狀態(tài)相關(guān)結(jié)果

表4 基質(zhì)覆蓋和客土試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 The test results of matrix coverage and soil replace-ment test組號(hào)成活率/%株高/m地徑/cmT10750.70.8T11820.81.0T12851.01.2T13981.11.4 注:表中數(shù)據(jù)為所取同組樣品檢測(cè)的平均值(總計(jì)270株)。

由表4可見(jiàn)，以每株采用基質(zhì)及茅草混合覆蓋并進(jìn)行基質(zhì)客土(T13)的土壤中，棱角山礬的生長(zhǎng)情況為最佳。

表5 土壤保水試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 The test results of water retention of soil組號(hào)成活率/%株高/m地徑/cmT20750.70.9T21780.81.1T22820.91.1T23850.91.2T24800.81.1T25800.81.1 注:表中數(shù)據(jù)為所取同組樣品檢測(cè)的平均值(總計(jì)270株)。

由表5可見(jiàn)，采用每株50 g保水劑并輔助以5 cm厚基質(zhì)覆蓋的方式(T23組)，其植物的各項(xiàng)參數(shù)為最優(yōu)，也表明其保水效果為最好。

表6 地被覆蓋試驗(yàn)結(jié)果Tab.6 The test results of ground coverage%組號(hào)成活率(棱角山礬)組號(hào)成活率(棱角山礬)T3082T3280T3180T3378 注:表中數(shù)據(jù)為所取同組樣品檢測(cè)的平均值(總計(jì)270株)。

由表6可見(jiàn)，采用基質(zhì)覆蓋和白三葉、紫花苜蓿植被覆蓋對(duì)棱角山礬成活率的影響基本相同，效果略好于采用黃花槐灌木覆蓋，但并不十分明顯。

3.2 土壤的理化特性測(cè)定結(jié)果

表7 棱角山礬植物群落土壤pH值檢測(cè)結(jié)果Tab. 7 The test results of soil pH value 測(cè)定時(shí)間/(年-月) 取樣位置樣品區(qū)組號(hào)檢測(cè)結(jié)果2016-05山頂T10(原生土)7.602019-05山頂T13(種植土)6.972016-05山腳T10(原生土)7.902019-05山腳T13(種植土)6.85 注:表中數(shù)據(jù)為所取同組樣品檢測(cè)的平均值。

由表7可見(jiàn)，與未進(jìn)行任何改良的土壤相比較，采用基質(zhì)進(jìn)行混合覆蓋和客土的土壤pH值由中性偏堿向微酸性轉(zhuǎn)化。

表8 棱角山礬植物群落有機(jī)質(zhì)檢測(cè)結(jié)果Tab.8 The test results of organic matter content測(cè)定時(shí)間/(年-月)取樣位置樣品區(qū)組號(hào)有機(jī)質(zhì)含量/(g·kg-1)2016-05山頂T10(原生土)14.462019-05山頂T13(種植土)30.302016-05山腳T10(原生土)20.812019-05山腳T13(種植土)35.30 注:表中數(shù)據(jù)為所取同組樣品檢測(cè)的平均值。

由表8可見(jiàn)，與未進(jìn)行任何改良的土壤相比較，采用基質(zhì)進(jìn)行混合覆蓋和客土的土壤有機(jī)質(zhì)的含量有較大幅度增長(zhǎng)。

表9 棱角山礬植物群落有效磷檢測(cè)結(jié)果Tab.9 The test results of available phosphorus測(cè)定時(shí)間/(年-月) 取樣位置樣品區(qū)組號(hào)有效磷含量/(mg·kg-1)2016-05山腰T13(種植土)<0.202017-05山腰T13(種植土)7.212018-08山腰T13(種植土)7.382019-05山腰T13(種植土)15.20 注:表中數(shù)據(jù)為所取同組樣品檢測(cè)的平均值。

由表9可見(jiàn)，采用基質(zhì)進(jìn)行混合覆蓋和客土的土壤中的有機(jī)磷的含量逐年增加。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

原生土壤pH值處于7.60 ～7.98之間，采用基質(zhì)或基質(zhì)加茅草進(jìn)行覆蓋并客土的土壤經(jīng)過(guò)數(shù)年后的pH值處于6.67～7.10范圍。這表明通過(guò)客土和增加基質(zhì)覆蓋，可以促進(jìn)土壤由中性偏堿性向微酸性轉(zhuǎn)化。在覆蓋基質(zhì)中適量添加保水劑，可以收到很好的保水效果，從而促進(jìn)棱角山礬的生長(zhǎng)。這表明，在基質(zhì)覆蓋中添加保水劑可以改善土壤的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和保水能力，有利于植物生長(zhǎng)。采用基質(zhì)進(jìn)行混合覆蓋并客土的土壤，其有機(jī)質(zhì)的含量有顯著增長(zhǎng)，有機(jī)磷的含量也逐年增加。采用基質(zhì)覆蓋和采用白三葉、紫花苜蓿植被覆蓋對(duì)棱角山礬成活率的影響基本相同。

4.2 結(jié)論

在永州石漠化地區(qū)的生態(tài)修復(fù)中，通過(guò)基質(zhì)覆蓋和客土可以改變土壤的pH值，增加土壤孔隙度，減少土壤容重，提高土壤肥力，促進(jìn)植被生長(zhǎng)，提高生態(tài)修復(fù)的效率。在永州地區(qū)的石漠化治理中可選用白三葉、紫花苜蓿為優(yōu)良牧草和先鋒品種快速覆蓋裸露的石灰?guī)r地段。這類草本植物能快速地富集土壤養(yǎng)分，減緩?fù)寥婪柿Φ牧魇?，既提供?yōu)質(zhì)牧草，還可作為景觀植物進(jìn)行復(fù)綠，對(duì)于美麗鄉(xiāng)村建設(shè)以及發(fā)展鄉(xiāng)村旅游具有積極作用。當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)的絲茅草枯草可作為土壤改良的主要植被。