人工控溫條件下噴播基質對羊草生長特征的影響研究

劉軍利，李一為，孟 強，沈 毅，岳永杰，王晨晨

（1．內蒙古農業大學 生態環境學院，呼和浩特010018；2．交通運輸部公路科學研究院，北京100088；3．公路交通環境保護技術交通行業重點實驗室，北京100088）

高寒地區平均海拔在4 000m以上，氣溫低，植物在生長期內的有效積溫低，且無霜期短，植物的生長期短［1］，生態環境一旦遭到破壞，很難恢復。近年來，隨著國家經濟建設的發展，公路與鐵路等線性工程大規模地在高寒地區開展，高寒地區原有的生態平衡被打破，地表植被和生態區位發生了改變，植被系統退化加速［2］。因此，如何有效、快速地恢復生態植被是高寒地區進行線性工程建設中需要考慮的主要問題。

隨著高等級公路的建設，以厚層基質噴附為代表的邊坡恢復技術在國內許多線性工程建設中被廣泛應用［3－4］。厚層基質噴附是使用專用噴附機將人工配制的植物生育基質和種子等固體混合物噴附在邊坡表面的一種機械建植技術，噴附基質既是植物生長發育的基礎又為植物生長提供養分，同時能夠保證種子的自然發芽過程［5－9］。由于噴附基質的雙重作用和高寒地區植物生長的低溫脅迫，在高寒地區實行厚層基質護坡時，必須考慮基質配方與植物生長和低溫脅迫三者之間的作用機理。合適的基質配方在一定程度上決定著高寒地區厚層基質護坡的成敗。

本研究采用室內栽培方法，以阿榮旗至博克圖段高速公路示范工程采用的厚層基質噴附材料為育苗基質，選取高寒地區常見植物羊草作為試驗草種進行室內盆栽控溫試驗，通過對厚層基質噴附不同基材配比、不同溫度條件下羊草的出苗率以及平均株高的研究，篩選確定出適宜高寒地區植物生長的最佳基質配比，為高寒地區邊坡生態恢復中基質的選擇提供技術支撐和理論依據。

1 試驗材料與方法

1．1 試驗材料

試驗草種：羊草（LeymuschinensisTrin．Tzvel），采自內蒙古阿榮旗至博克圖高速公路示范工程路段。

基質來源：客土，采用內蒙古阿榮旗至博克圖段高速公路示范工程地帶性棕色森林土，pH值為6．5～7．3，土壤容重為0．69g／cm3，土壤有機質含量為175g／kg。泥炭土取自示范工程，泥炭土土壤含水量為112．18%；土壤容重為0．23g／cm3，土壤有機質含量為318g／kg。

輔助材料由稻殼（5包／m3）、粘合劑（0．4kg／m3）、保水劑（0．2kg／m3）、復合肥（1．6kg／m3）有機肥（3．6kg／m3）組成。復合肥采用史丹利磷胺鉀復合肥，總氮含量＞17%，有效鉀和有效磷含量＞17%，總養分含量＞51%。有機肥為牛糞，其中N、P、K含量分別為1．56%，0．38%，0．89%。

試驗器材：光照培養箱（GZX－30085）、花盆（口徑18cm、深度13cm）、直尺。

1．2 試驗方法

由于噴播技術要求，泥炭土比例過大，噴播粘結性太小，比例過小，噴播容易產生基質流動現象。結合示范工程采用的基質配比即泥炭土∶客土＝0．5∶0．5，本試驗在和示范工程采用基質輔助材料一致的條件下，對示范工程采用的泥炭土和客土比例進行了微調，從而為示范工程服務。

根據上述原則，試驗按照客土和泥炭土不同比例以及定量的輔助材料設置4個處理（4種培養基質），具體見表1。試驗溫度分為15℃、20℃、25℃恒溫和室溫（溫度為21～26℃）4個水平。每個水平重復3次，共48盆試驗羊草。試驗于2012年5月3日在內蒙古農業大學森林種苗實驗室進行，將不同基質配方分別裝入48個花盆內，盆內基質裝至離盆口1cm處。并在每個花盆內放置15粒羊草草籽，采用光照培養箱（GZX－30085）控制育苗期間的光照條件（12 000lx）和濕度（20%）一致。實驗開始后，前30d，每天觀測及管護1次，觀測時調查植物出苗率及株高，過1個月后，每隔2d觀測及管護1次，直至實驗結束。

表1 基質配方

1．3 數據分析

采用Excel 2007進行基礎數據的統計和分析，采用SASS 9．0進行方差分析。

2 結果與分析

2．1 基質對羊草出苗率的影響

自羊草草籽播種后，測定的不同基質配方、不同溫度梯度下的羊草出苗數，與總的播種數之比即為出苗率（表2）。

表2 不同溫度條件下羊草出苗率 %

由表2可以看出，配方1在不同的溫度條件下，羊草的出苗率差異較大，出苗率變化趨勢為：25℃＞20℃＝室溫＞15℃（P＜0．05），在25℃條件下出苗率最大，為86．67%，在15℃下出苗率最小，為73．33%。

配方2在不同溫度條件下出苗率大小順序為：25℃＞20℃＞室溫＝15℃（P＜0．05）；在25℃條件下，羊草出苗率最大，為97．78%。15℃條件下羊草出苗率最低，為86．67%。不同溫度條件下出苗率存在差異。

配方3在不同溫度下出苗率大小順序為：25℃＝20℃＞15℃＞室溫（P＜0．05）。隨著培養溫度的增加，配方3出苗率也逐漸增大，在25℃時羊草出苗率達到最大，為86．67%，室溫條件下羊草出苗率最低，為73．33%。

客土在不同溫度下出苗率大小順序為：25℃＞20℃＞15℃＝室溫（P＜0．05），出苗率隨培養溫度的增加而增加，在控溫15℃和室溫條件下客土出苗率最低，在25℃條件下出苗率最大達到100%。

由表2可以看出，在溫度為25℃時，配方2與客土出苗率無顯著差異，但顯著高于配方1與配方3（P＜0．05）；20℃時的變化規律為配方2＝客土＞配方3＞配方1（P＜0．05）；而在15℃和室溫下配方2的出苗率最高（P＜0．05）。

綜上，四種處理下羊草的出苗率整體上表現為隨溫度升高而增加的趨勢，在25℃時羊草出苗率均達到最大。四種處理在4個溫度水平下羊草出苗率整體上表現為配方2＞客土＞配方3＞配方1。配方2在不同溫度條件下出苗率的差距最小，受溫度的影響較小，同時，在室溫變溫條件下，配方2的出苗率是四種處理中最大的，說明變溫環境對配方2出苗影響最小。

2．2 基質對羊草平均株高的影響

室內盆栽不同溫度下不同基質配方羊草平均株高見圖1。由圖1可以看出，在25℃控溫條件下，羊草各處理的平均株高曲線呈直線上升的趨勢。隨時間的增加各株高曲線變化也越明顯。播種后第9天各處理平均株高曲線開始出現變化。其中配方3的生長速度先期較快，配方2的生長速度穩定上升，后期達到最大，配方1的平均株高最高，對照的平均株高最低。到觀測后期，羊草各處理的平均株高均在3 cm以上。

圖1 不同配方羊草在不同溫度條件下平均株高動態變化

在控溫20℃條件下，羊草各處理的平均株高曲線呈上升趨勢。播種后第11天各處理平均株高曲線開始出現變化。其中配方2的生長速度和平均株高均最大。觀測后期，羊草各處理的平均株高在3cm以下，明顯低于25℃條件下羊草的平均株高。

在控溫15℃條件下，羊草各處理的平均株高在播種后第13天才開始變化，羊草表現出明顯生長趨勢的時間比25℃和20℃晚。羊草各處理的平均株高變化均隨觀測時間的增加而變得明顯，其中，配方2生長速度和平均株高均最大，對照配方的生長速度和平均高度均最小。觀測后期，羊草的平均株高在2．5 cm以下，明顯低于25℃和20℃條件下羊草的平均株高。

在室溫變溫條件下，羊草各處理的平均株高曲線呈直線上升的趨勢。在試驗的第7天羊草各處理平均株高開始出現變化。各處理的平均株高曲線變化隨著觀測時間的增加而差距明顯，配方2的生長速度最快，平均株高最大，對照配方生長速度和平均株高均最小，與其他三種處理相比差距明顯。觀測后期，羊草各處理的平均株高略低于25℃控溫下的平均株高但明顯高于20℃和15℃控溫。

在不同控溫條件下，羊草各處理的平均株高與溫度變化表現為25℃＞室溫＞20℃＞15℃。溫度越低，羊草出苗越晚，生長越慢，表現出生長勢的時間越晚。說明溫度對植物的生長具有很強的調節作用，據楊理等［10］的研究，溫度會影響羊草的生物量和株高，較低的溫度顯著抑制羊草的生長增高，但是羊草的株高并不與生長均溫成正比，而是到達正常株高后便不再生長。

在不同控溫條件下，羊草各處理的平均株高均表現為大于對照配方的趨勢，這可能是其他配方中均滲入一定數量的泥炭土，而泥炭土中含有的有機質能夠促進羊草的生長。羊草的四種處理在不同溫度水平下平均株高整體上表現出配方2＞配方1＞配方3＞客土，溫度越高，配方2羊草的平均株高與其他配方的差距越明顯。這可能是因為低溫能夠限制羊草的生長增高，導致其差異不明顯。

3 討論與結論

厚層基質護坡要求基質在較短的時間內消除土壤退化，改善土壤環境質量，不僅需要具備土壤的一般特性，而且需要有豐富的營養物質，良好的持水性、透氣性、坡面依附性和穩定性。使其既能保水、保肥適于植物生長，又能有效抵抗水蝕和風蝕，抑制水土流失。而在高寒地區進行厚層基質護坡時，植物生長期間的有效積溫低，受低溫限制，植物出苗和生長受到很大的影響。因此，護坡基質除了具備上述條件外，還必須具有抵抗低溫脅迫的能力，既要在低溫條件下具有良好的出苗情況，增大護坡效果；又要在低溫條件下有良好的生長效果，能夠在短暫的有效積溫期內充分生長，積累充足的營養物質，從而安全越冬返青，達到護坡效果的持續。

由于厚層基質的特殊性，導致不同立地情況需要不同的基質配方，為了使基質配方具有優于一般土壤的特性，需要在基質配方中加入泥炭土等土壤改良劑，以及保水劑和粘合劑等土壤調節劑。泥炭土等天然土壤改良劑存在著容易被微生物分解等缺點，而且用量較大，在生產實踐中需要準確確定用量，保水劑和粘合劑的使用也與當地的地貌條件、氣候條件和水源供應等密切相關［11］。本文從羊草的出苗和平均株高確定和篩選的基質主要是能夠對溫度有良好適應性的基質，在高寒地區路塹邊坡植被恢復中應用價值較大。

（1）羊草的出苗率整體上表現為隨溫度升高而呈增加的趨勢，四種處理在4個溫度水平下羊草整體出苗率為配方2＞客土＞配方3＞配方1，在室溫和恒溫條件下配方2羊草的出苗率與其他配方差異顯著，自身出苗率受溫度變化的影響最小。

（2）羊草的平均株高與溫度密切相關，但非正相關，四種處理在4個溫度水平下羊草平均株高整體上為配方2＞配方1＞配方3＞客土，配方2平均株高受溫度影響最小。溫度越高，配方2平均株高與其他配方差距越明顯。

（3）配方2是能很好地適應溫度變化，保證植物出苗及生長的最優基質配比。即客土與泥炭土比例為4∶6的基質配方是高寒地區路塹邊坡植被恢復中最理想的配方。

本試驗在對保水劑和粘合劑等輔助基材定量的基礎上，研究了人工控溫條件下不同比例泥炭土和客土對羊草生長特征的影響，對基質配方內其它材料的用量有待于進一步的研究；且對羊草生長高度的觀測主要集中在播種后的第一個月，此時，羊草的生長期剛開始，泥炭土內有機質對羊草生長的作用還未完全展現，因此，羊草的平均株高均比較低。

［1］ 王靜，魏小紅，龍瑞軍．東祁連山高寒草甸植物抗寒性研究［J］．草地學報，2007，15（6）：537－542．

［2］ 楊思忠，金會軍，吉延峻．寒區線性工程沿線凍土區的植被恢復［J］．冰川凍土，2008，30（5）：8751－881．

［3］ 李青芳，何宜典．公路邊坡防護與生態恢復［J］．水土保持研究，2006，13（6）：273－275．

［4］ 韓冬卿．公路路塹邊坡防護技術研究［J］．公路，2002（9）：28－30．

［5］ 彭林，孫東根．客土噴播生態防護技術在公路邊坡防護種的應用［J］．交通標準化，2004（6）：21－24．

［6］ 楊濤，李紹才，孫海龍．巖石邊坡植被護坡研究中的關鍵問題［J］．水土保持研究，2007，14（6）：14－16．

［7］ 戴泉玉，顧衛，陳述悅，等．我國北方地區公路邊坡厚層基質噴附技術的應用現狀及問題分析［J］．公路，2011（7）：240－246．

［8］ 顧衛，江源，張春禹，等．厚層基質噴附技術在半干旱地區高速公路生態恢復和重建中的應用研究［J］．公路交通科技：應用技術版，2006（9）：177－182．

［9］ 潘樹林，周順濤，辜彬．坡度和坡位對巖質邊坡早期生態恢復土壤養分變異性的影響［J］．水土保持研究，2012，19（4）：289－292．

［10］ 楊理，楊持．溫度對羊草（Leymuschinensis）生長及無性系分化的影響［J］．內蒙古大學學報：自然科學版，1996，27（6）：830－834．

［11］ 錢華，柏明娥，劉本同，等．巖質邊坡綠化過程中人工土壤的重建［J］．中國水土保持科學，2006，4（增刊）：83－86．