巖質破碎山體生態恢復土壤肥力的變化

摘 要 巖質破碎山體生態修復的關鍵是構建適合植物生長的土壤環境，而土壤的肥力狀況直接影響植物的營養吸收。測定土壤肥力可以了解植物在生長過程中的可持續性和植物生長對土壤肥力的影響。基于此，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。結果表明，各樣地土壤的肥力指標都發生了有益于植物生長的變化；土壤總體肥力狀況良好，未出現較大的養分波動。

關鍵詞 生態恢復；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

破碎山體的生態恢復對改善區域環境、水土保持、景觀生態等具有重要的意義。巖質破碎山體生態恢復的首要目標是在巖質邊坡表面構建穩定的土壤環境，從為植被恢復提供植物生長所需的養分。土壤是植物生產的重要環境條件之一，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構產生重要影響[1]。

土壤肥力表征的既是土壤物理、化學和生物性性質的綜合特性，也是土壤的基本屬性和本質特征，更是植物賴以生長的基礎。本文在綜合各種指標的基礎上，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系。這些指標包括土壤容重、最大持水量、pH、有機質、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形成了面積約14 100 m2的斷崖面。斷崖面的巖質為石灰巖，并夾雜碎屑巖和變質巖，巖層以單斜構造為主，同時夾雜部分泥巖。山體斷崖面坡度大于70°。2014年9月調查時，兩側山體植被生長良好，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恢復方法

1.1.1 噴混植被技術

巖質破碎山體生態恢復首先要解決如何在巖質坡面上構建穩定的土壤環境。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作為生態恢復的工程技術。該技術是以工程措施與生物措施相結合的綜合性生態恢復技術，其核心是進行植生基材的配比，植生基材是土壤、腐殖質、肥料、保水劑、pH緩釋劑、綠化添加劑、粘結劑、植物種子等的混合物質。

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。基材配比主要考慮邊坡的坡度、巖土性質、綠化要求、施工方案等因素，在保證基材具有足夠自穩性的基礎上，為植物健康生長提供盡可能多的養分。邊坡形要成一個穩定的人工土壤環境，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 樣地設置

土壤取樣時間為2014年9月，按施工區域在不同坡面（上、中、下）共設置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

土壤取樣采用環刀法，取土順序為由上至下，以鐵絲網為界分層取樣。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，數量為4份。在室內測完物理指標后，應將各樣地的樣品充分混合，并以風干法使土壤干燥，最后經風干后磨細處理制備成待測土樣。

1.3 實驗方法與數據處理

1.3.1 指標測量方法

土壤樣品的化學指標采用《中華人民共和國農業行業標準》中的常規實驗方法。土壤容重采用環刀法測定，最大持水量采用威爾克科斯法測定。

2.3.2 數據處理

原始數據合成、統計、計算等用Word2007和Excel2007軟件處理，數據統計分析用SPSS統計分析軟件完成。

2 結果與分析

2.1 土壤物理性質的變化

土壤物理性質不僅影響植物根系生長、呼吸、養分吸收等，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、植物生長質量的綜合反映，主要由土壤的機械組成、結構、壘結狀況和有機質含量等因素決定[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。

以原土為對照，分別研究生長土和混合土的物理性質變化，結果表明，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變化，結果表明，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進行對比研究，結果表明，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，表現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 土壤化學性質的變化

植物生長主要從土壤獲得必須的營養元素，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、鉀元素供應情況，有機質含量是植物生長所需的各種礦物類養分的主要來源[3]，pH主要影響礦物質營養元素在土壤溶液中的溶解度，影響植物的養分供給和吸收。表4是濟南奧體中心破碎山體各類土壤的化學性質。

以原土作對照，分別研究混合土和生長土的化學性質變化，結果表明，體育西路破碎山體混合土的土壤pH和有機質含量有所降低，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、全氮、速效氮、速效磷的含量則相對有所提高。主要表現在全氮含量增加近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變化，結果表明，體育西路破碎山體生長土的土壤pH、有機質、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、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進行對比研究，結果表明，體育西路破碎山體鐵絲網下層土壤的pH、全磷、全鉀和速效鉀的含量略高于鐵絲網上層土壤，而有機質、全氮、速效氮、速效磷的含量則表現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表現為下層高于上層外，其他指標的含量則表現為上層高于下層。

3 結論與討論

3.1 結論

噴播基材中的水泥、有機質、添加劑等成分使土壤物理結構發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、添加劑等成分使土壤中各營養元素含量相對提高，但隨著植物生長，除有機質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。基材中添加的水泥、有機質、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、添加劑等能提高土壤中營養元素的含量，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，在植物養護的過程中增加鉀肥和磷肥的施用量。

破碎山體生態恢復是一個綜合持續的過程，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恢復植被的響應過程研究[J].西北林學院學報.2013，28（3）：58-63.

（責任編輯：劉昀）