植被恢復(fù)模式對河岸邊坡土壤性質(zhì)的影響研究

申世永　朱蓉蓉　張凱煜

摘要：為了對不同植被恢復(fù)模式下的河岸邊坡土壤的性質(zhì)進(jìn)行研究，此次研究以遼河保護(hù)區(qū)內(nèi)的流域邊坡為研究對象，采用了刺槐、小蓬草、楊樹、狗牙根和草本植物五種植被恢復(fù)模式對河岸邊坡進(jìn)行改善，然后設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)分別對五種植被恢復(fù)模式下的土壤理化性質(zhì)進(jìn)行探究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，狗牙根種植區(qū)下的土壤容重可以達(dá)到0.162g/cm3。小蓬草種植區(qū)下的土壤含水量、有機(jī)質(zhì)和有效磷含量分別可以達(dá)到16.2%、24.7g/kg，和0.11g／kg。五種植被恢復(fù)模式下的pH值范圍在7.7-8.3之間。故不同植被恢復(fù)模式對土壤性質(zhì)的影響具有差異性。

關(guān)鍵詞：植被恢復(fù)模式；河岸邊坡；土壤；理化性質(zhì)；影響因素

中圖分類號：X833 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

河流邊坡是位于土地和河流之間的緩沖地帶，河流邊坡的穩(wěn)定性影響著河岸周邊的生態(tài)平衡。但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類活動的活躍，河流水污染問題日益嚴(yán)重，導(dǎo)致河岸邊坡的土壤受到了破壞，土壤的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)被破壞，增加了土壤侵蝕的風(fēng)險(xiǎn)。目前，關(guān)于河岸邊坡生態(tài)恢復(fù)的研究已經(jīng)逐漸開展，付愛紅等人將對塔里木河的河段生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)情況進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明，植被恢復(fù)模式在河流下游時(shí)對土壤的恢復(fù)效果更好。林知遠(yuǎn)等人根據(jù)植物的修復(fù)原則在廣陽灣的河岸采用了不同植物群落修復(fù)模式進(jìn)行河岸生態(tài)環(huán)境的改善，為河岸邊坡生態(tài)環(huán)境的修復(fù)提供了一定的理論依據(jù)。植被恢復(fù)模式作為常見的河岸邊坡恢復(fù)模式，其修復(fù)效果可以根據(jù)土壤的性質(zhì)進(jìn)行分析。此次研究選取遼河保護(hù)區(qū)內(nèi)的河岸邊坡為研究對象，創(chuàng)新性地分區(qū)設(shè)置刺槐種植區(qū)、小蓬草種植區(qū)、楊樹種植區(qū)、狗牙根種植區(qū)以及草本植物種植區(qū)對河岸邊坡的土壤環(huán)境進(jìn)行改善，然后采集不同區(qū)域的土壤進(jìn)行理化性質(zhì)測試實(shí)驗(yàn)，以判斷不同植被恢復(fù)模式對土壤性質(zhì)的影響。

1 研究河岸概況

遼河作為中國七大河流之一，發(fā)源于河北省平泉縣，河流共流經(jīng)河北、內(nèi)蒙古、吉林和遼寧四大省，最后注入渤海。遼河在位于下游地區(qū)的遼寧省具有較大的水流量，對遼寧省的影響極為重大，故該河流命名與遼河。但是隨著東北地區(qū)重工業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，遼河的水域生態(tài)環(huán)境也遭到了較為嚴(yán)重的破壞。為了改善遼河水域的生態(tài)環(huán)境，相關(guān)部門于2010年便開始設(shè)置遼河保護(hù)區(qū)。該保護(hù)區(qū)的地域位置在遼寧省鐵嶺段，覆蓋的流域面積達(dá)到了20萬平方千米。為了解決河岸邊坡侵蝕的問題，相關(guān)部門在保護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)置了0.6km2的植被恢復(fù)試驗(yàn)區(qū)域，并按照種植植物的不同分為多個(gè)植被種植區(qū)域。見圖1遼河保護(hù)區(qū)試驗(yàn)示意圖。

2 實(shí)驗(yàn)材料

此次研究以遼河保護(hù)區(qū)內(nèi)的河流邊坡為實(shí)驗(yàn)對象，由于植物的覆蓋類型直接影響著土壤的理化性質(zhì)，土壤的理化性質(zhì)直接代表著土壤的肥沃程度，對土壤的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和抗蝕能力具有重要的影響。故為了判斷不同植被恢復(fù)模式下的土壤性質(zhì)，研究設(shè)置了不同的實(shí)驗(yàn)對不同植被恢復(fù)模式下的土壤的理化性質(zhì)進(jìn)行探討。

如表1所示實(shí)驗(yàn)主要材料的參數(shù)表。研究將通過設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)土壤的容重、含水量、pH值、電導(dǎo)率和有機(jī)質(zhì)含量對刺槐、小蓬草、楊樹、狗牙根和草本植物五種植被恢復(fù)模式下的土壤性質(zhì)進(jìn)行探討。

3 研究方法

3.1 樣品采集及預(yù)處理

在植被種植試驗(yàn)區(qū)中，根據(jù)種植植物的特點(diǎn)在不同的植物種植區(qū)分別隨機(jī)劃分三個(gè)采樣區(qū)域，采樣區(qū)域的面積均為8*8m。在設(shè)置的植被采樣區(qū)中，采用梅花點(diǎn)法對深度為10cm的土壤進(jìn)行采集，分別做好標(biāo)簽放入鋁制材料盒中。然后采用已知質(zhì)量的環(huán)刀打入深度為10nim的土壤層中，并將采集到的土壤帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。將采集到的土壤放入實(shí)驗(yàn)室的烘箱中進(jìn)行烘干，將烘干后的土壤進(jìn)行稱重并記錄。然后按照標(biāo)簽分別取2509烘干的土壤裝入塑封袋中并做好標(biāo)記，放置于-80℃的冰箱中低溫保存，以便后續(xù)進(jìn)行土壤酶活性的測定。其余干燥土壤待溫度降至室溫后，采用0.25mm的篩孔進(jìn)行細(xì)篩待用。

3.2 土壤理化性質(zhì)測定方法

3.2.1 土壤容重測定

先采用卡尺測量環(huán)刀的直徑以及高度，計(jì)算得出環(huán)刀的采集體積V，再采用電子天平測量環(huán)刀的質(zhì)量m1。使用已知采集體積和質(zhì)量的環(huán)刀對不同種植區(qū)域的土壤進(jìn)行采集，然后將采集到土壤的環(huán)刀再次進(jìn)行質(zhì)量測定，土壤和環(huán)刀的總質(zhì)量為m2。土壤容重的表達(dá)式如式（1）所示。

式（1）中，ρ為采集土壤的容重，g/cm3。容重的測定共設(shè)置三次平行實(shí)驗(yàn)，三次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果差值應(yīng)當(dāng)不高于0.04g/cm3，取三次平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值作為最終的土壤容重值。

3.2.2 土壤含水量測定

土壤含水量為土壤烘干后失去的水分重量在新鮮土壤中的含量。根據(jù)采集到的新鮮土壤重量和烘干后的土壤重量可以計(jì)算得到土壤含水量，表達(dá)公式如式（2）所示。

式（2）中，M0是新鮮土壤的重量。M1是烘干后土壤的重量。W是土壤的含水量。

3.2.3 土壤pH值測定

按照國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，首先稱取干燥的土壤10.0±0.1g于50mL的燒杯中，加入25mL的超純水，用玻璃棒攪拌3min后靜置2h。在正式測定土壤pH之前，需要先對pH儀進(jìn)行校正。在測定pH的時(shí)候，需要將電極頭全部浸入土壤溶液中，待pH示值穩(wěn)定后，讀取示值并記錄。pH測定共進(jìn)行三次，三次結(jié)果的差值不得大于0.03，取平均值為最終結(jié)果。

3.2.4 土壤電導(dǎo)率測定

稱取干燥的土壤20.0+0.29于250mL的振蕩瓶中，向其中加入21℃±1℃的超純水。將振蕩瓶蓋好后放在恒溫振蕩器上，以300r/min的速度振蕩30min，振蕩溫度為21℃。振蕩結(jié)束后，將振蕩瓶放于水平桌面靜置30min后，取上清液于100mL離心管中，以1000r/min的速度離心，搜集上清液于250mL的燒杯中。實(shí)驗(yàn)共平行測定三次，且空白樣品的電導(dǎo)率示值應(yīng)小于10μS/cm，取平均值為最終土壤電導(dǎo)率值。

3.2.5 土壤有機(jī)質(zhì)測定

稱取干燥過篩后的土壤0.1+0.01g，將其放入消解管中。分別向其中加入5mL的0.8M的重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液和5mL的濃硫酸，搖勻后放在180。C的消解爐上加熱，液體沸騰5min后取出冷卻。將冷卻后的消解液加入150mL的錐形瓶中，向其中加入超純水至溶液體積為65mL，再加入鄰菲羅啉指示劑2滴，用標(biāo)準(zhǔn)硫酸亞鐵溶液開始滴定，觀察錐形瓶中的溶液顏色變化。當(dāng)溶液的顏色為磚紅色時(shí)，滴定結(jié)束，記錄標(biāo)準(zhǔn)硫酸亞鐵溶液的體積V。再用相同的方法滴定空白溶液，記錄需要的標(biāo)準(zhǔn)硫酸亞鐵溶液的體積。可以得到有機(jī)質(zhì)的計(jì)算公式如式（3）所示。

式（3）中，0.8為重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液的濃度，M。5為重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液的體積，mL。3為1/4碳原子的摩爾質(zhì)量，g/mol。1.1為氧化校正系數(shù)。1.724為土壤碳換算為有機(jī)質(zhì)的系數(shù)。m為實(shí)際稱取土壤質(zhì)量，g。k為烘干系數(shù)。Y為土壤有機(jī)質(zhì)的含量，g/kg。三次取平均值。

3.2.6 土壤有效鉀的測定

土壤速效鉀測定的第一步是制備鉀含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線。先分別吸取0.0、6.0、12.0、18.0、24.0、30.0的100μg/mL-1的鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液于100mL容量瓶中，采用1mol/L的乙酸銨溶液定容，定容后的容重分別是0、6、12、18、24和30μg/mL-1，將以上不同濃度的溶液分別采用原子吸收分光分度計(jì)進(jìn)行測定，根據(jù)吸光度和鉀溶液的濃度制定標(biāo)曲。

稱取109+0.19的烘干土，加入100mL的1mol/L的乙酸銨溶液中，搖勻。然后在200C下，以160r/min的速度將混合乙酸銨溶液振蕩30min后過濾。將過濾后的溶液用原子吸收分光光度計(jì)進(jìn)行測定，根據(jù)標(biāo)曲計(jì)算土壤有效鉀的含量。

3.2.7 土壤有效磷的測定

稱取烘干土壤樣品25g+1g于錐形瓶中，然后加入109的不含磷活性炭和50ml的氮酸氫鈉溶液，搖勻后采用170r/min的速度振蕩30min后過濾。取10mL的濾液于石英比色皿中，加入3mL顯色劑排出CO2，在靜置30min后，采用原子分光光度計(jì)進(jìn)行測定。

3.2.8 土壤有效氮的測定

根據(jù)凱氏定氮法對土壤的含氮量進(jìn)行測定，首先稱取0.59的烘干土壤放入消解管中，向其中加入10nl的硫酸進(jìn)行消解，最后凱氏定氮儀進(jìn)行定氮。

3.2.9 土壤重金屬的測定

土壤重金屬檢測通過電感耦合等離子體發(fā)射光譜法完成，首先采用HNO3-HCL-HF-HClO4全分解的方法對待測樣品進(jìn)行消解處理。使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（IcPMS）測定樣品中重金屬元素濃度。

3.2.10 植物種植前土壤理化指標(biāo)

原始土壤的理化測定數(shù)據(jù)如下：土壤pH值為6.7，有機(jī)質(zhì)為2.96g/kg，容重為143g*cm-3。同時(shí)通讓孔隙度為42.65%，砂粒含量90.38%，黏粒含量為3.49%，粉粒含量為6.13%。

4 不同植被恢復(fù)模式下的河岸邊坡土壤理化性質(zhì)分析

為了探究植被恢復(fù)模式對土壤的性質(zhì)影響，此次研究以遼河保護(hù)區(qū)為研究對象，在河岸邊坡分別種植刺槐、小蓬草、楊樹、狗牙根和草本植物五種植被作為不同的植被恢復(fù)模式，然后分別設(shè)置了土壤容重、含水量、pH值、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)含量以及有效氮磷鉀含量的測定實(shí)驗(yàn)，以分析五種植被恢復(fù)模式對河岸邊坡土壤理性性質(zhì)的影響。

如圖2所示，不同植被恢復(fù)模式下的土壤容重和土壤含水量。其中，圖2（a）和圖2（b）分別是不同植被恢復(fù)模式下的土壤容重和含水量。可以看到，狗牙根植被恢復(fù)模式下的土壤容重最高，可以達(dá)到0.162g/cm3。土壤容重有區(qū)別的原因是不同植物的根系發(fā)達(dá)程度不同，狗牙根的根系較為發(fā)達(dá)，導(dǎo)致土壤疏松，故土壤的容重較小，滲透性就越好。土壤的含水量代表土壤的肥沃程度，小蓬草種植區(qū)下的土壤含水量最大，最高可以達(dá)到16.2%。土壤含水量的區(qū)別取決于種植植被的種類，小蓬草作為灌木，其生長需水量要小于其他植物，故土壤的含水量較高。綜上所述，在不同植被恢復(fù)模式下，狗牙根植被恢復(fù)模式下的土壤容重最高，小蓬草植被恢復(fù)模式下的土壤含水量最高。

如圖3所示，不同植被恢復(fù)模式下的土壤pH值和電導(dǎo)率。其中，圖3（a）和圖3（b）分別為不同植被恢復(fù)模式下的土壤pH值和電導(dǎo)率。土壤pH值反映了土壤對植物的生長影響情況。可以看到，五種植被恢復(fù)模式下的pH值范圍在7.7-8.3之間，狗牙根植被恢復(fù)模式下的土壤pH值最高為8.3，小篷草的pH值最低為7.7，均為弱堿性，有利于植物的生長。土壤電導(dǎo)率是反映土壤含鹽量的指標(biāo)，代表著土壤的肥沃程度。草本植物恢復(fù)模式下的土壤電導(dǎo)率最高可以達(dá)到0.085mS/cm。綜上所述，狗牙根植被恢復(fù)模式下的土壤pH值最高，草本植物恢復(fù)模式下的電導(dǎo)率最高，即土壤含鹽量最高。

如圖4所示不同植被恢復(fù)模式下的土壤有機(jī)質(zhì)含量、鉀、磷和氮含量。土壤的有機(jī)質(zhì)含量對土壤的結(jié)構(gòu)和肥沃程度均有重要的影響，氮磷鉀含量作為微生物量元素，也反映了土壤的肥力和對植物生長的影響程度。其中，小蓬草植被恢復(fù)模式下的土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，可以達(dá)到24.7g/kg；楊樹植被恢復(fù)模式下的土壤有效鉀含量最高，可以達(dá)到0.10g/kg；小篷草植被恢復(fù)模式下的有效磷含量最高，為0.11g/kg；草本植物恢復(fù)模式下的有效氮含量最高達(dá)0.21g/kg。綜上所述，不同植被恢復(fù)模式下對不同微量元素的影響程度不同。

如圖5所示不同植被恢復(fù)模式的專家滿意度和居民滿意度。可以看到，專家和居民對五種植被恢復(fù)模式的滿意度各有不同，其中，專家和居民均對小篷草植被恢復(fù)模式的滿意度最高，專家滿意度達(dá)到了81.1%，居民滿意度達(dá)到了81.5%。綜上所述，在遼河保護(hù)區(qū)中，小蓬草植被恢復(fù)模式的整體滿意度最高。

5 結(jié)論

為了對河岸邊坡土壤的性質(zhì)進(jìn)行探究，此次研究以遼河保護(hù)區(qū)的邊坡土壤為研究對象，采用五種植被恢復(fù)模式對其進(jìn)行改善，通過檢測不同植被恢復(fù)模式下土壤理化性質(zhì)進(jìn)行影響分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同植被恢復(fù)模式對土壤的理化性質(zhì)具有不同的影響，狗牙根植被恢復(fù)模式下的土壤容重最高可以達(dá)到0.162g/cm3。小蓬草種植區(qū)下的土壤含水量最高可以達(dá)到16.2%，有機(jī)質(zhì)含量最高可以達(dá)到24.7g／kg，有效磷含量最高為0.11g/kg。五種植被恢復(fù)模式下的pH值范圍在7.7-8.3之間。草本植物恢復(fù)模式下的土壤電導(dǎo)率最高可以達(dá)到0.085mS/cm，有效氮含量最高達(dá)0.21g/kg。盡管此次研究對五種不同的植被恢復(fù)模式下的土壤理化性質(zhì)進(jìn)行研究，但是后續(xù)還可以對土壤的酶活和影響因素關(guān)聯(lián)性進(jìn)行研究。