植被恢復模式對河岸邊坡土壤性質的影響研究

申世永　朱蓉蓉　張凱煜

摘要：為了對不同植被恢復模式下的河岸邊坡土壤的性質進行研究，此次研究以遼河保護區內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模式對河岸邊坡進行改善，然后設置不同的實驗分別對五種植被恢復模式下的土壤理化性質進行探究。實驗結果表明，狗牙根種植區下的土壤容重可以達到0.162g/cm3。小蓬草種植區下的土壤含水量、有機質和有效磷含量分別可以達到16.2%、24.7g/kg，和0.11g／kg。五種植被恢復模式下的pH值范圍在7.7-8.3之間。故不同植被恢復模式對土壤性質的影響具有差異性。

關鍵詞：植被恢復模式；河岸邊坡；土壤；理化性質；影響因素

中圖分類號：X833 文獻標志碼：B

前言

河流邊坡是位于土地和河流之間的緩沖地帶，河流邊坡的穩定性影響著河岸周邊的生態平衡。但是隨著經濟的發展和人類活動的活躍，河流水污染問題日益嚴重，導致河岸邊坡的土壤受到了破壞，土壤的穩定結構被破壞，增加了土壤侵蝕的風險。目前，關于河岸邊坡生態恢復的研究已經逐漸開展，付愛紅等人將對塔里木河的河段生態系統恢復情況進行研究，研究結果表明，植被恢復模式在河流下游時對土壤的恢復效果更好。林知遠等人根據植物的修復原則在廣陽灣的河岸采用了不同植物群落修復模式進行河岸生態環境的改善，為河岸邊坡生態環境的修復提供了一定的理論依據。植被恢復模式作為常見的河岸邊坡恢復模式，其修復效果可以根據土壤的性質進行分析。此次研究選取遼河保護區內的河岸邊坡為研究對象，創新性地分區設置刺槐種植區、小蓬草種植區、楊樹種植區、狗牙根種植區以及草本植物種植區對河岸邊坡的土壤環境進行改善，然后采集不同區域的土壤進行理化性質測試實驗，以判斷不同植被恢復模式對土壤性質的影響。

1 研究河岸概況

遼河作為中國七大河流之一，發源于河北省平泉縣，河流共流經河北、內蒙古、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。但是隨著東北地區重工業領域的快速發展，環境污染問題日益嚴重，遼河的水域生態環境也遭到了較為嚴重的破壞。為了改善遼河水域的生態環境，相關部門于2010年便開始設置遼河保護區。該保護區的地域位置在遼寧省鐵嶺段，覆蓋的流域面積達到了20萬平方千米。為了解決河岸邊坡侵蝕的問題，相關部門在保護區內設置了0.6km2的植被恢復試驗區域，并按照種植植物的不同分為多個植被種植區域。見圖1遼河保護區試驗示意圖。

2 實驗材料

此次研究以遼河保護區內的河流邊坡為實驗對象，由于植物的覆蓋類型直接影響著土壤的理化性質，土壤的理化性質直接代表著土壤的肥沃程度，對土壤的穩定結構和抗蝕能力具有重要的影響。故為了判斷不同植被恢復模式下的土壤性質，研究設置了不同的實驗對不同植被恢復模式下的土壤的理化性質進行探討。

如表1所示實驗主要材料的參數表。研究將通過設置不同的實驗，根據土壤的容重、含水量、pH值、電導率和有機質含量對刺槐、小蓬草、楊樹、狗牙根和草本植物五種植被恢復模式下的土壤性質進行探討。

3 研究方法

3.1 樣品采集及預處理

在植被種植試驗區中，根據種植植物的特點在不同的植物種植區分別隨機劃分三個采樣區域，采樣區域的面積均為8*8m。在設置的植被采樣區中，采用梅花點法對深度為10cm的土壤進行采集，分別做好標簽放入鋁制材料盒中。然后采用已知質量的環刀打入深度為10nim的土壤層中，并將采集到的土壤帶回實驗室進行處理。將采集到的土壤放入實驗室的烘箱中進行烘干，將烘干后的土壤進行稱重并記錄。然后按照標簽分別取2509烘干的土壤裝入塑封袋中并做好標記，放置于-80℃的冰箱中低溫保存，以便后續進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的篩孔進行細篩待用。

3.2 土壤理化性質測定方法

3.2.1 土壤容重測定

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

式（1）中，ρ為采集土壤的容重，g/cm3。容重的測定共設置三次平行實驗，三次實驗的結果差值應當不高于0.04g/cm3，取三次平行實驗結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。根據采集到的新鮮土壤重量和烘干后的土壤重量可以計算得到土壤含水量，表達公式如式（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

按照國內的標準，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儀進行校正。在測定pH的時候，需要將電極頭全部浸入土壤溶液中，待pH示值穩定后，讀取示值并記錄。pH測定共進行三次，三次結果的差值不得大于0.03，取平均值為最終結果。

3.2.4 土壤電導率測定

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。實驗共平行測定三次，且空白樣品的電導率示值應小于10μS/cm，取平均值為最終土壤電導率值。

3.2.5 土壤有機質測定

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的重鉻酸鉀標準液和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，用標準硫酸亞鐵溶液開始滴定，觀察錐形瓶中的溶液顏色變化。當溶液的顏色為磚紅色時，滴定結束，記錄標準硫酸亞鐵溶液的體積V。再用相同的方法滴定空白溶液，記錄需要的標準硫酸亞鐵溶液的體積。可以得到有機質的計算公式如式（3）所示。

式（3）中，0.8為重鉻酸鉀標準液的濃度，M。5為重鉻酸鉀標準液的體積，mL。3為1/4碳原子的摩爾質量，g/mol。1.1為氧化校正系數。1.724為土壤碳換算為有機質的系數。m為實際稱取土壤質量，g。k為烘干系數。Y為土壤有機質的含量，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準曲線。先分別吸取0.0、6.0、12.0、18.0、24.0、30.0的100μg/mL-1的鉀標準溶液于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進行測定，根據吸光度和鉀溶液的濃度制定標曲。

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進行測定，根據標曲計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進行測定。

3.2.8 土壤有效氮的測定

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

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行消解處理。使用電感耦合等離子體質譜儀（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

原始土壤的理化測定數據如下：土壤pH值為6.7，有機質為2.96g/kg，容重為143g*cm-3。同時通讓孔隙度為42.65%，砂粒含量90.38%，黏粒含量為3.49%，粉粒含量為6.13%。

4 不同植被恢復模式下的河岸邊坡土壤理化性質分析

為了探究植被恢復模式對土壤的性質影響，此次研究以遼河保護區為研究對象，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模式，然后分別設置了土壤容重、含水量、pH值、電導率、有機質含量以及有效氮磷鉀含量的測定實驗，以分析五種植被恢復模式對河岸邊坡土壤理性性質的影響。

如圖2所示，不同植被恢復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模式下的土壤容重和含水量。可以看到，狗牙根植被恢復模式下的土壤容重最高，可以達到0.162g/cm3。土壤容重有區別的原因是不同植物的根系發達程度不同，狗牙根的根系較為發達，導致土壤疏松，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，小蓬草種植區下的土壤含水量最大，最高可以達到16.2%。土壤含水量的區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，在不同植被恢復模式下，狗牙根植被恢復模式下的土壤容重最高，小蓬草植被恢復模式下的土壤含水量最高。

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

如圖4所示不同植被恢復模式下的土壤有機質含量、鉀、磷和氮含量。土壤的有機質含量對土壤的結構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，小蓬草植被恢復模式下的土壤有機質含量最高，可以達到24.7g/kg；楊樹植被恢復模式下的土壤有效鉀含量最高，可以達到0.10g/kg；小篷草植被恢復模式下的有效磷含量最高，為0.11g/kg；草本植物恢復模式下的有效氮含量最高達0.21g/kg。綜上所述，不同植被恢復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模式的滿意度最高，專家滿意度達到了81.1%，居民滿意度達到了81.5%。綜上所述，在遼河保護區中，小蓬草植被恢復模式的整體滿意度最高。

5 結論

為了對河岸邊坡土壤的性質進行探究，此次研究以遼河保護區的邊坡土壤為研究對象，采用五種植被恢復模式對其進行改善，通過檢測不同植被恢復模式下土壤理化性質進行影響分析。實驗結果表明，不同植被恢復模式對土壤的理化性質具有不同的影響，狗牙根植被恢復模式下的土壤容重最高可以達到0.162g/cm3。小蓬草種植區下的土壤含水量最高可以達到16.2%，有機質含量最高可以達到24.7g／kg，有效磷含量最高為0.11g/kg。五種植被恢復模式下的pH值范圍在7.7-8.3之間。草本植物恢復模式下的土壤電導率最高可以達到0.085mS/cm，有效氮含量最高達0.21g/kg。盡管此次研究對五種不同的植被恢復模式下的土壤理化性質進行研究，但是后續還可以對土壤的酶活和影響因素關聯性進行研究。