岩质破碎山体生态恢复土壤肥力的变化

摘 要 岩质破碎山体生态修复的关键是构建适合植物生长的土壤环境，而土壤的肥力状况直接影响植物的营养吸收。测定土壤肥力可以了解植物在生长过程中的可持续性和植物生长对土壤肥力的影响。基于此，选择了10个物理化学指标对原土、混合土和生长土，以及不同深度的生长土的土壤肥力状况进行了研究。结果表明，各样地土壤的肥力指标都发生了有益于植物生长的变化；土壤总体肥力状况良好，未出现较大的养分波动。

关键词 生态恢复；破碎山体；土壤肥力；植被混凝土

中图分类号：S15 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2015）15--03

破碎山体的生态恢复对改善区域环境、水土保持、景观生态等具有重要的意义。岩质破碎山体生态恢复的首要目标是在岩质边坡表面构建稳定的土壤环境，从为植被恢复提供植物生长所需的养分。土壤是植物生产的重要环境条件之一，其差异不仅会导致植物群落演替过程中的物种多样性变化，还会对植物群落的功能和结构产生重要影响[1]。

土壤肥力表征的既是土壤物理、化学和生物性性质的综合特性，也是土壤的基本属性和本质特征，更是植物赖以生长的基础。本文在综合各种指标的基础上，选择了10个能够表征土壤肥力的物理化学指标，对济南奥体中心岩质破碎山体的土壤肥力进行研究，以期找到植物生长与土壤肥力之间的变化关系。这些指标包括土壤容重、最大持水量、pH、有机质、全氮、速效氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾。

济南别名“泉城”，位于山东省中西部，素有“四面荷花三面柳，一城山色半城湖”的美誉。黄河从其北部穿过，南部为泰山雄峙，地势南高北低。济南属于中纬度地带，为暖温带半湿润季风型气候，主要表现为“春旱、夏热、秋爽、冬寒”四季分明的气候特点。年均降雨量685 mm，年均气温为14.3 ℃，有棕壤、潮土、褐土、水稻土、沙姜黑土和风砂土等6个土类。

奥体中心位于济南市东部，是2009年第十一届全运会主赛场。济南奥体中心建设工程导致邻近山体被人为切断，在体育东路和体育西路两侧形成了面积约14 100 m2的断崖面。断崖面的岩质为石灰岩，并夹杂碎屑岩和变质岩，岩层以单斜构造为主，同时夹杂部分泥岩。山体断崖面坡度大于70°。2014年9月调查时，两侧山体植被生长良好，目测总体植被覆盖率大于99.0%。

1 材料与方法

1.1 济南奥体中心破碎山体生态恢复方法

1.1.1 喷混植被技术

岩质破碎山体生态恢复首先要解决如何在岩质坡面上构建稳定的土壤环境。本项目在施工过程中综合了各种因素，选择了喷混植被技术作为生态恢复的工程技术。该技术是以工程措施与生物措施相结合的综合性生态恢复技术，其核心是进行植生基材的配比，植生基材是土壤、腐殖质、肥料、保水剂、pH缓释剂、绿化添加剂、粘结剂、植物种子等的混合物质。

1.1.2 基材配比

施工前，要对用于喷播的基材进行配比试验，确定最佳的施工配比。基材配比主要考虑边坡的坡度、岩土性质、绿化要求、施工方案等因素，在保证基材具有足够自稳性的基础上，为植物健康生长提供尽可能多的养分。边坡形要成一个稳定的人工土壤环境，保证植物生长和土壤微生物的正常活动。表1是本项目施工时采用的基材配比。

1.2 试验材料

1.2.1 样地设置

土壤取样时间为2014年9月，按施工区域在不同坡面（上、中、下）共设置6个1 m×1 m的样地。取样时采用钢尺直接测量土层厚度，并采用多次测量的算术平均值来表征该样地的土层厚度。

1.2.2 样品采集与处理

土壤取样采用环刀法，取土顺序为由上至下，以铁丝网为界分层取样。取样时，以对角法进行，上、下层各取4个样品。原土和混合土则采取随机取样法，数量为4份。在室内测完物理指标后，应将各样地的样品充分混合，并以风干法使土壤干燥，最后经风干后磨细处理制备成待测土样。

1.3 实验方法与数据处理

1.3.1 指标测量方法

土壤样品的化学指标采用《中华人民共和国农业行业标准》中的常规实验方法。土壤容重采用环刀法测定，最大持水量采用威尔克科斯法测定。

2.3.2 数据处理

原始数据合成、统计、计算等用Word2007和Excel2007软件处理，数据统计分析用SPSS统计分析软件完成。

2 结果与分析

2.1 土壤物理性质的变化

土壤物理性质不仅影响植物根系生长、呼吸、养分吸收等，还影响土壤中微生物的活动和分解速率等。土壤容重是土壤肥力水平、土壤疏松程度、植物生长质量的综合反映，主要由土壤的机械组成、结构、垒结状况和有机质含量等因素决定[2]，直接反映了土壤通气性状况和疏松紧实程度。表3为济南奥体中心破碎山体各类土壤的物理性质。

以原土为对照，分别研究生长土和混合土的物理性质变化，结果表明，混合土和生长土的容重降低了，而土壤的最大持水量则上升了。以混合土作对照，研究生长土的物理性质变化，结果表明，土壤容重有所增加，而最大持水量则相对降低。对不同深度的生长土的物理性质进行对比研究，结果表明，上层土壤容重大于下层，而最大持水量则与坡面所处的位置有关，表现在体育东路的破碎山体上层大于下层，而体育西路的破碎山体下层大于上层。

2.2 土壤化学性质的变化

植物生长主要从土壤获得必须的营养元素，其中一部分为大量元素，另一部分为微量元素，因此，土壤中各营养元素的含量直接表征了土壤肥力的大小。氮、磷、钾三元素的含量是表征土壤养分基本状况的重要因子，速效氮、速效磷、速效钾反映的是近期土壤中的氮、磷、钾元素供应情况，有机质含量是植物生长所需的各种矿物类养分的主要来源[3]，pH主要影响矿物质营养元素在土壤溶液中的溶解度，影响植物的养分供给和吸收。表4是济南奥体中心破碎山体各类土壤的化学性质。

以原土作对照，分别研究混合土和生长土的化学性质变化，结果表明，体育西路破碎山体混合土的土壤pH和有机质含量有所降低，而土壤中的全氮、速效氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾的含量则有较多提高。主要表现在全氮含量相对增加近2倍，速效磷含量增加3.7倍，全磷含量增加近4倍，速效钾含量增加近3倍。体育西路破碎山体生长土的土壤pH、全磷、全钾和速效钾的含量则相对降低，而有机质、全氮、速效氮、速效磷的含量则相对有所提高。主要表现在全氮含量增加近2倍，速效磷含量增加近5倍，全磷含量增加2.4倍，速效钾含量增加近1倍。体育东路破碎山体混合土的土壤pH、全氮、速效氮、全磷、速效磷、速效钾含量的变化与体育西路破碎山体相同，但其增量幅度则略低于体育西路破碎山体。

以混合土作对照，研究生长土的化学性质变化，结果表明，体育西路破碎山体生长土的土壤pH、有机质、全氮和速效磷的含量相对增加，速效氮、全磷、全钾、速效钾的含量则相对降低。体育东路破碎山体生长土的土壤pH、全氮、全钾、速效磷含量有所增加，有机质、全磷、速效氮、速效钾含量相对降低。

不同深度生长土的化学性质的变化可以了解植物根系生长对土壤肥力指标变化的影响。对不同深度的生长土的化学性质进行对比研究，结果表明，体育西路破碎山体铁丝网下层土壤的pH、全磷、全钾和速效钾的含量略高于铁丝网上层土壤，而有机质、全氮、速效氮、速效磷的含量则表现为上层土壤略高于下层土壤。体育东路破碎山体的土壤除pH表现为下层高于上层外，其他指标的含量则表现为上层高于下层。

3 结论与讨论

3.1 结论

喷播基材中的水泥、有机质、添加剂等成分使土壤物理结构发生了有益于植物生长的变化，但随着植物的生长，土壤孔隙度也随之减小。

喷播基材中的水泥、有机质、添加剂等成分使土壤中各营养元素含量相对提高，但随着植物生长，除有机质和氮元素含量有所提高外，磷和钾的含量则相对降低。

3.2 讨论

混合土、生长土的土壤容重较原土有所降低，生长土的容重较混合土则所有提高，由于土壤容重表征的是土壤孔隙度的大小，因此3种土壤的孔隙度大小排序为混合土>生长土>原土。基材中添加的水泥、有机质、添加剂等成分提高了土壤孔隙度，但随着植物的生长，土壤孔隙度逐渐被植物根系所填充，导致土壤孔隙度相对下降。

铁丝网上层土壤的容重大于下层土壤，表明土壤孔隙度上层<下层。由于铁丝网上层喷播的基材含有植物种子，且植物根系一般向下生长，导致上层土壤中的植物根系分布较多，而下层土壤中的植物根系分布较少。同时，由于坡面上的植物根系分布以横向根为主，较少分布纵向根[4]。因此，植物根系大多集中分布于上层土壤，而只有少量根系分布于下层土壤。

在土壤中添加有机质、添加剂等能提高土壤中营养元素的含量，有利于植物健康生长。本项目在植被恢复过程中选择的刺槐、紫穗槐及小冠花等豆科植物使土壤中氮元素的含量维持在较高水平，但随着植物生长，土壤中磷元素和钾元素的消耗明显。建议在后续工程实践中，增加喷播基材中磷元素和钾元素的含量。同时，在植物养护的过程中增加钾肥和磷肥的施用量。

破碎山体生态恢复是一个综合持续的过程，其最终恢复效果依赖于植被和土壤两方面，本文仅从土壤本身所具有的肥力状况进行了分析，植被恢复对土壤的肥力影响还有待于进一步研究。

参考文献

[1]安树青，王峥峰，朱学雷，等.土壤因子对次生森林群落物种多样性的影响[J].武汉植物学研究，1997（15）：143-150.

[2]苏宝川.几种人工杉木混交林土壤肥力对比分析[J].湖北林业科技，2007（4）：18-21.

[3]李学垣.土壤化学[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]张亮，刘建军，张景群，等.济南奥体中心破碎山体生态恢复植被的响应过程研究[J].西北林学院学报.2013，28（3）：58-63.

（责任编辑：刘昀）