永州新田石漠化坡地生态修复技术探究

张金莎, 陈永安, 胡长安， 张翼维

(湖南省森林植物园 , 湖南 长沙 410116)

“石漠化”发展最直接的后果就是土地资源的丧失，石漠化的治理措施和方法是近年来主要相关科研实践的重点。有理论研究表明，石漠化环境中土壤的理化性质在不同等级石漠化地区具有显著差异[1-3]。土壤中有机质、氮素、钾素含量及容重、持水状况、孔隙度等是基于土壤理化性质评价石漠化程度的关键指标，在改善土壤理化性质和促进养分循环方面起着关键作用。其中pH值由于受到土壤母质、小气候及土壤微生物的共同影响，是石灰岩山地盐基淋溶和积累后得到的相对强度，可作为影响土壤肥力的重要指标之一[1-2]；有机质含量对土壤结构和低吸力段的持水性能的影响有一定的规律[3]，而在有机质含量较低水平下保水剂对土壤物理性质没有明显影响[4-5]，在中度石漠化地区补充钾肥氮肥和少量磷肥，能加快植被覆盖的生长速度[6-8]。利用有机废弃物经破碎、发酵、调配等工艺生产的植物栽培基质含有大量的有益微生物，可以活化土壤，调整土壤理化指数[9]。通过添加环保基质、增施有机肥、松土等方式可以改良土壤[10-11]。

本次研究选定典型的石漠化地区，对该地区的土壤采用基质客土、基质覆盖及茅草混合覆盖和植被覆盖等组合方式，对试验区的土壤进行改良。通过对试验区种植树种的生长情况及生长过程中改良土壤中的主要理化特性等指标进行检测分析，探索采用基质进行客土和覆盖对石漠化地区土壤改良的可行性及主要特点和方法。

1 试验区概况

试验区位于湖南省永州地区的新田县梘头镇，地理位置为112°02′13″E，25°40′11″N，海拔572～646 m。该地区属于石灰岩代表性区域，由于历经多次构造运动，发育为厚且质纯的上古生代碳酸盐岩，能看到有很多断层和裂隙。植被类型以常绿阔叶林或常绿落叶阔叶混交林为主，石灰岩地区以藤本与草本为主。试验场地分别安排在枧头镇和大岭头两个自然村，石漠化程度比较严重的地区。土壤以山地红壤、山地黄壤和黄棕壤为主，地形以山地为主，坡度在15 °左右。试验地区适用的经济树种金钱柳Cyclocaryapaliurus和山核桃Caryacathayensis作为混种乔木，选用黄花槐Sophoraxanthantha作为主要灌木。草本类尤其是本土牧草宜作为先锋植物种类种植，可以较快覆盖裸露山地[12-13]。白三叶Trifoliumrepens和紫花苜蓿Medicagosativa这些优质牧草, 对种植土壤要求的含水量少，既能大幅度降低径流量与泥沙冲刷量，又能提供优质饲料，为群落中的主要植被作物[14-15]。在试验株下撒播白三叶和紫花苜蓿种，待其生长后作为植被。

2 材料与方法

2.1 试验设置

对原有石漠化地区的山体进行基质和其它混合覆盖的形式，并配以基质客土的方式进行土壤改良。 选用棱角山矾Symplocosteragona作为主要树木种植在试验区域，并混种适当的乔木、灌木和植被植物以形成试验植物群落。对种植于客土或土质改良土壤中的试验植物群落进行养护管理，同时，对试验植物群落生长过程中土壤的理化特性及群落中主要植物生长状态进行跟踪检测，整个试验历时3年。在前述样地上，种植所选定的棱角山矾植物群落，分别进行基质覆盖和客土试验、土壤保水试验、地被覆盖试验和土壤理化数据测定。具体的试验安排如下：

2.1.1 基质覆盖和客土试验 本试验旨在研究基质对土壤的改良作用。试验场地分为4组，采用不同的覆盖材料，组号为T10、T11、T12、T13。其中，T10组为原生土对照组，其它3组每组选定面积为60 m×60 m的试验取样区块，重复3次。2016年5月开始在试验场地种植株高30 cm的棱角山矾及选定的植物，种植期间辅助以相同的除杂草和抗旱等养护措施，整个试验观测期为36个月。2019年5月取样，检测所取棱角山矾样品的株高、地径和成活率。每组覆盖及客土方式见表1 。

表1 基质覆盖和客土试验分组方式Tab.1 The arrangement of matrix coverage and soil re-placement test组号覆盖方式T10原生土,不覆盖任何材料T11每株覆盖15 kg 基质(厚度10 cm)T12每株覆盖厚度10 cm茅草T13每株混合覆盖7.5 kg基质(厚度5 cm)及厚度5 cm的茅草+7.5 kg基质客土

2.1.2 土壤保水试验 本试验旨在研究不同覆盖材料与保水剂的组合对土壤的保水作用。试验场地分为6组，采用不同的覆盖材料和添加保水剂的组合方式，组号为T20、T21、T22、T23、T24、T25。其中，T20组为原生土对照组，其它5组每组选定面积为60 m×60 m的试验取样区块，重复3次，各组均安排在同一试验地。2016年5月开始在试验场地种植株高30 cm的棱角山矾及选定的植物，种植期间辅助以相同的除杂草和抗旱等养护措施，整个试验观测期为28个月。2018年10月取样，检测所取棱角山矾样品的株高、地径和成活率。每组覆盖方式见表2 。

表2 土壤保水试验分组方式Tab.2 The arrangement of soil water retention test组号覆盖及添加方式T20不覆盖添加任何材料T21每株覆盖7.5 kg基质(厚度3 cm)T22每株覆盖15 kg基质(厚度5 cm)T23每株覆盖50 g保水剂混合15 kg基质(厚度5 cm)T24每株覆盖100 g保水剂混合15 kg基质(厚度5 cm)T25每株覆盖150 g保水剂混合15 kg基质(厚度5 cm) 注:保水剂品名AQUASORB、型号3005KCE、生产企业SNF(法国爱森公司)。

2.1.3 地被覆盖试验 本试验旨在研究以基质、白三叶、紫花苜宿、黄花槐等不同覆盖品种对棱角山矾植物群落稳定性的影响。试验场地分为4组，采用基质及不同植被的覆盖方式，组号为T30、T31、T32、T33。每组选定面积为60 m×60 m的试验取样区块，重复3次，各组均安排在同一试验地。2016年5月开始在试验场地种植株高30 cm的棱角山矾及选定的植物，种植期间辅助以相同的除杂草和抗旱等养护措施，整个试验观测期为36个月。2019年5月取样，检测每组棱角山矾的株高、地径和成活率。每组覆盖方式见表 3 。

表3 地被覆盖试验分组方式Tab.3 The arrangement of ground coverage test组号覆盖方式T30每组覆盖基质15 kg(厚度5 cm)T31每株撒播白三叶种子10 gT32每株撒播紫花苜蓿种子10 gT33每株撒播黄花槐种子15 g

2.2 指标采样和测定方法

2.2.1 采样方法 土壤理化数据采样：将土壤取样场地分成等面积的小样地4块，在每个小样地中央及四角各设2 m×2 m的样方各一块，在每一块样方的中央及四角用环刀取样，取样厚度位于土层0～15 cm ，均匀混合组成待测土样；每次取样均按此3次重复。

植物生长状态采样：选取棱角山矾为检测树种，不同的试验的组数有所差异，每组按3小组取样，每小组选取30株作为检测样本。

2.2.2 土壤理化特性测定方法 土壤的pH值依据标准LY/T1239-1999 采用电位法测量，土壤有机质依据标准NY/T1121.2-2006采用容量法测量，土壤有效磷依据标准LY/T1233-1999采用分光分度法测量。

2.3 数据整理和分析方法

数据采用Excel 2010版本进行处理。

3 试验结果及分析

3.1 植物生长状态相关结果

表4 基质覆盖和客土试验结果Tab.4 The test results of matrix coverage and soil replace-ment test组号成活率/%株高/m地径/cmT10750.70.8T11820.81.0T12851.01.2T13981.11.4 注:表中数据为所取同组样品检测的平均值(总计270株)。

由表4可见，以每株采用基质及茅草混合覆盖并进行基质客土(T13)的土壤中，棱角山矾的生长情况为最佳。

表5 土壤保水试验结果Tab.5 The test results of water retention of soil组号成活率/%株高/m地径/cmT20750.70.9T21780.81.1T22820.91.1T23850.91.2T24800.81.1T25800.81.1 注:表中数据为所取同组样品检测的平均值(总计270株)。

由表5可见，采用每株50 g保水剂并辅助以5 cm厚基质覆盖的方式(T23组)，其植物的各项参数为最优，也表明其保水效果为最好。

表6 地被覆盖试验结果Tab.6 The test results of ground coverage%组号成活率(棱角山矾)组号成活率(棱角山矾)T3082T3280T3180T3378 注:表中数据为所取同组样品检测的平均值(总计270株)。

由表6可见，采用基质覆盖和白三叶、紫花苜蓿植被覆盖对棱角山矾成活率的影响基本相同，效果略好于采用黄花槐灌木覆盖，但并不十分明显。

3.2 土壤的理化特性测定结果

表7 棱角山矾植物群落土壤pH值检测结果Tab. 7 The test results of soil pH value 测定时间/(年-月) 取样位置样品区组号检测结果2016-05山顶T10(原生土)7.602019-05山顶T13(种植土)6.972016-05山脚T10(原生土)7.902019-05山脚T13(种植土)6.85 注:表中数据为所取同组样品检测的平均值。

由表7可见，与未进行任何改良的土壤相比较，采用基质进行混合覆盖和客土的土壤pH值由中性偏碱向微酸性转化。

表8 棱角山矾植物群落有机质检测结果Tab.8 The test results of organic matter content测定时间/(年-月)取样位置样品区组号有机质含量/(g·kg-1)2016-05山顶T10(原生土)14.462019-05山顶T13(种植土)30.302016-05山脚T10(原生土)20.812019-05山脚T13(种植土)35.30 注:表中数据为所取同组样品检测的平均值。

由表8可见，与未进行任何改良的土壤相比较，采用基质进行混合覆盖和客土的土壤有机质的含量有较大幅度增长。

表9 棱角山矾植物群落有效磷检测结果Tab.9 The test results of available phosphorus测定时间/(年-月) 取样位置样品区组号有效磷含量/(mg·kg-1)2016-05山腰T13(种植土)<0.202017-05山腰T13(种植土)7.212018-08山腰T13(种植土)7.382019-05山腰T13(种植土)15.20 注:表中数据为所取同组样品检测的平均值。

由表9可见，采用基质进行混合覆盖和客土的土壤中的有机磷的含量逐年增加。

4 讨论与结论

4.1 讨论

原生土壤pH值处于7.60 ～7.98之间，采用基质或基质加茅草进行覆盖并客土的土壤经过数年后的pH值处于6.67～7.10范围。这表明通过客土和增加基质覆盖，可以促进土壤由中性偏碱性向微酸性转化。在覆盖基质中适量添加保水剂，可以收到很好的保水效果，从而促进棱角山矾的生长。这表明，在基质覆盖中添加保水剂可以改善土壤的营养状态和保水能力，有利于植物生长。采用基质进行混合覆盖并客土的土壤，其有机质的含量有显著增长，有机磷的含量也逐年增加。采用基质覆盖和采用白三叶、紫花苜蓿植被覆盖对棱角山矾成活率的影响基本相同。

4.2 结论

在永州石漠化地区的生态修复中，通过基质覆盖和客土可以改变土壤的pH值，增加土壤孔隙度，减少土壤容重，提高土壤肥力，促进植被生长，提高生态修复的效率。在永州地区的石漠化治理中可选用白三叶、紫花苜蓿为优良牧草和先锋品种快速覆盖裸露的石灰岩地段。这类草本植物能快速地富集土壤养分，减缓土壤肥力的流失，既提供优质牧草，还可作为景观植物进行复绿，对于美丽乡村建设以及发展乡村旅游具有积极作用。当地生长的丝茅草枯草可作为土壤改良的主要植被。