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)置不同的實驗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。實驗結(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。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)測試實驗，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)試驗區(qū)域，并按照種植植物的不同分為多個植被種植區(qū)域。見圖1遼河保護(hù)區(qū)試驗示意圖。

2 實驗材料

此次研究以遼河保護(hù)區(qū)內(nèi)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(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)置了不同的實驗對不同植被恢復(fù)模式下的土壤的理化性質(zhì)進(jìn)行探討。

如表1所示實驗主要材料的參數(shù)表。研究將通過設(shè)置不同的實驗，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

在植被種植試驗區(qū)中，根據(jù)種植植物的特點在不同的植物種植區(qū)分別隨機(jī)劃分三個采樣區(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驗室進(jìn)行處理。將采集到的土壤放入實驗室的烘箱中進(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)置三次平行實驗，三次實驗的結(jié)果差值應(yīng)當(dāng)不高于0.04g/cm3，取三次平行實驗結(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。實驗共平行測定三次，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，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進(jìn)行測定，根據(jù)標(biāo)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(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驗，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?？梢钥吹?，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。實驗結(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。