用于人工石質(zhì)陡峭邊坡生態(tài)恢復的客土-植物系統(tǒng)研究.pdf

1、道路的建設以及無序、過度的采石導致大量陡峭裸露巖石邊坡的產(chǎn)生。由于邊坡表面光滑陡峭，結(jié)構(gòu)組成單一，風化層薄等，導致對此類生境的生態(tài)恢復具有很大的難度?；|(zhì)的性質(zhì)是決定生態(tài)恢復工程成敗的關鍵因素，因此，客土基質(zhì)配方對基質(zhì)在陡峭巖石邊坡上的抗侵蝕能力以及構(gòu)成客土基質(zhì)的各個組分及其相互作用對植物生長的影響的研究勢在必行。但迄今為止，尚未見針對此類問題的系統(tǒng)研究。為此，本研究以解決上述科學以及工程技術問題為目的，利用有機質(zhì)、成孔劑、保水劑、復合

2、肥及粘結(jié)劑等添加成分構(gòu)成多種人工基質(zhì)組合，通過單因素、多因素等反復試驗，對基質(zhì)的物理、化學和生物學特性、基質(zhì)在模擬陡坡的抗侵蝕能力、養(yǎng)分維持能力以及基質(zhì)與植物系統(tǒng)之間的相互作用及其機理等進行了深入、系統(tǒng)的研究。 主要研究結(jié)果如下： 1．通過單因素試驗，對保水劑(B)、粘結(jié)劑(E)、有機質(zhì)(A)及兩種成孔劑(1和2)五種組分對土壤特性的影響進行了初步研究。結(jié)果顯示，所用保水劑的最大吸水倍率達到500倍以上，將其加入土壤后，

3、土壤水分狀況得到顯著改善(P

4、成分的上限含量。 2.選用單因素中的粘結(jié)劑、成孔劑、有機質(zhì)、保水劑外加無機復合肥等在其確定的最大水平范圍內(nèi)，設立五因素各五水平正交盆栽試驗[OA<,25>(5<'6>)]，以冷季型黑麥草(Lolium multiflorum)為表征植物。對形成的25個處理的植物特性、土壤理化性質(zhì)及酶活性特性進行系統(tǒng)研究，結(jié)果顯示：粘結(jié)劑對植物的地上、地下生物量、成活率、葉片脯氨酸含量及土壤pH、田間最大持水量、多酚氧化酶、轉(zhuǎn)化酶及酸、堿磷酸酶活

5、性的影響達到顯著水平(p＜O.05)。成孔劑和有機質(zhì)對土壤田間最大持水量、有機碳及纖維素酶、轉(zhuǎn)化酶活性的影響顯著(p＜0.05)。無機復合肥對植物地上、地下生物量、成活率、葉綠素含量及土壤速效氮、全氮、速效磷、全磷、多酚氧化酶、纖維素酶和轉(zhuǎn)化酶活性的影響顯著(p＜0.05)。而保水劑只對田間最大持水量產(chǎn)生了顯著影響(p＜0.05)。根據(jù)正交試驗直觀分析及正交試驗方差分析結(jié)果，最終確定E3水平的粘結(jié)劑、C4水平的成孔劑、D2水平的復合肥及

6、A3水平的有機質(zhì)為各成分的最佳添加水平，而保水劑在成本充許的情況下，含量越高越好。 一元相關分析結(jié)果顯示，大多數(shù)的植物變量(5個)與土壤特性(13個)之間的相關性都達到了顯著水平(p＜0.05)；而在各土壤理化及生物特性之間，所有土壤酶活性指標與土壤pH及田間最大持水量之間存在顯著相關性(p＜0.05)，但與土壤的所有氮素及磷素指標相關性不顯著(p＞0.05)。典范相關分析及冗余分析結(jié)果顯示，粘結(jié)劑和復合肥是影響植物生長及基質(zhì)特

7、性的最主要因素，而且，土壤pH、田間最大持水量、多酚氧化酶、轉(zhuǎn)化酶及堿性磷酸酶活性是評價基質(zhì)特性及表征植物生長狀況的最佳土壤變量。 3.利用上述使用的除保水劑之外的其它四種添加成分進行四因素各四水平正交盆栽試驗[OA<,16>(4<'5>)]，并考慮粘結(jié)劑與成孔劑的交互作用對基質(zhì)特性的影響，對第一批正交試驗的重要結(jié)果進行驗證，并進行微生物生態(tài)學特性研究，利用百喜草(Paspalum notatum)、大翼豆(Macroptili

8、um atropurpureum)及新銀合歡(Leucaena Leucocephala)三種暖季型植物作為表征植物。結(jié)果顯示，各添加成分對植物和土壤特性的作用規(guī)律及程度與第一批正交試驗結(jié)果呈現(xiàn)出高度一致，且最終確定的粘結(jié)劑、成孔劑及有機質(zhì)的最佳含量與第一批正交試驗結(jié)果完全一致，只有復合肥的最佳含量比第一批正交試驗降低了一倍，即三種暖季型植物耐高肥的能力不如黑麥草。粘結(jié)劑與成孔劑的交互作用對土壤酶活性及微生物呼吸的影響達到了顯著水平(p

9、<0.05)。方差分析及相關分析結(jié)果顯示，植物成活率、土壤pH、多酚氧化酶、纖維素酶及堿性磷酸酶活性被確定為評價基質(zhì)特性及植物生長狀況的最佳變量，這與第一批正交試驗的結(jié)果十分相似，說明今后可以根據(jù)上述變量對基質(zhì)綜合特性進行快速測定。 優(yōu)化基質(zhì)得到確定后，對添加多種成分的各基質(zhì)的微生物活性指標進行測定，結(jié)果顯示，所有基質(zhì)中的微生物生物量及微生物呼吸值基本是普通農(nóng)田土壤的5-10倍，即基質(zhì)的長期利用潛力非常大。四種添加成分中，成孔劑

10、和有機質(zhì)對微生物活性的正面影響及粘結(jié)劑的負面作用都達到了顯著水平(p<0.05)，而復合肥對微生物活性的影響不顯著(p>0.05)。 Biolog結(jié)果顯示，16種基質(zhì)組合對六類主要碳源利用強度的整體趨勢是：有機酸類>多聚糖類>氨基酸類>胺類、聚合物類及其它類碳源。根據(jù)方差分析及主成份分析結(jié)果，基質(zhì)組合9(含有E3水平粘結(jié)劑，C3水平成孔劑，D1水平復合肥及A2水平有機質(zhì))對所有碳源的利用強度最低，即對土壤碳源的利用潛力最大。

11、四種添加因素對微生物功能多樣性指數(shù)和均勻度的影響都沒達到顯著水平(p>0.05)，但整體上功能多樣性指數(shù)和均勻度隨粘結(jié)劑、成孔劑和有機質(zhì)的增加而呈輕度上升趨勢，隨復合肥的增加而呈輕度下降趨勢。 4．對篩選出的幾種典型基質(zhì)的抗雨水沖刷性進行研究，結(jié)果顯示，大雨(250mmh<'-1>)沖刷下來的泥土流失量普遍達到了小雨(100mm h<'-1>)的4倍左右，差異顯著(p<0.05)；70°陡坡下的基質(zhì)流失量是50°坡度下流失量的2

12、-3倍，差異顯著(p<0.05)；E3水平粘結(jié)劑處理的基質(zhì)的基質(zhì)流失量比對照減少了13-16％，但差異不顯著(P>0.05)；植物發(fā)芽前和發(fā)芽后1周內(nèi)的基質(zhì)流失量達到了整個流失量的80％以上，顯著高于植物發(fā)芽后2周、3周和10周的基質(zhì)流失總量(p<0.05)?；|(zhì)養(yǎng)分流失特性的試驗結(jié)果顯示，所有處理中隨基質(zhì)泥土流失而損失掉的氮、磷養(yǎng)分在黑麥草發(fā)芽前及發(fā)芽后的30-40d內(nèi)顯著下降(p<0.05)，之后，隨發(fā)芽天數(shù)的繼續(xù)增加，下降平緩(P

13、>0.05)，而且，各基質(zhì)損失掉的硝態(tài)氮總量均高于氨態(tài)氮總量，損失掉的氮總量均高于磷總量。 5．利用4種植物組合(每種組合有8種禾本科和豆科植物)在實際的石質(zhì)陡坡(50°)上對優(yōu)化基質(zhì)(3種)的生態(tài)恢復特性進行驗證試驗，結(jié)果顯示，8種植物均能在各基質(zhì)上正常生長。根據(jù)植物生長狀況及基質(zhì)抗侵蝕能力，篩選出了最佳的基質(zhì)組合(S3)及最佳的植物組合(P3)方式，即該人工客土基質(zhì)具有實用性，預期在陡峭石質(zhì)邊坡上可以作為支持基質(zhì)一植物系統(tǒng)的