植被恢复模式对河岸边坡土壤性质的影响研究

申世永　朱蓉蓉　张凯煜

摘要：为了对不同植被恢复模式下的河岸边坡土壤的性质进行研究，此次研究以辽河保护区内的流域边坡为研究对象，采用了刺槐、小蓬草、杨树、狗牙根和草本植物五种植被恢复模式对河岸边坡进行改善，然后设置不同的实验分别对五种植被恢复模式下的土壤理化性质进行探究。实验结果表明，狗牙根种植区下的土壤容重可以达到0.162g/cm3。小蓬草种植区下的土壤含水量、有机质和有效磷含量分别可以达到16.2%、24.7g/kg，和0.11g／kg。五种植被恢复模式下的pH值范围在7.7-8.3之间。故不同植被恢复模式对土壤性质的影响具有差异性。

关键词：植被恢复模式；河岸边坡；土壤；理化性质；影响因素

中图分类号：X833 文献标志码：B

前言

河流边坡是位于土地和河流之间的缓冲地带，河流边坡的稳定性影响着河岸周边的生态平衡。但是随着经济的发展和人类活动的活跃，河流水污染问题日益严重，导致河岸边坡的土壤受到了破坏，土壤的稳定结构被破坏，增加了土壤侵蚀的风险。目前，关于河岸边坡生态恢复的研究已经逐渐开展，付爱红等人将对塔里木河的河段生态系统恢复情况进行研究，研究结果表明，植被恢复模式在河流下游时对土壤的恢复效果更好。林知远等人根据植物的修复原则在广阳湾的河岸采用了不同植物群落修复模式进行河岸生态环境的改善，为河岸边坡生态环境的修复提供了一定的理论依据。植被恢复模式作为常见的河岸边坡恢复模式，其修复效果可以根据土壤的性质进行分析。此次研究选取辽河保护区内的河岸边坡为研究对象，创新性地分区设置刺槐种植区、小蓬草种植区、杨树种植区、狗牙根种植区以及草本植物种植区对河岸边坡的土壤环境进行改善，然后采集不同区域的土壤进行理化性质测试实验，以判断不同植被恢复模式对土壤性质的影响。

1 研究河岸概况

辽河作为中国七大河流之一，发源于河北省平泉县，河流共流经河北、内蒙古、吉林和辽宁四大省，最后注入渤海。辽河在位于下游地区的辽宁省具有较大的水流量，对辽宁省的影响极为重大，故该河流命名与辽河。但是随着东北地区重工业领域的快速发展，环境污染问題日益严重，辽河的水域生态环境也遭到了较为严重的破坏。为了改善辽河水域的生态环境，相关部门于2010年便开始设置辽河保护区。该保护区的地域位置在辽宁省铁岭段，覆盖的流域面积达到了20万平方千米。为了解决河岸边坡侵蚀的问题，相关部门在保护区内设置了0.6km2的植被恢复试验区域，并按照种植植物的不同分为多个植被种植区域。见图1辽河保护区试验示意图。

2 实验材料

此次研究以辽河保护区内的河流边坡为实验对象，由于植物的覆盖类型直接影响着土壤的理化性质，土壤的理化性质直接代表着土壤的肥沃程度，对土壤的稳定结构和抗蚀能力具有重要的影响。故为了判断不同植被恢复模式下的土壤性质，研究设置了不同的实验对不同植被恢复模式下的土壤的理化性质进行探讨。

如表1所示实验主要材料的参数表。研究将通过设置不同的实验，根据土壤的容重、含水量、pH值、电导率和有机质含量对刺槐、小蓬草、杨树、狗牙根和草本植物五种植被恢复模式下的土壤性质进行探讨。

3 研究方法

3.1 样品采集及预处理

在植被种植试验区中，根据种植植物的特点在不同的植物种植区分别随机划分三个采样区域，采样区域的面积均为8*8m。在设置的植被采样区中，采用梅花点法对深度为10cm的土壤进行采集，分别做好标签放入铝制材料盒中。然后采用已知质量的环刀打入深度为10nim的土壤层中，并将采集到的土壤带回实验室进行处理。将采集到的土壤放入实验室的烘箱中进行烘干，将烘干后的土壤进行称重并记录。然后按照标签分别取2509烘干的土壤装入塑封袋中并做好标记，放置于-80℃的冰箱中低温保存，以便后续进行土壤酶活性的测定。其余干燥土壤待温度降至室温后，采用0.25mm的筛孔进行细筛待用。

3.2 土壤理化性质测定方法

3.2.1 土壤容重测定

先采用卡尺测量环刀的直径以及高度，计算得出环刀的采集体积V，再采用电子天平测量环刀的质量m1。使用已知采集体积和质量的环刀对不同种植区域的土壤进行采集，然后将采集到土壤的环刀再次进行质量测定，土壤和环刀的总质量为m2。土壤容重的表达式如式（1）所示。

式（1）中，ρ为采集土壤的容重，g/cm3。容重的测定共设置三次平行实验，三次实验的结果差值应当不高于0.04g/cm3，取三次平行实验结果的平均值作为最终的土壤容重值。

3.2.2 土壤含水量测定

土壤含水量为土壤烘干后失去的水分重量在新鲜土壤中的含量。根据采集到的新鲜土壤重量和烘干后的土壤重量可以计算得到土壤含水量，表达公式如式（2）所示。

式（2）中，M0是新鲜土壤的重量。M1是烘干后土壤的重量。W是土壤的含水量。

3.2.3 土壤pH值测定

按照国内的标准，首先称取干燥的土壤10.0±0.1g于50mL的烧杯中，加入25mL的超纯水，用玻璃棒搅拌3min后静置2h。在正式测定土壤pH之前，需要先对pH仪进行校正。在测定pH的时候，需要将电极头全部浸入土壤溶液中，待pH示值稳定后，读取示值并记录。pH测定共进行三次，三次结果的差值不得大于0.03，取平均值为最终结果。

3.2.4 土壤电导率测定

称取干燥的土壤20.0+0.29于250mL的振荡瓶中，向其中加入21℃±1℃的超纯水。将振荡瓶盖好后放在恒温振荡器上，以300r/min的速度振荡30min，振荡温度为21℃。振荡结束后，将振荡瓶放于水平桌面静置30min后，取上清液于100mL离心管中，以1000r/min的速度离心，搜集上清液于250mL的烧杯中。实验共平行测定三次，且空白样品的电导率示值应小于10μS/cm，取平均值为最终土壤电导率值。

3.2.5 土壤有機质测定

称取干燥过筛后的土壤0.1+0.01g，将其放入消解管中。分别向其中加入5mL的0.8M的重铬酸钾标准液和5mL的浓硫酸，摇匀后放在180。C的消解炉上加热，液体沸腾5min后取出冷却。将冷却后的消解液加入150mL的锥形瓶中，向其中加入超纯水至溶液体积为65mL，再加入邻菲罗啉指示剂2滴，用标准硫酸亚铁溶液开始滴定，观察锥形瓶中的溶液颜色变化。当溶液的颜色为砖红色时，滴定结束，记录标准硫酸亚铁溶液的体积V。再用相同的方法滴定空白溶液，记录需要的标准硫酸亚铁溶液的体积。可以得到有机质的计算公式如式（3）所示。

式（3）中，0.8为重铬酸钾标准液的浓度，M。5为重铬酸钾标准液的体积，mL。3为1/4碳原子的摩尔质量，g/mol。1.1为氧化校正系数。1.724为土壤碳换算为有机质的系数。m为实际称取土壤质量，g。k为烘干系数。Y为土壤有机质的含量，g/kg。三次取平均值。

3.2.6 土壤有效钾的测定

土壤速效钾测定的第一步是制备钾含量的标准曲线。先分别吸取0.0、6.0、12.0、18.0、24.0、30.0的100μg/mL-1的钾标准溶液于100mL容量瓶中，采用1mol/L的乙酸铵溶液定容，定容后的容重分别是0、6、12、18、24和30μg/mL-1，将以上不同浓度的溶液分别采用原子吸收分光分度计进行测定，根据吸光度和钾溶液的浓度制定标曲。

称取109+0.19的烘干土，加入100mL的1mol/L的乙酸铵溶液中，摇匀。然后在200C下，以160r/min的速度将混合乙酸铵溶液振荡30min后过滤。将过滤后的溶液用原子吸收分光光度计进行测定，根据标曲计算土壤有效钾的含量。

3.2.7 土壤有效磷的测定

称取烘干土壤样品25g+1g于锥形瓶中，然后加入109的不含磷活性炭和50ml的氮酸氢钠溶液，摇匀后采用170r/min的速度振荡30min后过滤。取10mL的滤液于石英比色皿中，加入3mL显色剂排出CO2，在静置30min后，采用原子分光光度计进行测定。

3.2.8 土壤有效氮的测定

根据凯氏定氮法对土壤的含氮量进行测定，首先称取0.59的烘干土壤放入消解管中，向其中加入10nl的硫酸进行消解，最后凯氏定氮仪进行定氮。

3.2.9 土壤重金属的测定

土壤重金属检测通过电感耦合等离子体发射光谱法完成，首先采用HNO3-HCL-HF-HClO4全分解的方法对待测样品进行消解处理。使用电感耦合等离子体质谱仪（IcPMS）测定样品中重金属元素浓度。

3.2.10 植物种植前土壤理化指标

原始土壤的理化测定数据如下：土壤pH值为6.7，有机质为2.96g/kg，容重为143g*cm-3。同时通让孔隙度为42.65%，砂粒含量90.38%，黏粒含量为3.49%，粉粒含量为6.13%。

4 不同植被恢复模式下的河岸边坡土壤理化性质分析

为了探究植被恢复模式对土壤的性质影响，此次研究以辽河保护区为研究对象，在河岸边坡分别种植刺槐、小蓬草、杨树、狗牙根和草本植物五种植被作为不同的植被恢复模式，然后分别设置了土壤容重、含水量、pH值、电导率、有机质含量以及有效氮磷钾含量的测定实验，以分析五种植被恢复模式对河岸边坡土壤理性性质的影响。

如图2所示，不同植被恢复模式下的土壤容重和土壤含水量。其中，图2（a）和图2（b）分别是不同植被恢复模式下的土壤容重和含水量。可以看到，狗牙根植被恢复模式下的土壤容重最高，可以达到0.162g/cm3。土壤容重有区别的原因是不同植物的根系发达程度不同，狗牙根的根系较为发达，导致土壤疏松，故土壤的容重较小，渗透性就越好。土壤的含水量代表土壤的肥沃程度，小蓬草种植区下的土壤含水量最大，最高可以达到16.2%。土壤含水量的区别取决于种植植被的种类，小蓬草作为灌木，其生长需水量要小于其他植物，故土壤的含水量较高。综上所述，在不同植被恢复模式下，狗牙根植被恢复模式下的土壤容重最高，小蓬草植被恢复模式下的土壤含水量最高。

如图3所示，不同植被恢复模式下的土壤pH值和电导率。其中，图3（a）和图3（b）分别为不同植被恢复模式下的土壤pH值和电导率。土壤pH值反映了土壤对植物的生长影响情况。可以看到，五种植被恢复模式下的pH值范围在7.7-8.3之间，狗牙根植被恢复模式下的土壤pH值最高为8.3，小篷草的pH值最低为7.7，均为弱碱性，有利于植物的生长。土壤电导率是反映土壤含盐量的指标，代表着土壤的肥沃程度。草本植物恢复模式下的土壤电导率最高可以达到0.085mS/cm。综上所述，狗牙根植被恢复模式下的土壤pH值最高，草本植物恢复模式下的电导率最高，即土壤含盐量最高。

如图4所示不同植被恢复模式下的土壤有机质含量、钾、磷和氮含量。土壤的有机质含量对土壤的结构和肥沃程度均有重要的影响，氮磷钾含量作为微生物量元素，也反映了土壤的肥力和对植物生长的影响程度。其中，小蓬草植被恢复模式下的土壤有机质含量最高，可以达到24.7g/kg；杨树植被恢复模式下的土壤有效钾含量最高，可以达到0.10g/kg；小篷草植被恢复模式下的有效磷含量最高，为0.11g/kg；草本植物恢复模式下的有效氮含量最高达0.21g/kg。综上所述，不同植被恢复模式下对不同微量元素的影响程度不同。

如图5所示不同植被恢复模式的专家满意度和居民满意度。可以看到，专家和居民对五种植被恢复模式的满意度各有不同，其中，专家和居民均对小篷草植被恢复模式的满意度最高，专家满意度达到了81.1%，居民满意度达到了81.5%。综上所述，在辽河保护区中，小蓬草植被恢复模式的整体满意度最高。

5 结论

为了对河岸边坡土壤的性质进行探究，此次研究以辽河保护区的边坡土壤为研究对象，采用五种植被恢复模式对其进行改善，通过检测不同植被恢复模式下土壤理化性质进行影响分析。实验结果表明，不同植被恢复模式对土壤的理化性质具有不同的影响，狗牙根植被恢复模式下的土壤容重最高可以达到0.162g/cm3。小蓬草种植区下的土壤含水量最高可以达到16.2%，有机质含量最高可以达到24.7g／kg，有效磷含量最高为0.11g/kg。五种植被恢复模式下的pH值范围在7.7-8.3之间。草本植物恢复模式下的土壤电导率最高可以达到0.085mS/cm，有效氮含量最高达0.21g/kg。尽管此次研究对五种不同的植被恢复模式下的土壤理化性质进行研究，但是后续还可以对土壤的酶活和影响因素关联性进行研究。