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随着我国经济的迅速发展,大规模基础设施建设越来多,随之带来的生态环境问题日益凸显。大规模的工程施工改变了地表结构,破坏了生态系统的空间连续性,对生态系统造成了强烈干扰。开挖地段植被大量破坏,次生裸地随之出现,进而导致在工程扰动区内出现水源涵养能力下降、生物多样性降低、水土保持功能丧失等一系列的生态环境问题,严重影响工程所在地及周边的环境、景观及可持续发展。在开挖、回填、支护等工程活动中,自然生境剧烈改变,植物赖以生存土壤和环境丧失,植物在扰动区自然定居过程极其缓慢。为了加速扰动区域的生态恢复,国内学者及工程界人士开发研制了一系列的工程扰动区植被恢复技术,以实现坡面的人工恢复,如植被混凝土生态护坡技术、土壤菌永久绿化技术等在国内应用较多。这些工程扰动区的植被恢复技术多为客土移植或者生境基材再造,在坡面形成植被成长所必须的土壤基材层。所以基材是这些技术的关键,然而现在对于基材层的内在特征研究较少,制约着植被恢复技术的发展,对此,本文选取了四种用不同恢复模式(两种自然恢复,两种人工恢复)恢复的边坡作为研究样地,以样地中土壤理化特征、生物特征和植被生长状况为主要研究对象,在植被生长条件下,探寻其变化规律,通过现场查勘和室内测定实验,揭示研究区土壤特征随季节波动的幅度及特点,结合研究区域的植被状况探讨土壤特征的时空分布。主要结论如下:
1)土质影响植物的生长发育和土壤的容重、微生物量和酶活性,土质在短期内不会改变,长期的植被生长可以改变土壤的土质。本研究中,自然恢复的天然次生林的土质最适合植物的生长,因而选定合适土质的土壤可以加快像利用需要用客土的植被混凝和土壤菌生态恢复技术等修复的扰动边坡植被恢复进程;土壤含水量在植被生长及其土壤微生物活动中起着重要的作用,土壤含水量的季节性变化与该地区的降水变化趋势是一致的,植被混凝土生态防护技术恢复的边坡土壤保水性能最好,这可能与坡向和基材内部结构有关:容重作为土壤熟化的一个重要指标,研究表明容重与土壤含水量、有机质含量以及土壤微生物活性均呈显著的负相关关系,本研究中自然恢复的天然次生林容重最小,人工恢复的其次,但植被混凝土生态防技术恢复的边坡容重要小于土壤菌永久绿化法恢复的边坡,研究还表明容重的四季变化不明显。
2)土壤酸碱度与微生物活性成显著的负相关,土壤酸碱度季节性变化不明显;相关性研究表明酸碱度与土壤有机质、土壤养分和物种多样性指数呈显著的负相关,研究表明人工恢复的两个边坡均不同程度的改变了土壤的酸碱度,慢慢接近天然次生林的,但四季变化不是很明显。土壤有机质影响着土壤微生物的活性,同时土壤有机质还改善了土壤的物理化学特征,从而增强了土壤的保肥性,土壤微生物量碳氮与有机质和全氮含量之间存在显著的正相关性,这说明土壤的有机质是微生物发育和生长的根本,因而在扰动边坡恢复时,基材中加入适量的有机质可以改善土壤环境,植物可以更好的生长,进而加快恢复的进程。本研究中自然恢复的天然次生林有机质含量最高,土壤菌永久绿化法的有机质含量要高于植被混凝土生态防护技术的边坡土壤有机质含量,建议植被混凝土基材中应增加有机质含量,以及植物配置也要合理。有机质含量和全氮含量的季节性变化是从春季到夏季是减少的,从夏季到冬季是升高的。 土壤速效养分的季节性变化不是很大,速效磷与速效钾的季节性变化趋势一致。相关性研究表明只有速效氮与其它因子具有显著的相关性。天然次生林的土壤速效磷含量很低,可能是其代谢太快消耗了大量的磷,又没有人工施肥的补给。人工恢复的样地中土壤速效磷和速效钾含量很多,这是因为其基材中添加了大量的无机肥料,供给远远大于植物的消耗。
3)土壤酶活性总体上是夏秋季较高,冬季最低。酶活性夏季较高是因为温度较高、湿度较大引起的。结合土壤酶活性和其他特征间的关系来看,土壤酶活性与土壤微生物代谢活动有很大的关系,与有机质,以及植被群落生物多样性有关,因而土壤酶活性可以评价肥力状况,能作为评价肥力的强力指标。土壤微生物量碳氮之间呈现显著的正相关关系,四季变化均是夏季最低,春季与冬季较多,原因是夏季微生物活动强烈分解的多。MBC/TOC和MBN/TN季节性变化没什么明显规律,相关性表明MBC/TOC、MBN/TN都与微生物碳氮之间呈显著的正相关性,说明土壤微生物固持土壤碳氮的量与土壤微生物碳氮含量紧密相关。土壤微生物量碳氮比(MBC/MBN)可反映微生物群落结构信息,研究样地中比较占优势的是真菌群落。土壤微生物代谢墒的季节性间差异不显著,但每个样地中都是在冬季最高,夏季最低,土壤微生物的呼吸强度越高代谢墒越低,土壤代谢墒与有机质和土壤酶活性以及其他可以代表植被生长状况的因子均呈显著的负相关,因而土壤微生物代谢墒可以作为扰动边坡植被恢复程度的一个指标。综合来看,本研究中天然次生林的土壤生物活性最高,土壤菌永久绿化法和植被混凝土生态防护技术恢复的其次,废弃地的最低。因而植被混凝土添加活性物质可以增强恢复效果。整体上土壤生物活性在暖季高,冷季低,与气温有关。