3种修复措施对高原高速公路边坡土壤化学计量特征的影响_刘根.pdf

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0538刘根，岳翰林，陈雨志，汪富资，李先宝，代智蓝，李德欢，李思雨，卫万荣.3 种修复措施对高原高速公路边坡土壤化学计量特征的影响.草业科学,2023,40(1):71-78.LIUG,HANLY,CHENYZ,WANGFZ,LIXB,DAIZL,LIDH,LISY,WEIWR.Effectsofdifferentrestorationmeasuresonsoilstoichiometriccharacteristicsofplateauhighwayslopes.PrataculturalScience,2023,40(1):71-78.3 种修复措施对高原高速公路边坡土壤化学计量特征的影响刘根1，岳翰林2，陈雨志1，汪富资1，李先宝2，代智蓝2，李德欢2，李思雨2，卫万荣2（1.四川久马高速公路有限责任公司,四川阿坝624000；2.西华师范大学生命科学学院,四川南充637009）摘要：探究不同修复措施短期内对高原高速公路边坡土壤化学计量特征的影响可以有效指导高原生态脆弱区生态系统的保护和恢复。为了比较 3 种高速公路边坡修复措施(自然恢复、补播草种+覆土处理、草皮回铺)的效果，测定了四川省阿坝藏族羌族自治州境内 3 种边坡修复措施处理和对照样地土壤有机碳(SOC)、全氮(STN)、全磷(STP)和全钾(STK)含量。结果表明：短期内，草皮回铺修复措施下的大部分化学计量特征，如 SOC、STN 和 STP 含量、SOCSTN、SOCSTP、SOCSTK、STNSTP、STNSTK 和 STPSTK 均显著高于其他修复措施处理(P0.05)。从土壤肥力角度出发采用土壤质量指数(SQI)对本研究所涉及的 3 种修复措施的修复效果进行评价，草皮回铺修复措施下的 SQI 高于其他两种修复措施的 SQI，可见，草皮回铺修复措施是短期内高原地区公路边坡修复最佳的修复措施。关键词：高原；高速公路；边坡；生态化学计量学；土壤肥力；土壤质量指数；修复效果文献标志码：A文章编号：1001-0629(2023)01-0071-08Effects of different restoration measures on soil stoichiometriccharacteristics of plateau highway slopesLIUGen1,YUEHanlin2,CHENYuzhi1,WANGFuzi1,LIXianbao2,DAIZhilan2,LIDehuan2,LISiyu2,WEIWanrong2(1.SichuanJiumaExpresswayCO.LTD.,Aba624000,Sichuan,China;2.CollegeofLifeSciences,ChinaWestNormalUniversity,Nanchong637009,Sichuan,China)Abstract:ToeffectivelyguidetheprotectionandrestorationofecosystemsinanecologicallyfragileareaoftheTibetanPlateau,weexploredtheshort-termimpactsofdifferentrestorationmeasuresonsoilstoichiometriccharacteristicsoftheplateauexpresswayslope.Wecarriedoutthreetypesofsloperestorationmeasures:1)naturalrestoration,2)replantinggrassseedpluscoveringsoiltreatment,and3)turfback-layingontheJiumahighwayintheAbaTibetanandQiangAutonomousPrefectureofSichuanProvince.Wemeasuredthesoilorganiccarbon(SOC),totalnitrogen(STN),totalphosphorus(STP),andtotalpotassium(STK)contentsandsoilstoichiometriccharacteristicsofthesesloperestorationmeasuresaswellascontrols.TheresultsshowedthatthecontentsofSOC,STN,STP,SOCSTN,SOCSTP,SOCSTK,STNSTP,STNSTK,and STPSTK under the turf back-laying restoration measures were significantly higher than those under otherrestorationmeasures(P0.05).Fromtheperspectiveofsoilfertility,thesoilqualityindex(SQI)wasusedtoevaluatethe收稿日期：2022-06-28接受日期：2022-09-20基金项目：久马高速高原生态环保科技示范工程(2019-ZL-19)第一作者：刘根(1989-)，男，江西萍乡人，高级工程师，硕士，主要从事退化草地修复研究。E-mail:通信作者：卫万荣(1988-)，男，甘肃皋兰人，讲师，博士，主要从事退化草地修复研究。E-mail:第40卷第1期草业科学71-78Vol.40,No.1PRATACULTURALSCIENCE1/2023http:/restorationeffectsofthethreemeasures,andtheSQIvalueundertheturfback-layingrestorationmeasurewashigherthanthatundertheothertworestorationmeasures.Webelievethattheturfback-layingrestorationmeasureshowsthebestshort-termresultsfortherestorationofhighwayslopesinplateauareas.Keywords:plateau;highway;slope;ecologicalstoichiometric;soilfertility;soilqualityindex;repaireffectCorresponding author:WEIWanrongE-mail:土壤是陆地生态系统的重要基础组成部分，是植物生长的载体及所需养分的主要来源，对植物群落组成及结构具有重要的调节和驱动作用1-2。化学计量学是研究生态系统各种元素质量和能量多重平衡的一种方法，是生态学研究的重要工具之一2。研究土壤化学计量特征不仅可以了解土壤质量，探究土壤养分之间的耦合关系，还可解释养分的可获得性3-4。因而，土壤化学计量特征被广泛应运于个体生长、群落演替、限制性元素判断及生态系统稳定性等领域2,4。公路建设会不可避免的破坏原有的植被和土壤，形成大量裸露的边坡5。通常公路边坡立地条件较差，自然恢复缓慢，严重影响道路交通安全，而且很容易造成塌方、水土流失、土壤侵蚀等问题，会对周边生态环境产生重大影响6-7。随着人们对环保意识的重视及环境保护法律制度的健全，高速公路边坡的生态修复越来越受重视，边坡的生态修复已成为高速公路建设的重要组成部分7-8，尤其是公路建设干扰后的演替初期，群落稳定性和抵抗力较差，处理不当极易导致二次退化9。目前，公路边坡修复主要通过自然修复和植被修复，且大多数研究主要为低海拔地区的边坡修复5,10。然而，高海拔地区公路边坡修复的相关研究并不多见。众多研究表明，在边坡生态恢复过程中，土壤是影响植被群落恢复的主导因子5,11。由于验收等因素限制，大多数边坡修复研究主要从景观角度出发，也有部分研究关注于植物群落组成、结构和生物多样性等5,12-13，很少有研究关注对植物群落特征起关键作用的土壤化学计量特征11，尤其还未见公路边坡修复初期土壤化学计量特征的研究。开展高原公路不同边坡修复措施下土壤有机碳(soilorganiccarbon,SOC)、土壤全氮(soiltotalnitrogen,STN)、土壤全磷(soil total phosphorus,STP)和 土 壤 全 钾(soil totalpotassium,STK)含量及其计量比关系研究，有利于从养分供给角度判断植物生长的限制性养分因子14。自然恢复、补播草种+覆土和草皮回铺是较常见的边坡修复措施12。从植被恢复角度出发，自然恢复缓慢，补播草种+覆土修复较好，成本低，草皮回铺修复效果最佳、但成本高12,14。然而，还未有研究从土壤化学计量特征评价这 3 种边坡修复措施的恢复效果。鉴于此，本研究分析青藏高原东缘地区在建久马高速公路 3 种不同边坡修复(自然恢复、补播草种+覆土和草皮回铺)的SOC、STN、STP、STK含量，探讨不同修复措施下短期内(两年)边坡的土壤生态化学计量特征，并且从土壤肥力角度出发采用土壤质量指数(soilqualityindices,SQI)评价不同边坡修复措施的修复效果，以期为青藏高原脆弱生态系统公路边坡修复提供决策依据。1 材料与方法 1.1 研究区域与样地概况研究区位于阿坝藏族羌族自治州阿坝县，该地区地处青藏高原东南缘，位于川甘青三省交汇处，研究区海拔 31004500m，属高原寒温带半湿润季风气候，全年无绝对无霜期，太阳幅射强，昼夜温差大，年均日照 2129.7h；年平均降水量约 741mm，降水主要集中在 6 月9 月；年平均最高气温 12，年平均最低气温3，年均气温 3.3。土壤类型为亚高山草甸土壤；植被均为亚高山草甸，主要植物 物 种 有 矮 嵩 草(Kobresia humilis)、垂 穗 披 碱 草(Elymus nutans)、木里苔草(Carex muliensis)、鹅绒委陵菜(Argentina anserina)、密花早熟禾(Poa annua)、丝叶毛茛(Ranunculus nematolobus)、唐松草(Thalictrumaquilegiifolium)、火绒草(Leontopodium leontopodioides)等近 30 种。1.2 试验设计2020 年 5 月，选取阿坝藏族羌族自治州查理乡境内在建的久马高速公路作为研究样点。根据坡度和朝向设置了 12 个 5m10m 的样地，同年 6 月对72草业科学第40卷http:/12 个样地进行 3 种修复措施处理(4 个重复)，分别为自然恢复、补播草种+覆土修复和草皮回铺修复处理，另外设置 4 个坡度和朝向相同、且未加任何公路施工破坏和干扰的边坡样地作为对照。自然恢复处理是高速公路工程建设过程中破坏以后未加任何干预的边坡样地；补播草种+覆土处理是补播能快速建植的草种并覆土 20cm，补播草种为垂穗披碱草(Elymus nutans)，播种量以 25kghm2为标准，垂穗披碱草草种的发芽率在 90%以上；草皮回铺处理是将 2019 年度 8 月份剥离的草皮进行回铺，回铺之前在底层覆盖一层大约 15cm 厚的土壤。草皮剥离过程中要注意草皮厚度在 15cm 左右，草皮的边长要介于 2550cm，然后将剥离好的草皮保存在温室大棚中，分层支架安放；将草皮剥离后的土壤集中堆放在一起，以便回铺草皮时使用。1.3 土壤样品采集2021 年 7 月下旬，采用对角线法在 3 种不同边坡修复样地和对照样地内分别设置 4 个 1m1m的样方，齐地面剪去地上植株部分后用内径为 3.5cm的土钻在每个样方内沿对角线打钻 3 次15，分别收集 015 和 1530cm 土层的土样，将每个样方内每个土层的土样合并为一个样品，然后装入自封袋