坡位坡向對鐵路路塹邊坡植被恢復工程土壤肥力的影響

寧大鵬 李紀滕 劉 琦 童 標 孫彩虹 馬鵬飛 夏振堯,4

(1.三峽大學土木與建筑學院，湖北 宜昌 443002；2.三峽大學水利與環境學院，湖北 宜昌 443002；3.湖北嘉寧工程咨詢有限公司，湖北 宜昌 443002；4.三峽大學三峽地區地質災害與生態環境湖北省協同創新中心，湖北 宜昌 443002)

坡位坡向對鐵路路塹邊坡植被恢復工程土壤肥力的影響

寧大鵬1李紀滕1劉 琦1童 標2孫彩虹3馬鵬飛1夏振堯1,4*

(1.三峽大學土木與建筑學院，湖北 宜昌 443002；2.三峽大學水利與環境學院，湖北 宜昌 443002；3.湖北嘉寧工程咨詢有限公司，湖北 宜昌 443002；4.三峽大學三峽地區地質災害與生態環境湖北省協同創新中心，湖北 宜昌 443002)

以商合杭鐵路宣城段某段路塹邊坡為研究對象，通過現場取樣和室內測定的方法，研究坡位、坡向對路塹邊坡肥力的影響，結果表明：土壤養分的含量在坡底均達到最大值，具體表現為坡底>坡中>坡上；全磷、全氮受坡位、坡向影響不顯著(P>0.05)；研究區域中有效氮、有效磷的含量與坡位和坡向顯著相關(P<0.01)；pH值沿坡面自上而下，逐漸降低，受坡位的影響顯著(P<0.05)。

路塹邊坡，坡位，坡向，土壤肥力

鐵路建設過程中不可避免地會對周圍環境造成破壞，形成的大量裸露土坡和巖質邊坡會導致水土流失和生態環境失衡，對鐵路的后期運營造成極大的危害[1]。植被可以保護路塹穩定、保持水土、改善生態環境、提升鐵路景觀效果，而植被生長及植物群落的演替都有賴于良好的土壤環境。因此，對路塹邊坡的肥力進行評價是邊坡生態修復過程中重要的環節[2]。目前，國內外關于路塹邊坡生態修復的研究主要是在新生態材料、生態種植基材及護坡施工方法等方面[3]，在邊坡生態修復中缺乏對土壤環境進行評估和預測，對基層土壤微生物群落變化、理化性質、活性方面的研究則較少，而土壤中有機質和有效礦質元素是植物生長過程中必要的成分，對土壤的演化起著重要的作用，也是土壤中養分循環的驅動力[5]。本文以商合杭高鐵宣城段的某段路塹邊坡為研究區域，分析邊坡植被恢復工程土壤中主要營養元素，研究路塹邊坡的坡向、坡位與土壤化學性質之間的關系，為路塹邊坡的生態修復實踐提供理論依據。

1 工程概況

商合杭鐵路宣城段地處淮河沖擊平原和淮河支流高階地過渡段的殘丘區(30°56′N，119°12′E)，地形略有起伏，相對高差在50 m～180 m之間，自然坡度15°～40°，地表植被覆蓋度較高。該區域屬于亞熱帶濕潤季風氣候區，氣候溫和，雨量豐沛，季風明顯。天氣多變，降水量變化較大，年平均降雨量在960.1 mm～1 053 mm之間，雨季主要集中在7月～8月，年平均氣溫在15.6 ℃左右，極端高溫達到41.2 ℃，極端低溫為-20.6 ℃。

研究樣地為商合杭鐵路宣城段41號工點，起止里程為DK461+850.48～DK462+378.27，高邊坡段骨架護坡內置空心磚及重力式擋土墻兩級，其余地段邊坡采用拱形截水骨架內鋪砌混凝土空心磚護坡，坡率為1∶1.5。路塹邊坡均采用路基開挖的粉質粘土作為植生土，邊坡植物種類較少，均為人工養護綠化植物。

研究區域的鐵路采用雙線路塹式路基，路塹邊坡面積分別在500 m×50 m和520 m×50 m，邊坡坡率為1∶1.5。鐵路為東西走向，邊坡分為陰坡和陽坡，兩側邊坡采用框格梁進行工程防護，框格梁內客土噴播形成路塹邊坡。采用栽種植色塊灌木加常綠草坪綠化方案，邊坡自下而上種植紅葉石楠(Photinia serrulata)、大葉黃楊(Buxus megistophylla Levl)和金森女貞(Ligustrum japonicum Howardii′)，種植色塊按照拱形骨架高度帶狀分布，種植密度每平方米8棵～9棵，灌木不高于50 cm，灌木間采用高羊矛、白三葉和黑麥草三種草籽混播，見圖1。

2 研究方法

根據路塹邊坡的實際情況，將邊坡設置為坡上、坡中和坡下三種情況，在520 m的距離上等距離取11個取樣點，從左到右，從上到下，每個點取土壤表層以下5 cm～10 cm的土壤，每個點設3個重復。土壤試樣采用室內風干、碾碎、過篩的方式進行處理，采用San++流動分析儀對土壤的土壤養分進行檢測，土壤pH的檢測采用電極法測定。采用Excel對實驗數據進行分析及處理。

3 結果與分析

邊坡基層土中含有的土壤養分是邊坡生態修復能否成功的重要影響因素[7],同時也是評價土壤狀況的基本理化指標，不同坡向和坡位土壤中的土壤養分的含量見表1。根據表1可知，土壤肥力指標距坡底越遠含量越小，全氮、全磷、有效氮、有效磷的坡上均值較坡下均值減少19.8%,16.10%,15.08%,18.76%。這是由于該區域氣候濕潤，雨水充沛，經過雨水沖刷，土壤肥力元素經水分滲透、地表徑流聚集于坡底，從而使得坡底的肥力>坡中>坡上，此結論與劉世梁等人的研究相似[8,9]。

從坡上到坡底，土壤中的全磷、全氮含量有較小幅度的提升，且與坡位、坡向不顯著相關(P>0.05),這可能與坡面微地形有關[10]，見圖2。土壤中的有效磷含量是評價土壤磷元素養分供應水平的重要指標，對植物的生長具有重要作用[11-13]。由表1可知，從坡上到坡下含量變化幅度不大，但沿坡面自上往下含量呈現增加的趨勢。因為雨水沖刷使土壤肥力元素轉移到坡底并長期積累，因此坡底有效磷的含量多于坡頂，但其含量明顯低于有效氮的含量。土壤中有效氮、有效磷的含量與坡位、坡向呈極顯著相關(P<0.01)。pH值沿坡面自上而下，逐漸降低，坡底pH值低至6.61，受坡位的影響顯著(P<0.05)，由于長期的雨水沖刷，坡底微量元素累積，土壤肥沃，植物長勢較好，根系分泌的H+和有機酸較多，致使坡底土壤的pH值降低[14]，見圖3。

表1 不同坡向和坡位土壤養分情況

受坡向的影響，邊坡土壤的受日照情況具有一定的差異，土壤中的礦質元素含量差異各不相同[15]。陰坡上的植物長勢普遍好于陽坡植物，同時，陰坡上土壤肥力高于陽坡。方差分析表明，坡向對速效氮、速效磷的含量有著極顯著的影響(P<0.01)，對全磷、全氮的影響不顯著(P>0.05)，對土壤pH值也影響顯著(P<0.05)，而這除了與坡向有關，同時也可能與植物習性相關。

4 結語

1)大量微量元素的含量隨著坡位的變化：坡底>坡中>坡上；2)全磷、全氮受坡位、坡向的影響呈現出不顯著(P>0.05)；3)坡位和坡向對土壤中有效氮、有效磷的含量有極顯著的影響(P<0.01)；4)pH值沿坡面自上而下，逐漸降低，受坡位的影響顯著(P<0.05)。

[1] 陳學平.湖北滬蓉西高速公路邊坡植被重建研究[M].北京：北京林業大學,2009.

[2] 李傳人,艾應偉,郭培俊,等.鐵路邊坡不同坡位土壤物理化學性質差異性[J].水土保持學報,2012,26(6):91-101.

[3] 郭雪姣,艾應偉,王可秀,等.不同年限鐵路邊坡人工土壤團聚體中碳氮磷分布特征[J].水土保持學報,2015,29(4):207-217.

[4] 張志卿,艾應偉,楊雅云,等.鐵路邊坡土壤微生物數量和酶活性的研究[J].水土保持通報,2009,29(4):61-66.

[5] 薛 萐,劉國彬,戴全厚,等.不同植被恢復模式對黃土丘陵區侵蝕土壤微生物量的影響[J].自然資源學報,2007,22(1):20-27.

[6] 劉大翔,許文年,周明濤,等.坡位坡向及年限對黃龍灘電站生態護坡肥力的影響[J].水土保持研究,2010,17(1):178-182.

[7] 曹 靖,常雅君,苗晶晶,等.黃土高原半干旱區植被重建對不同坡位土壤肥力質量的影響[J].干旱區資源與環境,2009,23(1):169-173.

[8] 劉世梁,傅博杰,呂一河,等.坡面土地利用方式與景觀位置對土壤質量的影響[J].生態學報,2003,23(3):414-420.

[9] Brubaker S C,Jones A J,Lew is D T,et al.Soil properties associated with landscape position[J].Soil Science Society of America Journal,1993(57):235-239.

[10] 周 萍,劉國彬,侯喜祿.黃土丘陵區侵蝕環境不同坡面及坡位土壤理化特征研究[J].水土保持學報,2008,22(1):7-12.

[11] Lajtha K,Schlesinger W H.The Biogeochemistry of Phosphorus Cycling and Phosphorus Availability Along a Desert Soil Chronosequence[J].Ecology,1988,69(1):24-39.

[12] Vitousek P M,Howarth R W.Nitrogen limitation on land and in the sea:How can it occur[J].Biogeochemistry,1991(13):87-115.

[13] 王恒威,許明祥,王愛國,等.黃土丘陵區土壤磷有效性與植物適應性研究[J].西北農林科技大學學報(自然科學版),2012,40(7):149-155.

[14] 楊 光,丁國棟,常國梁,等.黃土高原不同退耕還林地森林植被改良土壤特性研究[J].水土保持研究,2006,13(3):204-207.

[15] 王紹令,丁永建,趙 林,等.青藏高原局地因素對近地表層地溫的影響[J].高原氣象,2002,21(1):85-89.

Influenceofslopepositionandslopedirectiononsoilfertilityofvegetationrestorationprojectforrailwaycuttingslopes

NingDapeng1LiJiteng1LiuQi1TongBiao2SunCaihong3MaPengfei1XiaZhenyao1,4*

(1.CollegeofCivilEngineering&Architecture,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China;2.CollegeofHydraulic&EnviromentalEngineering,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China；3.HubeiJianingEngineeringConsultLimitedCompany,Yichang443002,China; 4.CollaborativeInnovationCenterforGeo-HazardsandEco-EnvironmentinThreeGorgesArea,HubeiProvince,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China)

Taking a section of cut slope of Xuancheng section of Shang hang Hangzhou railway as the object of study, the influence of slope position and slope direction on the cutting slope fertility was studied by field sampling and laboratory measurement. The results showed that soil nutrient content reached the maximum value at the bottom of the slope, the specific performance of base of slope>in the slope>on the slope, total phosphorus and total nitrogen by the slope effect was not significant (P>0.05), effective nitrogen and phosphorus content in the study area and slope positions and significantly correlated (P<0.01), pH value decreased gradually from top to bottom along the slope, is significantly affected by the slope (P<0.05).

cutting slope, slope position, slope direction, soil fertility

U416.13

A

1009-6825(2017)26-0184-02

2017-07-04

寧大鵬(1974- )，男，碩士

夏振堯(1981- )，男，博士生導師，教授