不同框架形狀切挖邊坡土壤大量元素有效含量的差異性
——以遂渝鐵路遂寧車站區域為例

艾生豪， 張雯娟， 高道江*

（1.四川師范大學 化學與材料科學學院，四川 成都610066； 2.重慶市北新巴蜀中學校，重慶401520）

在山區道路修建、礦山開采、水電開發等工程建設中，經常要進行山體的開挖，造成數量巨大的切挖邊坡［1-3］.隨著基礎設施建設投資力度的加大，山區各種工程建設形成的切挖邊坡將會逐年遞增［4-5］.切挖邊坡導致原有土壤和植被覆蓋層剝離，產生的裸露工程創面使景觀環境遭到嚴重破壞，引起的水土流失、地質災害現象十分普遍，對山區工程建設以及區域生態文明建設帶來諸多不良影響［4，6］.切挖邊坡的防護與綠化是當今切挖邊坡生態治理的必然途徑，而不少切挖邊坡通常需要采用框架護坡才能發揮良好的防護與綠化作用［7-8］.切挖邊坡的框架是一種混凝土構架，其框架形狀因設計施工不同而形狀各異，菱形框架、拱形框架是切挖邊坡常用的護坡框架形狀.在菱形框架、拱形框架的切挖邊坡或其他形狀切挖邊坡的框架內，通過回填土壤或噴射植生基材的方式，構建一層滿足植物生長的人工土壤層，達到實現植被恢復重建的效果.氮磷鉀作為土壤大量元素，其有效含量的多少對土壤質量和植物生長有著直接影響［9-11］.目前，有關不同框架形狀切挖邊坡土壤大量元素有效含量的研究尚未見文獻報道.本研究對菱形框架、拱形框架、無框架的切挖邊坡以及自然邊坡土壤堿解氮含量、土壤有效磷含量、土壤速效鉀含量進行了研究，以期為切挖邊坡合理治理提供科學依據.

1 材料與方法

1.1 研究區概況研究區位于四川省盆地中部的遂渝鐵路遂寧車站附近，地處東經30°32′，北緯105°32′.該區域為丘陵低山地區，地質構造簡單，褶皺平緩，屬于四川盆地亞熱帶濕潤季風氣候區，氣候溫和，雨量充沛，四季分明，年平均氣溫18.2℃，年平均降水量1 123.4 mm，年日照時數1 116.5 h.該區域下部巖層以石灰巖為主，上部巖層以紫紅色沙巖、泥巖為主，土壤類型為紫色土，屬于我國紫色土的典型分布區域.

1.2 樣品采集和測定遂渝鐵路修建時，因施工設計等需要，切挖邊坡的常見類型為菱形框架、拱形框架和無框架的切挖邊坡（圖1）.在遂渝鐵路遂寧車站附近，選取典型的菱形框架、拱形框架、無框架切挖邊坡以及典型的自然邊坡共4種類型.切挖邊坡為2003年2月開始修建遂渝鐵路時切挖山體所產生，人為客土到切挖邊坡創面的土壤厚度有10 cm左右.對4種類型邊坡分別設置3個重復，按照S形多點混合的原則對每個重復進行采樣，于2017年3月采集0～10 cm土層的土壤樣品.每個重復的各采集點土壤樣品進行充分混合，然后裝入塑封袋中帶回實驗室進行處理.用四分法從每個土樣中取1 kg左右土壤作為實驗分析樣品.土樣在室內進行自然風干，然后去除植物根系、植物殘體和石塊后研磨，過1 mm篩供測定分析用.土壤堿解氮含量的分析測定采用堿解擴散-硼酸吸收法，土壤有效磷含量的分析測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，土壤速效鉀含量的分析測定采用醋酸銨浸提-火焰光度法.

圖1 切挖邊坡類型Fig.1 Cut slope types

1.3 數據處理對實驗數據利用Excel進行整理之后，再使用SPSS 20.0對實驗數據進行分析處理.

2 結果與分析

2.1 不同框架形狀切挖邊坡土壤堿解氮含量土壤堿解氮亦稱為土壤有效性氮，是土壤所提供的容易被植物吸收利用的營養元素，是銨態氮、硝態氮、氨基酸氮和易水解蛋白質氮的總和.土壤堿解氮與植物生長關系密切，能較好地反映近期內土壤的氮素供應狀況和氮素釋放速率，土壤中堿解氮含量和變化趨勢是判斷土壤氮素豐缺狀況以及供給能力的重要指標［12］.表1給出了不同切挖邊坡類型的土壤堿解氮含量，其中菱形框架、拱形框架、無框架切挖邊坡土壤堿解氮質量分數分別為72.12、51.33和63.21 mg/kg，菱形框架切挖邊坡土壤堿解氮含量最高，拱形框架切挖邊坡土壤堿解氮含量最低，但無論何種框架形狀的切挖邊坡還是有無框架的切挖邊坡，相互之間土壤堿解氮含量差異均不顯著.自然邊坡土壤堿解氮質量分數為126.0 mg/kg，自然邊坡土壤堿解氮含量顯著高于菱形框架切挖邊坡、拱形框架切挖邊坡、無框架切挖邊坡土壤堿解氮含量（P＜0.05）.

表1 不同切挖邊坡類型的土壤堿解氮含量Tab.1 Soil available N content in different cut slope types

切挖邊坡土壤是人為客土到切挖邊坡創面所形成，從客土到采集土樣時雖然已過去14 a左右的時間，但切挖邊坡與自然邊坡相比，其土壤堿解氮含量仍然很低.這表明無論何種框架形狀的切挖邊坡還是有無框架的切挖邊坡，均不利于土壤堿解氮的轉化形成，將會對植物的生長發育帶來不良影響，其土壤氮素有效含量以及氮素供給能力明顯不如自然邊坡，其植被恢復也可能會差于自然邊坡.由于鐵路周邊一定范圍內禁止農業生產活動，周邊農田的氮素一般不會流失到切挖邊坡，而切挖邊坡依靠降雨等因素帶來的氮素又有限，所以無論何種框架形狀的切挖邊坡還是有無框架的切挖邊坡，其土壤氮素在一定時期內都可能很低，形成的土壤堿解氮也會很低，這可能是菱形框架切挖邊坡、拱形框架切挖邊坡、無框架切挖邊坡土壤堿解氮含量之間差異不顯著的主要原因.

在全國第二次土壤普查養分分級標準以及行業標準中，土壤堿解氮含量分級標準如下：＞150 mg/kg為很豐富、120～150 mg/kg為豐富、90～120 mg/kg為中等、60～90 mg/kg為缺乏、30～60 mg/kg為很缺乏、＜30 mg/kg為極缺乏［13-15］.從以上分級標準可以看出，自然邊坡土壤堿解氮含量屬于豐富的范圍，而菱形框架切挖邊坡、拱形框架切挖邊坡、無框架切挖邊坡土壤堿解氮含量屬于缺乏的范圍.因此，各種類型切挖邊坡都需要采取提高土壤有效氮含量的相應對策，才能確保切挖邊坡坡面植物的氮素營養需求.土壤堿解氮主要來源于土壤中生物體的分解，自然邊坡沒有受到人為的破壞，坡面植物生命周期結束后回歸土壤并有長期大量的生物體積累，為自然邊坡土壤堿解氮提供了較多的來源，這可能主要是自然邊坡土壤堿解氮含量比其他邊坡類型土壤堿解氮含量高的原因［13，16］.

2.2 不同框架形狀切挖邊坡土壤有效磷含量土壤有效磷是土壤磷素供應的重要指標，為植物生長期內能夠被植物根系吸收利用的磷素，一般包括土壤溶液中的磷、弱吸附態磷、交換性磷和易溶性磷等［17］.土壤有效磷含量的影響因素除土壤磷化合物本身狀況外，還受土壤性質以及人為耕作施肥等因素的影響［18-19］.表2給出了不同切挖邊坡類型的土壤有效磷含量，菱形框架切挖邊坡土壤有效磷質量分數為27.68 mg/kg、拱形框架切挖邊坡土壤有效磷質量分數為24.75 mg/kg，雖然菱形框架和拱形框架2種切挖邊坡的框架形狀有差異，但它們的土壤有效磷含量差異不顯著.無框架切挖邊坡土壤有效磷質量分數為15.34 mg/kg，顯著低于菱形框架、拱形框架切挖邊坡土壤有效磷含量，切挖邊坡框架的有無會對土壤有效磷含量帶來明顯的影響，沒有框架結構的切挖邊坡不利于有效磷在土壤中的形成和積累.

表2 不同切挖邊坡類型的土壤有效磷含量Tab.2 Soil available P content in different cut slope types

土壤受到侵蝕會顯著地改變土壤有效磷含量，土壤有效磷含量隨著侵蝕程度的加深而下降，無框架切挖邊坡由于沒有框架的阻擋，土壤侵蝕比菱形框架、拱形框架切挖邊坡會更嚴重，土壤侵蝕的增加可能會導致無框架切挖邊坡土壤有效磷含量的明 顯 降 低［18，20］.自 然 邊 坡 土 壤 有 效 磷 含 量 為48.20 mg/kg，自然邊坡土壤有效磷含量顯著高于菱形框架切挖邊坡、拱形框架切挖邊坡、無框架切挖邊坡土壤有效磷含量（P＜0.05）.

在全國第二次土壤普查養分分級標準以及行業標準中，土壤有效磷含量分級標準如下：＞40 mg/kg為很豐富、20～40 mg/kg為豐富、10～20 mg/kg為中等、5～10 mg/kg為缺乏、3～5 mg/kg為很缺乏、＜3 mg/kg為極缺乏［13-15］.從以上分級標準可以看出，自然邊坡土壤有效磷含量屬于很豐富的范圍，而菱形框架切挖邊坡、拱形框架切挖邊坡土壤有效磷含量屬于豐富的范圍，無框架切挖邊坡土壤有效磷含量屬于中等的范圍.經過框架處理的切挖邊坡，無論框架形狀如何，都可起到有利于切挖邊坡穩定、減少坡面水土流失的作用，并能提高土壤有效磷含量，對切挖邊坡坡面植物生長發育的磷素供應將會有促進效果.

2.3 不同框架形狀切挖邊坡土壤速效鉀含量土壤速效鉀是衡量土壤鉀素供給能力的主要指標，能夠直觀地反映一定時期內土壤可供植物利用的鉀素含量水平.土壤速效鉀包括交換性鉀和水溶性鉀.土壤中鉀素對植物最有效的形態為速效鉀，土壤速效鉀與土壤鉀素循環利用密切相關，能直接反映土壤的鉀素肥力狀況［11，21］.表3給出了不同切挖邊坡類型的土壤速效鉀含量.

表3 不同切挖邊坡類型的土壤速效鉀含量Tab.3 Soil available K in different cut slope types

因框架形狀不同，菱形框架切挖邊坡土壤速效鉀含量顯著高于拱形框架切挖邊坡土壤速效鉀含量（P＜0.05）.因框架有無不同，菱形框架切挖邊坡土壤速效鉀含量顯著高于無框架切挖邊坡土壤速效鉀含量，但拱形框架切挖邊坡與無框架切挖邊坡的土壤速效鉀含量之間沒有顯著差異.自然邊坡土壤速效鉀質量分數為272.30 mg/kg，自然邊坡土壤速效鉀含量顯著高于菱形框架切挖邊坡、拱形框架切挖邊坡、無框架切挖邊坡土壤速效鉀含量（P＜0.05）.

在全國第二次土壤普查養分分級標準以及有關標準中，土壤速效鉀含量分級標準如下：＞200 mg/kg為很豐富、150～200 mg/kg為豐富、100～150 mg/kg為中等、50～100 mg/kg為缺乏、30～50 mg/kg為很缺乏、＜30 mg/kg為極缺乏［13-15］.從以上分級標準可以看出，自然邊坡和菱形框架切挖邊坡土壤速效鉀含量都屬于很豐富的范圍，拱形框架切挖邊坡和無框架切挖邊坡土壤速效鉀含量都屬于豐富的范圍.土壤速效鉀含量受到土壤有機質、耕作施肥、土壤水分、土壤酸堿度等因素的影響，有研究表明土壤速效鉀含量與有機質含量有極顯著的正相關關系［11］.自然邊坡因植物枯枝落葉多，通過在土壤中植物枯枝落轉化為有機質的長期積累過程，會使自然邊坡土壤有機質不斷增多，也為土壤速效鉀含量的提高創造了條件，這可能是自然邊坡土壤速效鉀含量在幾種邊坡類型中最高的主要原因.

3 結論

通過對遂渝鐵路遂寧車站附近不同框架形狀切挖邊坡土壤大量元素有效含量的差異性研究，得出以下結論：

1）無論何種框架形狀的切挖邊坡還是無框架切挖邊坡，其土壤堿解氮含量均屬于缺乏的范圍，相互之間差異均不顯著.菱形框架切挖邊坡、拱形框架切挖邊坡、無框架切挖邊坡與自然邊坡相比，土壤堿解氮含量顯著降低.

2）菱形框架切挖邊坡、拱形框架切挖邊坡之間的土壤有效磷含量差異不顯著，但都顯著高于無框架切挖邊坡土壤有效磷含量.菱形框架切挖邊坡、拱形框架切挖邊坡、無框架切挖邊坡與自然邊坡相比，土壤有效磷含量顯著降低.

3）菱形框架切挖邊坡土壤速效鉀含量顯著高于拱形框架切挖邊坡、無框架切挖邊坡土壤速效鉀含量，但拱形框架切挖邊坡與無框架切挖邊坡之間土壤速效鉀含量差異不顯著.菱形框架切挖邊坡、拱形框架切挖邊坡、無框架切挖邊坡與自然邊坡相比，土壤速效鉀含量顯著降低.