紅壤區輸變電工程塔基擾動跡地土壤改良下的植被恢復效果研究

毛俊強，高 明，柳青山，宋 健，姜登峰，陳 斌，吳浙龍

（1.衢州光明電力工程有限公司，浙江 衢州 324000；2.國網浙江省電力有限公司 衢州供電公司，浙江 衢州 324000）

0 引言

黨的十八大以來，國家和地方水土保持法律法規政策體系持續健全，簡審批、強監管、嚴追責的監管模式全面形成，生產建設單位水土流失防治的主體責任不斷強化，對電網建設項目全面落實水土保持提出了更高的要求［1］。輸變電工程建設對地表擾動較為劇烈，會造成嚴重的地形破碎和水土流失現象，甚至會引發次生地質災害。目前，植被恢復措施作為一項可以有效防治水土流失、改善生態環境、促進生態與經濟協同發展、成本低廉的生態經營管理措施，廣泛應用于輸變電工程的生態修復中［2-4］。然而近幾年來，輸變電工程植被恢復不到位的情況較為普遍，且后期整改十分困難，代價高昂，嚴重影響了工程水土保持設施的驗收進度；且大部分的植被恢復措施多采用簡單的人工植草（撒播草籽）方式，當撫育缺失或水土氣生條件不滿足時，遭破壞的植被很難達到理想的恢復效果［5-9］。

在當前輸變電工程植被恢復過程中，土壤環境狀況是決定植被恢復效果的重要因素之一。土壤作為一種不可或缺的自然資源，對于植被恢復的影響十分顯著，因此探討擾動跡地土壤理化性質改良下的植被恢復效果至關重要。浙江省江山市的主要土壤類型為紅壤，紅壤呈酸性，養分較貧瘠；在人為擾動以及自然侵蝕等影響下，紅壤的保水保肥性、養分供應能力等逐年變差，酸化進程加速，紅壤微生物群落結構的穩定性和功能性降低，最終導致紅壤質量下降，不利于植被生長，特別是在輸變電工程建設擾動影響下。鑒于此，筆者對浙江省江山市紅壤區輸變電工程塔基擾動跡地開展了土壤改良技術研究，并在土壤改良條件下探究了植被恢復效果，旨在促使工程水土保持設施達到驗收要求，并為相關工程擾動區土壤改良和水土保持提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區江山市地處浙江省西南部，位于浙、閩、贛三省交界處，地理坐標為118°22′37″～118°48′48″E，28°15′26″～28° 53′27″N。江山市土地總面積為20.19萬hm2，其中林業用地面積14.72萬hm2，有林地面積12.76萬hm2，森林覆蓋率67.7%。江山市地勢南高北低，懷玉山支脈盤亙西北，仙霞嶺斜貫東南，海拔73～1500 m，主要河流為錢塘江水系的江山港江。該市屬于中亞熱帶北部濕潤季風氣候區，平均氣溫17.1 ℃，年降雨量1650～2200 mm，年均無霜期253 d，四季分明，溫暖濕潤，降水豐沛，光照充足，具有明顯的山地立體氣候特征。

1.2 土壤改良材料用量設計

紅壤較為貧瘠，質地黏重，土壤pH值表現為弱酸性，本身并不適于速生植物的生長；同時受電網施工擾動的影響，紅壤的表層植被會遭到破壞，土壤結構改變，造成土壤肥力下降［10］。基于擾動區和未擾動區土壤理化性質及土壤肥力的測定和分析結果，結合原生植被調查結果以及速生植被的生長條件，從土壤pH值條件、土壤物理結構改良以及土壤肥力快速提升等3個角度設計土壤改良方案。

根據土壤狀況和土壤改良材料的性質設計土壤改良材料的用量，一般用占土壤重量的百分比來表示。土壤改良材料用量過少會導致改良效果不明顯，而用量過多一方面會造成改良成本的增加，另一方面有時還會造成土壤板結，不利于植物的生長發育［11］。因此選擇適量的土壤改良材料至關重要。參考前人的研究成果，本文確定了用于土壤改良的復合肥的組成成分及其占比（表1）。基于擾動區和未擾動區原狀土本底值調查結果，針對典型紅壤區的特性，將土壤質地改良劑河砂的粒徑控制在0.01～0.05 mm之間，河砂摻加量設置5%、10%共2種比例，并設置不摻加對照（CK，未擾動區原狀土壤樣本）。由于擾動區土壤的肥力條件較差，故對復合肥的施用量設置5%、10%和15%共3個比例，并設置不施肥對照。擾動區土壤酸性較弱，熟石灰、碳酸鈣和草木灰3種pH值調節劑的添加量均選擇0.3%的比例。

表1 用于土壤改良的復合肥的組成成分

1.3 土壤改良室內盆栽正交實驗

將采集的0～15 cm的表層土壤取相同質量裝入塑料花盆（內口徑19.0 cm，底徑14.2 cm，高17.3 cm，底部有孔）中，裝土深度為15 cm；稱量此時的土壤重量，再按照表2中的實驗設計，依次加入相應比例的復合肥、土壤質地改良劑（河砂）、土壤pH調節劑，深翻拌勻。

表2 土壤改良盆栽實驗各材料的添加比例及處理代號

選擇黑麥、黑麥草、苦麥菜草種若干，浸泡于純水（4 ℃）中過夜；次日挑選飽滿一致的種子，每盆均勻分散播種約20粒；發芽后間苗培養，定期澆水，通過重量差減法控制75%的田間持水量；收獲時將地上部分齊土剪下，測量植株高度和萌發率；將收獲的植株在75 ℃下烘干，并稱量干重；測量植株收獲后花盆中土壤的理化性質，對比土壤理化性質的本底值，分析不同處理的土壤改良效果。

1.4 植被生長指標的測定

根據浙江省江山市秋冬季的降雨情況，為了模擬研究區的生境條件，在室內盆栽實驗中每2 d進行1次澆水養護，每次澆至花盆底部空洞有水滲出為止。1個月后測量植物的萌發率及生長高度，并對比分析各處理植物的生長情況。

1.5 土壤樣本采集及其本底值測定

利用環刀、鋁盒分別采集各實驗處理和對照0～5、5～10 cm的表層土壤，利用自封袋分層封裝采集的土壤樣品，3次重復。測量采集的表層土壤樣品的重要物理指標（容重、田間持水量、pH值、機械組成）以及土壤肥力指標（有機質、速效氮、速效磷、速效鉀含量）

1.5.1 土壤容重的測定［12］采用環刀+鋁盒的方式，利用100 cm3的環刀采集土壤，放置于鋁盒中，利用烘箱烘干后稱重。土壤容重的計算公式為土壤容重(g/cm3）=土壤烘干重量(g)/土壤體積(cm3)。

1.5.2 土壤質地的測定 利用土壤篩+比重計測量土壤的粒徑組成，通過繪制三角圖分析土壤質地。將土壤樣品自然風干后，過2 mm孔徑的土壤篩，然后利用千分天平稱量土壤樣品50 g，將其放置于500 mL三角瓶中，加入分散劑（0.5 mol/L NaOH溶液）20 mL，再用蒸餾水沖至200～300 mL，搖勻后煮沸，保持沸騰10 min；冷卻后將懸濁液倒入1000 mL量筒中，加入蒸餾水，定容至1000 mL，然后使用玻璃棒攪拌1 min，最后開始計時（以玻璃棒離開液面的時刻記為0 s）并測量此時溶液的溫度；按照比重計法中溫度、時間和粒徑的對應關系，利用甲種比重計0～60的度數，計算土壤不同粒級的含量［13］。相關計算公式為：小于某粒徑土粒含量（%）=（校正后度數/烘干土樣重）×100%；烘干土樣重=比重計度數-溫度校正值-分散劑校正值。

1.5.3 土壤田間持水量的測定 利用環刀法進行測定。用環刀取固定體積的土壤，削平兩端多余的土壤，將一端用濾紙和紗布包裹住并用橡皮筋扎好；利用滴灌給土壤加水直至飽和，將此時的土壤放入鋁盒稱重，然后放入105 ℃烘箱中烘干，最后稱重［14］。土壤田間持水量的計算公式為土壤田間持水量（%）=（濕重-干重）/干重×100%。

1.5.4 土壤pH值的測定 采用比色法進行測定。取一小匙土壤置于試管中，加入蒸餾水至糊狀，靜置1 h；然后加適量水攪拌，以保持其黏稠度；最后利用pH試紙進行測量，與pH試紙進行比對，得到土壤的pH值［15］。

1.5.5 土壤有機質(SOM)含量的測定 采用重鉻酸鉀外加熱法進行測定。研磨土壤樣品，使其過0.149 mm的孔篩，取研磨后的土壤樣品1 g，放入干燥的硬質試管中，利用移液管加入0.8 mol/L的重鉻酸鉀溶液5 mL，再加入濃硫酸5 mL，充分搖勻；將試管放入180 ℃的油浴鍋中，使其沸騰5 min；取出試管，冷卻后將其倒入250 mL三角瓶中，加蒸餾水至60～70 mL，然后加入指示劑鄰啡羅啉溶液2～3滴，再利用0.2 mol/L的FeSO4溶液滴定，溶液顏色由橙黃→藍綠→磚紅色，記錄FeSO4溶液滴定的用量(mL)［16］。土壤有機碳(SOC，g/kg)和土壤有機質(SOM，g/kg)含量的計算公式為：

式（1）～式（2）中：c為重鉻酸鉀標準溶液的濃度；5為重鉻酸鉀溶液加入的體積(mL)；V0為空白滴定用掉的FeSO4體積(mL)；V為樣品滴定用掉的FeSO4體積(mL)；3.0為1/4碳原子的摩爾質量(g/mol)；1.1為氧化矯正系數；m為風干土樣質量(g)；k為風干土換成烘干土的系數。

1.5.6 土壤有效氮(AN)含量的測定 采用堿解擴散法進行測定。稱取過1 mm孔篩的風干土樣2.0 g，置于潔凈的擴散皿外室，輕輕旋轉擴散皿，使土樣均勻平鋪；取20 g/L指示溶劑H3BO32 mL放于擴散皿內室，在擴散皿外室邊緣涂堿性膠液，蓋上毛玻璃，旋開毛玻璃一側，迅速加入1 mol/L NaOH溶液10 mL，立刻蓋嚴，然后輕旋擴散皿，使堿性溶液蓋住所有土壤；固定毛玻璃后放入40 ℃恒溫箱中，24 h后取出，用0.005 mol/L的1/2H2SO4標準溶液進行滴定［17］。AN（mg/kg）的計算公式為：

式（3）中：c為0.005 mol/L的1/2H2SO4標準溶液的濃度(mol/L)；V為樣品滴定時用去0.005 mol/L 1/2 H2SO4標準溶液的體積(mL)；V0為空白實驗滴定時用去0.005 mol/L 1/2H2SO4標準溶液的體積(mL)；14.0為氮原子的摩爾質量(g/mol)；m為樣品質量(g)。

1.5.7 土壤有效磷(AP)含量的測定 采用鉬銻抗比色法進行測定。提取劑選用0.05 mol/L HCl+0.025 mol/L 1/2H2SO4（取濃鹽酸4 mL和濃硫酸0.7 mL，加水定容至1 L）。取5.0 g土壤樣品于50 mL三角瓶中，加入提取劑25 mL，在震蕩機上震蕩5 min，然后用無磷濾紙進行過濾；吸取濾液1 mL，加入工作溶液24 mL（抗壞血酸溶液10 mL和硫酸—鉬酸銨溶液20 mL，用提取劑稀釋至1 L，放置2 h后使用），搖勻，放置0.5 h后在分光光度計上用700 nm波長進行比色（浸提液空白進行調零），將度數與標準磷曲線對比，計算土壤有效磷含量(mg/kg)［18-19］。

1.5.8 土壤速效鉀含量的測定 土壤中的速效鉀以交換性鉀為主，可用乙酸銨浸提，利用火焰光度法進行測定。稱取過1 mm孔篩的風干土5.00 g，放置于100 mL三角瓶或試管中，加入1 mol/L乙酸銨溶液50 mL；塞緊橡皮塞，震蕩30 min，用濾紙進行過濾，將濾液盛于小三角瓶中，與鉀標準系列溶液一起在火焰光度計上測定，記錄檢流計上的度數，利用標準曲線計算速效鉀含量(mg/kg)［20-21］。

1.6 數據處理方法

應用Origin 2018軟件進行繪圖；應用SPSS 19.0統計軟件對實驗數據進行方差分析；使用Duncan檢驗法進行不同處理間差異的多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同土壤改良處理對植物生長萌發的影響

表3和表4統計了室內盆栽實驗1個月后植物的生長高度及萌發率。對比未經土壤改良的原狀土（CK），改良后的土壤可以明顯提升植物的萌發率以及生長高度。未改良的對照花盆中的土壤部分板結，保水能力差，種子萌發率不足10%，且植物的生長高度顯著低于實驗處理的。在不同的土壤改良處理中，種子的萌發率以及植株高度與復合肥的施加量呈正相關，即植物的生長情況表現為添加15%復合肥＞10%復合肥＞5%復合肥；在相同的復合肥添加量條件下，較優的河砂添加比例范圍為5%～10%，且添加河砂處理的盆栽植物的萌發率和株高較對照均有明顯提高；但幾種pH值調節劑的添加對植物的萌發和生長影響不明顯。在所有的土壤改良處理中，對植物生長高度和種子萌發率正向影響最大的處理為添加15%復合肥+10%河砂+0.3%熟石灰。

表3 不同土壤改良處理對植物生長高度的影響 cm

表4 不同土壤改良處理對植物萌發率的影響 %

2.2 不同土壤改良處理對土壤物理性質的影響

由圖1～圖3可知，摻砂可以有效降低土壤容重，提高土壤的最大含水率，提升土壤的保水能力，且摻砂比例越高，土壤的容重越低，但隨著摻砂比例的增加，土壤容重的下降幅度逐步減小；土壤含水率與摻砂量呈正相關，即摻砂比例越高，土壤的飽和含水率越高。研究表明，土壤容重越低時土壤的透水透氣性能越好。綜合考慮土壤容重和土壤飽和含水率，最佳的摻砂比例在5%～10%之間。未改良土壤的pH值為弱酸性，接近中性；不同土壤pH調節劑的添加對土壤pH值的調節作用并不明顯。土壤pH值、土壤容重及飽和含水率在不同的復合肥施用下變化不明顯，表明復合肥的施用對土壤物理性質的影響不顯著。

圖1 不同土壤改良處理下的土壤pH值

圖2 不同土壤改良處理下的土壤容重

圖3 不同土壤改良處理下的土壤飽和含水率

2.3 不同土壤改良處理對土壤化學性質的影響

對不同土壤改良處理下的土壤肥力指數進行了分析，結果如表5所示，發現土壤pH值調節劑和河砂的添加對土壤肥力無顯著影響；但復合肥的施加可以顯著提升土壤肥力，且復合肥的最優施加比例為15%；在施加15%復合肥處理下土壤SOM、AN、AP、K含量分別比施加5%和10%復合肥處理提升了174%、111%、35%、6%和53%、41%、15%、5%。

表5 不同土壤改良處理下土壤的肥力特征

3 結論

本實驗研究結果表明：土壤改良處理可以顯著提高植物的萌發率，促進植物的長勢，其中在添加15%復合肥+10%河砂+0.3%熟石灰處理下供試植物的萌發率和生長高度均最高；采用15%復合肥+10%河砂進行土壤改良，能夠有效改善土壤的理化性質，并提升土壤肥力。因此最優的土壤改良處理模式為添加15%復合肥+10%河砂+0.3%熟石灰。