韓立鶴，尤勇剛，陸雅佩，董茜，譚格非，趙留輝

(1.中體第一勘察設(shè)計院集團有限公司，陜西 西安 710043；2.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院，北京 100083)

作為全球能量水分循環(huán)的關(guān)鍵區(qū)域，青藏高原生態(tài)環(huán)境對高原及周邊地區(qū)氣候與環(huán)境變化具有重要影響[1-2]。青藏高原東南部地質(zhì)背景以花崗巖、砂巖等硬質(zhì)巖性為主，造成該地區(qū)山體陡峭、地形復(fù)雜多變、表土稀薄且植被交錯，是典型的高寒生態(tài)脆弱區(qū)[3]。近年來，隨著青藏高原工業(yè)化、城市化步伐的加快，青藏高原的基礎(chǔ)設(shè)施越來越完善，但這些工程在建設(shè)、運行過程中，占壓土地，產(chǎn)生大量廢棄土石渣，在經(jīng)歷暴雨后可能會誘發(fā)極其嚴(yán)重的水土流失，具有極大的環(huán)境隱患[4]。解決棄渣場水土流失問題最根本的措施是生態(tài)修復(fù)，受損環(huán)境的生態(tài)恢復(fù)和退化生態(tài)環(huán)境的修復(fù)與重建已成為當(dāng)前生態(tài)學(xué)研究的熱點之一。

由于棄渣場生態(tài)自然修復(fù)速度極其緩慢，必須通過人工輔助措施以加速植被重建。因此，棄渣場生態(tài)修復(fù)的首要問題是立地生態(tài)因子的分析，確定生態(tài)修復(fù)的主要限制因子。土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，也是人類賴以生存與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[5-6]，土壤厚度、緊實度、養(yǎng)分條件等理化性質(zhì)為植物的生長發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，將進一步?jīng)Q定植物群落分布、動態(tài)，以及生物量、養(yǎng)分循環(huán)等生態(tài)系統(tǒng)功能[7-8]。土壤不僅是營養(yǎng)與水分的儲存庫，同時也為植物根系提供生存空間[9]。土壤厚度將決定植物根系的生長空間，較薄的土壤，較小的土壤空間會造成土壤儲存水分、養(yǎng)分的匱乏，進而直接影響群落結(jié)構(gòu)和生物量[10]。同時，土壤厚度也可能協(xié)同物種多樣性對生物量產(chǎn)生間接作用，進一步改變物種多樣性與生物量之間的關(guān)系[11]。然而，在高寒區(qū)棄渣場生態(tài)修復(fù)中，土壤厚度與植物的協(xié)同作用仍然不清楚。在工程擾動區(qū)，大型機械工作對土壤的碾壓會改變土壤物理機械結(jié)構(gòu)，形成不同的土壤緊實度，進而影響植物生物量和景觀形態(tài)[12]。土壤過于緊實，會造成土壤通氣性變差、礦質(zhì)元素轉(zhuǎn)移能力降低，阻礙植物根系的穿透能力及生理代謝，造成作物減產(chǎn)，品質(zhì)下降[13-14]；土壤過于松弛，土壤保水持肥能力下降，更容易加快土壤水分和養(yǎng)分的流失，影響植物生長進程。因此，在棄渣場生態(tài)修復(fù)中，還必須有適宜的土壤緊實度[15-16]。土壤中的碳 (C)、氮 (N)、磷 (P)作為生態(tài)系統(tǒng)中的營養(yǎng)物質(zhì)和結(jié)構(gòu)元素，是植物生長、發(fā)育及物質(zhì)循環(huán)過程中重要的化學(xué)元素[17]，對土壤養(yǎng)分循化和轉(zhuǎn)化起著重要的作用，調(diào)控和驅(qū)動著土壤生態(tài)系統(tǒng)的演替過程[18]。土壤C︰N︰P化學(xué)計量清楚地反映了養(yǎng)分的分解和補充速率，以及土壤生態(tài)系統(tǒng)中C、N和P之間耦合關(guān)系的數(shù)量性質(zhì)[19]。此外，土壤C︰N︰P化學(xué)計量直接指示土壤質(zhì)量和養(yǎng)分供應(yīng)能力，并間接反映植物生產(chǎn)力[20]。因此，弄清不同土壤養(yǎng)分特征對植物生長的影響和了解綜合土壤養(yǎng)分的潛在利用具有重要意義。

草本植物相比喬木、灌木具有生長周期短、易成活、見效快、性價比高、種植方便的優(yōu)勢，因此，在棄渣場修復(fù)、城市綠化和邊坡修復(fù)等擾動區(qū)工程修復(fù)實踐中常被優(yōu)先使用和廣泛應(yīng)用。高羊茅(Festucaelata)作為多年生禾本科速生草本植物，具有耐寒、耐旱、耐酸、耐貧瘠、抗病性強，管理養(yǎng)護簡單等優(yōu)良特點[21]，廣泛分布于中國青海、內(nèi)蒙、四川等地，多應(yīng)用于廢棄礦區(qū)修復(fù)、城市街道綠化、園林造景等，是國內(nèi)使用量最大的冷季型草坪草之一[22-24]。在水土保持工程和生態(tài)修復(fù)應(yīng)用上，高羊茅多用于擾動區(qū)修復(fù)，是我國常用的牧場草地修復(fù)、工程護坡植物材料之一[25-26]，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于青藏高原地區(qū)，并且在全國范圍內(nèi)均已經(jīng)開始應(yīng)用[27]。有鑒于此，本研究根據(jù)高寒區(qū)棄渣場石礫含量高、土壤養(yǎng)分差，植被自然恢復(fù)速度極其緩慢的特點，以青藏高原東南部棄渣場為研究對象，通過設(shè)置不同土壤理化條件，來探究對高羊茅生長發(fā)育的影響，以期為青藏高原脆弱區(qū)生態(tài)修復(fù)工程建設(shè)提供科學(xué)參考和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

經(jīng)過前期科學(xué)調(diào)研，選定林芝市巴宜區(qū)尼池村(29°21′～30°15′N、93°27′～95°17′E)川藏鐵路色季拉山出口處作為試驗區(qū)建設(shè)地點。該地區(qū)受印度洋暖濕氣流的影響，境內(nèi)屬溫帶濕潤季風(fēng)氣候，雨量充沛，日照充足，冬季溫和干燥，夏季濕潤無高溫。年平均氣溫8.5 ℃(最冷1月，平均氣溫為-2 ℃；最熱7月，平均氣溫20 ℃)。無霜期175 d左右。年日照時間2 022 h。年平均降水量654 mm，主要集中在5—9月份，占全年降水量的90%左右。研究區(qū)域林下的土壤為山地酸性棕色土壤、河灘地的土壤為重石質(zhì)沙壤土。河灘地和擾動區(qū)以禾本科、菊科等草地植物為主。

1.2 試驗材料

通過查閱文獻和實地勘察，采用渣石、剝離表土、生物堆肥組合成具有不同土壤緊實度、土壤厚度和基質(zhì)類型的重構(gòu)土壤以進行模擬棄渣場試驗。試驗所用渣石(粒徑2～5 cm)為川藏鐵路色季拉山隧道棄渣石粉碎所得，棄渣石以花崗巖和變砂巖等為主(全氮含量5.249 g/kg，全磷含量0.114 g/kg)；生物堆肥以泥炭與秸稈、畜禽糞便等農(nóng)業(yè)廢棄物混合發(fā)酵后得到(全氮含量5.700 g/kg，全磷含量0.885 g/kg)；剝離表土以沙壤土為主，為平整試驗地的過程中，剝離表層0～40 cm土層得到。

高羊茅屬禾本目、禾本科多年生先鋒地被植物，原產(chǎn)我國廣西、四川和貴州。喜寒冷潮濕、溫暖的氣候，在肥沃、潮濕、富含有機質(zhì)、pH值為4.7～8.5的細(xì)壤土中生長良好。具有抗逆性強，耐酸、耐瘠薄，抗病性強等優(yōu)勢。本研究應(yīng)用我國內(nèi)蒙古培育的高羊茅(翠波)種子進行試驗。

1.3 試驗設(shè)計

通過渣石、生物堆肥和剝離表土的不同比例形成如下3種基質(zhì)：100%剝離表土(基質(zhì)1)，67%剝離表土+33%渣石(基質(zhì)2)，67%剝離表土+33%生物堆肥(基質(zhì)3)。

將3種新型土壤基質(zhì)鋪設(shè)在有40 cm棄渣石(模擬棄渣場環(huán)境)的模擬試驗箱(1 m×3 m)。模擬試驗箱中分別設(shè)置10、20、40、60 cm剝離表土覆蓋度；分別設(shè)置為3種土壤緊實度(緊實度1～3)，分別為：800～1 000、1 400～1 600、2 000～2 200 kpa(對照當(dāng)?shù)夭莸赝寥赖木o實度：1 400～1 600 kpa、大型機械碾壓2次新填埋土壤的緊實度：2 000～2 200 kpa和新填埋無碾壓土壤的緊實度：800～1 000 kpa進行設(shè)置)。土壤緊實度采用土壤緊實度計(云唐科器：YT-JSD)測定。

共計設(shè)置如表1所示的3個試驗(不同覆土厚度、不同緊實度、不同基質(zhì))，10種試驗處理。

表1 試驗處理及其土壤性質(zhì)

1.4 樣品采集與測定方法

于2020年8月完成試驗布置和播種。在試驗布置時，分別采集10種處理土壤樣品(每種處理設(shè)3個重復(fù))，用于分析土壤理化性質(zhì)。11月草地成坪后，每個處理選取3個1 m×1 m 的小樣方，分別隨機測定10株高羊茅高度；用剪刀齊根剪取草本地上部分，現(xiàn)場稱重得到小樣方內(nèi)全部植物鮮重，然后帶回實驗室于65 ℃烘干，確定高羊茅地上干生物量；挖取植物所有根系，分離干凈土壤后稱取植物根系鮮重，然后帶回實驗室，測定植物總根長和根系生物量；混合高羊茅地上干生物量和根系生物量，然后用球磨儀研磨至小于80目，得到高羊茅養(yǎng)分指標(biāo)待測定樣品。

植物、土壤全氮、全磷含量采用H2SO4和H2O2消煮后用Smartchem 200全自動間斷化學(xué)分析儀測定[28]；植物、土壤有機質(zhì)含量采用油浴 K2Cr2O7-濃H2SO4加熱法進行測定[29]。植物根系總長度采用LA-S根系掃描儀測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析方法

不同土壤重構(gòu)模式各指標(biāo)數(shù)據(jù)整理、圖表繪制采用Microsoft Excel 2003和Origin 2018軟件；各指標(biāo)的單因素方差分析、Pearson相關(guān)性采用SPSS 17.0完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 高羊茅生長特征

由圖1可知：不同覆土厚度試驗中高羊茅自然高生長呈60 cm>40 cm>20 cm>10 cm(P<0.05)；不同緊實度試驗中高羊茅自然高生長呈緊實度2(1 400～1 600 kpa)>緊實度3(2 000～2 200 kpa)>緊實度1(800～1 000 kpa)(P<0.05)；不同基質(zhì)試驗中高羊茅自然高生長呈基質(zhì)3>基質(zhì)2>基質(zhì)1(P<0.05)；不同基質(zhì)試驗中基質(zhì)3的自然高生長最高為68.90 cm，而覆土厚度試驗中覆土10 cm處理的平均自然高生長最低為27.93 cm。

圖1 不同土壤重構(gòu)類型高羊茅生長特征

不同覆土厚度試驗中高羊茅根系總長度呈覆土厚度60 cm>覆土厚度10 cm>覆土厚度40 cm>覆土厚度20 cm(P<0.05)；不同緊實度試驗中高羊茅根系總長度呈緊實度1(800～1 000 kpa)>緊實度3(2 000～2 200 kpa)>緊實度2(1 400～1 600 kpa)，其中土壤緊實度3和緊實度2處理的高羊茅根系總長度差異不顯著(P>0.05)；不同基質(zhì)試驗中高羊茅根系總長度呈基質(zhì)2>基質(zhì)1>基質(zhì)3(P<0.05)；不同土壤緊實度試驗中緊實度1處理的根系總長度最高(205.07 cm)，土壤緊實度8 00～1 000 kpa處理的根系總長度最低為46.08 cm。

2.2 高羊茅地上部分、根系生物量特征

由表2可知：不同覆土厚度試驗中高羊茅地上部分生物量總體表現(xiàn)為：覆土厚度60 cm>覆土厚度40 cm>覆土厚度20 cm>覆土厚度10 cm(P<0.05)；不同土壤緊實度試驗中高羊茅地上部分生物量總體表現(xiàn)為：緊實度2>緊實度3>緊實度1(P<0.05)；不同基質(zhì)試驗中高羊茅地上部分生物量總體表現(xiàn)為：基質(zhì)3>基質(zhì)2>基質(zhì)1(P<0.05)；且不同覆土厚度試驗中覆土厚度60 cm處理的高羊茅地上部分生物量最高達(dá)到了1.79 kg/m2，而不同覆土厚度試驗中覆土厚度10 cm處理的高羊茅地上部分生物量最低為0.36 kg/m2。

表2 不同土壤重構(gòu)類型高羊茅地上部分及根系生物量特征

不同覆土厚度試驗中高羊茅根系生物量影響總體表現(xiàn)為：覆土厚度60 cm>覆土厚度40 cm>覆土厚度20 cm>覆土厚度10 cm(P<0.05)；不同土壤緊實度試驗中高羊茅根系部分生物量呈緊實度2>緊實度1>緊實度3。其中，不同土壤緊實度試驗中土壤緊實度1處理的高羊茅根系部分生物量最高達(dá)到了0.45 kg/m2，而不同覆土厚度試驗中覆土厚度40 cm處理的高羊茅根系部分生物量最低為0.19 kg/m2。

2.3 高羊茅總生物量和含水率特征

棄渣場不同土壤重構(gòu)類型之間高羊茅總生物量和含水率差異性顯著(P<0.05)，具體表現(xiàn)為：不同覆土厚度試驗中高羊茅總生物量范圍在0.46～2.12 kg/m2，不同土壤緊實度試驗中高羊茅總生物量范圍在1.15～1.40 kg/m2，不同基質(zhì)試驗中高羊茅總生物量范圍在1.15～1.88 kg/m2，且不同覆土厚度試驗中覆土厚度60 cm平均總生物量最高達(dá)到了2.12 kg/m2，而覆土厚度10 cm處理的平均總生物量最低為0.45 kg/m2；不同覆土厚度試驗中高羊茅含水率范圍在163.89%～204.37%，不同土壤緊實度試驗中高羊茅含水率范圍在163.89%～198.78%，不同基質(zhì)試驗中高羊茅含水率范圍在163.89%～1 298.27%，且不同基質(zhì)試驗中基質(zhì)3處理的高羊茅含水率最高達(dá)到了298.27%，而不同覆土厚度試驗中覆土厚度40 cm、不同基質(zhì)試驗中基質(zhì)1和不同土壤緊實度試驗中土壤緊實度2(1 400～1 600 kpa)處理的高羊茅含水率最低為163.89%(圖2)。

圖2 不同土壤重構(gòu)類型高羊茅總生物量和含水量特征

2.4 高羊茅養(yǎng)分含量特征

不同覆土厚度試驗中高羊茅全氮含量范圍在6.45～7.17 g/kg之間，全氮含量最高的為覆土20 cm處理小區(qū)中高羊茅，含量最低的為覆土10 cm處理小區(qū)中高羊茅，覆土20 cm和覆土40 cm處理小區(qū)中高羊茅全氮含量差異性不顯著(P>0.05)，其它2種覆土處理小區(qū)高羊茅全氮含量差異性顯著(P<0.05)；不同土壤緊實度試驗中高羊茅全氮含量范圍在8.22～9.74 g/kg之間，3種緊實度處理全氮含量差異性顯著(P<0.05)；不同基質(zhì)試驗高羊茅全氮含量范圍在7.75～16.00 g/kg之間，全氮含量最高的為基質(zhì)3(生物堆肥+剝離表土)，含量最低的為基質(zhì)2(渣石+剝離表土)，基質(zhì)2和基質(zhì)1全氮含量差異性不顯著(P>0.05)(表3)。

表3 不同土壤重構(gòu)類型高羊茅養(yǎng)分含量

3種土壤重構(gòu)試驗中，共8種土壤處理高羊茅全磷含量范圍在1.27～2.32 g/kg之間，不同土壤緊實度試驗中土壤緊實度1和緊實度3處理高羊茅全磷含量無顯著性差異(P>0.05)；不同基質(zhì)試驗中基質(zhì)2和基質(zhì)1處理的高羊茅全磷含量差異性不顯著(P>0.05)；不同覆土厚度試驗中覆土10 cm和覆土40 cm處理的高羊茅全磷含量無顯著性差異(P>0.05)，且不同覆土厚度試驗中基質(zhì)3處理的高羊茅全磷含量最高達(dá)到了2.32 g/kg，而覆土厚度40 cm、土壤緊實度2和基質(zhì)1處理的高羊茅全磷最低為1.27 g/kg(表3)。

3種土壤土壤重構(gòu)試驗中，共8種土壤處理小區(qū)中高羊茅有機碳含量范圍在307.36～494.13 g/kg之間，綜合表現(xiàn)為不同覆土厚度試驗中高羊茅有機碳含量總體呈現(xiàn)為覆土厚度40 cm>覆土厚度60 cm>覆土厚度10 cm>覆土厚度20 cm；不同土壤緊實度試驗中高羊茅有機碳含量總體呈現(xiàn)為緊實度1>緊實度2>緊實度3，不同基質(zhì)試驗中高羊茅有機碳含量總體呈現(xiàn)為基質(zhì)3>基質(zhì)2>基質(zhì)1，不同處理間高羊茅有機碳含量差異性顯著(P<0.05)(表3)。

2.5 高羊茅化學(xué)計量比

由圖4可知，3種模擬棄渣場土壤重構(gòu)試驗中高羊茅N︰P、C︰N和C︰P差異性顯著(P<0.05)，其中，不同基質(zhì)試驗中基質(zhì)3處理的高羊茅N︰P顯著大于其他處理(P<0.05)，不同基質(zhì)試驗中基質(zhì)2處理小區(qū)高羊茅C︰N和C︰P顯著小于其他處理(P<0.05)。

比較3種土壤重構(gòu)試驗中，不同覆土厚度試驗中覆土20 cm處理中高羊茅N︰P顯著大于其它3種覆土模式，不同基質(zhì)試驗中基質(zhì)3處理中高羊茅N︰P顯著大于其它2種基質(zhì)，不同土壤緊實度試驗中土壤緊實度2處理中N︰P顯著小于其它2種土壤緊實度。根據(jù)3種土壤重構(gòu)試驗中高羊茅C︰N指數(shù)發(fā)現(xiàn)，不同覆土厚度試驗中覆土40 cm和覆土60 cm處理高羊茅無顯著性差異(P>0.05)，其它處理差異性顯著(P<0.05)。根據(jù)3種棄渣場重構(gòu)試驗中高羊茅C︰P指數(shù)發(fā)現(xiàn)，不同土壤緊實度試驗中緊實度2和緊實度3處理的高羊茅無顯著性差異(P>0.05)，不同基質(zhì)試驗中基質(zhì)3和基質(zhì)1處理的高羊茅無顯著性差異(P>0.05)，其它處理差異性顯著(P>0.05)。

2.6 高羊茅生長因子相關(guān)性分析

覆土厚度與高羊茅生物量、自然高度呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與含水率、全磷含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與全氮含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與總根系長度、植物有機碳、N︰P、C︰N和C︰P相關(guān)性不顯著 (表4)。

表4 不同覆土厚度試驗中高羊茅生長因子相關(guān)性

總體來看，不同覆土厚度試驗中，高羊茅自然高度和含水率、生物量和全氮含量、全氮含量和N︰P、有機碳含量和C︰N、C︰P均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，高羊茅生物量和全氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，植物生物量植物高度、全磷含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，高羊茅生物量植物高度、全磷含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，高羊茅根系總長度與全磷含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，高羊茅全氮含量與全磷含量呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)，高羊茅C︰N與C︰P呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

土壤緊實度與高羊茅根系總長度呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與總生物量、含水率、高度、全氮含量、全磷含量、有機碳含量、植物N︰P、C︰N和C︰P相關(guān)性不顯著 (表5)。總體來看，不同緊實度試驗中，高羊茅總生物量與全氮含量、全磷含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與高羊茅總根系長度呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與高羊茅自然高度、N︰P、C︰N和C︰P呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。高羊茅自然高度與全氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與全碳含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與其他指標(biāo)無相關(guān)性。高羊茅根系與全氮含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與C︰N呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與其他指標(biāo)無相關(guān)性。高羊茅全氮含量與全磷含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與N︰P、C︰N和C︰P呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，全磷含量與N︰P、C︰N和C︰P呈極顯著呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，N︰P、C︰N與C︰N和C︰P呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

表5 不同土壤緊實度試驗中高羊茅生長因子相關(guān)性

不同基質(zhì)試驗中高羊茅總生物量、高度、含水率、元素含量等指標(biāo)和土壤化學(xué)指標(biāo)相關(guān)性顯著(P<0.05)，見表6。

由表6可知，高羊茅生物量與植物高度、植物全氮含量、植物全磷含量、土壤全氮含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與植物C︰N、植物C︰P呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與植物含水率、土壤全磷含量、土壤有機碳含量呈顯著正相關(guān)(P<0.01)，與植物有機碳含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。高羊茅含水率與高度、植物全氮含量、植物全磷含量、土壤全氮含量、有機碳含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與植物C︰N、植物有機碳含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與植物C︰P呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。植物高度與植物全氮含量、植物全磷含量、土壤全氮含量、有機碳含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與植物全碳含量、植物C︰N、植物C︰P呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與土壤全磷含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與其它指標(biāo)無顯著相關(guān)性。高羊茅根系總長度只與植物C︰N呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與其它指標(biāo)無顯著相關(guān)性。

高羊茅全氮含量與植物全磷含量、土壤全氮含量、全磷含量、有機碳含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與植物有機碳含量、植物C︰N呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與植物C︰P呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；植物全磷含量與土壤全氮含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與植物有機碳含量、植物C︰N、植物C︰P呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與土壤有機碳含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；植物全磷含量與土壤全氮含量、土壤全磷含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與植物C︰N呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與植物C︰P呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。植物C︰N與土壤指標(biāo)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，土壤指標(biāo)之間呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

(1)不同覆土厚度對高羊茅生長性狀的影響

土壤厚度是土壤資源的重要度量指標(biāo)，被認(rèn)為是表土稀缺區(qū)植被恢復(fù)和重建的重要限制性因子[30-31]。本研究發(fā)現(xiàn)覆土厚度與高羊茅生長高度、生物量和養(yǎng)分含量具有顯著關(guān)系，這再次證明覆土厚度和植物生長水分、養(yǎng)分以及生存空間密切相關(guān)，為植物的生存和繁殖提供了物質(zhì)基礎(chǔ)[32-33]。在本試驗中，高羊茅自然高度、生物量、含水率和植物全氮含量、全磷含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，卻與總根系長度、植物N︰P、C︰N和C︰P相關(guān)性不顯著。通過試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，不同覆土厚度處理小區(qū)中高羊茅平均自然高生長呈覆土厚度60 cm﹥覆土厚度40 cm﹥覆土厚度20 cm﹥覆土厚度10 cm(P<0.05)，平均根系總長度呈覆土厚度60 cm﹥覆土厚度10 cm﹥覆土厚度40 cm﹥覆土厚度20 cm(P<0.05)，由此可見，土壤厚度顯著影響高羊茅的生長，同時土壤無法給高羊茅提供充足養(yǎng)分、水分等生長發(fā)育資源的時候，高羊茅通過增加根系數(shù)量和長度，來提高養(yǎng)分、水分等必要元素的攝取[34-35]。Koerselman and Meuleman(1996)通過對歐洲植物施肥試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)植物N︰P<14時表現(xiàn)為受N的限制；當(dāng)N︰P>16時表現(xiàn)為受P的限制；而當(dāng)N︰P比值在14～16范圍之間時則表現(xiàn)為兩種元素共同受限制或二者均不受限制[36]。本試驗高羊茅植物全氮含量范圍在6.45～7.17 g/kg之間，全磷含量范圍在1.27～1.88 g/kg之間，有機碳含量范圍在307.36～494.13 g/kg之間，這與孫小妹等[37]對高寒區(qū)草本植物養(yǎng)分研究得到的結(jié)果相符合。然而，本研究中高羊茅N︰P最高只有6.603，顯著小于14，表現(xiàn)為氮限制，這是因為青藏高原高寒、惡劣的自然環(huán)境會限制微生物的活性和抑制土壤中有機質(zhì)的分解和礦化，土壤氮含量是主要的限制因子[37]。

(2)不同緊實度對植物生長性狀的影響

研究表明，土壤緊實度會抑制作物根系的穿插和生長，影響水分的入滲過程和肥料的利用效率等，不僅對土壤自身的理化性狀有影響，對作物的健康生長也會有直接或間接的影響，且作用機理相對比較復(fù)雜[38-39]。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤緊實度1(800～1 000 kpa)處理的高羊茅自然生長高度小于土壤緊實度2(1 400～1 600 kpa)和緊實度3(2 000～2 200 kpa)處理，然而高羊茅根系總長度卻呈土壤緊實度1處理極顯著大于土壤緊實度2和緊實度3處理，對比生物量呈緊實度2﹥緊實度1﹥緊實度3，且不同土壤緊實度與植物根系總長度呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，說明土壤緊實度確實對高羊茅根系的生長有較大影響。在土壤緊實度1中，植物根系總長度大于其它2種緊實度處理(達(dá)到205.07 cm)，但總生物量在3種緊實度處理間差異并不大，可見在營養(yǎng)較匱乏的土壤中，植物優(yōu)先發(fā)育根系生長，并且以細(xì)根為主。同時，由植物全氮、全磷和有機碳含量的對比，發(fā)現(xiàn)高羊茅全氮含量呈緊實度1>緊實度3>緊實度2，全磷、全碳含量呈緊實度緊實度2>緊實度1>緊實度3，也說明土壤緊實度的增加，使高羊茅根系變粗，較粗的根系可提高植物抵抗土壤阻力的能力，增加養(yǎng)分傳輸效率，提高了土壤養(yǎng)分的利用效率。通過化學(xué)計量比發(fā)現(xiàn)，土壤緊實度2處理的高羊茅群落植物N︰P顯著小于其它2種土壤緊實度，且最高N︰P比為6.64，因此同樣表現(xiàn)為氮限制。但相關(guān)性分析表明，土壤緊實度與植物總生物量、植物含水率、植物自然高度、植物全氮、全磷、有機碳含量、植物N︰P、C︰N和C︰P相關(guān)性不顯著 (表5)，這說明在棄渣場修復(fù)是一個復(fù)雜、長期的生態(tài)過程，在恢復(fù)早期，土壤多因子影響情況下，植物根系受到的影響最大，且植物優(yōu)先改變根系性狀來適應(yīng)土壤環(huán)境。

(3)不同基質(zhì)對植物生長性狀的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)2(渣石+表土)高羊茅平均自然高生長、根系總長度、含水率和總生物量均大于基質(zhì)1(表土)，且不同基質(zhì)植物生物量、高度、含水率、植物元素含量等指標(biāo)和土壤化學(xué)指標(biāo)相關(guān)性顯著 (表6)，說明適當(dāng)?shù)氖[可使土壤中形成孔隙及裂縫，使根系向土層更深處延伸，進而促進根系及植物的生長和生理機能[40]。同時基質(zhì)2植物C︰N和C︰P顯著低于基質(zhì)1，對比全氮含量(基質(zhì)1為8.22 g/kg，基質(zhì)2為7.7 5g/kg)，全磷含量(基質(zhì)1為1.55 g/kg，基質(zhì)2為1.35 g/kg)和總生物量(基質(zhì)1為1.15 kg/m2，基質(zhì)2為1.43 kg/m2)，且基質(zhì)2高羊茅N︰P僅僅為4.99，說明適當(dāng)?shù)脑纱龠M植物生長的同時，土壤氮、磷養(yǎng)分的匱乏更加嚴(yán)重的限制了植物生長[41]。另外，N和P是限制植物生長的關(guān)鍵元素[42]，基質(zhì)3(生物堆肥+表土)高羊茅平均自然高生長、含水率和總生物量均大于基質(zhì)2(渣石+表土)和基質(zhì)1(表土)，說明適當(dāng)?shù)脑龇士纱龠M該地區(qū)高羊茅的生長發(fā)育，但基質(zhì)3高羊茅N︰P也為6.9，說明在增加33%生物堆肥的情況下，該區(qū)域還表現(xiàn)為氮限制。因此，在該地區(qū)棄渣場生態(tài)修復(fù)過程中，如需提高棄渣場生態(tài)修復(fù)效果，還需適當(dāng)增加渣石含量和營養(yǎng)基質(zhì)。

3.2 結(jié)論

本研究采用野外試驗小區(qū)的方法，設(shè)置不同土壤緊實度、土壤厚度、土壤養(yǎng)分水平來探究影響，結(jié)果表明：土壤厚度顯著影響高羊茅自然高度、總生物量、含水率和全氮含量、全磷含量等，同時在土壤資源匱乏的時候，高羊茅通過增加根系數(shù)量和長度，來提高對土壤養(yǎng)分、水分等必要元素的攝取。不同土壤緊實度與高羊茅根系總長度呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，卻與高羊茅總生物量、含水率、自然高度、植物全氮、全磷、有機碳含量、N︰P、C︰N和C︰P相關(guān)性不顯著，說明土壤緊實度對高羊茅根系受到的影響最大，且高羊茅優(yōu)先改變根系性狀來適應(yīng)土壤環(huán)境。高寒區(qū)棄渣場修復(fù)過程中，適當(dāng)?shù)氖[可使土壤中形成孔隙及裂縫，使根系向土層更深處延伸，進而促進根系及自然高度、根系總長度、含水率和總生物量等。8種處理高羊茅N︰P在4.29～6.86之間，因此在該地區(qū)棄渣場生態(tài)修復(fù)過程中，如需提高棄渣場生態(tài)修復(fù)效果，可適當(dāng)增加渣石和營養(yǎng)基質(zhì)。

基于本文研究結(jié)果，不同土壤緊實度、土壤厚度、土壤養(yǎng)分水平均對高羊茅生長性狀具有顯著的影響，結(jié)果可為今后進行植被種植提供科學(xué)依據(jù)，對高寒表土稀缺區(qū)生態(tài)修復(fù)具有重要意義。