人工控温条件下喷播基质对羊草生长特征的影响研究

刘军利，李一为，孟 强，沈 毅，岳永杰，王晨晨

（1．内蒙古农业大学 生态环境学院，呼和浩特010018；2．交通运输部公路科学研究院，北京100088；3．公路交通环境保护技术交通行业重点实验室，北京100088）

高寒地区平均海拔在4 000m以上，气温低，植物在生长期内的有效积温低，且无霜期短，植物的生长期短［1］，生态环境一旦遭到破坏，很难恢复。近年来，随着国家经济建设的发展，公路与铁路等线性工程大规模地在高寒地区开展，高寒地区原有的生态平衡被打破，地表植被和生态区位发生了改变，植被系统退化加速［2］。因此，如何有效、快速地恢复生态植被是高寒地区进行线性工程建设中需要考虑的主要问题。

随着高等级公路的建设，以厚层基质喷附为代表的边坡恢复技术在国内许多线性工程建设中被广泛应用［3－4］。厚层基质喷附是使用专用喷附机将人工配制的植物生育基质和种子等固体混合物喷附在边坡表面的一种机械建植技术，喷附基质既是植物生长发育的基础又为植物生长提供养分，同时能够保证种子的自然发芽过程［5－9］。由于喷附基质的双重作用和高寒地区植物生长的低温胁迫，在高寒地区实行厚层基质护坡时，必须考虑基质配方与植物生长和低温胁迫三者之间的作用机理。合适的基质配方在一定程度上决定着高寒地区厚层基质护坡的成败。

本研究采用室内栽培方法，以阿荣旗至博克图段高速公路示范工程采用的厚层基质喷附材料为育苗基质，选取高寒地区常见植物羊草作为试验草种进行室内盆栽控温试验，通过对厚层基质喷附不同基材配比、不同温度条件下羊草的出苗率以及平均株高的研究，筛选确定出适宜高寒地区植物生长的最佳基质配比，为高寒地区边坡生态恢复中基质的选择提供技术支撑和理论依据。

1 试验材料与方法

1．1 试验材料

试验草种：羊草（LeymuschinensisTrin．Tzvel），采自内蒙古阿荣旗至博克图高速公路示范工程路段。

基质来源：客土，采用内蒙古阿荣旗至博克图段高速公路示范工程地带性棕色森林土，pH值为6．5～7．3，土壤容重为0．69g／cm3，土壤有机质含量为175g／kg。泥炭土取自示范工程，泥炭土土壤含水量为112．18%；土壤容重为0．23g／cm3，土壤有机质含量为318g／kg。

辅助材料由稻壳（5包／m3）、粘合剂（0．4kg／m3）、保水剂（0．2kg／m3）、复合肥（1．6kg／m3）有机肥（3．6kg／m3）组成。复合肥采用史丹利磷胺钾复合肥，总氮含量＞17%，有效钾和有效磷含量＞17%，总养分含量＞51%。有机肥为牛粪，其中N、P、K含量分别为1．56%，0．38%，0．89%。

试验器材：光照培养箱（GZX－30085）、花盆（口径18cm、深度13cm）、直尺。

1．2 试验方法

由于喷播技术要求，泥炭土比例过大，喷播粘结性太小，比例过小，喷播容易产生基质流动现象。结合示范工程采用的基质配比即泥炭土∶客土＝0．5∶0．5，本试验在和示范工程采用基质辅助材料一致的条件下，对示范工程采用的泥炭土和客土比例进行了微调，从而为示范工程服务。

根据上述原则，试验按照客土和泥炭土不同比例以及定量的辅助材料设置4个处理（4种培养基质），具体见表1。试验温度分为15℃、20℃、25℃恒温和室温（温度为21～26℃）4个水平。每个水平重复3次，共48盆试验羊草。试验于2012年5月3日在内蒙古农业大学森林种苗实验室进行，将不同基质配方分别装入48个花盆内，盆内基质装至离盆口1cm处。并在每个花盆内放置15粒羊草草籽，采用光照培养箱（GZX－30085）控制育苗期间的光照条件（12 000lx）和湿度（20%）一致。实验开始后，前30d，每天观测及管护1次，观测时调查植物出苗率及株高，过1个月后，每隔2d观测及管护1次，直至实验结束。

表1 基质配方

1．3 数据分析

采用Excel 2007进行基础数据的统计和分析，采用SASS 9．0进行方差分析。

2 结果与分析

2．1 基质对羊草出苗率的影响

自羊草草籽播种后，测定的不同基质配方、不同温度梯度下的羊草出苗数，与总的播种数之比即为出苗率（表2）。

表2 不同温度条件下羊草出苗率 %

由表2可以看出，配方1在不同的温度条件下，羊草的出苗率差异较大，出苗率变化趋势为：25℃＞20℃＝室温＞15℃（P＜0．05），在25℃条件下出苗率最大，为86．67%，在15℃下出苗率最小，为73．33%。

配方2在不同温度条件下出苗率大小顺序为：25℃＞20℃＞室温＝15℃（P＜0．05）；在25℃条件下，羊草出苗率最大，为97．78%。15℃条件下羊草出苗率最低，为86．67%。不同温度条件下出苗率存在差异。

配方3在不同温度下出苗率大小顺序为：25℃＝20℃＞15℃＞室温（P＜0．05）。随着培养温度的增加，配方3出苗率也逐渐增大，在25℃时羊草出苗率达到最大，为86．67%，室温条件下羊草出苗率最低，为73．33%。

客土在不同温度下出苗率大小顺序为：25℃＞20℃＞15℃＝室温（P＜0．05），出苗率随培养温度的增加而增加，在控温15℃和室温条件下客土出苗率最低，在25℃条件下出苗率最大达到100%。

由表2可以看出，在温度为25℃时，配方2与客土出苗率无显著差异，但显著高于配方1与配方3（P＜0．05）；20℃时的变化规律为配方2＝客土＞配方3＞配方1（P＜0．05）；而在15℃和室温下配方2的出苗率最高（P＜0．05）。

综上，四种处理下羊草的出苗率整体上表现为随温度升高而增加的趋势，在25℃时羊草出苗率均达到最大。四种处理在4个温度水平下羊草出苗率整体上表现为配方2＞客土＞配方3＞配方1。配方2在不同温度条件下出苗率的差距最小，受温度的影响较小，同时，在室温变温条件下，配方2的出苗率是四种处理中最大的，说明变温环境对配方2出苗影响最小。

2．2 基质对羊草平均株高的影响

室内盆栽不同温度下不同基质配方羊草平均株高见图1。由图1可以看出，在25℃控温条件下，羊草各处理的平均株高曲线呈直线上升的趋势。随时间的增加各株高曲线变化也越明显。播种后第9天各处理平均株高曲线开始出现变化。其中配方3的生长速度先期较快，配方2的生长速度稳定上升，后期达到最大，配方1的平均株高最高，对照的平均株高最低。到观测后期，羊草各处理的平均株高均在3 cm以上。

图1 不同配方羊草在不同温度条件下平均株高动态变化

在控温20℃条件下，羊草各处理的平均株高曲线呈上升趋势。播种后第11天各处理平均株高曲线开始出现变化。其中配方2的生长速度和平均株高均最大。观测后期，羊草各处理的平均株高在3cm以下，明显低于25℃条件下羊草的平均株高。

在控温15℃条件下，羊草各处理的平均株高在播种后第13天才开始变化，羊草表现出明显生长趋势的时间比25℃和20℃晚。羊草各处理的平均株高变化均随观测时间的增加而变得明显，其中，配方2生长速度和平均株高均最大，对照配方的生长速度和平均高度均最小。观测后期，羊草的平均株高在2．5 cm以下，明显低于25℃和20℃条件下羊草的平均株高。

在室温变温条件下，羊草各处理的平均株高曲线呈直线上升的趋势。在试验的第7天羊草各处理平均株高开始出现变化。各处理的平均株高曲线变化随着观测时间的增加而差距明显，配方2的生长速度最快，平均株高最大，对照配方生长速度和平均株高均最小，与其他三种处理相比差距明显。观测后期，羊草各处理的平均株高略低于25℃控温下的平均株高但明显高于20℃和15℃控温。

在不同控温条件下，羊草各处理的平均株高与温度变化表现为25℃＞室温＞20℃＞15℃。温度越低，羊草出苗越晚，生长越慢，表现出生长势的时间越晚。说明温度对植物的生长具有很强的调节作用，据杨理等［10］的研究，温度会影响羊草的生物量和株高，较低的温度显著抑制羊草的生长增高，但是羊草的株高并不与生长均温成正比，而是到达正常株高后便不再生长。

在不同控温条件下，羊草各处理的平均株高均表现为大于对照配方的趋势，这可能是其他配方中均渗入一定数量的泥炭土，而泥炭土中含有的有机质能够促进羊草的生长。羊草的四种处理在不同温度水平下平均株高整体上表现出配方2＞配方1＞配方3＞客土，温度越高，配方2羊草的平均株高与其他配方的差距越明显。这可能是因为低温能够限制羊草的生长增高，导致其差异不明显。

3 讨论与结论

厚层基质护坡要求基质在较短的时间内消除土壤退化，改善土壤环境质量，不仅需要具备土壤的一般特性，而且需要有丰富的营养物质，良好的持水性、透气性、坡面依附性和稳定性。使其既能保水、保肥适于植物生长，又能有效抵抗水蚀和风蚀，抑制水土流失。而在高寒地区进行厚层基质护坡时，植物生长期间的有效积温低，受低温限制，植物出苗和生长受到很大的影响。因此，护坡基质除了具备上述条件外，还必须具有抵抗低温胁迫的能力，既要在低温条件下具有良好的出苗情况，增大护坡效果；又要在低温条件下有良好的生长效果，能够在短暂的有效积温期内充分生长，积累充足的营养物质，从而安全越冬返青，达到护坡效果的持续。

由于厚层基质的特殊性，导致不同立地情况需要不同的基质配方，为了使基质配方具有优于一般土壤的特性，需要在基质配方中加入泥炭土等土壤改良剂，以及保水剂和粘合剂等土壤调节剂。泥炭土等天然土壤改良剂存在着容易被微生物分解等缺点，而且用量较大，在生产实践中需要准确确定用量，保水剂和粘合剂的使用也与当地的地貌条件、气候条件和水源供应等密切相关［11］。本文从羊草的出苗和平均株高确定和筛选的基质主要是能够对温度有良好适应性的基质，在高寒地区路堑边坡植被恢复中应用价值较大。

（1）羊草的出苗率整体上表现为随温度升高而呈增加的趋势，四种处理在4个温度水平下羊草整体出苗率为配方2＞客土＞配方3＞配方1，在室温和恒温条件下配方2羊草的出苗率与其他配方差异显著，自身出苗率受温度变化的影响最小。

（2）羊草的平均株高与温度密切相关，但非正相关，四种处理在4个温度水平下羊草平均株高整体上为配方2＞配方1＞配方3＞客土，配方2平均株高受温度影响最小。温度越高，配方2平均株高与其他配方差距越明显。

（3）配方2是能很好地适应温度变化，保证植物出苗及生长的最优基质配比。即客土与泥炭土比例为4∶6的基质配方是高寒地区路堑边坡植被恢复中最理想的配方。

本试验在对保水剂和粘合剂等辅助基材定量的基础上，研究了人工控温条件下不同比例泥炭土和客土对羊草生长特征的影响，对基质配方内其它材料的用量有待于进一步的研究；且对羊草生长高度的观测主要集中在播种后的第一个月，此时，羊草的生长期刚开始，泥炭土内有机质对羊草生长的作用还未完全展现，因此，羊草的平均株高均比较低。

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