坡位坡向对铁路路堑边坡植被恢复工程土壤肥力的影响

宁大鹏 李纪滕 刘 琦 童 标 孙彩虹 马鹏飞 夏振尧,4

(1.三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002；2.三峡大学水利与环境学院，湖北 宜昌 443002；3.湖北嘉宁工程咨询有限公司，湖北 宜昌 443002；4.三峡大学三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心，湖北 宜昌 443002)

坡位坡向对铁路路堑边坡植被恢复工程土壤肥力的影响

宁大鹏1李纪滕1刘 琦1童 标2孙彩虹3马鹏飞1夏振尧1,4*

(1.三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002；2.三峡大学水利与环境学院，湖北 宜昌 443002；3.湖北嘉宁工程咨询有限公司，湖北 宜昌 443002；4.三峡大学三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心，湖北 宜昌 443002)

以商合杭铁路宣城段某段路堑边坡为研究对象，通过现场取样和室内测定的方法，研究坡位、坡向对路堑边坡肥力的影响，结果表明：土壤养分的含量在坡底均达到最大值，具体表现为坡底>坡中>坡上；全磷、全氮受坡位、坡向影响不显著(P>0.05)；研究区域中有效氮、有效磷的含量与坡位和坡向显著相关(P<0.01)；pH值沿坡面自上而下，逐渐降低，受坡位的影响显著(P<0.05)。

路堑边坡，坡位，坡向，土壤肥力

铁路建设过程中不可避免地会对周围环境造成破坏，形成的大量裸露土坡和岩质边坡会导致水土流失和生态环境失衡，对铁路的后期运营造成极大的危害[1]。植被可以保护路堑稳定、保持水土、改善生态环境、提升铁路景观效果，而植被生长及植物群落的演替都有赖于良好的土壤环境。因此，对路堑边坡的肥力进行评价是边坡生态修复过程中重要的环节[2]。目前，国内外关于路堑边坡生态修复的研究主要是在新生态材料、生态种植基材及护坡施工方法等方面[3]，在边坡生态修复中缺乏对土壤环境进行评估和预测，对基层土壤微生物群落变化、理化性质、活性方面的研究则较少，而土壤中有机质和有效矿质元素是植物生长过程中必要的成分，对土壤的演化起着重要的作用，也是土壤中养分循环的驱动力[5]。本文以商合杭高铁宣城段的某段路堑边坡为研究区域，分析边坡植被恢复工程土壤中主要营养元素，研究路堑边坡的坡向、坡位与土壤化学性质之间的关系，为路堑边坡的生态修复实践提供理论依据。

1 工程概况

商合杭铁路宣城段地处淮河冲击平原和淮河支流高阶地过渡段的残丘区(30°56′N，119°12′E)，地形略有起伏，相对高差在50 m～180 m之间，自然坡度15°～40°，地表植被覆盖度较高。该区域属于亚热带湿润季风气候区，气候温和，雨量丰沛，季风明显。天气多变，降水量变化较大，年平均降雨量在960.1 mm～1 053 mm之间，雨季主要集中在7月～8月，年平均气温在15.6 ℃左右，极端高温达到41.2 ℃，极端低温为-20.6 ℃。

研究样地为商合杭铁路宣城段41号工点，起止里程为DK461+850.48～DK462+378.27，高边坡段骨架护坡内置空心砖及重力式挡土墙两级，其余地段边坡采用拱形截水骨架内铺砌混凝土空心砖护坡，坡率为1∶1.5。路堑边坡均采用路基开挖的粉质粘土作为植生土，边坡植物种类较少，均为人工养护绿化植物。

研究区域的铁路采用双线路堑式路基，路堑边坡面积分别在500 m×50 m和520 m×50 m，边坡坡率为1∶1.5。铁路为东西走向，边坡分为阴坡和阳坡，两侧边坡采用框格梁进行工程防护，框格梁内客土喷播形成路堑边坡。采用栽种植色块灌木加常绿草坪绿化方案，边坡自下而上种植红叶石楠(Photinia serrulata)、大叶黄杨(Buxus megistophylla Levl)和金森女贞(Ligustrum japonicum Howardii′)，种植色块按照拱形骨架高度带状分布，种植密度每平方米8棵～9棵，灌木不高于50 cm，灌木间采用高羊矛、白三叶和黑麦草三种草籽混播，见图1。

2 研究方法

根据路堑边坡的实际情况，将边坡设置为坡上、坡中和坡下三种情况，在520 m的距离上等距离取11个取样点，从左到右，从上到下，每个点取土壤表层以下5 cm～10 cm的土壤，每个点设3个重复。土壤试样采用室内风干、碾碎、过筛的方式进行处理，采用San++流动分析仪对土壤的土壤养分进行检测，土壤pH的检测采用电极法测定。采用Excel对实验数据进行分析及处理。

3 结果与分析

边坡基层土中含有的土壤养分是边坡生态修复能否成功的重要影响因素[7],同时也是评价土壤状况的基本理化指标，不同坡向和坡位土壤中的土壤养分的含量见表1。根据表1可知，土壤肥力指标距坡底越远含量越小，全氮、全磷、有效氮、有效磷的坡上均值较坡下均值减少19.8%,16.10%,15.08%,18.76%。这是由于该区域气候湿润，雨水充沛，经过雨水冲刷，土壤肥力元素经水分渗透、地表径流聚集于坡底，从而使得坡底的肥力>坡中>坡上，此结论与刘世梁等人的研究相似[8,9]。

从坡上到坡底，土壤中的全磷、全氮含量有较小幅度的提升，且与坡位、坡向不显著相关(P>0.05),这可能与坡面微地形有关[10]，见图2。土壤中的有效磷含量是评价土壤磷元素养分供应水平的重要指标，对植物的生长具有重要作用[11-13]。由表1可知，从坡上到坡下含量变化幅度不大，但沿坡面自上往下含量呈现增加的趋势。因为雨水冲刷使土壤肥力元素转移到坡底并长期积累，因此坡底有效磷的含量多于坡顶，但其含量明显低于有效氮的含量。土壤中有效氮、有效磷的含量与坡位、坡向呈极显著相关(P<0.01)。pH值沿坡面自上而下，逐渐降低，坡底pH值低至6.61，受坡位的影响显著(P<0.05)，由于长期的雨水冲刷，坡底微量元素累积，土壤肥沃，植物长势较好，根系分泌的H+和有机酸较多，致使坡底土壤的pH值降低[14]，见图3。

表1 不同坡向和坡位土壤养分情况

受坡向的影响，边坡土壤的受日照情况具有一定的差异，土壤中的矿质元素含量差异各不相同[15]。阴坡上的植物长势普遍好于阳坡植物，同时，阴坡上土壤肥力高于阳坡。方差分析表明，坡向对速效氮、速效磷的含量有着极显著的影响(P<0.01)，对全磷、全氮的影响不显著(P>0.05)，对土壤pH值也影响显著(P<0.05)，而这除了与坡向有关，同时也可能与植物习性相关。

4 结语

1)大量微量元素的含量随着坡位的变化：坡底>坡中>坡上；2)全磷、全氮受坡位、坡向的影响呈现出不显著(P>0.05)；3)坡位和坡向对土壤中有效氮、有效磷的含量有极显著的影响(P<0.01)；4)pH值沿坡面自上而下，逐渐降低，受坡位的影响显著(P<0.05)。

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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

宁大鹏(1974- )，男，硕士

夏振尧(1981- )，男，博士生导师，教授