红壤区输变电工程塔基扰动迹地土壤改良下的植被恢复效果研究

毛俊强，高 明，柳青山，宋 健，姜登峰，陈 斌，吴浙龙

（1.衢州光明电力工程有限公司，浙江 衢州 324000；2.国网浙江省电力有限公司 衢州供电公司，浙江 衢州 324000）

0 引言

党的十八大以来，国家和地方水土保持法律法规政策体系持续健全，简审批、强监管、严追责的监管模式全面形成，生产建设单位水土流失防治的主体责任不断强化，对电网建设项目全面落实水土保持提出了更高的要求［1］。输变电工程建设对地表扰动较为剧烈，会造成严重的地形破碎和水土流失现象，甚至会引发次生地质灾害。目前，植被恢复措施作为一项可以有效防治水土流失、改善生态环境、促进生态与经济协同发展、成本低廉的生态经营管理措施，广泛应用于输变电工程的生态修复中［2-4］。然而近几年来，输变电工程植被恢复不到位的情况较为普遍，且后期整改十分困难，代价高昂，严重影响了工程水土保持设施的验收进度；且大部分的植被恢复措施多采用简单的人工植草（撒播草籽）方式，当抚育缺失或水土气生条件不满足时，遭破坏的植被很难达到理想的恢复效果［5-9］。

在当前输变电工程植被恢复过程中，土壤环境状况是决定植被恢复效果的重要因素之一。土壤作为一种不可或缺的自然资源，对于植被恢复的影响十分显著，因此探讨扰动迹地土壤理化性质改良下的植被恢复效果至关重要。浙江省江山市的主要土壤类型为红壤，红壤呈酸性，养分较贫瘠；在人为扰动以及自然侵蚀等影响下，红壤的保水保肥性、养分供应能力等逐年变差，酸化进程加速，红壤微生物群落结构的稳定性和功能性降低，最终导致红壤质量下降，不利于植被生长，特别是在输变电工程建设扰动影响下。鉴于此，笔者对浙江省江山市红壤区输变电工程塔基扰动迹地开展了土壤改良技术研究，并在土壤改良条件下探究了植被恢复效果，旨在促使工程水土保持设施达到验收要求，并为相关工程扰动区土壤改良和水土保持提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区江山市地处浙江省西南部，位于浙、闽、赣三省交界处，地理坐标为118°22′37″～118°48′48″E，28°15′26″～28° 53′27″N。江山市土地总面积为20.19万hm2，其中林业用地面积14.72万hm2，有林地面积12.76万hm2，森林覆盖率67.7%。江山市地势南高北低，怀玉山支脉盘亘西北，仙霞岭斜贯东南，海拔73～1500 m，主要河流为钱塘江水系的江山港江。该市属于中亚热带北部湿润季风气候区，平均气温17.1 ℃，年降雨量1650～2200 mm，年均无霜期253 d，四季分明，温暖湿润，降水丰沛，光照充足，具有明显的山地立体气候特征。

1.2 土壤改良材料用量设计

红壤较为贫瘠，质地黏重，土壤pH值表现为弱酸性，本身并不适于速生植物的生长；同时受电网施工扰动的影响，红壤的表层植被会遭到破坏，土壤结构改变，造成土壤肥力下降［10］。基于扰动区和未扰动区土壤理化性质及土壤肥力的测定和分析结果，结合原生植被调查结果以及速生植被的生长条件，从土壤pH值条件、土壤物理结构改良以及土壤肥力快速提升等3个角度设计土壤改良方案。

根据土壤状况和土壤改良材料的性质设计土壤改良材料的用量，一般用占土壤重量的百分比来表示。土壤改良材料用量过少会导致改良效果不明显，而用量过多一方面会造成改良成本的增加，另一方面有时还会造成土壤板结，不利于植物的生长发育［11］。因此选择适量的土壤改良材料至关重要。参考前人的研究成果，本文确定了用于土壤改良的复合肥的组成成分及其占比（表1）。基于扰动区和未扰动区原状土本底值调查结果，针对典型红壤区的特性，将土壤质地改良剂河砂的粒径控制在0.01～0.05 mm之间，河砂掺加量设置5%、10%共2种比例，并设置不掺加对照（CK，未扰动区原状土壤样本）。由于扰动区土壤的肥力条件较差，故对复合肥的施用量设置5%、10%和15%共3个比例，并设置不施肥对照。扰动区土壤酸性较弱，熟石灰、碳酸钙和草木灰3种pH值调节剂的添加量均选择0.3%的比例。

表1 用于土壤改良的复合肥的组成成分

1.3 土壤改良室内盆栽正交实验

将采集的0～15 cm的表层土壤取相同质量装入塑料花盆（内口径19.0 cm，底径14.2 cm，高17.3 cm，底部有孔）中，装土深度为15 cm；称量此时的土壤重量，再按照表2中的实验设计，依次加入相应比例的复合肥、土壤质地改良剂（河砂）、土壤pH调节剂，深翻拌匀。

表2 土壤改良盆栽实验各材料的添加比例及处理代号

选择黑麦、黑麦草、苦麦菜草种若干，浸泡于纯水（4 ℃）中过夜；次日挑选饱满一致的种子，每盆均匀分散播种约20粒；发芽后间苗培养，定期浇水，通过重量差减法控制75%的田间持水量；收获时将地上部分齐土剪下，测量植株高度和萌发率；将收获的植株在75 ℃下烘干，并称量干重；测量植株收获后花盆中土壤的理化性质，对比土壤理化性质的本底值，分析不同处理的土壤改良效果。

1.4 植被生长指标的测定

根据浙江省江山市秋冬季的降雨情况，为了模拟研究区的生境条件，在室内盆栽实验中每2 d进行1次浇水养护，每次浇至花盆底部空洞有水渗出为止。1个月后测量植物的萌发率及生长高度，并对比分析各处理植物的生长情况。

1.5 土壤样本采集及其本底值测定

利用环刀、铝盒分别采集各实验处理和对照0～5、5～10 cm的表层土壤，利用自封袋分层封装采集的土壤样品，3次重复。测量采集的表层土壤样品的重要物理指标（容重、田间持水量、pH值、机械组成）以及土壤肥力指标（有机质、速效氮、速效磷、速效钾含量）

1.5.1 土壤容重的测定［12］采用环刀+铝盒的方式，利用100 cm3的环刀采集土壤，放置于铝盒中，利用烘箱烘干后称重。土壤容重的计算公式为土壤容重(g/cm3）=土壤烘干重量(g)/土壤体积(cm3)。

1.5.2 土壤质地的测定 利用土壤筛+比重计测量土壤的粒径组成，通过绘制三角图分析土壤质地。将土壤样品自然风干后，过2 mm孔径的土壤筛，然后利用千分天平称量土壤样品50 g，将其放置于500 mL三角瓶中，加入分散剂（0.5 mol/L NaOH溶液）20 mL，再用蒸馏水冲至200～300 mL，摇匀后煮沸，保持沸腾10 min；冷却后将悬浊液倒入1000 mL量筒中，加入蒸馏水，定容至1000 mL，然后使用玻璃棒搅拌1 min，最后开始计时（以玻璃棒离开液面的时刻记为0 s）并测量此时溶液的温度；按照比重计法中温度、时间和粒径的对应关系，利用甲种比重计0～60的度数，计算土壤不同粒级的含量［13］。相关计算公式为：小于某粒径土粒含量（%）=（校正后度数/烘干土样重）×100%；烘干土样重=比重计度数-温度校正值-分散剂校正值。

1.5.3 土壤田间持水量的测定 利用环刀法进行测定。用环刀取固定体积的土壤，削平两端多余的土壤，将一端用滤纸和纱布包裹住并用橡皮筋扎好；利用滴灌给土壤加水直至饱和，将此时的土壤放入铝盒称重，然后放入105 ℃烘箱中烘干，最后称重［14］。土壤田间持水量的计算公式为土壤田间持水量（%）=（湿重-干重）/干重×100%。

1.5.4 土壤pH值的测定 采用比色法进行测定。取一小匙土壤置于试管中，加入蒸馏水至糊状，静置1 h；然后加适量水搅拌，以保持其黏稠度；最后利用pH试纸进行测量，与pH试纸进行比对，得到土壤的pH值［15］。

1.5.5 土壤有机质(SOM)含量的测定 采用重铬酸钾外加热法进行测定。研磨土壤样品，使其过0.149 mm的孔筛，取研磨后的土壤样品1 g，放入干燥的硬质试管中，利用移液管加入0.8 mol/L的重铬酸钾溶液5 mL，再加入浓硫酸5 mL，充分摇匀；将试管放入180 ℃的油浴锅中，使其沸腾5 min；取出试管，冷却后将其倒入250 mL三角瓶中，加蒸馏水至60～70 mL，然后加入指示剂邻啡罗啉溶液2～3滴，再利用0.2 mol/L的FeSO4溶液滴定，溶液颜色由橙黄→蓝绿→砖红色，记录FeSO4溶液滴定的用量(mL)［16］。土壤有机碳(SOC，g/kg)和土壤有机质(SOM，g/kg)含量的计算公式为：

式（1）～式（2）中：c为重铬酸钾标准溶液的浓度；5为重铬酸钾溶液加入的体积(mL)；V0为空白滴定用掉的FeSO4体积(mL)；V为样品滴定用掉的FeSO4体积(mL)；3.0为1/4碳原子的摩尔质量(g/mol)；1.1为氧化矫正系数；m为风干土样质量(g)；k为风干土换成烘干土的系数。

1.5.6 土壤有效氮(AN)含量的测定 采用碱解扩散法进行测定。称取过1 mm孔筛的风干土样2.0 g，置于洁净的扩散皿外室，轻轻旋转扩散皿，使土样均匀平铺；取20 g/L指示溶剂H3BO32 mL放于扩散皿内室，在扩散皿外室边缘涂碱性胶液，盖上毛玻璃，旋开毛玻璃一侧，迅速加入1 mol/L NaOH溶液10 mL，立刻盖严，然后轻旋扩散皿，使碱性溶液盖住所有土壤；固定毛玻璃后放入40 ℃恒温箱中，24 h后取出，用0.005 mol/L的1/2H2SO4标准溶液进行滴定［17］。AN（mg/kg）的计算公式为：

式（3）中：c为0.005 mol/L的1/2H2SO4标准溶液的浓度(mol/L)；V为样品滴定时用去0.005 mol/L 1/2 H2SO4标准溶液的体积(mL)；V0为空白实验滴定时用去0.005 mol/L 1/2H2SO4标准溶液的体积(mL)；14.0为氮原子的摩尔质量(g/mol)；m为样品质量(g)。

1.5.7 土壤有效磷(AP)含量的测定 采用钼锑抗比色法进行测定。提取剂选用0.05 mol/L HCl+0.025 mol/L 1/2H2SO4（取浓盐酸4 mL和浓硫酸0.7 mL，加水定容至1 L）。取5.0 g土壤样品于50 mL三角瓶中，加入提取剂25 mL，在震荡机上震荡5 min，然后用无磷滤纸进行过滤；吸取滤液1 mL，加入工作溶液24 mL（抗坏血酸溶液10 mL和硫酸—钼酸铵溶液20 mL，用提取剂稀释至1 L，放置2 h后使用），摇匀，放置0.5 h后在分光光度计上用700 nm波长进行比色（浸提液空白进行调零），将度数与标准磷曲线对比，计算土壤有效磷含量(mg/kg)［18-19］。

1.5.8 土壤速效钾含量的测定 土壤中的速效钾以交换性钾为主，可用乙酸铵浸提，利用火焰光度法进行测定。称取过1 mm孔筛的风干土5.00 g，放置于100 mL三角瓶或试管中，加入1 mol/L乙酸铵溶液50 mL；塞紧橡皮塞，震荡30 min，用滤纸进行过滤，将滤液盛于小三角瓶中，与钾标准系列溶液一起在火焰光度计上测定，记录检流计上的度数，利用标准曲线计算速效钾含量(mg/kg)［20-21］。

1.6 数据处理方法

应用Origin 2018软件进行绘图；应用SPSS 19.0统计软件对实验数据进行方差分析；使用Duncan检验法进行不同处理间差异的多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同土壤改良处理对植物生长萌发的影响

表3和表4统计了室内盆栽实验1个月后植物的生长高度及萌发率。对比未经土壤改良的原状土（CK），改良后的土壤可以明显提升植物的萌发率以及生长高度。未改良的对照花盆中的土壤部分板结，保水能力差，种子萌发率不足10%，且植物的生长高度显著低于实验处理的。在不同的土壤改良处理中，种子的萌发率以及植株高度与复合肥的施加量呈正相关，即植物的生长情况表现为添加15%复合肥＞10%复合肥＞5%复合肥；在相同的复合肥添加量条件下，较优的河砂添加比例范围为5%～10%，且添加河砂处理的盆栽植物的萌发率和株高较对照均有明显提高；但几种pH值调节剂的添加对植物的萌发和生长影响不明显。在所有的土壤改良处理中，对植物生长高度和种子萌发率正向影响最大的处理为添加15%复合肥+10%河砂+0.3%熟石灰。

表3 不同土壤改良处理对植物生长高度的影响 cm

表4 不同土壤改良处理对植物萌发率的影响 %

2.2 不同土壤改良处理对土壤物理性质的影响

由图1～图3可知，掺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，且掺砂比例越高，土壤的容重越低，但随着掺砂比例的增加，土壤容重的下降幅度逐步减小；土壤含水率与掺砂量呈正相关，即掺砂比例越高，土壤的饱和含水率越高。研究表明，土壤容重越低时土壤的透水透气性能越好。综合考虑土壤容重和土壤饱和含水率，最佳的掺砂比例在5%～10%之间。未改良土壤的pH值为弱酸性，接近中性；不同土壤pH调节剂的添加对土壤pH值的调节作用并不明显。土壤pH值、土壤容重及饱和含水率在不同的复合肥施用下变化不明显，表明复合肥的施用对土壤物理性质的影响不显著。

图1 不同土壤改良处理下的土壤pH值

图2 不同土壤改良处理下的土壤容重

图3 不同土壤改良处理下的土壤饱和含水率

2.3 不同土壤改良处理对土壤化学性质的影响

对不同土壤改良处理下的土壤肥力指数进行了分析，结果如表5所示，发现土壤pH值调节剂和河砂的添加对土壤肥力无显著影响；但复合肥的施加可以显著提升土壤肥力，且复合肥的最优施加比例为15%；在施加15%复合肥处理下土壤SOM、AN、AP、K含量分别比施加5%和10%复合肥处理提升了174%、111%、35%、6%和53%、41%、15%、5%。

表5 不同土壤改良处理下土壤的肥力特征

3 结论

本实验研究结果表明：土壤改良处理可以显著提高植物的萌发率，促进植物的长势，其中在添加15%复合肥+10%河砂+0.3%熟石灰处理下供试植物的萌发率和生长高度均最高；采用15%复合肥+10%河砂进行土壤改良，能够有效改善土壤的理化性质，并提升土壤肥力。因此最优的土壤改良处理模式为添加15%复合肥+10%河砂+0.3%熟石灰。