模拟弃渣场不同重构土壤类型对高羊茅生长的影响*

韩立鹤，尤勇刚，陆雅佩，董茜，谭格非，赵留辉

(1.中体第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043；2.北京林业大学 水土保持学院，北京 100083)

作为全球能量水分循环的关键区域，青藏高原生态环境对高原及周边地区气候与环境变化具有重要影响[1-2]。青藏高原东南部地质背景以花岗岩、砂岩等硬质岩性为主，造成该地区山体陡峭、地形复杂多变、表土稀薄且植被交错，是典型的高寒生态脆弱区[3]。近年来，随着青藏高原工业化、城市化步伐的加快，青藏高原的基础设施越来越完善，但这些工程在建设、运行过程中，占压土地，产生大量废弃土石渣，在经历暴雨后可能会诱发极其严重的水土流失，具有极大的环境隐患[4]。解决弃渣场水土流失问题最根本的措施是生态修复，受损环境的生态恢复和退化生态环境的修复与重建已成为当前生态学研究的热点之一。

由于弃渣场生态自然修复速度极其缓慢，必须通过人工辅助措施以加速植被重建。因此，弃渣场生态修复的首要问题是立地生态因子的分析，确定生态修复的主要限制因子。土壤是陆地生态系统重要的组成部分，也是人类赖以生存与发展的物质基础[5-6]，土壤厚度、紧实度、养分条件等理化性质为植物的生长发育提供了物质基础，将进一步决定植物群落分布、动态，以及生物量、养分循环等生态系统功能[7-8]。土壤不仅是营养与水分的储存库，同时也为植物根系提供生存空间[9]。土壤厚度将决定植物根系的生长空间，较薄的土壤，较小的土壤空间会造成土壤储存水分、养分的匮乏，进而直接影响群落结构和生物量[10]。同时，土壤厚度也可能协同物种多样性对生物量产生间接作用，进一步改变物种多样性与生物量之间的关系[11]。然而，在高寒区弃渣场生态修复中，土壤厚度与植物的协同作用仍然不清楚。在工程扰动区，大型机械工作对土壤的碾压会改变土壤物理机械结构，形成不同的土壤紧实度，进而影响植物生物量和景观形态[12]。土壤过于紧实，会造成土壤通气性变差、矿质元素转移能力降低，阻碍植物根系的穿透能力及生理代谢，造成作物减产，品质下降[13-14]；土壤过于松弛，土壤保水持肥能力下降，更容易加快土壤水分和养分的流失，影响植物生长进程。因此，在弃渣场生态修复中，还必须有适宜的土壤紧实度[15-16]。土壤中的碳 (C)、氮 (N)、磷 (P)作为生态系统中的营养物质和结构元素，是植物生长、发育及物质循环过程中重要的化学元素[17]，对土壤养分循化和转化起着重要的作用，调控和驱动着土壤生态系统的演替过程[18]。土壤C︰N︰P化学计量清楚地反映了养分的分解和补充速率，以及土壤生态系统中C、N和P之间耦合关系的数量性质[19]。此外，土壤C︰N︰P化学计量直接指示土壤质量和养分供应能力，并间接反映植物生产力[20]。因此，弄清不同土壤养分特征对植物生长的影响和了解综合土壤养分的潜在利用具有重要意义。

草本植物相比乔木、灌木具有生长周期短、易成活、见效快、性价比高、种植方便的优势，因此，在弃渣场修复、城市绿化和边坡修复等扰动区工程修复实践中常被优先使用和广泛应用。高羊茅(Festucaelata)作为多年生禾本科速生草本植物，具有耐寒、耐旱、耐酸、耐贫瘠、抗病性强，管理养护简单等优良特点[21]，广泛分布于中国青海、内蒙、四川等地，多应用于废弃矿区修复、城市街道绿化、园林造景等，是国内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态修复应用上，高羊茅多用于扰动区修复，是我国常用的牧场草地修复、工程护坡植物材料之一[25-26]，现已被广泛应用于青藏高原地区，并且在全国范围内均已经开始应用[27]。有鉴于此，本研究根据高寒区弃渣场石砾含量高、土壤养分差，植被自然恢复速度极其缓慢的特点，以青藏高原东南部弃渣场为研究对象，通过设置不同土壤理化条件，来探究对高羊茅生长发育的影响，以期为青藏高原脆弱区生态修复工程建设提供科学参考和理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

经过前期科学调研，选定林芝市巴宜区尼池村(29°21′～30°15′N、93°27′～95°17′E)川藏铁路色季拉山出口处作为试验区建设地点。该地区受印度洋暖湿气流的影响，境内属温带湿润季风气候，雨量充沛，日照充足，冬季温和干燥，夏季湿润无高温。年平均气温8.5 ℃(最冷1月，平均气温为-2 ℃；最热7月，平均气温20 ℃)。无霜期175 d左右。年日照时间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。研究区域林下的土壤为山地酸性棕色土壤、河滩地的土壤为重石质沙壤土。河滩地和扰动区以禾本科、菊科等草地植物为主。

1.2 试验材料

通过查阅文献和实地勘察，采用渣石、剥离表土、生物堆肥组合成具有不同土壤紧实度、土壤厚度和基质类型的重构土壤以进行模拟弃渣场试验。试验所用渣石(粒径2～5 cm)为川藏铁路色季拉山隧道弃渣石粉碎所得，弃渣石以花岗岩和变砂岩等为主(全氮含量5.249 g/kg，全磷含量0.114 g/kg)；生物堆肥以泥炭与秸秆、畜禽粪便等农业废弃物混合发酵后得到(全氮含量5.700 g/kg，全磷含量0.885 g/kg)；剥离表土以沙壤土为主，为平整试验地的过程中，剥离表层0～40 cm土层得到。

高羊茅属禾本目、禾本科多年生先锋地被植物，原产我国广西、四川和贵州。喜寒冷潮湿、温暖的气候，在肥沃、潮湿、富含有机质、pH值为4.7～8.5的细壤土中生长良好。具有抗逆性强，耐酸、耐瘠薄，抗病性强等优势。本研究应用我国内蒙古培育的高羊茅(翠波)种子进行试验。

1.3 试验设计

通过渣石、生物堆肥和剥离表土的不同比例形成如下3种基质：100%剥离表土(基质1)，67%剥离表土+33%渣石(基质2)，67%剥离表土+33%生物堆肥(基质3)。

将3种新型土壤基质铺设在有40 cm弃渣石(模拟弃渣场环境)的模拟试验箱(1 m×3 m)。模拟试验箱中分别设置10、20、40、60 cm剥离表土覆盖度；分别设置为3种土壤紧实度(紧实度1～3)，分别为：800～1 000、1 400～1 600、2 000～2 200 kpa(对照当地草地土壤的紧实度：1 400～1 600 kpa、大型机械碾压2次新填埋土壤的紧实度：2 000～2 200 kpa和新填埋无碾压土壤的紧实度：800～1 000 kpa进行设置)。土壤紧实度采用土壤紧实度计(云唐科器：YT-JSD)测定。

共计设置如表1所示的3个试验(不同覆土厚度、不同紧实度、不同基质)，10种试验处理。

表1 试验处理及其土壤性质

1.4 样品采集与测定方法

于2020年8月完成试验布置和播种。在试验布置时，分别采集10种处理土壤样品(每种处理设3个重复)，用于分析土壤理化性质。11月草地成坪后，每个处理选取3个1 m×1 m 的小样方，分别随机测定10株高羊茅高度；用剪刀齐根剪取草本地上部分，现场称重得到小样方内全部植物鲜重，然后带回实验室于65 ℃烘干，确定高羊茅地上干生物量；挖取植物所有根系，分离干净土壤后称取植物根系鲜重，然后带回实验室，测定植物总根长和根系生物量；混合高羊茅地上干生物量和根系生物量，然后用球磨仪研磨至小于80目，得到高羊茅养分指标待测定样品。

植物、土壤全氮、全磷含量采用H2SO4和H2O2消煮后用Smartchem 200全自动间断化学分析仪测定[28]；植物、土壤有机质含量采用油浴 K2Cr2O7-浓H2SO4加热法进行测定[29]。植物根系总长度采用LA-S根系扫描仪测定。

1.5 数据分析方法

不同土壤重构模式各指标数据整理、图表绘制采用Microsoft Excel 2003和Origin 2018软件；各指标的单因素方差分析、Pearson相关性采用SPSS 17.0完成。

2 结果与分析

2.1 高羊茅生长特征

由图1可知：不同覆土厚度试验中高羊茅自然高生长呈60 cm>40 cm>20 cm>10 cm(P<0.05)；不同紧实度试验中高羊茅自然高生长呈紧实度2(1 400～1 600 kpa)>紧实度3(2 000～2 200 kpa)>紧实度1(800～1 000 kpa)(P<0.05)；不同基质试验中高羊茅自然高生长呈基质3>基质2>基质1(P<0.05)；不同基质试验中基质3的自然高生长最高为68.90 cm，而覆土厚度试验中覆土10 cm处理的平均自然高生长最低为27.93 cm。

图1 不同土壤重构类型高羊茅生长特征

不同覆土厚度试验中高羊茅根系总长度呈覆土厚度60 cm>覆土厚度10 cm>覆土厚度40 cm>覆土厚度20 cm(P<0.05)；不同紧实度试验中高羊茅根系总长度呈紧实度1(800～1 000 kpa)>紧实度3(2 000～2 200 kpa)>紧实度2(1 400～1 600 kpa)，其中土壤紧实度3和紧实度2处理的高羊茅根系总长度差异不显著(P>0.05)；不同基质试验中高羊茅根系总长度呈基质2>基质1>基质3(P<0.05)；不同土壤紧实度试验中紧实度1处理的根系总长度最高(205.07 cm)，土壤紧实度8 00～1 000 kpa处理的根系总长度最低为46.08 cm。

2.2 高羊茅地上部分、根系生物量特征

由表2可知：不同覆土厚度试验中高羊茅地上部分生物量总体表现为：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)；不同土壤紧实度试验中高羊茅地上部分生物量总体表现为：紧实度2>紧实度3>紧实度1(P<0.05)；不同基质试验中高羊茅地上部分生物量总体表现为：基质3>基质2>基质1(P<0.05)；且不同覆土厚度试验中覆土厚度60 cm处理的高羊茅地上部分生物量最高达到了1.79 kg/m2，而不同覆土厚度试验中覆土厚度10 cm处理的高羊茅地上部分生物量最低为0.36 kg/m2。

表2 不同土壤重构类型高羊茅地上部分及根系生物量特征

不同覆土厚度试验中高羊茅根系生物量影响总体表现为：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)；不同土壤紧实度试验中高羊茅根系部分生物量呈紧实度2>紧实度1>紧实度3。其中，不同土壤紧实度试验中土壤紧实度1处理的高羊茅根系部分生物量最高达到了0.45 kg/m2，而不同覆土厚度试验中覆土厚度40 cm处理的高羊茅根系部分生物量最低为0.19 kg/m2。

2.3 高羊茅总生物量和含水率特征

弃渣场不同土壤重构类型之间高羊茅总生物量和含水率差异性显著(P<0.05)，具体表现为：不同覆土厚度试验中高羊茅总生物量范围在0.46～2.12 kg/m2，不同土壤紧实度试验中高羊茅总生物量范围在1.15～1.40 kg/m2，不同基质试验中高羊茅总生物量范围在1.15～1.88 kg/m2，且不同覆土厚度试验中覆土厚度60 cm平均总生物量最高达到了2.12 kg/m2，而覆土厚度10 cm处理的平均总生物量最低为0.45 kg/m2；不同覆土厚度试验中高羊茅含水率范围在163.89%～204.37%，不同土壤紧实度试验中高羊茅含水率范围在163.89%～198.78%，不同基质试验中高羊茅含水率范围在163.89%～1 298.27%，且不同基质试验中基质3处理的高羊茅含水率最高达到了298.27%，而不同覆土厚度试验中覆土厚度40 cm、不同基质试验中基质1和不同土壤紧实度试验中土壤紧实度2(1 400～1 600 kpa)处理的高羊茅含水率最低为163.89%(图2)。

图2 不同土壤重构类型高羊茅总生物量和含水量特征

2.4 高羊茅养分含量特征

不同覆土厚度试验中高羊茅全氮含量范围在6.45～7.17 g/kg之间，全氮含量最高的为覆土20 cm处理小区中高羊茅，含量最低的为覆土10 cm处理小区中高羊茅，覆土20 cm和覆土40 cm处理小区中高羊茅全氮含量差异性不显著(P>0.05)，其它2种覆土处理小区高羊茅全氮含量差异性显著(P<0.05)；不同土壤紧实度试验中高羊茅全氮含量范围在8.22～9.74 g/kg之间，3种紧实度处理全氮含量差异性显著(P<0.05)；不同基质试验高羊茅全氮含量范围在7.75～16.00 g/kg之间，全氮含量最高的为基质3(生物堆肥+剥离表土)，含量最低的为基质2(渣石+剥离表土)，基质2和基质1全氮含量差异性不显著(P>0.05)(表3)。

表3 不同土壤重构类型高羊茅养分含量

3种土壤重构试验中，共8种土壤处理高羊茅全磷含量范围在1.27～2.32 g/kg之间，不同土壤紧实度试验中土壤紧实度1和紧实度3处理高羊茅全磷含量无显著性差异(P>0.05)；不同基质试验中基质2和基质1处理的高羊茅全磷含量差异性不显著(P>0.05)；不同覆土厚度试验中覆土10 cm和覆土40 cm处理的高羊茅全磷含量无显著性差异(P>0.05)，且不同覆土厚度试验中基质3处理的高羊茅全磷含量最高达到了2.32 g/kg，而覆土厚度40 cm、土壤紧实度2和基质1处理的高羊茅全磷最低为1.27 g/kg(表3)。

3种土壤土壤重构试验中，共8种土壤处理小区中高羊茅有机碳含量范围在307.36～494.13 g/kg之间，综合表现为不同覆土厚度试验中高羊茅有机碳含量总体呈现为覆土厚度40 cm>覆土厚度60 cm>覆土厚度10 cm>覆土厚度20 cm；不同土壤紧实度试验中高羊茅有机碳含量总体呈现为紧实度1>紧实度2>紧实度3，不同基质试验中高羊茅有机碳含量总体呈现为基质3>基质2>基质1，不同处理间高羊茅有机碳含量差异性显著(P<0.05)(表3)。

2.5 高羊茅化学计量比

由图4可知，3种模拟弃渣场土壤重构试验中高羊茅N︰P、C︰N和C︰P差异性显著(P<0.05)，其中，不同基质试验中基质3处理的高羊茅N︰P显著大于其他处理(P<0.05)，不同基质试验中基质2处理小区高羊茅C︰N和C︰P显著小于其他处理(P<0.05)。

比较3种土壤重构试验中，不同覆土厚度试验中覆土20 cm处理中高羊茅N︰P显著大于其它3种覆土模式，不同基质试验中基质3处理中高羊茅N︰P显著大于其它2种基质，不同土壤紧实度试验中土壤紧实度2处理中N︰P显著小于其它2种土壤紧实度。根据3种土壤重构试验中高羊茅C︰N指数发现，不同覆土厚度试验中覆土40 cm和覆土60 cm处理高羊茅无显著性差异(P>0.05)，其它处理差异性显著(P<0.05)。根据3种弃渣场重构试验中高羊茅C︰P指数发现，不同土壤紧实度试验中紧实度2和紧实度3处理的高羊茅无显著性差异(P>0.05)，不同基质试验中基质3和基质1处理的高羊茅无显著性差异(P>0.05)，其它处理差异性显著(P>0.05)。

2.6 高羊茅生长因子相关性分析

覆土厚度与高羊茅生物量、自然高度呈极显著正相关(P<0.01)，与含水率、全磷含量呈显著正相关(P<0.05)，与全氮含量呈显著正相关(P<0.05)，与总根系长度、植物有机碳、N︰P、C︰N和C︰P相关性不显著 (表4)。

表4 不同覆土厚度试验中高羊茅生长因子相关性

总体来看，不同覆土厚度试验中，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、有机碳含量和C︰N、C︰P均呈极显著正相关(P<0.01)，高羊茅生物量和全氮含量呈极显著负相关(P<0.01)，植物生物量植物高度、全磷含量呈显著正相关(P<0.05)，高羊茅生物量植物高度、全磷含量呈显著正相关(P<0.05)，高羊茅根系总长度与全磷含量呈显著正相关(P<0.05)，高羊茅全氮含量与全磷含量呈负相关(P<0.05)，高羊茅C︰N与C︰P呈显著正相关(P<0.05)。

土壤紧实度与高羊茅根系总长度呈显著负相关(P<0.05)，与总生物量、含水率、高度、全氮含量、全磷含量、有机碳含量、植物N︰P、C︰N和C︰P相关性不显著 (表5)。总体来看，不同紧实度试验中，高羊茅总生物量与全氮含量、全磷含量呈极显著正相关(P<0.01)，与高羊茅总根系长度呈显著正相关(P<0.05)，与高羊茅自然高度、N︰P、C︰N和C︰P呈极显著负相关(P<0.05)。高羊茅自然高度与全氮含量呈极显著负相关(P<0.01)，与全碳含量呈显著负相关(P<0.05)，与其他指标无相关性。高羊茅根系与全氮含量呈极显著正相关(P<0.01)，与C︰N呈显著负相关(P<0.05)，与其他指标无相关性。高羊茅全氮含量与全磷含量呈极显著正相关(P<0.01)，与N︰P、C︰N和C︰P呈显著负相关(P<0.05)，全磷含量与N︰P、C︰N和C︰P呈极显著呈极显著负相关(P<0.01)，N︰P、C︰N与C︰N和C︰P呈极显著正相关(P<0.01)。

表5 不同土壤紧实度试验中高羊茅生长因子相关性

不同基质试验中高羊茅总生物量、高度、含水率、元素含量等指标和土壤化学指标相关性显著(P<0.05)，见表6。

由表6可知，高羊茅生物量与植物高度、植物全氮含量、植物全磷含量、土壤全氮含量呈极显著正相关(P<0.01)，与植物C︰N、植物C︰P呈极显著负相关(P<0.01)，与植物含水率、土壤全磷含量、土壤有机碳含量呈显著正相关(P<0.01)，与植物有机碳含量呈显著负相关(P<0.01)。高羊茅含水率与高度、植物全氮含量、植物全磷含量、土壤全氮含量、有机碳含量呈极显著正相关(P<0.01)，与植物C︰N、植物有机碳含量呈极显著负相关(P<0.01)，与植物C︰P呈显著负相关(P<0.01)。植物高度与植物全氮含量、植物全磷含量、土壤全氮含量、有机碳含量呈极显著正相关(P<0.01)，与植物全碳含量、植物C︰N、植物C︰P呈极显著负相关(P<0.01)，与土壤全磷含量呈显著正相关(P<0.05)，与其它指标无显著相关性。高羊茅根系总长度只与植物C︰N呈极显著负相关(P<0.01)，与其它指标无显著相关性。

高羊茅全氮含量与植物全磷含量、土壤全氮含量、全磷含量、有机碳含量呈极显著正相关(P<0.01)，与植物有机碳含量、植物C︰N呈极显著负相关(P<0.01)，与植物C︰P呈显著负相关(P<0.05)；植物全磷含量与土壤全氮含量呈极显著正相关(P<0.01)，与植物有机碳含量、植物C︰N、植物C︰P呈极显著负相关(P<0.01)，与土壤有机碳含量呈显著正相关(P<0.05)；植物全磷含量与土壤全氮含量、土壤全磷含量呈极显著负相关(P<0.01)，与植物C︰N呈极显著正相关(P<0.01)，与植物C︰P呈显著正相关(P<0.05)。植物C︰N与土壤指标呈极显著负相关(P<0.01)，土壤指标之间呈极显著正相关(P<0.01)。

3 讨论与结论

3.1 讨论

(1)不同覆土厚度对高羊茅生长性状的影响

土壤厚度是土壤资源的重要度量指标，被认为是表土稀缺区植被恢复和重建的重要限制性因子[30-31]。本研究发现覆土厚度与高羊茅生长高度、生物量和养分含量具有显著关系，这再次证明覆土厚度和植物生长水分、养分以及生存空间密切相关，为植物的生存和繁殖提供了物质基础[32-33]。在本试验中，高羊茅自然高度、生物量、含水率和植物全氮含量、全磷含量呈显著正相关(P<0.05)，却与总根系长度、植物N︰P、C︰N和C︰P相关性不显著。通过试验数据发现，不同覆土厚度处理小区中高羊茅平均自然高生长呈覆土厚度60 cm﹥覆土厚度40 cm﹥覆土厚度20 cm﹥覆土厚度10 cm(P<0.05)，平均根系总长度呈覆土厚度60 cm﹥覆土厚度10 cm﹥覆土厚度40 cm﹥覆土厚度20 cm(P<0.05)，由此可见，土壤厚度显著影响高羊茅的生长，同时土壤无法给高羊茅提供充足养分、水分等生长发育资源的时候，高羊茅通过增加根系数量和长度，来提高养分、水分等必要元素的摄取[34-35]。Koerselman and Meuleman(1996)通过对欧洲植物施肥试验发现，当植物N︰P<14时表现为受N的限制；当N︰P>16时表现为受P的限制；而当N︰P比值在14～16范围之间时则表现为两种元素共同受限制或二者均不受限制[36]。本试验高羊茅植物全氮含量范围在6.45～7.17 g/kg之间，全磷含量范围在1.27～1.88 g/kg之间，有机碳含量范围在307.36～494.13 g/kg之间，这与孙小妹等[37]对高寒区草本植物养分研究得到的结果相符合。然而，本研究中高羊茅N︰P最高只有6.603，显著小于14，表现为氮限制，这是因为青藏高原高寒、恶劣的自然环境会限制微生物的活性和抑制土壤中有机质的分解和矿化，土壤氮含量是主要的限制因子[37]。

(2)不同紧实度对植物生长性状的影响

研究表明，土壤紧实度会抑制作物根系的穿插和生长，影响水分的入渗过程和肥料的利用效率等，不仅对土壤自身的理化性状有影响，对作物的健康生长也会有直接或间接的影响，且作用机理相对比较复杂[38-39]。本研究发现，土壤紧实度1(800～1 000 kpa)处理的高羊茅自然生长高度小于土壤紧实度2(1 400～1 600 kpa)和紧实度3(2 000～2 200 kpa)处理，然而高羊茅根系总长度却呈土壤紧实度1处理极显著大于土壤紧实度2和紧实度3处理，对比生物量呈紧实度2﹥紧实度1﹥紧实度3，且不同土壤紧实度与植物根系总长度呈显著负相关(P<0.05)，说明土壤紧实度确实对高羊茅根系的生长有较大影响。在土壤紧实度1中，植物根系总长度大于其它2种紧实度处理(达到205.07 cm)，但总生物量在3种紧实度处理间差异并不大，可见在营养较匮乏的土壤中，植物优先发育根系生长，并且以细根为主。同时，由植物全氮、全磷和有机碳含量的对比，发现高羊茅全氮含量呈紧实度1>紧实度3>紧实度2，全磷、全碳含量呈紧实度紧实度2>紧实度1>紧实度3，也说明土壤紧实度的增加，使高羊茅根系变粗，较粗的根系可提高植物抵抗土壤阻力的能力，增加养分传输效率，提高了土壤养分的利用效率。通过化学计量比发现，土壤紧实度2处理的高羊茅群落植物N︰P显著小于其它2种土壤紧实度，且最高N︰P比为6.64，因此同样表现为氮限制。但相关性分析表明，土壤紧实度与植物总生物量、植物含水率、植物自然高度、植物全氮、全磷、有机碳含量、植物N︰P、C︰N和C︰P相关性不显著 (表5)，这说明在弃渣场修复是一个复杂、长期的生态过程，在恢复早期，土壤多因子影响情况下，植物根系受到的影响最大，且植物优先改变根系性状来适应土壤环境。

(3)不同基质对植物生长性状的影响

本研究发现，基质2(渣石+表土)高羊茅平均自然高生长、根系总长度、含水率和总生物量均大于基质1(表土)，且不同基质植物生物量、高度、含水率、植物元素含量等指标和土壤化学指标相关性显著 (表6)，说明适当的石砾可使土壤中形成孔隙及裂缝，使根系向土层更深处延伸，进而促进根系及植物的生长和生理机能[40]。同时基质2植物C︰N和C︰P显著低于基质1，对比全氮含量(基质1为8.22 g/kg，基质2为7.7 5g/kg)，全磷含量(基质1为1.55 g/kg，基质2为1.35 g/kg)和总生物量(基质1为1.15 kg/m2，基质2为1.43 kg/m2)，且基质2高羊茅N︰P仅仅为4.99，说明适当的渣石可促进植物生长的同时，土壤氮、磷养分的匮乏更加严重的限制了植物生长[41]。另外，N和P是限制植物生长的关键元素[42]，基质3(生物堆肥+表土)高羊茅平均自然高生长、含水率和总生物量均大于基质2(渣石+表土)和基质1(表土)，说明适当的增肥可促进该地区高羊茅的生长发育，但基质3高羊茅N︰P也为6.9，说明在增加33%生物堆肥的情况下，该区域还表现为氮限制。因此，在该地区弃渣场生态修复过程中，如需提高弃渣场生态修复效果，还需适当增加渣石含量和营养基质。

3.2 结论

本研究采用野外试验小区的方法，设置不同土壤紧实度、土壤厚度、土壤养分水平来探究影响，结果表明：土壤厚度显著影响高羊茅自然高度、总生物量、含水率和全氮含量、全磷含量等，同时在土壤资源匮乏的时候，高羊茅通过增加根系数量和长度，来提高对土壤养分、水分等必要元素的摄取。不同土壤紧实度与高羊茅根系总长度呈显著负相关(P<0.05)，却与高羊茅总生物量、含水率、自然高度、植物全氮、全磷、有机碳含量、N︰P、C︰N和C︰P相关性不显著，说明土壤紧实度对高羊茅根系受到的影响最大，且高羊茅优先改变根系性状来适应土壤环境。高寒区弃渣场修复过程中，适当的石砾可使土壤中形成孔隙及裂缝，使根系向土层更深处延伸，进而促进根系及自然高度、根系总长度、含水率和总生物量等。8种处理高羊茅N︰P在4.29～6.86之间，因此在该地区弃渣场生态修复过程中，如需提高弃渣场生态修复效果，可适当增加渣石和营养基质。

基于本文研究结果，不同土壤紧实度、土壤厚度、土壤养分水平均对高羊茅生长性状具有显著的影响，结果可为今后进行植被种植提供科学依据，对高寒表土稀缺区生态修复具有重要意义。