生态修复材料与西藏扎囊及曲水地区土壤的匹配性探讨*

刘白玲 魏川 支永刚 徐前 沈彤 张繁

1.西藏大成科技发展有限公司；2.西藏中科淼源生态科技有限公司，西藏 拉萨 850000

西藏是青藏高原的主体部分，平均海拔达4727m，其自然环境独特、生态系统脆弱。随着全球变暖和人类活动强度的加大，西藏的草地退化、土地沙化与水土流失加重，以及冰雪融化的加快，导致自然灾害频繁发生，西藏的生态安全面临着诸多挑战[1]。多年来，西藏各级政府积极推动区域生态环境的治理与建设工作；众多的科研工作者从多个方面、多个层次，围绕西藏的生态修复开展了全方位的研究与实践。比如采用围栏禁牧、建设生态草种种植资源圃和繁育基地、改良青稞育种、利用高寒高海拔牧草种质资源等综合性技术，使西藏的退化生态系统得到有效治理。

如上所述，在过去的研究中，对退化草地与耕地的修复，多从围栏禁牧、种子选育、新的栽培技术入手，对新材料使用也多局限于保水材料，而且尚未获得普遍的应用。然而就生态修复的本质而言，主要是对退化土壤的修复，包括了对退化草地、退化耕地的修复。导致西藏草地与耕地退化的主要原因，在于其特殊的地理环境所带来的生态敏感性。风力大、风期长，干旱少雨，长时间的强紫外线照射，加速了草地与耕地的风化，使有机质大量丧失，土壤基本结构发生变化；不稳定的环境破坏了原有的土壤微生物生态，降低了土壤活力，影响系统的生物交换。因而，在研究中，采用了新思路、新方法、新材料，即是：从为退化草地（多为沙化草场）、退化耕地的生态系统提供稳定的环境入手，通过大幅度提高退化草地与退化耕地的抗风蚀性，降低有机质损失，提高土壤微生物的繁殖率，从而稳固土壤植物生长的方式，在较短的时间里实现退化草地与耕地的生态修复。

该理论，已经在内蒙、甘肃、新疆的防风固沙、玉米种植中获得证实，并取得了很好的研究结果[2-10]。那么，这种方法是否同样适合于西藏地区呢？要解决的关键性问题是什么呢？笔者认为，关键是所使用的材料。这种材料必须适合于西藏的地理环境，必须能满足不同生态修复目的的需求。本文中，笔者采用来自西藏扎囊、曲水的在耕地土壤，主要从提高土壤的抗风蚀性能入手，研究了不同土壤对生态修复材料的匹配性要求；并用野外示范，探讨了具有适配性的生态修复材料的使用效果。

1 实验部分

1.1 材料

采用土样：扎囊、曲水在耕地土壤，分别位于西藏自治区扎囊县阿九乡和曲水县色甫村，按照土壤标准取样法中的梅花型布点采样，用圆柱形采样器在每个点取自地表0～20cm 厚度处土壤1kg，试验时混合均匀，经碾磨后筛去200 目颗粒用于各项检测。

抗风蚀材料：实验中使用了5种高分子乳液，命名为：LK-1、LK-2、LK-3、LK-4、LK-5。5 种高分子乳液主要由醋酸乙烯酯及具有抗紫外的多种丙烯酸酯类单体，在阴离子与非离子乳化剂组成的乳化体系中聚合而成，具有分子量大，粘性强，易分散的特点，其与抗风蚀性能有关的主要物理参数，乳液固含量、粘度、乳胶粒大小，以及最低成膜温度等，如表1所示。

表1 5种生态修复材料的主要技术参数

1.2 实验方法

1.2.1 土样粒度分布。称取200g左右土样，置于孔径大小不同的套筛中，环状摇动30s，筛后称出每层中颗粒的重量并计算百分比。

1.2.2 土样有机质含量分析[13]。采用重铬酸钾法。

有机质含量计算公式

式中：X（%）为土样的有机质百分含量；N 为FeSO4的当量浓度；V0为空白样消耗的FeSO4溶液体积，V 为样品消耗的FeSO4溶液体积（空白样未加土壤，其他一切同。）

W 为土样质量，0.5g；0.003 为1mg 当量碳的克数；1.724 为有机碳换算有机质的系数；1.1 为校正系数。

1.2.3 土样微生物量相对比较。

1.2.3.1 土样微生物相对含量的直接比较。按照文献[12]使用无菌水对土壤中的微生物进行提取。取0.1g土壤样品（干重计）置于50mL 离心管内，向管内加入10mL无菌水，将离心管放入180r/min的水浴摇床中震荡30min，再以4000rpm 转速将悬浊液离心3min，取离心后上清液测定OD600值。

1.2.3.2 使用了生态材料后土壤微生物含量的比较。主要对土壤的细菌含量进行了对比，使用LB 液体培养基，在对土壤微生物培养24h 后，在接种培养4h 后测定其在600nm 处的吸光度，比较生态修复材料使用后土壤微生物含量的变化趋势。

1.2.4 不同生态修复材料作用下土样的抗风蚀强度分析[15]。取颗粒大小为200目和干燥后在室温下达到平衡的土样10g，加入配置成浓度为2%的高分子乳液1g（LK-1、LK-2、LK-3、LK-4、LK-5），两者混合均匀后在恒定力度下制备成土样柱，置烘箱中于80℃下烘2h，取出后冷却。平行制样4个，于万能拉力机上测定其压缩破裂时的抗压强度（N/cm）。

1.2.5 生态修复材料的应用及效果测定（对玉米生长及产量的影响分析）。将筛选出的适用于曲水的生态修复材料LK-3，用水配制成固含量为2%的稀释液，按1kg/m2的量对玉米种植地进行喷施。在玉米的生长过程中，对玉米的高度、茎宽、叶片宽度等进行测定，收割后对其产量进行了测定计算，并与未使用生态修复材料对照地进行对比。

2 试验结果及分析

2.1 扎囊与曲水土壤采样的基本参数

一般而言，土壤颗粒的大小不同，在其保肥、供肥及固定能力上均有较大的差别。但由于取样及处理方式的不同，以及土壤团粒结构稳定性上的差别，测定结果可能存在比较大的误差。通过调研发现，曲水试验地含大颗粒与小于100 目的颗粒占比较大；而扎囊地区试验地占比最高的是粒径在60 目以下的土壤颗粒。这种差别对它们的其他性质也会带来一定的影响。

图1 不同土壤的粒径（目）分布

表2 是设定的两处示范试验地的含水量及有机质含量分析结果。可见，曲水的地区试验地的含水量与有机质含量均远远高于扎囊试验地，说明土壤的粒径分布的确与其含水量与有机质含量相关，是土壤综合性质的具体体现。

表2 土壤含水量与有机质含量

2.2 生态修复材料与扎囊、曲水试验地的适配性

对扎囊、曲水试验地土壤粒径及有机质含量的分析可知，两地土壤的存在着较大的差异。我们知道，无论是生态修复还是退化草地的治理，实际上就是对土壤的修复，让土地保持健康状态，是对人类安全最为重要的大事。对在本次试验中使用的5种高分子乳液LK-1、LK-2、LK-3、LK-4、LK-5，笔者已经在之前的研究中，系统测定了它们对土壤微生物生长及种子发芽、成活率的影响，表明它们均具有良好的生物安全性，可促进退化土壤的生态恢复。

前已述，导致西藏草地与耕地退化的主要原因，在于大风力、长风期，干旱少雨及长时间的强紫外线照射，破坏了原有的土壤微生物生态，降低了土壤活力，影响系统的生物交换。因而，通过大幅度提高退化草地与退化耕地的抗风蚀性，便可降低有机质损失，提高土壤微生物的繁殖率，从而可在较短的时间里实现退化草地与耕地的生态修复。笔者所使用的5 种生态修复材料，是一类水性大分子乳液，可在土壤表面形成巨大的网状结构，并可增加土壤颗粒之间的粘接性，从而大大提高被修复土壤的抗风蚀能力。

但在此之前，很少有人考虑过生态材料与被处理土壤的适配性问题。在西藏这种特殊的地理环境下，为了保证退化土地的生态修复效果，笔者首先就5 种材料对扎囊与曲水试验地土壤的固定强度进行了测定，所给出数据为4个平行样的平均值。

由图2 可知，同一种材料对扎囊土壤和曲水土壤的固定强度是不一样的，而且5 种材料对曲水土壤的固定效果远远高于对扎囊土壤的固定效果。同时，5种材料对同一种土壤的固定强度也是不一样的，对扎囊土壤而言，固定效果最好的是LK-2；而对曲水土壤最佳的选择是LK-3。

图2 五种生态修复材料对扎囊与曲水试验地土壤的抗风蚀效果

产生这种差别的原因，在于不同土壤的结构不同，不同材料的结构也不同，只有材料的结构与土壤结构具有一定的适配性，才能获得好的修复效果。

2.3 使用生态修复材料后扎囊、曲水试验地的性能变化

表3 为两处试验地在使用生态修复材料6 个月后土壤含水量与有机质的变化。可知，两地试验地在使用生态修复材料后土壤含水量有一定程度的增加，但土壤的有机质含量却大幅度提高。

表3 扎囊与曲水土壤在使用生态修复材料前后的与有机质含量对比

这一结果表明，由于生态修复材料的使用，提高了退化土壤的抗风蚀性，从而为生物系统的提供的稳定的生存环境，防止了有机质的损失。

图3 是扎囊与曲水土壤在使用生态修复材料前后的微生物生长情况对比，具体表现在使用生态修复材料后，土壤微生物培养液的OD600 值明显提高。OD 值的大小，代表了培养液中微生物数量的多少。由图3 可知，使用生态修复材料后，无论是扎囊的土壤，还是曲水的土壤，其微生物数量均明显增加。微生物数量的增加，促进了系统的生物活性，对土壤中的生物学过程具有很好的调节与促进作用，其结果的宏观效应是促进植物的生长。这一点，可从生态修复材料施用玉米地后的玉米生长及产量的提高中得到证实。

图3 扎囊与曲水土壤在使用生态修复材料前后的微生物生长情况对比

2.4 生态修复材料（液态地膜）对玉米生长的影响

笔者与西藏曲水县色甫村合作，在该村进行了将生态修复材料（液态地膜）用于玉米种植的示范，分别从玉米的株高、根茎长度、叶面宽度，玉米产量，以及土壤含水量、有机质含量、以及对土壤微生物生长等多个方面，探讨了筛选的生态修复材料对玉米生长、土壤性质的影响。取得结果如下：

图5 使用生态修复材料对示范地土壤含水量以及有机质含量的影响

图6 使用生态修复材料对示范地土壤细菌含量的影响

图4 生态修复材料使用示范地玉米的叶宽与根径测定

以上实验结果表明，生态修复材料对曲水县色甫村玉米种植的影响是积极、有效的。具体体现在：（1）有利于玉米的生长，其株高、根径与页面宽度比对照组高出40%以上，可提高产量14%以上；（2）使用生态材料后土壤的墒情大大好于对照组；（3）使用生态材料后土壤的有机质含量高于对照组26%以上；微生物含量也高于对照组。笔者还对土壤微生物培养液的OD值与对应的菌体个数进行了初步测定，发现使用生态修复材料后，土壤中的微生物数量的增长率为337.23%，即3.4倍。

表4 对示范地玉米生长过程中采集数据的分析

3 结论

本论文首次研究并验证了西藏不同地区土壤对所使用生态修复材料的选择性。扎囊在耕地的适用材料为LK-2，曲水在耕地土壤的适用材料为LK-3。用两种材料分别对扎囊和曲水的在耕地进行表面喷施后，均可提高两地土壤的有机质及微生物含量。在曲水色甫村的玉米种植示范表明，生态修复材料的使用，可有效促进玉米的生长，提高玉米产量14.3%.其原因在于：生态修复材料的使用，可提高玉米示范地的抗风蚀性，从而防止因强风造成的土壤水分与有机质的流失，并为微生物的生长提供了相对稳定的生态环境，促进微生物的繁殖，继而为玉米的生长提供了更好的土壤肥力，在明显提高玉米产量的同时，也促进了退化土壤性质的改变，可加速土壤的生态修复过程。