石質(zhì)邊坡植被建植后土壤養(yǎng)分與植物群落特征動(dòng)態(tài)研究

段玉婷，王志泰，徐小明

(貴州大學(xué)林學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

石質(zhì)邊坡植被建植后土壤養(yǎng)分與植物群落特征動(dòng)態(tài)研究

段玉婷，王志泰*，徐小明

(貴州大學(xué)林學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

摘要：于2009年6月-2013年12月，以貴陽市花溪區(qū)環(huán)城高速經(jīng)人工植被恢復(fù)的3個(gè)石灰?guī)r石質(zhì)邊坡為研究對(duì)象，采用常規(guī)群落調(diào)查法及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)其土壤理化性質(zhì)與植物群落特征進(jìn)行定點(diǎn)定期動(dòng)態(tài)觀測(cè)與分析，結(jié)果表明：1)AN、AK、AP、OM含量成波動(dòng)上升趨勢(shì)，到2013年，AN、AK、AP、OM平均含量分別為中下、極高、較高、中上水平；2)隨著恢復(fù)年限延長，邊坡總物種數(shù)大幅增加且波動(dòng)幅度漸緩，存在季節(jié)性變化，物種組成及比例發(fā)生較大改變，優(yōu)勢(shì)種也發(fā)生轉(zhuǎn)變，群落出現(xiàn)向當(dāng)?shù)刈匀恢脖环较蜓萏娴淖兓?guī)律；3)2009年7月-2012年6月，植物草本層蓋度及高度呈上升趨勢(shì)，到2013年均有所降低，各邊坡有一定數(shù)量灌木定植，邊坡恢復(fù)效果良好；4)邊坡群落總物種數(shù)、植物高度及蓋度、土壤速效養(yǎng)分N、P、K和OM之間存在18對(duì)顯著相關(guān)的指標(biāo)對(duì)，但在土壤養(yǎng)分與植物群落特征關(guān)系方面只有AN、AP與植物總物種數(shù)、灌木層植物高度具顯著相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：邊坡；土壤；養(yǎng)分；植物群落特征

Investigation of soil nutrient and plant community dynamics after vegetation planting on a rocky slope

DUAN Yu-Ting, WANG Zhi-Tai*, XU Xiao-Ming

CollegeofForestry,GuizhouUniversity,Guiyang550025,China

Abstract:Using conventional plant community survey methods three rocky slopes were constructed to simulate physicochemical properties of soil and the artificial vegetation restoration of the Guiyang City beltway south loop in an indoor experiment. It was found that: 1) The content of alkali hydrolyzable nitrogen (AN), available potassium (AK), available phosphorus (AP), organic matter (OM) showed an upward trend, by 2013, the average content of AN reached a lower level, the average content of AK maintained high level, the average content of AP reached a higher level, the average content of OM at the middle level. 2) With longer recovery time, slope total species number has increased substantially and the fluctuation of gradual, they have seasonal variation, Species composition and proportion and dominant changed, to change to the local natural vegetation. 3) In 2009 July-2012 year in June, plant herb layer coverage and high risen, by 2013 they have reduced, a certain number of shrub planting in the slope, and the slope restoration effect is good. 4) There are 18 pairs of significant correlation indicator between slope community total species number, plant height and coverage, the soil available nutrients N, P, K and OM, but in the relationship between soil nutrient and plant community characteristics, only AN and AP and total plant species, shrub layer plant height have significantly correlation.

Key words:slope； soil； nutrients； plant community characteristics

隨著高速公路路網(wǎng)覆蓋面的逐年擴(kuò)展，高速公路的建設(shè)已逐步邁向山區(qū)地帶，貴州省是典型的喀斯特巖溶地區(qū)，高速公路的修建會(huì)產(chǎn)生更多、更高的裸露石質(zhì)邊坡[1]，若依靠自然植物演替，速度非常緩慢，利用人工植被生態(tài)恢復(fù)技術(shù)恢復(fù)的邊坡植物群落能較快達(dá)到理想蓋度，完成自然演替不能快速解決植被覆蓋度的問題[2]。植被與土壤的相互作用會(huì)對(duì)土壤質(zhì)量產(chǎn)生很大影響，土壤質(zhì)量也會(huì)對(duì)邊坡植被恢復(fù)的后期效果產(chǎn)生直接影響[3]，因此對(duì)石灰?guī)r石質(zhì)邊坡植被群落特征及土壤養(yǎng)分進(jìn)行研究具有一定意義。

在邊坡植被恢復(fù)與土壤養(yǎng)分方面已有許多研究，劉子壯等[4]對(duì)陜南石土山區(qū)高速公路邊坡不同恢復(fù)年限的土壤性質(zhì)做了研究，表明恢復(fù)年限對(duì)高速公路土壤養(yǎng)分有顯著影響，全氮、速效磷、有機(jī)質(zhì)已成為邊坡植被恢復(fù)及演替的限制因子；趙旭煒等[5]通過對(duì)矸石山5種不同植被恢復(fù)模式的土壤質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出不同植被恢復(fù)模式均對(duì)矸石山土壤質(zhì)量改善有顯著效果，并優(yōu)于自然恢復(fù)模式下的土壤質(zhì)量；馬帥帥等[6]對(duì)京承高速恢復(fù)3年的邊坡進(jìn)行調(diào)研并分析了影響邊坡養(yǎng)分的主要因素，發(fā)現(xiàn)坡質(zhì)、坡向及施工工藝是對(duì)基質(zhì)養(yǎng)分含量影響較大的因素，速效鉀為目前養(yǎng)護(hù)條件下植物生長的關(guān)鍵養(yǎng)分因子；潘樹林等[7]以浙江省恢復(fù)1年后的16個(gè)巖質(zhì)邊坡為研究對(duì)象，分析了坡度和坡位對(duì)巖質(zhì)邊坡早期恢復(fù)過程中土壤養(yǎng)分的影響，結(jié)果表明，30°~35°、41°~45°、45°~52°類型的邊坡中全磷、全氮及全鉀表現(xiàn)出明顯的分布規(guī)律為坡中>坡下>坡上，在相同坡位不同坡度的條件下，土壤養(yǎng)分在巖質(zhì)邊坡早期植被恢復(fù)演替過程中不受坡度影響。邊坡植被恢復(fù)與土壤養(yǎng)分變化已成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)，但是大多研究主要集中于以空間代替時(shí)間的方法對(duì)生態(tài)恢復(fù)后的邊坡土壤養(yǎng)分特征進(jìn)行研究分析，在邊坡群落特征與土壤養(yǎng)分定點(diǎn)定期長時(shí)動(dòng)態(tài)觀察方面的研究較少。本文以野外植物群落特征調(diào)查和室內(nèi)土壤養(yǎng)分測(cè)定為基礎(chǔ)，在2009年7月-2013年12月(2012年7月-2012年12月數(shù)據(jù)缺失)，對(duì)貴陽市花溪區(qū)環(huán)城高速公路金竹立交路塹邊坡生態(tài)防護(hù)工程進(jìn)行定點(diǎn)定期跟蹤觀測(cè)，了解邊坡生態(tài)防護(hù)工程中人工植被建植后群落及土壤養(yǎng)分變化特征，分析邊坡生態(tài)恢復(fù)的后期效果、土壤改善狀況及植被與土壤的相互關(guān)系，為今后黔中高速公路石灰?guī)r石質(zhì)邊坡植被恢復(fù)提供參考。

1材料與方法

1.1　研究區(qū)概況

試驗(yàn)點(diǎn)位于貴陽市花溪區(qū)，地處東經(jīng)106°27′-106°52′，北緯26°11′-26°34′，海拔1100 m，屬亞熱帶濕潤溫和型氣候，年均降水量約1200 mm，年均溫度為15.3℃，最熱月(7月)平均溫度24℃，最冷月(1月)平均溫度4.6℃。相對(duì)濕度較大，無霜期270 d左右。

2009年5月邊坡采用三維網(wǎng)噴播技術(shù)進(jìn)行人工植被建植，6月底施工完畢。所選3個(gè)實(shí)驗(yàn)邊坡距離不超過50 m，分別為：1號(hào)坡，坡向西北45°，坡度45°；2號(hào)坡，坡向東南45°，坡度51°；3號(hào)坡，坡向東南15°，坡度63°，土層厚約10 cm，每m2初始噴播物種為：刺槐(Robiniapseudoacacia)、木豆(Cajanuscajan)、傘房決明(Cassiacorymbosa)、白三葉(Trifoliumrepens)、黑麥草(Loliumperenne)、狗牙根(Cynodondactylon)、高羊茅(Festucaarundinacea)。

當(dāng)?shù)爻Ｒ姽嗄局饕袘毅^子(Rubuspalmatus)、火棘(Pyracanthafortuneana)、截葉胡枝子(Lespedezacuneata)等，常見草本植物主要有金茅(Eulaliaspeciosa)、硬桿子草(Capillipediumassimile)、藎草(Arthraxonhispidus)、狗尾草(Setairaviridis)、飄拂草(Fimbristylisdichotoma)、艾蒿(Artemisiaargyi)、苦萵苣(Sonchusarvensis)、野菊(Dendranthemaindicum)、小白酒草(Conyzajaponica)、白三葉、酢漿草(Oxaliscorniculata)、野豌豆(Viciasepium)等，偶見十字花科、鳶尾科、莧科、石竹科和毛茛科植物。

1.2　研究方法

1.2.1樣地設(shè)置及調(diào)查方法每個(gè)邊坡隨機(jī)設(shè)定12個(gè)1 m×1 m的草本樣方(共36個(gè))。開始出現(xiàn)灌木時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整樣方設(shè)計(jì)，在每個(gè)邊坡上設(shè)置4個(gè)3 m×3 m的灌木樣方，共計(jì)12個(gè)灌木樣方。每月中旬對(duì)1、2、3號(hào)邊坡進(jìn)行常規(guī)生態(tài)學(xué)調(diào)查，記錄樣方內(nèi)群落物種數(shù)、植物高度、蓋度(目測(cè)估計(jì))等。

1.2.2土壤樣品采集及測(cè)定方法由于邊坡土層厚度小于10 cm，故不采取分層采樣，按季度在每個(gè)樣方中用環(huán)刀取土樣帶回實(shí)驗(yàn)室用常規(guī)土壤農(nóng)化分析方法對(duì)有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、有效磷進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定方法為：土壤速效氮——擴(kuò)散吸收法、土壤速效磷——0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法、速效鉀——NH4OAc浸提-火焰光度法、有機(jī)質(zhì)——重鉻酸鉀容量法[8-9]。

1.3　數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖及統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 和SPSS 19.0。

2結(jié)果與分析

2.1　土壤養(yǎng)分變化動(dòng)態(tài)

2.1.1堿解氮變化動(dòng)態(tài)堿解氮又稱水解氮，是硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、氨基酸、酰胺和易水解的蛋白質(zhì)氮的總和，是土壤氮素的重要組成部分，能較好地反映出近期內(nèi)土壤氮素的供應(yīng)情況[10]，在衡量邊坡土壤氮素供養(yǎng)水平上占有重要的地位。

3個(gè)邊坡的堿解氮在2009年9月-2013年12月的每個(gè)季度中存在顯著差異(P<0.01)(圖1A)，年內(nèi)變化趨勢(shì)為：建植前3年內(nèi)，3個(gè)邊坡的堿解氮含量變化步調(diào)基本一致，且峰值都出現(xiàn)在每年12月，2013年3-9月，2、3號(hào)坡堿解氮含量表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，9月達(dá)到峰值(分別為115.75和99.00 mg/kg)，1號(hào)坡從3月開始?jí)A解氮含量持續(xù)下降，到12月為止值下降為65.25 mg/kg。從年際變化來看，3個(gè)邊坡堿解氮含量在建植第2年有所下降，第3年開始逐漸上升，第2年末(2011年6月)與第1年末(2010年6月)相比，各坡堿解氮含量均下降，降幅分別為18.06%，9.61%，14.68%；第3年末(2012年6月)與第2年末(2011年6月)相比，1、2號(hào)坡堿解氮含量增幅為18.07%，16.67%，3號(hào)坡堿解氮含量降低了12.22%；2013年12月與2012年6月相比，3個(gè)坡堿解氮含量均有大幅增加，增幅分別為52.90%，32.31%，151.73%。

圖1　邊坡土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)特征Fig.1　Dynamic characteristics of slope soil nutrients

2.1.2速效鉀變化動(dòng)態(tài)如圖1B所示，除2011年3月和6月外，2009年至2013年各季度間3個(gè)邊坡速效鉀含量存在顯著差異(P<0.01)。從年內(nèi)變化來看，建植第1年，各邊坡速效鉀含量波動(dòng)變化，3個(gè)坡速效鉀含量在2010年3月同步出現(xiàn)谷值，2010年6月與建植初期(2009年9月)相比3個(gè)坡速效鉀含量分別降低了10.00，51.14和14.82 mg/kg；建植第2年，1、3號(hào)坡速效鉀含量呈升-降-升趨勢(shì)，2號(hào)坡呈降-升趨勢(shì)，在2011年3月同步出現(xiàn)谷值；建植第3年，各邊坡速效鉀含量上下波動(dòng)步調(diào)不一致；到2013年，2、3號(hào)坡速效鉀含量波動(dòng)呈升-降趨勢(shì)，在9月達(dá)到峰值，1號(hào)坡呈下降趨勢(shì)，12月達(dá)到谷值。從年際變化來看，建植第1年到第3年速效鉀含量逐漸下降，到2013年突增，2011年6月與2010年6月相比3個(gè)坡速效鉀含量降幅分別為22.73%，21.82%，2.08%；2012年6月與2011年6月相比，1、2號(hào)坡速效鉀含量降幅分別為8.10%，12.89%，3號(hào)坡速效鉀含量增幅為6.80%；2013年12月與2012年6月相比，各坡速效鉀含量均有所增加，增幅分別為24.87%，100.22%，81.221%。

2.1.3有效磷變化動(dòng)態(tài)如圖1C，3個(gè)邊坡有效磷含量在建植第1年存在差異(P<0.01)，但變化趨勢(shì)基本一致，波動(dòng)幅度不大；建植第2年各坡間也存在差異(P<0.05)，表現(xiàn)為降-升趨勢(shì)，在2010年12月達(dá)谷值；建植第3年各坡間沒有明顯差異，變化趨勢(shì)也趨一致，也呈現(xiàn)降-升趨勢(shì)，在2011年12月達(dá)谷值；到2013年3個(gè)邊坡存在顯著差異(P<0.01)，上下波動(dòng)步調(diào)不一致。年際變化為：建植第1年到第3年，有效磷含量逐年降低且都偏低，到2013年有大幅增加，各邊坡年均含量分別為30.58，23.53和27.49 mg/kg；建植第2年與第1年相比，3個(gè)坡有效磷含量有小幅下降，降幅分別為0.92%，0.81%，0.65%；建植第3年與第2年相比，有效磷含量同為下降趨勢(shì)，降幅分別為12.15%，11.41%，11.29%；2013年與建植第3年相比，有效磷含量增多，分別增加了19.19，21.22和22.44 mg/kg。

2.1.4有機(jī)質(zhì)變化動(dòng)態(tài)如圖1D所示，3個(gè)邊坡有機(jī)質(zhì)含量在2009年9月-2013年12月中除部分月份外均存在差異(P<0.01)，年內(nèi)變化表現(xiàn)為：在建植第1年和建植第2年各邊坡有機(jī)質(zhì)含量變化規(guī)律有相似性，總體上為波動(dòng)上升趨勢(shì)；建植第3年各邊坡表現(xiàn)為降-升趨勢(shì)，在2011年12月同步達(dá)谷值；到2013年3月，1、3號(hào)坡有機(jī)質(zhì)含量達(dá)峰值后呈波動(dòng)降低趨勢(shì)，2號(hào)坡在9月達(dá)峰值后降低。年際變化為：建植1~3年各坡有機(jī)質(zhì)含量變化幅度較小且維持較低水平，到2013年變化波動(dòng)較大但總體含量增加；1、2號(hào)坡有機(jī)質(zhì)含量在建植第2年比建植第1年有所降低，降幅分別為1.94%，9.00%，3號(hào)坡增幅為6.42%；在建植第3年，各邊坡有機(jī)質(zhì)含量有小幅上升，分別增加了4.19%，7.12%，4.13%；到2013年，各邊坡有機(jī)質(zhì)含量大幅上升，增幅分別為11.59%，30.85%，40.16%。

2.2　植物群落特征

2.2.1群落物種變化動(dòng)態(tài)邊坡記錄的總物種數(shù)存在升—降—升的季節(jié)性變化(圖2)，冬季(每年1-2月)總物種數(shù)最少，這主要是由于人工邊坡植被建植主要以草本植物為主，草本植物大多存在冬季枯黃期。建植第1年邊坡總物種數(shù)普遍偏低，多為噴播物種，在2009年7-8月高羊茅為優(yōu)勢(shì)種迅速覆蓋邊坡，之后黑麥草逐漸成為3個(gè)邊坡的優(yōu)勢(shì)草種，高羊茅退出群落，初播物種刺槐、傘房決明、白三葉、狗牙根為伴生種，木豆在2009年12月全部死亡，3個(gè)邊坡物種最大值出現(xiàn)在8、9月，分別為11(1號(hào)坡)、10(2號(hào)坡)、10(3號(hào)坡)個(gè)物種，冬季黑麥草枯黃，待返青后又迅速占優(yōu)勢(shì)地位。人工初播物種覆蓋坡面后，坡面條件得以改善，為鄉(xiāng)土物種侵入(主要為菊科植物)提供有利條件，所以在建植第2年，樣方總物種數(shù)大幅提高，在8月達(dá)到峰值(分別為19，16，18個(gè)物種)。建植第3年，由于灌木刺槐、馬棘(Indigoferapseudotinctoria)等逐漸占據(jù)優(yōu)勢(shì)，群落中種間競爭加劇，導(dǎo)致草本植物減少，總物種數(shù)有所回落，變化趨于平緩，物種數(shù)最大值出現(xiàn)在8月(分別為15，13，12個(gè)物種)。到2013年，邊坡總物種數(shù)有所增加，物種數(shù)最大值出現(xiàn)在4月(3號(hào)坡)、5月(3號(hào)坡)、11月(1號(hào)坡)、12月(2、3號(hào)坡)，均達(dá)到15個(gè)物種，物種數(shù)最小值除了出現(xiàn)在1、2月外還出現(xiàn)在7、8月，這主要是由于2013年在7、8月高溫干旱導(dǎo)致大多數(shù)草本植物枯死，同比每月3個(gè)邊坡的總物種數(shù)可知3號(hào)坡總物種數(shù)明顯大于1、2號(hào)坡，這主要是3號(hào)坡灌木較少，有充足的陽光及養(yǎng)分供給更多草本植物生長。

圖2　群落物種數(shù)動(dòng)態(tài)變化Fig.2　The dynamic changes of the number on the species

2.2.2群落蓋度變化動(dòng)態(tài)圖3A為邊坡植被草本層蓋度，圖中可看出，施工后第2、3個(gè)月(2009年7-8月)3個(gè)邊坡植被蓋度分別達(dá)到40%，90%，60%左右，這說明邊坡人工植被的建植使坡面達(dá)到了快速綠化的效果，但各邊坡間的蓋度存在顯著差異(P<0.01)，分析其主要原因可能有兩點(diǎn)，一是受坡向和坡度的影響，導(dǎo)致各樣坡內(nèi)草本植物發(fā)芽率不同，二是受光照、土壤含水量及土壤持水力等因素的影響，導(dǎo)致各邊坡內(nèi)植物生長發(fā)育初期狀況的不同。從2009年10月-2013年12月的數(shù)據(jù)可看出，3個(gè)邊坡存活植物蓋度在部分月份存在顯著差異(P<0.01)，具明顯季節(jié)性變化，總體變化趨勢(shì)相似，具體表現(xiàn)為：每年2、3或4月維持相對(duì)較低蓋度，6、7月出現(xiàn)第1個(gè)小峰值后下降，到9月達(dá)第2個(gè)谷值，10月突增至11月達(dá)峰值；2013年中，3號(hào)坡植物草本層蓋度高于1、2號(hào)坡。從植被草本層蓋度年際變化來看，同比建植第1年與建植第2年蓋度情況，1、3號(hào)坡蓋度分別平均增加了1.2%，1.7%，2號(hào)坡蓋度平均減少7.3%；同比建植第2年與建植第3年蓋度情況，3個(gè)邊坡均有增加(分別增加了8%，8.9%，12.3%)；到2013年3個(gè)邊坡植物草本層蓋度較建植第3年有一定程度的降低(分別減少了22.58%，20.67%，17.33%)，但波動(dòng)幅度有減緩趨勢(shì)。2013年3個(gè)邊坡灌木層蓋度存在顯著差異(P<0.01)(圖3C)，但變化趨勢(shì)基本一致，呈單峰曲線狀，在6、7月維持較高水平，3號(hào)坡灌木層蓋度明顯低于1、2號(hào)坡。

圖3　邊坡植被群落特征動(dòng)態(tài)變化Fig.3　Community characteristics dynamics of slope vegetation

2.2.3群落高度變化動(dòng)態(tài)如圖3B，3個(gè)邊坡間植物草本層高度存在顯著差異(P<0.01)，有明顯季節(jié)性變化，建植第1年，邊坡植物草本層高度普遍較低，除1號(hào)坡在2010年10月達(dá)到0.5 m外，其余時(shí)間各邊坡草本層植物高度維持在0.06~0.38 m之間；建植第2年，由于黑麥草生長旺盛以及生長迅速的野菊和苜蓿侵入，3個(gè)邊坡草本層植物高度上升較快，在9-11月，各坡草本層植物高度均維持在0.6 m以上，12月草本植物大量枯死，草本層植物高度驟然下降；建植第3年，由于豆科小灌木的生長迅速，邊坡草本層植物高度上升較快，9-10月，各坡草本層植物高度均維持在0.74 m以上；到2013年，邊坡草本層植物高度大幅降低，最高高度分別為0.31，0.57，0.45 m；總體變化趨勢(shì)為：2009年11月-2012年6月，每年1-4月維持較低水平，5月開始上升，到10月達(dá)到峰值，12月迅速降低，2013年1號(hào)坡峰值出現(xiàn)在6月。從各坡植物草本層高度的年際變化來看，建植第2年比建植第1年分別增加了0.28，0.21，0.28 m，建植第3年比建植第2年分別增加了0.11，0.29，0.09 m，到2013年，草本層植物高度大幅下降，與建植第3年相比分別下降了0.43，0.44，0.35 m，植物高度與建植第1年水平相當(dāng)。圖3D表明，2013年3號(hào)坡灌木層植物高度與1、2號(hào)坡間存在顯著差異(P<0.01)，且高度明顯低于1、2號(hào)坡，1號(hào)坡灌木層植物平均高度為1.95 m，2號(hào)坡灌木層植物平均高度為2.05 m，3號(hào)坡灌木層植物平均高度為1.62 m；各邊坡灌木層植物高度年增長量分別為0.8，0.52，0.56 m。

表1　群落特征和土壤養(yǎng)分之間的Pearson相關(guān)系數(shù)

**：P<0.01; *：P<0.05。AN：堿解氮Alkali hydrolyzable nitrogen；AK：速效鉀Available potassium；AP：有效磷Available phosphorus；OM：有機(jī)質(zhì)Organic matter；TS：總物種數(shù)Total species；HC：草本層蓋度Herbaceous layer coverage；SC：灌木層蓋度Shrub layer coverage；HH：草本層高度Herb layer height；SH：灌木層高度Shrub layer height.

2.3　土壤養(yǎng)分與植物群落特征的關(guān)系

通過對(duì)邊坡群落總物種數(shù)、植物高度、植物蓋度及土壤速效養(yǎng)分N、P、K及OM之間進(jìn)行兩兩相關(guān)程度分析后得出：9個(gè)指標(biāo)之間存在顯著相關(guān)的指標(biāo)對(duì)有18對(duì)，相關(guān)性在0.01置信水平上的有：堿解氮與速效鉀、有效磷、有機(jī)質(zhì)及總物種數(shù)正相關(guān)；速效鉀與有效磷、有機(jī)質(zhì)正相關(guān)；有效磷與有機(jī)質(zhì)、總物種數(shù)正相關(guān)；總物種數(shù)與草本層蓋度和高度正相關(guān)，與灌木層高度負(fù)相關(guān)；草本層蓋度與灌木層高度負(fù)相關(guān)；灌木層蓋度與草本層高度負(fù)相關(guān)，與灌木層高度正相關(guān)；草本層高度與灌木層高度負(fù)相關(guān)。相關(guān)性在0.05置信水平上的有：堿解氮與灌木層高度負(fù)相關(guān)；總物種數(shù)與灌木層蓋度負(fù)相關(guān)；草本層蓋度與灌木層蓋度負(fù)相關(guān)(表1)。

3結(jié)論與討論

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力和土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一[11],土壤速效養(yǎng)分是易于植物吸收利用的營養(yǎng)元素，也是評(píng)估土壤自然肥力的因素之一。本研究以定點(diǎn)定期觀測(cè)的方法分析了2009年6月-2013年12月邊坡土壤養(yǎng)分(包括有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、有效磷)的變化動(dòng)態(tài)，得出邊坡土壤養(yǎng)分隨恢復(fù)年限延長成波動(dòng)增加趨勢(shì)，這與有的學(xué)者[3，12-15]以時(shí)空代換法對(duì)不同地區(qū)的人工恢復(fù)植物群落特征與土壤養(yǎng)分關(guān)系的研究結(jié)果一致。根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[16]，在邊坡植被建植1~3年中，堿解氮含量為33.97~70.9 mg/kg，屬于中下偏低水平，速效鉀含量為110.32~229.86 mg/kg，含量豐富，有效磷含量為4.51~8.32 mg/kg，屬中下偏低水平，有機(jī)質(zhì)含量為11.18~20.36 g/kg，處于中下水平；到2013年堿解氮平均含量達(dá)中下水平，速效鉀平均含量維持在極高水平，有效磷平均含量達(dá)較高水平，有機(jī)質(zhì)平均含量處中上水平。在建植前3年土壤養(yǎng)分含量除速效鉀外均偏低，建植第2年或建植第3年土壤養(yǎng)分還表現(xiàn)出小幅下降，但到2013年土壤養(yǎng)分均有大幅增加，這主要是由于邊坡土壤多為開挖新生土，自生養(yǎng)分含量有限，在建植第2、3年，鄉(xiāng)土物種侵入較多，草本植物生長旺盛，再加上小灌木的迅速生長消耗土壤養(yǎng)分，養(yǎng)分消耗略大于養(yǎng)分歸還，使邊坡土壤養(yǎng)分積累減緩，歷時(shí)3年半的植被恢復(fù)后，2013年間，植被覆蓋度逐漸增加，一年生草本植物的周期性腐爛和灌木的枯枝落葉對(duì)養(yǎng)分的歸還，使土壤養(yǎng)分積累有大幅提高，這說明邊坡土壤養(yǎng)分能夠自然地隨著恢復(fù)時(shí)間的增加而不斷提高，但在更長時(shí)間的恢復(fù)中土壤養(yǎng)分能否保持中上水平還需要后續(xù)研究證明。

群落物種組成與群落更新緊密相關(guān)[17]，隨著恢復(fù)年限的延長，邊坡總物種數(shù)有大幅增加且波動(dòng)幅度減緩，物種組成及比例發(fā)生了較大變化，初播物種有7種，到2013年只保留了刺槐、白三葉及黑麥草3種，其余均被當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土物種替代，主要為鳶尾和菊科草本植物：小白酒草、野菊、一年蓬(Erigeronannuus)、苦苣菜(Sonchusoleraceus)、黃鵪菜(Youngiajaponica)等以及小灌木馬棘，優(yōu)勢(shì)種由最初的黑麥草轉(zhuǎn)變成鳶尾+刺槐+馬棘(1號(hào)坡)、野菊+刺槐+馬棘(2號(hào)坡)、黑麥草+小白酒草+馬棘(3號(hào)坡)，這主要是由于在建植初期，坡面陽光充足，噴播基質(zhì)含有一定養(yǎng)分，使初播物種迅速生長，隨著時(shí)間推移，土壤養(yǎng)分逐漸消耗，在遵循“適地適樹和適地適草”原則的同時(shí)，野菊、鳶尾、馬棘等耐貧瘠的鄉(xiāng)土物種通過種間競爭，逐漸侵入并占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。這種向當(dāng)?shù)刈匀恢脖环较蜓萏娴淖兓?guī)律可能成為邊坡植物群落演替的一般規(guī)律，這一規(guī)律應(yīng)該是有利于邊坡植物群落恢復(fù)成更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)邊坡生態(tài)恢復(fù)。

邊坡植物蓋度及高度存在明顯季節(jié)性變化，每年存在2個(gè)植物枯黃期，這與群落物種組成有關(guān)，由于初播物種多為冷季型草種，在夏秋高溫季節(jié)與冬季低溫季節(jié)存在枯死現(xiàn)象，導(dǎo)致邊坡植物草本層蓋度與高度出現(xiàn)周期性降低，隨著部分耐干旱貧瘠的鄉(xiāng)土物種侵入，群落物種組成有所改變，邊坡植被的高度及蓋度波動(dòng)幅度有一定減緩，這體現(xiàn)了鄉(xiāng)土物種對(duì)邊坡恢復(fù)的重要性，因此，初播物種應(yīng)考慮對(duì)鄉(xiāng)土物種的利用，并加入暖季型草種，但對(duì)其合理配比還有待研究。到2013年，邊坡草本層植物蓋度有所降低，這是由于灌木層的出現(xiàn)對(duì)陽光、養(yǎng)分等方面的爭奪，導(dǎo)致草本層植物減少；1、2號(hào)坡灌木層植物蓋度最高能維持在60%以上，高度在2 m左右，3號(hào)坡灌木層植物蓋度最高能達(dá)20%以上，高度在1.5 m左右，這可能是由于3號(hào)坡坡度較大，灌木定植有一定難度，通過野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)1、2號(hào)坡大部分灌木也是生長在邊坡坡度較緩處，這說明坡度的大小對(duì)灌木的良好定植有一定限制。從3個(gè)邊坡草本層及灌木層植物的蓋度、高度來看，邊坡恢復(fù)效果良好，由于灌木的定植使邊坡植物群落結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，但其能否可持續(xù)健康發(fā)展還需長期觀測(cè)研究。

邊坡群落植被特征變化能直觀反映出土壤的質(zhì)量狀況及人工植被恢復(fù)效果與生產(chǎn)力[18-20]。張江英等[21]、張莉等[22]研究得出土壤養(yǎng)分與植物群落特征存在顯著相關(guān)性，馬祥華等[23]研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷對(duì)邊坡植物生長發(fā)育有顯著影響，但王興等[24]研究表明，處于演替中早期植被恢復(fù)的群落，其土壤養(yǎng)分對(duì)植被的直接作用尚未明顯體現(xiàn)。本研究中只有堿解氮和有效磷與植物總物種數(shù)、灌木層植物高度具相關(guān)性，主要原因是：邊坡灌木定植時(shí)間不長，并存在許多一年生草本植物，植被仍表現(xiàn)出較強(qiáng)次生性，群落處于不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，此時(shí)期土壤養(yǎng)分各因子都會(huì)對(duì)植被生長有一定影響，不僅影響力大小不同，還存在復(fù)雜的交互影響關(guān)系，外加野外樣地立地條件具有客觀性，所以這在今后的研究中仍需長期觀察分析。

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通訊作者*Corresponding author. E-mail:wzhitai@163.com

作者簡介：段玉婷(1989-)，女，貴州修文人，在讀碩士。E-mail:743029414@qq.com

基金項(xiàng)目：貴州大學(xué)引進(jìn)人才科研項(xiàng)目(貴大人基合字[2012]002號(hào))和貴州省社發(fā)攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(黔科合SZ字[2009]3026號(hào))資助。

收稿日期：2014-10-21；改回日期：2015-01-04

DOI：10.11686/cyxb2014435http://cyxb.lzu.edu.cn