前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的表土在边坡生态恢复的运用，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
表土层包括自然土壤中的腐殖质层、含枯枝落叶层以及耕作土壤中的耕作层(孙向阳，2005)。在中国公路建设项目占用土地后，普遍把表土层作为一般土料来使用或直接乱堆乱弃，由此造成了对天然肥力较高的土壤资源的巨大浪费(孙宏斌和马云龙，2007)。缺乏科学的表土应用技术是造成公路建设产生的大量表土资源无法被合理利用的直接原因。因此，研究能够大范围推广的表土利用技术以实现土壤资源的可持续利用，是目前中国环保型公路建设亟需解决的重要问题(张玉斌，2010)。 国外发达国家通常将表土的利用技术纳入到表土剥离制度中，形成一整套的技术方法(朱先云，2009)。如日本在二战后就开始探索利用表土进行土壤改良，研究了将表土作为客土掺入要改良地区的表层土壤的工艺方法，如翻转客土、改良式翻转客土等(朱先云，2009);在工程建设中特别是公路边坡绿化上，日本还研发了客土喷播技术等利用表土资源的绿化恢复新技术(刘新卫，2008)。随着国内资源保护意识的增强，公路环保相关领域的学者也逐渐意识到表土资源对于路域生态恢复的重要性，进行了表土利用技术的尝试。如王新军等(2011)研究了吉林省营城子至松江河高速公路沿线3种典型公路占地类型(林地、旱地、水田)不同土层厚度的土壤质量水平，提出了不同类型土壤表土层的最佳收集厚度;陈济丁等(2009)在青藏公路多年冻土路段边坡植被种植试验中利用了当地的表土，在公路边坡建立了较好的植被群。目前，表土利用技术的局限性在于仅简单采用表土用于公路边坡植被的种植，对后期植被生长效果没有科学的跟踪调查方法，而具体的技术规范要求以及结合成熟的边坡绿化施工方法的配套技术还处于空白，这将是今后中国公路生态恢复中表土利用技术研究的方向。 为了推动中国“资源节约型，环境友好型”公路建设的进程，保护有限的土地资源，寻求一种操作简便、便于推广、经济效益高的公路边坡生态恢复新技术，本研究以江西省彭湖高速公路为依托，利用表土资源和客土喷播技术进行了边坡生态恢复技术试验，结合生态调查方法对后期植被生长情况进行系统的分析，研究表土利用的适宜性同时筛选出最科学的恢复技术。 1材料与方法 1.1试验地概况 试验地位于江西省彭泽至湖口高速公路(简称彭湖高速，位于江西省北部九江市彭泽县和湖口县境内，桩号位置K12+000～K63+929)K15+536、K25+478、K35+600、K45+215、K55+800共5个试验点，每个试验点具有路左和路右2个边坡坡率为1∶2的具有代表性的低缓边坡。图1显示了试验地左右坡与阴阳坡的对应关系。该区域为湖积冲积平原区、长江冲积洲和鄱阳湖滨湖平原微丘区。亚热带季风气候，气候温暖、光照充足、雨量集中且充沛。多年平均气温15.5～17.3℃，最冷1月平均气温3～4℃，最热7月平均气温28～29℃。年无霜期247d，年平均日照2048.6h，年均降雨量1497.3mm，降雨主要集中在4—7月。全线丘陵植被以灌丛和灌草丛为主，植被类型多样，植被结构单一。试验地土壤类型主要为山地红壤，表土层0～20cm。 1.2试验设计 试验设计的主体思路是，利用施工期收集的公路清表土作为边坡人工建植植被生长的基质，结合目前公路边坡绿化常见的两种施工方法即普通喷播和人工撒播所进行的一种公路边坡生态恢复的创新尝试。选取了全线5个试验点的左右2个边坡设计了在2种施工方法下多种表土覆盖厚度及对照的恢复试验。试验的目的是研究表土在边坡生态恢复中的适宜性和对现阶段公路生态恢复的指导意义，探寻当地环境条件下利用表土资源进行生态恢复的最佳方法。 1.3试验材料 试验材料包括种子材料、土壤基质材料以及相关设备3部分。其中喷播施工方法使用了草本5种、灌木4种、花1种的种子配比;撒播施工方法使用了草本4种、灌木7种的种子配比。土壤基质为沿线清表土，并混合了部分特殊的有机质及无机质材料。机械设备为表土运输、覆盖等施工过程提供保障。 1.4恢复试验技术 2009年7月中旬开始对5个试验点的9个试验边坡进行了试验小区的划分，并设计了不同的恢复方法(表2)。由于光照条件的不同，路左和路右的边坡会形成阴坡和阳坡，因此将其分开设计是为了能够在相同光照影响条件下进行试验，减少数据的误差。路左边坡主要试验设计目的是探求在中层厚度的表土覆盖下，普通喷播、人工撒播、自然恢复的优劣;路右边坡的试验设计目的是在人工撒播的恢复方式下探求最佳的覆盖表土厚度。 1.5研究方法 1.5.1土壤养分调查 2009年试验开始前对所使用的混合表土的养分含量进行了测定，测定内容包括全氮、全磷、全钾、有机质、有效磷、有效钾、碱解氮和pH值，同时测定了试验地附近的次生林林下表土养分含量和棉花地耕作层表土养分含量作为对比，分析收集的表土的养分情况。 1.5.2样地调查 2010年7月采用样线法(刘杰等，2006)对每个边坡进行样方调查。即从坡顶至坡底平行设置3条样线，样线之间的距离根据每个坡面的长度平均设置。样线上等距分布4个1m×1m的小样方，调查样方内植物的种类、数量、高度、盖度、地上生物量湿重和干重，随后分别在样线左右两侧距离2m的位置设置重复样线进行样方调查，每个坡面总计调查36个小样方。由于边坡植被均处于初级生长阶段，乔灌草未明显分层，故没有进行2m×2m和5m×5m的大样方调查。 1.5.3木本植物重要值计算 重要值是评价群落中各物种相对重要的综合数量指标，重要值越高的植物在群落中占据优势地位，能代表一个群落的特点(尚玉昌，2002)。本次计算采用的重要值指数，是相对密度或相对多度、相对频度和相对显著度3项指数的综合，重要值=﹙相对密度+相对频度+相对盖度﹚/3(雷明德，1999)。边坡植被群落中木本植物以及豆科多年生草本对后期群落结构的稳定和群落的持续生长有举足轻重的作用，通过比较其在群落中的重要值来分析边坡群落的质量。本文对试验边坡木本植物与多年生草本植物在群落中的重要值进行了分析。#p#分页标题#e# 1.5.4物种多样性计算 物种多样性的计算选用丰富度指数(S)、均匀度指数和物种多样性指数3类(马克平和黄建辉，1995)。 1.6统计分析 采用MicrosoftExcel2010对调查数据进行生态公式计算，然后将计算得出的多样性指数、均匀度指数，以及测定的鲜重、干重数据使用SPSS软件进行单因素方差分析(α=0.05)，使用多重比较的方法检验最小差异显著性。 2结果与分析 2.1土壤养分含量 由表3可见，公路清表阶段收集的混合表土其养分含量与该地区普通表土相比，基本营养元素没有缺失，养分含量或介于林下表土和棉地之间，或略高于二者，说明是适合该地区植被正常生长的土壤类型。 2.2群落垂直结构和种类组成 通过现场调查发现，路左右两边坡群落结构均较简单，木本植物数量少处于生长初期，与草本无明显分层，草本层丰富且在群落中占绝对优势。木本植物以人工撒播和喷播的豆科种类为主，高度在10cm左右，在大多数样方内的盖度为1%～3%，而左边坡(阴坡)的木本植物生长情况相对较好，在少数样方内的刺槐和伞房决明生长迅速高度能达到20～30cm，木本盖度能达到3%～8%。表4以K25+478具有典型代表性的试验点为例进行说明。从表4可以看出，左边坡的木本植物明显多于右边坡，植株高度也普遍较右边坡高，两边坡以刺槐、伞房决明、马棘分布最广。试验调查还发现，车桑子和截叶胡枝子在所有坡面未见分布。左右两边坡坡面的木本植被均和草本植被产生竞争，尤其是狗牙根在高度和密度上的优势对木本植被的压力最大。坡面的草本植物分主要分为本地野生草本和人工建植草本，根据现场调查可以看出，左右边坡的草本植物分布情况和生长情况基本类似，但根据最后统计计算结果可以看出，右边坡的平均盖度(62.9%)略高于左边坡(57.2%)。坡面的调查情况见表5。 根据坡面的样方调查综合统计发现，共有植物8科26种(表6)。其中自然恢复野生植物8科16种，占总种数的62%;人工建植植被3科9种，占总科、种的38%、38%。木本植物2科6种，占总科、种的25%、23%;草本植物7科20种，占总科、种的88%、77%，草本植物种类占绝对多数。单子叶植物2科6种，占总科、种的25%、23%;双子叶植物6科20种，占总科、种的75%、77%，群落中以双子叶植物的种类占绝对多数。含4种及以上的科有豆科、菊科、禾本科3个，共计20种，占科、种总数的38%和77%，这3个科所含种占总数的大部分，是边坡群落的主要组成科。仅含1～2种的科有5科，占总科数的63%。含4种及以上的科中，除豆科有些种为木本植物外，其余各科均为草本植物，群落中优势明显。可见，边坡群落结果组成简单，科属较少，均为喜阳物种，草本占绝对优势，标志该群落只是演替的最初级阶段。 2.3边坡群落生态特征 由图2可知，右边坡4个试验点的物种多样性、均匀度各试验处理具有相同的规律，即未覆表土恢复处理(平均多样性、均匀度指数为0.83、0.78)显著高于覆盖表土的试验，而不同覆土厚度之间差异却不显著。结合现场调查发现，未覆表土恢复的植被多为撒播草种(狗牙根为主，平均盖度23%)和众多本地野生的草本植被(以禾本科、菊科等11种杂草为主)且覆盖度较高，而几乎没有木本植物出现，表明当地气候条件有利于初期裸露边坡的自然及人工快速复绿，并能达到较高多样性和均匀度;覆有表土的试验坡面在多样性和均匀度方面不及未覆表土的试验坡面，表明其在物种数和稳定性方面不如未覆表土的试验，从现场调查可以看出，其坡面主要草本也是以撒播的狗牙根为主且平均盖度更高(盖度在20%～40%)，但其他野生草本种类相对更少，最大的不同是覆有表土的试验坡面或多或少有人工建植的木本植被(刺槐、马棘为主)分布，但其同时也受到狗牙根强大的竞争压力。试验说明覆盖表土对木本的顺利出苗有一定关系。 由图2左边坡5个试验点分析结果可知，未覆表土普通喷播处理(平均多样性指数为0.81)和覆盖表土10cm人工撒播(0.80)及覆表土7～8cm人工撒播(0.79)3种试验处理之间无显著差异，且显著高于覆盖表土7～8cm普通喷播(0.75)及覆盖表土7～8cm自然恢复(0.57)，再次说明当地的湿润气候条件有利于边坡初期草本的迅速生长，且其影响超过土壤生长条件;覆盖表土7～8cm采取的3种恢复技术其结果大小趋势为撒播＞普通喷播＞自然恢复，且各处理之间差异显著，说明撒播能取得较好的植被生长效果，而自然恢复效果较差，多为本地野生草本且生长不均因此多样性最低。从物种均匀度比较结果看出，5个试验处理结果之间差异显著，大小趋势表现为覆盖表土10cm人工撒播(平均均匀度指数为0.84)＞覆盖表土7～8cm人工撒播(0.82)＞未覆表土普通喷播(0.74)＞覆盖表土7～8cm普通喷播(0.69)＞覆盖表土7～8cm自然恢复(0.54)，可以看出，覆盖表土人工撒播的恢复方式的群落结构稳定性最好，且覆盖表土厚度与稳定性成正比。 由图3可知，右边坡4个试验点的鲜重、干重2个因子在各试验处理对比中结果同样具有相同规律，即覆盖表土10cm(平均鲜重、干重为415.9、140.3g)与覆盖表土15cm(428.3、143.3g)之间的差异不显著，而这2个试验结果远远高于覆盖表土5cm(320.3、111.3g)及未覆盖表土(195.2、87.2g)试验。结合现场调查发现，未覆表土恢复的植被多为多为禾本科撒播草本(狗牙根)和野生的杂草(11种)，虽然种类较多，但总体生长高度和总盖度都远不及覆盖表土边坡的植被;覆盖表土5cm的试验其优势种狗牙根的平均盖度仅20%左右，野生草本共计8种，高度和盖度也不及覆盖厚层表土的试验。结果表明，利用覆盖富含养分的表土进行生态恢复更有助于植被生物量的积累，且与表土厚度有一定的正向关系。由图3可知，左边坡各试验处理鲜重和干重之间差异均显著，大小趋势为:覆盖表土10cm人工撒播(平均鲜重、干重:475.4、151.3g)＞覆盖表土7～8cm人工撒播(468.2、159.4)＞覆盖表土7～8cm普通喷播(323.7、115.6)＞未覆表土普通喷播(170.5、83.1)＞覆盖表土7～8cm自然恢复(159.7、57.7)。其中覆盖表土10cm与7～8cm人工撒播2种处理之间平均生物量(鲜重与干重)差异在8g以内，而其与覆盖表土7～8cm普通喷播之间差异达30%～40%左右，与覆盖表土7～8cm自然恢复之间差异可达200%左右。表明，覆盖表土然后进行人工撒播进行绿化恢复，有利于生物量的积累，效果优于普通喷播和自然恢复。#p#分页标题#e# 2.4群落重要值 由图4可知，试验右边坡撒播的木本植物物种重要值在覆表土10cm(以刺槐、马棘、多花木蓝生长为主)和15cm(以刺槐、截叶胡枝子生长为主)2个处理中能达到较高的水平(分别为11.9和11.7)且差异不明显;而未覆表土的试验处理(以刺槐、银合欢、马棘、白灰毛豆生长为主)的木本植物物种重要值最低仅为6.1，与其他试验处理结果对比差异显著(相差达95%左右)。试验结果说明，覆盖表土10cm或15cm有利于木本提高在群落中的重要值。试验边坡撒播的多年生草本(均以白花草木犀为主)的重要值随着覆盖表土厚度的增加而呈现梯度增加的趋势(9.4、12.3、15.0、18.6)且各数据之间差异显著，试验结果表明其在群落中重要值与表土覆盖厚度成正比。由图4可知，试验左边坡木本植被的重要值以覆盖表土10cm(刺槐、马棘、白灰毛豆生长为主)和7～8cm(刺槐、马棘生长为主)撒播的恢复方式最高而且之间差异不显著;覆盖表土7～8cm普通喷播的恢复方式(伞房决明、马棘生长为主)其木本植物重要值比前2种试验结果低20%左右，差异显著，表明撒播的方式有利于木本提高在群落中重要值;木本重要值最低的为覆盖表土7～8cm自然恢复恢复方式，其中的木本植物主要为其他试验边坡飘来的种子。草本植物恢复试验结果与木本植被恢复结果基本一致，只是在覆盖表土10cm的试验处理(白花草木犀为主)草本的重要值达到最高。 3讨论 3.1表土利用的目的和指导意义 退化群落自然恢复过程分为草本群落阶段、草灌群落阶段、灌丛灌木阶段、灌乔过渡阶段、乔林阶段和顶极群落阶段6个演替阶段(喻理飞等，2000)。本次研究利用表土使边坡植被群落达到了演替的初级阶段，初步完成了边坡生态恢复的首要目标，即以草本为优势种，辅以人工建植导入的木本植物幼苗的生长阶段，后期养护措施应以促进木本植物生长为目的。从调查情况看，自然恢复的野生草本以速生的多种菊科、禾本科为主(表4)，且由于气候条件适应植被生长旺盛，对木本植被的生长有较大的竞争压力，因此人工建植植被时可适当减少禾本科、菊科类草本的用量，为木本植被的生长留出足够空间。陆旭东等(2009)在长白山区进行了公路边坡客土喷播试验，结果发现，植物配比中草本植物用量过大会抑制灌木的生长，建议多用灌木种子，减少甚至不用草本种子来以确保灌木生长，本次试验结果与上述结果较为一致。同时本次试验使用的多年生草本植物白花草木犀生长高度较高(＞50cm)，与木本植物(＜10cm)之间存在明显分层，在光照因子上不与木本产生较大竞争，而且还具有改良土壤的效果，因此也是改良种子配比的一种选择。统计结果还显示了试验地的左边坡(阳坡)的平均覆盖度略低于右边坡(阴坡)，这是由于阳坡光照更充足，一些本地喜阳杂草自然更新与喷播物种形成竞争，加上水分供应不足的客观原因使总体覆盖率略低，因此阳坡进行生态恢复更应注意草本的用量和后期水肥的补充供应。上述结论仅适用于气候条件优越地区，对其他地区有待进一步研究。 3.2表土的重要性和研究面临的问题 未使用表土进行恢复虽然能达到一定的覆盖度，但均为本地草本植物(表4)，结构简单;而采用了表土的试验边坡，不仅自然恢复了大量本地野生草本，人工建植植被也生长较好，其群落覆盖度、多样性和均匀度都较高(图2和图4)，尤其是生物量的积累和木本植物在群落中的重要性(图6和图7)都显著高于不使用表土的试验边坡。试验说明了表土对群落的结构稳定和持续生长意义重大，这是边坡群落进展演替的基础条件。相关研究表明，表土的珍贵之处在于其不仅含有大量植物生长所需的养分(表3)，而且表层土壤(包括凋落物)中的有生命的种子形成了土壤种子库，是潜在的植物种群或群落，是植被天然更新的物质基础(Moles＆Drake，1999)。土壤种子库能部分反应群落的历史，对退化生态系统的恢复起着重要的作用(于顺利和蒋高明，2003)，这些研究都支持了本次试验采用表土进行生态恢复的前瞻性及合理性。但本次调查并没有发现本地灌木或乔木的幼苗更新。Brown和AlMazrooe(2003)在退化的林地移植土壤表层5cm来进行恢复试验，草本植物成为了优势物种，而在更新苗中没有发现任何木本植物，这和本试验结果一致，这是由于不清楚移植土壤的时间、环境及移植技术方法造成的(尚占环等，2009)。本次研究使用的表土是在路基清表阶段收集并集中堆放的，堆放时间接近1年，而且对表土种子库构成、最佳表土移植时间、可萌发种子丧失萌发能力的时间、构建什么样环境用来保证种子正常发育等方面还不清楚，如果条件允许开展相关研究是非常必要的。 3.3表土利用厚度及恢复方式的合理应用 在对多样性指数、均匀度指数、生物量以及木本植物重要值进行统计分析后发现，在覆盖表土厚度上存在一定规律，即覆盖中层厚度的表土(7～10cm)与厚层(＞10cm)取得的恢复效果没有差异，在成本和资源统筹利用的条件下，可以考虑采取中层厚度的表土，以达到资源的合理及可持续利用。普通喷播是将种子与种植土等喷播材料混合后即可喷射到边坡进行恢复，优点是节省人力，施工速度快，但是费用较高;人工撒播是在土壤喷播完成后再进行人工撒播种子，施工速度较慢，但费用成本低，出苗率较高。试验结果虽然表明人工撒播植被生长效果较优，但并不能说明人工撒播技术更优，在实际恢复工程中应考虑成本、工期等条件合理搭配2种恢复方式。 4结论 彭湖高速公路边坡适宜利用当地表土进行生态恢复，表土所含的养分和种子库对边坡群落生长、正向演替及维持群落结构稳定意义重大，同时配合人工建植手段导入适宜外来植被对群落的稳定和延续非常必要。利用表土进行生态恢复应注意适当减少禾本科等人工草本植物种子的单位面积的用量，可适当增加多年生植被，特别是豆科多年生植物和木本植物的用量和种类，这对改善边坡土质、促进边坡群落更新都有积极作用。使用中层厚度表土(7～10cm)可满足群落的正常生长和结构的稳定，在实际施工中还应合理安排普通喷播和人工撒播恢复方式。 #p#分页标题#e# 本研究利用了当地表土并采用了多种恢复方式对当地公路边坡进行了生态恢复，生态调查是在恢复1年后进行的，调查时间间隔较短可能会使调查结果或多或少受一些不确定因素的影响。因此，为了检验试验结果的科学性，本研究还将继续对试验边坡进行多年跟踪观测，对结论进行完善。