（自然地理学专业论文）人工合成亚高山草甸森林土实验研究.pdf

摘要 岳桦林带是长白山自然保护区的重要自然景观带，也是针叶林与山地苔原之间的过 渡带，因此有很重要的美学价值和科研价值。其林下土壤亚高山草甸森林土主要存在于 保护区内，分布很少；由于旅游经济的兴起，在岳桦林带修建了宾馆等商业性建筑，破 坏了岳桦林带的植被和土壤，严重影响了长白山自然保护区的发展。为了快速恢复岳桦 林带的自然原型，本研究以“仿自然原型原理”和“系列性”规律为指导，利用长白山 自然保护区外的原料白浆土的表层腐殖土和火山灰，合成与亚高山草甸森林土理化性质 相近的土壤，解决岳桦林恢复所需要的土壤问题。 本文共分为前言，研究区自然环境概况，实验方案理论基础与实验设计，亚高山草甸 森林土室内实验结果与分析，合成土壤室内实验结果与分析，结论与讨论六部分；在亚高 山草甸森林土室内结果分析时，主要选取了机械组成、p h 、有机质、全氮、全磷、全钾、 速效氮、速效磷、速效钾为主要参评对象，借助于s p s s 和e x c e l 两种数据分析软件相 结合，通过聚类分析和离散性分析，确定了亚高山森林草甸土各土壤发生层的指示性指 标，并将它们作为合成土壤的指示性指标。通过对亚高山草甸森林土理化性质分析得出： 1 亚高山草甸森林土的机械组成有以下明显特征：有明显的粗骨性，土体中多含 有砾石，砾石含量由表层往下逐渐增加。粘粒含量少，质地轻，细土中粗砂、细砂和 粉砂均有较高的含量，唯有粘粒含量较低。 2 亚高山草甸森林土土体虽然较薄，但是有机质含量很高，0 层含量约为 2 5 2 5 9 l o o g ，由0 层往下，含量依次减少；全钾含量也较高，0 层含量在2 3 6 9 1 0 0 9 ， 且由0 层往下逐渐增加；全氮、全磷含量一般，速效养分含量较少。 本文依据合成土壤原料的性质，设计了1 2 种土壤合成方案；通过各个方案指示性 指标含量与亚高山森林草甸土指示性指标含量的比较，得出f 9 方案为最佳的合成土壤 方案，最后用亚高山草甸森林土上的原生植被岳桦、小叶章和牛皮杜鹃作为栽培作物， 通过两个月的栽培检测证明，f 9 方案的各种检测植物生长情况良好。 本研究通过人工合成土壤的方式，解决了岳桦林植被恢复过程中所需的土壤问题， 为保护区的植被恢复提供了新的方法。 关键词：合成土壤；亚高山草甸森林土；理化性质；实验 a b s t r a c t t h eb e t u l ae r m a n i if o r e s tb e l ti st h ei m p o r t a n tn a t u r a ll a n d s c a p eb e l ti nc h a n g b a i m o u n t a i nn a t u r ep r o t e c t i o na r e n , a n da l s ot h ei n t e r m e d i a t eb e l tb e t w e e nc o n i f e r s o u sf o r e s ta n d t h em o u n t a i n o u sr e g i o nm o u n t a i n o u sr e g i o nl i v e rm o s so r i g i n a lt h e r e f o r e ，i th a st h ev e r y i m p o r t a n te s t h e t i c sv a l u ea n dt h es c i e n t i f i cr e s e a r c hv a l u e t h es u b a l p i n em e a d o wf o r e s ts o i l m a i n l ye x i s t si nt h ep r o t e c t o r a t e ，t h ed i s t r i b u t i o na v e r yf e w b e c a u s eo ft h et r a v e l i n g e c o n o m y ss t a r t i n g , al o to fc o m m e r c i a lc o n s t r u c t i o na n dt h eg u e s t h o u s ei nt h eb e t o l ae r m a n i i f o r e s tb e l th a db e e nc o n s t r u c t e d ，a n dd e s t r o y e dt h eb e t o l ae r m a n f if o r e s tb e l t sv e g e t a t i o na n d s o i l , s e r i o n s l ya f f e c t e dt h ec h a n g b a im o u n t a i nn a t u r ep r o t e c t i o na r e a sd e v e l o p m e n t i no r d e r t or e s t o r et h en a t u r a lp r o t o t y p eo ft h eb e t u l ae r m a n i if o r e s tb e l t , t h i sr e s e a r c ht a k et h e i m i t a t e st h en s t o r a lp r o t o t y p ep r i n c i p l ea n dt h er u l eo ft h es e r i e sn a t u r ea st h ei n s t r u c t i o n , u s i n gt h er a wm a t e r i a lb a i j i a n gs o i l ss u r f a c el a y e rh u m u ss o i la n dt h ev o l c a n i ca s ho u t s i d e t h eo m n g b a im o u n t a i nn a t u r ep r o t e c t i o na r e a , s y n t h e s i st h es o i lw h i c hp h y s i 璐a n dc h e m i s t r y n a t u r es i m i l aw i t hs u b a l p i n em e a d o wf o r e s ts o i l ，a n ds o l u t et h es o i lq u e s t i o no fb e t u l a e r m a n i if o r e s tb e l t sr e s m r e t i o n t h e s t u d yi sd i v i d e di n t oaf o r e w o r d , g e n e r a ls i t u a t i o no ft h es t u d ya r e a ，t h er a t i o n a l eo f t h ee x p e r i m e n t a la n dt h ed e s i g n so ft h ee x p e r i m e n t , t h er e s u l ta n da n a l y s i so ft h es u b a l p i n e m e a d o wf o r e s ts o i l ，t h er e s u l ta n da n a l y s i so ft h es y n t h e s i ss o i l ，t h ec o n c l u s i o na n d d i s c u s s i o n a tc h a p t e rf o u r ，i tm a i n l ys e l e c t e dn i n em a i nr e f e r e n c e so ft h em a c h i n e r y c o m p o s i t i o n , p 8 , o r g a n i cm a t t e r , t h et o t a ln i t r o g e n , t h et o t a lp h o s p h o r u s ，t h et o t a lk a l i u m ，t h e a v a i l a b l en i t r o g e n , t h ea v a i l a b l ep h o s p h o r u s ，t h ea v a i l a b l ek a l i u m ，a n db yc o m b i n ew i t hs p s s a n de x c e l , t h o u g ht h ea n a l y s i sa n dt h es e p a r a t i o na n a l y s i s ，t h ea u t h o rd e t e r m i n e dt h e i n s t r u c t i o nt a r g e to ft h es u b a l p i n ef o r e s tm e a d o ws o i l , a n da l s ot a k et h ea st h es y n t h e s i ss o i l s i n s t r u c t i o nt a r g e t t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h es u b a l p i n em e a d o wf o r e s ts o i l sp h y s i c sa n dc h e m i s t r y n a t u r e , w ec o n c l u d et h a t ： 1 t h em a c h i n e r yc o m p o s i t i o no ft h es u b a l p i n em e a d o wf o r e s ts o i lh a st h eo b v i o u s c h a r a c t e r i s t i c s ：i th a so b v i o u s l y , t h es o i lb o d yi n c l u d e st h eb r o k e ns t o n e ，t h eb r o k e ns t o n e s c o n t e n td o w n w a r dg r a d u a l l yi n c r e a s e db yt h es u r f a c el a y e r t h ec l a ys o i l sc o n t e n t sa i c f e w , s o i lt e x t u r e sa r el i g h t t h ec o a r s e ：s a n d , t h ef i n es a n ds o i la n dt h es i l ts o i lh a v eah i g h e r c o n t e n t , o n l yt h ec l a ys o i l sc o n t e n t sa r el o w 2 t h o u g ht h es u b a l p i n em e a d o wf o r e s ts o i l sb o d ya r et h i n n e r ，t h eo r g a n i cc o n t e n ti s v e r yh i g h ，i n0l a y e r i t sc o n t e n ti sa p p r o x i m a t e l y2 5 2 5 9 1 0 0 9 ，b y0l a y e rd o w n w a r d ，t h e c o n t e n t sr e d u c ei nt o r n t h et o t a lk a l i u mc o n t e n ti sa l s oh i g l l e r , i n0l a y e r i t sc o n t e n ti s a p p r o x i m a t e ；y2 3 6 9 l o o g ，a l s od o w n w a r dg r a d u a l l yb y0l a y e r , t h et o t a ln i t r o g e n ，t h em t a l p h o s p h o r u s sc o n t e n t sa r eg e n e r a ，t h ea v a i l a b l en u t r i e n tc o n t e n ti sl e s s t h i sa r t i c l er e s t so nt h en a t u r eo f 也es y n t h e s i ss o i lr a wm a t e r i a l , d e s i g n e d1 2k i n d so f s o i l ss u n t h e s e s # a n ；t h r o u g ht h ec o m p a r i s o nb e t w e e ne a c hp l a ni n s t r u c t i o ni n d e x c o n t e n ta n d s u b a l p i n cf o r e s tm e a d o ws o i li n s t r u c t i o ni n d e x sc o n t e n t , o b t a i nt h a tt h ef 9p l a ni st h eb e s t s y n t h e s i s s o i l p l a n f i n a l l y u s e st h e p r i m a r yv e g e t a t i o n b e t u l ac i m a n i i , a 鲻d e y e u x i a a n g u s t i f o l i aa n da s s 。r h o d o d e n d r o nc h r y s a n t h u m a st h ec u l t i v a t ec r o p s , t h r o u g ht w o m o n t h - l o n gc u l t i v a t i o n se x a m i n a t i o n , p r o v i n gt h a tt h ee a c hk i n d o fe x a m i n a t i o np l a n t s g r o w t hs i t u a t i o ni sg o o di nf 9 # a n t h r o u g ht h em a n u a ls y n t h e s i ss o i l sm e t h o d , t h i sr e s e a r c hh a ls o l v e dt h es o i lp r o b l e m w h i c hi nt h em o u n t a i nb i r c hf o r e s tv e g e t a t i o nr e c o v e r yp r o c e d u r en e e d s ，p r o v i d ean e w m e t h o ddf o r t h ep r o t e c t o r a t ev e g e t a t i o n sp r o d u c t i o n k e yw o r d s ：s y n t h e s i ss o i l ；s u b a l p i n em e a d o wf o r e s ts o i l ；p h y s i c sa n dc h e m i s t r yn a t u r e ； e x p e r i m e n t m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东北师范大学或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：叠壁坦圭日期：兰丝z 兰三2 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：东 北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：猁 日 期：碑型 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名：主星盔蒸， 日 期：五蝴 ：，尸 电话： 邮编： 1 前言 长白山是我国的十大名山之一，东北三大名山之首。火山地貌十分壮丽，生态系统 自然而且多样，景观独特，旅游资源丰富。同时，生物多样性高居中纬度之冠，又是三 江之源，保护意义非常突出。长白山自然保护区始建于1 9 6 0 年，它是我国已经建立的 7 9 9 个自然保护区中最早建立的自然保护区之一；1 9 8 0 年长白山自然保护区加入了联合 国教科文组织“人与生物圈”计划，成为了生物圈保留地，这是我国迄今为止被接纳入 该计划的1 2 个自然保护区中的最早的入选者。1 9 8 6 年，经过国务院批准成为了国家级 自然保护区，这也是全国现有的9 9 个国家级自然保护区中最早一批被批准的。因此， 长白山自然保护区在全国自然保护领域具有十分重要的地位，在国际上也有重要影响。 亚高山草甸森林土是指长白山保护区内海拔1 8 0 0 2 1 0 0 m 之间的岳桦林植被下发育 的土壤。由于这里地势高寒，天气多变，风暴频繁，气候恶劣，一般的树种已经不能适 应这种恶劣的自然条件，唯有最耐寒的岳桦顽强地占领这段空间形成了独具特色的岳 桦林景观带。岳桦林带是针叶林和山地苔原之间的过渡带，是山地苔原和森林成分的特 殊结合，是历史植被产物。因此，具有很高的美学价值和科研价值 八十年代中后期以来，随着旅游经济的兴起，长白山自然保护区岳桦林带内修建了 宾馆等商业性建筑，主要集中在二道白河u 型谷登山公里路口至温泉一线。目前建筑物 为5 片，并且与零星建筑一起沿公路呈串珠状分布，严重的破坏了植被、土壤和景观。 这些串珠状的建筑物构成了人工廊道，分割了自然景观，造成了景观的破碎，改变了一 些物种的种群规模，影响了物种之间的交流；廊道对水分交流的阻挡，造成了系统水分 状况的改变；这些都使景观格局的稳定性受到威胁，进而影响了整个生态系统的结构和 功能。同时岳桦林带内的建筑物周边地区人类活动频繁，造成的环境污染和人为的破坏， 对整个岳桦林带的生态环境造成了严重的影响，破坏了保护区的自然生态环境； 为了长白山自然保护区的不断发展和完善；为了使它能早日加入联合国人类自然遗 产名录；为了长白山自然保护区环境保护的需要，防止污染和消除人工廊道；必须将保 护区范围内的经营性建筑全部拆除，并且恢复其原来的土壤和植被，恢复其生态环境。 本文将以岳桦林带亚高山草甸森林土为研究对象，以“仿自然原型原理”和“系列 性”规律为指导，通过对亚高山草甸森林土理化性质的分析，利用当地的原料，人工合 成与亚高山草甸森林土理化性质相近的土壤，解决岳桦林植被恢复过程中所需要的土壤 问题。 1 1 生态恢复的概念 生态恢复是相对于生态破坏而言的，它可以被理解为生态系统的结构发生变化，功 能退化或者丧失，关系紊乱等“1 。国内外学者对生态恢复的概念没有统一： 美国资源委员会( t h eu sn a t u r a lr e s o u r c ec o u n c i l ) 认为，使一个生态系统回 1 复到较接近其受干扰前的状态既为生态恢复( c a i r n ，1 9 9 5 ) 嘲。 c a i r n s 等将生态恢复的概念定义为：恢复受损的生态系统到接近于它受干扰前的自 然状况的管理与操作过程，也就是重建受干扰前的结构与功能以及有关的物理、化学和 生物学的特征咖 上面这几个定义强调的是受损的生态系统要恢复到理想的状态才为生态恢复。 h a r p e r 认为，生态恢复是关于组装并试验群落和生态系统如何工作的过程咖。 也有人认为生态恢复就是恢复生态系统的合理结构、高效的功能和协调的关系 我国学者将生态恢复的定义为：重建已经损害或者退化的生态系统，恢复系统的良 性循环和功能的过程余作岳叫提出恢复生态学是研究生态系统退化的原因、退化生态 系统恢复与重建的技术与方法、生态学过程与机理的科学。 国际恢复生态学会( s o c i e t yf o re c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n ) 先后提出了三个定义： 生态恢复是修复被人类损害的原生生态系统的多样性以及动态的过程；生态恢复是维持 生态系统以及更新的过程；生态恢复是帮助研究生态整合性的恢复和管理过程的科学， 生态整合性包括生态多样性、生态过程和结构、区域以及历史情况、可持续的社会时间 等广泛的范围。第三个定义是该学会的最终定义脚 与自然条件下发生的次生演替不同，生态恢复强调的是人类的主动作用。实际上， 人类活动对所有生态系统具有不可避免的影响。与生态恢复相关的概念还有：重建， 也就是去掉干扰并使生态系统回复到原有的利用方式。改良，也就是改良立地的条件 使原有的生物生存，一般是指原有景观彻底破坏后的恢复；改进，即对原有的受损系 统进行改进，提高某系统的发育以及更新。修补，即恢复部分受损系统的结构。更 新。再植，即恢复生态系统的部分结构和功能，或者恢复到当地先前的土地利用方式。 这些可以被看做是广义的恢复概念。一 但是，当生态恢复或者重建的时候，是不是要将某些东西恢复到原来的状态，当今 的许多生态学家对此回答也十分的勉强。因为生态恢复的研究对象是那些在自然灾变和 人类活动压力条件下受到破坏的自然生态系统的恢复与重建问题，因此具有十分强烈的 应用背景。 1 2 合成土壤国内外研究现状 国内外对于合成土壤的研究主要集中在废弃地上的基质改良和无土栽培基质的研 究上。 1 2 1 废弃地上的基质改良 土壤作为植物生长的介质，其理化性质和营养状况是生态恢复与重建成功与否的关 键。li n g a o 等认为，在生态环境恢复与重建的过程中，研究用于废弃地基质改良的材 料和土地整理技术是非常重要的。影响植物生长的土壤条件主要有三种；分别是物理条 件、某些营养物质的缺乏和毒性“”，基质改良的目的有三个：一是改善基质的结构等物 理条件：二是改善基质的营养状况；三是去除基质中的有毒物质。废弃地中如磷，钾， 镁等的营养元素的缺乏难以由自然过程所恢复，或者需要一个很长的时间，因此必须通 2 过人为方式来恢复“。针对采矿地上的土壤状况，可以直接改良或者新覆土再进行改良。 用于改良废弃地土壤的材料极其广泛，如表土、化学肥料、有机废弃物、绿肥、固氮植 物及作物的秸秆等“4 。而采取“以废治废”的方法具有很好的生态效益和社会效益。污 水污泥、生活垃圾、泥碳及动物粪便含有大量的有机质，释放缓慢，可缓解金属离子毒 性和提高基质的持水保肥能力，以一定比例施用能有效提高矿山废弃地的有机质含量和 改变其结构性能。但由于这种方法促进了植物对基质中重金属的吸收，改良的废弃地不 适于作为农业用地。 王晓玲，冯永军等将粉煤灰与城市污泥，酒糟3 种工业废弃物组配成复垦基质，代 替土壤作为采煤沉陷地复垦的表层基质，通过种植植物进行人工熟化，达到快速重构土 壤和陪肥的目的，为以废治废，节土造田，修复沉陷废弃地提供了理论依据和实际指导 【l a 】 许风娟等在分析了济南南部山区废弃地现状及对环境的负面影响的基础上，在生态 恢复理论的指导下，指出植被重建的重点是改良基质，其有效的方法是选择有机改良物， 如动物粪便，草杆，生活垃圾等，他们可以改变基质的物理性质，同时也达到了“以废 治废”的目的。这种做法得到了很好的综合效益“”。 陈龙乾，郭达志等对新汶矿区协庄煤矿井田因取土、采沙和盗采防水煤柱等地表采 掘引起的废弃地的充填复垦材料及技术进行了研究。结果表明，协庄煤矿煤矸石可作为 废弃地的充填复垦材料，风化煤矸石的矿物化学组成与矿区黄土相近，煤矸石的汞、镉、 铅、砷、氟等有毒元素的含量不超标，并含有一定的可供植物吸收的养分实践证明， 提出的煤柱盗采坑和取土、采沙坑的充填复垦技术，彻底治理了废弃地的水害和恶化的 生态环境，取得了显著的经济、社会和生态环境效益，并为其他矿区解决类似问题提供 了理论和技术方法u ”。 王志宏等研究了几种植被恢复中土壤基质改良的方法，如旌用营养物质，钙，施用 石灰等改良剂，并且就具体的问题提出了表土转换，生物修复，植被恢复等土壤基质改 良措施。 申俊峰，李胜荣，孙岱生等在包头地区利用固体废弃物( 粉煤灰、水库淤积物和污 水沉淀物) 对荒漠化土壤进行了修复实验，它们把三种固体废弃物作为土壤添加剂来改 良土壤。种植实验采用盆栽法，实验用土壤由包头北梁地区土壤作基本土壤，采用正交 法设计。固体废弃物作为可变因素，确定三个实验水平，共9 个配方：粉煤灰= 0 、 1 5 、3 0 ：水库淤泥物= 0 、1 5 、3 0 ；污水沉积物= o 、i o 、2 0 。结果表 明：1 ) 、三种废弃物添加到荒漠化土壤中，能够显著增加土壤的养分含量。2 ) 、荒漠化 土壤被改造成为近轻壤土的砂壤土或轻壤土。3 ) 改良后的土壤能够显著增加土壤的生 物生产量。既达到了废物利用的目的又改良了土壤“l b 】。 郝秀珍。周东美，钱海燕等用蒙脱石、稻草、鸡粪作为改良剂，研究不同改良剂对 铜矿尾矿砂与菜园土混合土壤p h 、有效态重金属含量、脲酶和磷酸酶活性以及混合土壤 上种植的黑麦草生长的影响，为矿区尾砂治理和修复提供了一种方法“”。 王文彬等根据孝义铝矿的复垦工程与科研实践，探讨了露天铝矿土地复垦技术。该 3 技术的重点是复垦地新耕层的土壤配比以及新耕地的排土技术。表土厚度0 6 o 8m ， 覆盖表土为红土、黄土混合土，其配比为红土7 0 ，黄土3 0 。采用这样的配比，一是 为了保留红色粘壤土的保肥、保水性能，二是为了保留黄土的通气、通透性，从而避免土 壤板结及水土流失。复土后，用平地机整平犁松，降低耕作层土壤容重，增大孔隙度，以利 农作物生长嘲。 张凌云伽等进行了盐碱土壤修复材料对盐溃土理化性质影响的试验研究，结果表 明。通过施用盐碱土壤修复材料，土壤含盐量、土壤容重、土壤的p h 值都有所降低。 土壤的孔隙度增加。土壤速效n 、p 、k 含量和土壤有机质含量提高，证明盐碱土壤修复 材料能改善滨海盐渍土的理化性质，达到土壤改良的目的口1 1 长期的改良必须依靠植物。利用固氮植物和菌根植物改良废弃地是经济效益与生态 效益俱佳的方法4 刎同时，采矿地土壤由于机械受压会结构受损而板结，可以通过 松土，切割或软化( r i p p i n ga n ds c a r i f y i n g ) 等措施来处理，或通过植被根部的生长、 营养物质的聚集和微生物活动来阻止土壤重新板结嘲。 1 2 2 无土栽培基质合成研究现状 随着世界园艺业与植物容器栽培的发展，天然土壤的理化性质已经不能满足蔬菜， 花卉，种苗以及其他容器生产的需求，因此世界各国的研究机构早已经致力于栽培基质 的研究开发。自1 9 7 0 年以来，基质的研究逐步成为一个重要的课题。泥炭具有理想的 理化性质，但是资源有限，大量开采会破坏沼泽地的生态环境，因此从环保性和经济性 出发，探求新的基质已经成为各国政府和学者刻不容缓的课题溉4 明。2 0 世纪7 0 年代以 来，国内外不少学者提出利用堆肥，煤渣，橡皮屑。洋麻纤维，废棉，堆土肥，椰粉纤 维c d ，鱼骨堆肥，生物固体，污泥等原料企图以部分或者全体取代泥潭的利用，但是其 性质不宣掌握或者容易造成再污染，无法动摇泥炭地位嘲。在先进的园艺生产国，荷兰， 美国，英国，日本等都有专门的基质生产公司。早在1 8 4 0 年美国人首先在夏威夷制造 岩棉，1 9 6 8 年丹麦的g r o d a h 公司用其作无土栽培基质，1 9 7 0 年荷兰人用岩棉种植作物 成功，其后在世界范围内大面积广泛应用，后来相继开发了蛭石、珍珠岩等；已陆续 开发应用的基质有美国加州大学u c 系统的u c m i x 、美国的康乃尔大学的c o m e l l p e a t - l i t em i x 以及t e x a saa n dmm i x 等以泥炭为主材料，以砂、珍珠石或蛭石为辅 的介质配方，英国温室作物研究所开发的g c r i 混合物以及丹麦，荷兰的岩棉，泥炭等 3 0 。3 1 我国目前现代化水平较低，国内关于基质方面的研究报道不少，但尚未达到普及实 用阶段，当前的研究仅处于用植物长势和产量对可作为基质的原材料的评价上，即各种 基质的比较、选择等。李萍萍等蚴对以造纸工业废渣、芦苇末为原料所制成的有机基质 在生菜和番茄等作物栽培上的应用效果进行试验，结果表明：纯芦苇末或配以珍珠岩作 基质栽培蔬菜，生菜产量比常规的草炭混合基质提高1 0 以上，番茄比土壤的产量增加 3 0 以上：秦嘉海等”1 选择糖醛、炉渣、发酵羊粪等基质，加入定量的生物有机、无机 复合型专用肥配制成全营养栽培基质，当炉渣、羊粪、糖醛渣比例为2 1 5 0 ：1 1 0 0 ：1 1 5 0 时。最有利于番茄的生长发育：青岛农科所陈振德等研究：用当地种过蘑菇的棉籽壳、 猪粪、炉渣灰、糠醛渣、蛭石等配制的复合基质，在茄果类、瓜类、叶菜类上分别试验， 4 结果表明：上述原料配成的复合基质育苗，能明显促进幼苗生长发育和营养吸收，提高壮 苗指数，且大大降低了育苗成本。还有实验表明：锯末、树皮、芦苇末等在无土栽培中显 示出了并不低于草炭的性能啪1 ，树皮在很大程度上就可以代替草炭嗍，单独用树皮堆肥 就可以作为黄瓜、甜椒、番茄及结球莴苣等作物的栽培基质m ，另外花生壳、芦苇末、 甘蔗渣、糖渣、菇渣、玉米秆、木屑和蛭石的混合物等都可不同程度地替代草炭用于育 苗。 秦松，孙锐锋等通过两年的试验，配制了6 个配方，t l ，t 2 ，t 3 ，t 4 ，t 5 ，t 6 ，t 7 ， 通过比较得出，与通用配方t 1 比较，t 2 ，t 6 表现良好，显著优于t 7 ( 纯土) 。同时还 得出，在花卉栽培基质中，添加氟石岩矿粉以及粉煤灰有助于花卉的生长发育嘲1 。 毛洪玉，韩晓日等通过试验进行了不同基质材料对仙客来萌发以及幼苗期生长的研 究。利用草炭，珍珠岩，椰绒，蛭石四种基质材料，按照不同的比例配合成育苗基质， 编号g 1 g 6 ，用常规法分别测定了各种基质的理化性质。结果表明，基质g 6 配方( 椰绒； 珍珠岩= l ：1 ) 为较理想的基质配方。 杨立华，王谦，李志等以玉米芯，棉子皮和麸皮为主要供试原料来培养茶树菇，观 察不同配比对茶树菇菌丝长速的影响。在2 6 度恒温条件下培养2 5 天后，以平均日增长 速度为依据，通过数据分析，得出三者的配比是影响菌丝长速的因素，并确定了其最佳 的基质配比为5 1 ：3 4 ：1 5 杨立华，王谦等选用9 种基质材料杂树皮、棉子皮( 栽培蘑菇后的废料) 、蛭石、珍 珠岩、炉渣、马粪、河砂、园土、腐叶土，配成1 3 种栽培基质进行仙客来育苗及栽培 研究，比较不同基质对仙客来生长及开花的影响，选出适合仙客来育苗及生长阶段的基 质配方h 订 张冬梅，史正军利用珍珠岩、腐熟木屑、煤渣、泥炭作为基质代替土壤进行了无土 栽培试验，研究用美人蕉以及铺地榕这两种植物在6 种不同配比的营养基质中苗期的生 长情况以及应用效果，通过测定不同基质的持水量、空隙度、酸碱度等指标，分析他们 的理化性质结果表明，利用煤渣代替其他基质混合在珍珠岩、泥炭、腐熟木屑等基质 中，对植物进行无土栽培有一定的成效1 。 刘跃钧，柳新红，兰红星对马兰进行了不同栽培模式和基质的对比试验，结果表明， 不同栽培模式和基质对马兰的采集时间，产量，品质，经济效益都会产生显著的影响。 其中试验中以鸡粪+ 废菌棒为基质的产量最高，其年均产量为8 6 3 千克平方米，分别 比单独以鸡粪、废菌棒为基质以及对照平均高出1 8 、2 3 、5 8 ”1 。 陈智文，张清等把改性剂与膨润土按照l ：8 的比例均匀混合，熟化，制成改性膨 润土；在东北石灰性土壤田间试验结果显示，在等养分量旌肥的条件下，改性膨润土能 使玉米平稳而持久地吸收磷素营养，玉米吸磷量和磷含量有显著的增加，磷肥利用率得 到了提高m “一。 1 3 选题意义 本研究是在长白山岳桦林带建筑废弃地上的植被恢复研究的背景上启动的，要想恢 复当地的自然原型植被岳桦林，必然要先恢复其原生土壤，而大部分亚高山森林草甸土 位于保护区内，不能采取直接客土的办法，需要利用保护区外的其他原料来人工合成与 5 亚高山草甸森林土理化性质相近的土壤。因此本研究解决了岳桦林带建筑废弃地植被恢 复过程中所需要的土壤问题，具有很强的应用价值。同时，要想合成与亚高山草甸森林 土理化性质相近的土壤，必须要先了解亚高山森林草甸土的性质，因此，需要对亚高山 森林草甸土的理化性质进行测定和分析。因此，本研究可以弥补对亚高山森林草旬土研 究的空白。 1 4 技术路线 6 2 研究区自然环境概况 本研究区位于长白山北坡海拔约1 8 0 0 2 1 0 0 m 岳桦林带。本区域由于海拔较高，形 成了独特的自然环境。 2 1 地质基础 长白山自然保护区位于亚欧板块中朝地台的东北边缘，由于亚欧板块的仰冲，在张 力的作用下，其前部发生了深大的断裂鸭绿江大断裂，断裂的北端，成为了岩浆上 涌的通道，并且多次喷发，形成了本区主要的地表出露岩石基性至中酸性的喷出岩。 在岳桦林带，母质主要是凝灰角砾岩和碱性粗面岩。 2 2 地貌 本区主要为处于长白山火山锥体的下部，在后期流水侵蚀以及冻融作用下，形成了 许多的沟谷，加大了地面的起伏，一般坡度在1 5 2 0 度左右。特别是二道白河箱形谷 地，深切于火山锥体之内，在冻融作用和重力作用下，谷坡的下部堆积了倒石锥，提高 了火山锥体的险唆程度 2 3 气候 本区气候主要属于山地岳桦林气候带，以冷而多强风为主要特征。1 月份平均气温 为一1 9 。2 0 。c ，7 月平均气温为1 0 。1 4 。c ，三l o 。c 活动积温5 0 0 1 0 0 0 。，局部 窝风向阳的小气候区可以达到1 2 0 0 。年降水量1 0 0 0 l l o o m m 。相对湿度为7 4 ，湿 润系数3 8 4 7 。林稀通风透光性好。太阳总辐射量为1 2 2 5 1 2 3 千卡厘米2 年。 年平均风速6 8 米秒，耋8 级大风可以达到1 8 0 天以上。 2 4 土壤 本区土壤主要为亚高山草甸森林土，成土过程主要为草甸化和半泥炭化。母质为碱 性粗面岩和火山灰等火山喷出物的风化物，土层较薄，不足2 0 c m ，质地粗，粗骨化特征 明显。土壤发育不完全，缺乏b 层。 2 5 植被 本区植被以岳桦林植被为主，岳桦( b e t u l ae r m a n i i ) 萌芽能力强，能从基部生枝形成 7 多干灌木型，种子传播能力强，故形成纯林。根据植被构成的特点，岳桦林可以分为牛 皮杜鹃一岳桦林，兔几伞一岳桦林，小叶章一岳桦林3 个群丛。牛皮杜鹃一岳桦林群丛 ( a s s 肋o d o d e n d r o nc h r y s a n t h u m b e t u l a 删f 力，该群丛分布于长白山锥体海拔 1 8 0 0 m 以上陡坡岳桦在迎风面树干低矮、弯曲、多丛生，树冠呈旗状，多为纯林。兔 儿伞一岳桦林群丛( a s s c a c a l i ak o m a r o v i a n a b e t u l ae 黝“) ，该群丛分布于长白 山海拔1 8 0 0 m 左右地势较缓、背风地带，群落结构简单、缺少灌木层，乔木层以岳桦为 优势形成纯林，郁闭度为o 7 ，平均株距6 m ，岳桦生长较好，无矮曲现象。小叶章一岳 桦林群丛( a s s d e y e u x j aa n g u s t i f o j a b e t m ae r m a n j 力，该群丛分布于河谷，海拔 1 7 0 0 m ，地势平坦。群落结构简单，仅为两层，即乔木层和草本层，乔木层中主要以岳 桦为优势种组成纯林，郁闭度一般为0 6 以上三个群丛主要分布于长白山海拔1 8 0 0 2 1 0 0 m 之间，兔儿伞一岳桦群丛和小叶 章一岳桦群丛多分布于土壤条件好的地段，而且岳桦生长好；而牛皮杜鹃一岳桦群丛中 岳桦的生长差，草本层植物种几乎近于零，多生于海拔较高处3 个群丛均表现为原生 裸地上的冻原植物上侵这一特点，然后岳桦侵入，在条件好转处形成免儿伞一岳桦群丛 和小叶章一岳桦群丛。随着岳桦林乔木层郁闭度的加大，林内光照减少，则有1 3 的高 草将消失；而在土壤瘠薄处，牛皮杜鹃侵入，然后岳桦入侵，形成该群落，这些群落由 于倒木的更新最终将为云冷杉林所取代。 8 3 实验方案理论基础与实验设计 3 1 实验方案理论基础 本研究以景观生态学“仿自然原形理论”与地理学中的“系列性”规律为指导。 自然原型理论认为，自然界的生物有机体与其周围环境彼此相互作用，最后达到生 物与生物、生物与环境之间的协谐状态，这种状态代表着合乎自然规律的互惠共生的有 序合理状态，可称这种状态为自然原型“”。在长白山岳桦林带自然的原生植被为岳桦林， 原生土壤为亚高山森林草甸土，由于人为因素的影响，造成了当地原生土壤的破坏，破 坏了岳桦林带的自然原型，虽然说自然原型对外界的影响有一定的白调节性，但是由于 外界的影响超过了自然原型的调节能力，要快速的恢复其自然原型，本文通过人工合成 亚高山草甸森林土的方式，先恢复其土壤，继而恢复其植被，最终达到自然界的和谐统 一 “系列性”规律认为，在山地，由于地形的垂直分化的影响，造成了地球化学元素 从高到低的迁移。按照化学元素的迁移条件来划分，在长白山北坡共有四个单元景观， 一个残积处境，两个水上处境，一个水下处境。残积处境和水上处境的化学元素在流水 和强风的作用下，迁移到水下处境。 3 2 实验设计 3 2 1 亚高山草甸森林土样品采集方案 3 2 1 1 样品采集的原则 在长白山岳桦林带，由于地形条件比较复杂，坡度较大，因此，采样的时候，应该 依据以下原则： 1 选择地形、排水条件和植被类型不一样的地方。 2 尽量避免路边、沟边等特殊地形的部位以减少人为选择样品的误差。 3 2 1 2 样品的采集 依据样品的采集原则，2 0 0 6 年6 月在长白山北坡海拔1 8 0 0 - - 2 1 0 0 米的岳桦林带作 为样地区。依据地形条件的不同，在不同高度和坡度的地方，随机选取1 2 个样点。在 样地内采样点的设置如图3 1 所示。样品采集的主要深度为o 2 0 c m 。每个样点的面积为 3 0 3 0 c m ，按照土壤发生层次，依次取样，分别放在可以封口的塑料袋中；这样，共有 3 6 个土壤样品，每个样品采重i k g 9 圈3 i 地形翻内各个采样点的分布 3 2 1 3 亚高山草匈森林土指示性指标的选取原则 本研究先对亚高山草甸森林土的理化性质进行聚类分析，然后再将每类指标中空闻 变异性小的指标作为本研究的指示性指标因此本研究选取的亚高山草甸森林土指示性 指标，其含量必须是空阃变异较小的：如果指标含黄在空阊上的变异性较大，表明在特 定的环境条件下，该指标对植物的生长影响较小；我们用样本标准差( s t a n d a r d d c 哦破i 曲：s t ed e v ) 样本方差( v a r i a n c e ) 来表示指标的空问变异性； 3 。2 2 合成土壤原料的样晶选取方案 现存豹亚高山草甸森林土全部位于保护区内，没有办法直接客土，只能采取在保护 区外异地取土的方法，依据系列性规律，我们利用长自山保护区外最常见的自浆土的表 层腐殖土( 代表水上处境的土壤) 和火山灰( 代表残积处境的原料) 作为合成土壤的主 要原料，为了保证合成土壤适合原生植被的生长，合成土壤的理化性质必须与山地森林 草甸土理化性质相近为此，需要加入泥炭( 代表水下处境的原料) ，以实现生草化。 3 3 室内实验分析 3 3 ，i 样品分析测定项目的选定原则 土壤足一个开放面复杂且是多层次的动态系统，它在各种环境齿素的作用下。处于 不停的变化之中，选择合适的土壤指标是土壤质量研究的基础。由于单一的土壤指标所 起的作用有限，所以通常需要对这些土壤指标进行综合的分析池“。 3 3 2 样品分析测定的项目 1 土壤机械组成( 土壤质地) 。土壤质地是土壤最重要的物理性质之一，直接影响 着土壤的肥力状况。同时它也是土壤分类的重要指标。 2 p h 值。土壤p h 是土壤酸碱度的强度指标，是土壤的基本性质和肥力的重要影 响因素之一。它直接影响土壤养分的存在状态、转化和有效性，从而影响植物的生长发 育。 3 土壤有机质。土壤有机质是土壤养分的源泉，是鉴别土壤肥力的重要指标，是 肥力形成的标志。因此在土壤分析中是必测的项目 4 土壤的氮、磷是生态系统中含量最丰富的元素之一，是衡量土壤潜力和有效肥 力的重要指标，同时也直接决定植物的现实生产力。 5 土壤速效钾。钾是作物生长发育过程中所必须