如何研究植被修复对土壤质量的影响

如何研究植被修复对土壤质量的影响植被修复是按照生态学规律，利用植物自然演替、人工种植或两者兼顾，使受到人为破坏、污染或自然毁损而产生的生态脆弱区重新建立植物群落，恢复其生物多样性及其生态系统功能的技术。植被以土壤为基质进行生长,植被-土壤之间具有互动效应。植被与土壤的互动效应体现在:土壤为植物生长提供水分、养分和矿质元素,其含量甚至对植物群落的类型、分布和动态产生影响，土壤理化性质及种子库特征等影响着植被发育和演替速度；而植被对土壤养分产生生态效应。植物通过吸收和固定CO2、群落生物量的积累和分解等。使得土壤养分在时间和空间尺度上出现了各种动态变化过程，植被的土壤养分效应与植物群落的地上和地下生物量的大小、保存率和周转率等是分不开的。在植被恢复过程中，根系的直接穿插作用和凋落物腐解所产生的间接作用，使得土壤结构稳定性增加，不易被冲蚀，水土流失得到控制，从而改善土壤质地。土壤-植被的互动效应决定了土壤与植被总是处在不断的演化与发展之中，在植被恢复过程中，土壤质量状况不断改善，土壤质量的改善又促进植被的恢复。如何研究植被修复对土壤质量的影响？归纳总结为以下八个步骤：1、调查样地的选择样地不是群落的全部面积，它仅是代表群落的基本持征的一定地段。对植物群落考察应在确定的样地内进行，通过详细调查，以此来估计推断整个群落的情况。选择样地应遵循下列原则：（1）物种的分布要有均匀性。（2）结构完整，层次分明。（3）环境条件（尤指土壤和地形）一致。（4）群落的中心部位，避免过渡地段。样地的形状：大多采用方形，又称样方。可根据不同研究内容具体选择。小型样方用于调查草本群落或林下草本植物层，大型样方用于调查森林群落或荒漠中的群落。我们还会用到罗盘来进行校准，保证测绳为直线，通过测量线上面的读数来确定样方每边的长度样地面积：下列样地面积的经验值可供考察时参考使用：草本群落1-10m2，灌丛16-100m2，单纯针叶林100m2，复层针叶林、夏绿阔叶林400-500m2，亚热带常绿阔叶林1000m2，热带雨林2500m2；但是我们在实习过程中通常采用以下面积：草本群落：1x1m2，灌木群落：5x5m2,乔木群落:10x10m2。2、确定样地植物群落演替年限通常在研究过程中我们访问当地的常住居民，确定样地的植物群落的演替年限；或者查看当地的植物志、水文志等相关书籍；若植物为人工栽植，那么访问当地的林业部门，确定植物的栽植时间，演替年限即为栽植的时间至今。3、进行植被调查3.1环境调查环境调查包括以下五项：（1）地理位置，（2）地形条件。（3）人类影响（4）土壤条件。（5）气候条件。环境是指某个特定主体周围一切事物及现象的总和。影响植物生存是环境因素（生态因子），根据其性质可分为6个基本类型：非生物因子：气候因子如光、温度、降水、风等。土壤因子包括土壤结构、物理性质和化学性质。地形因子有海拔高度、坡向、坡度、坡位和坡型。生物因子：植物因子包括植物之间的机械作用、共生、寄生和附生。动物因子如摄食、传粉和践踏等。人为因子有垦殖、放牧和采伐等3.2植物群落的属性标志及其调查方法（1）群落的分层结构植物群落的成层现象是极其重要的特征。一般优势层能较好地反映外界环境，其他层则更多地表现出群落内部环境。层是群落的最大结构单位，在很大程度上决定了群落的外貌特征和群落类型位置。群落调查一般均以层为单位分别进行，森林群落一般分成乔木层、灌木层、草本（及小灌木）层、地被层四个基本层。（2）群落的种类组成种类组成是群落的另一实质性属性特征。登记每个样方所有高等植物种类（分层进行）的工作必不可少，同时采集标本。（3）生活型和生态类型组成在天然和半天然植物群落中，所有植物种类不可能都属于同一生活型，而是由多种生活型所组成，因而为了更清楚地认识群落的生态特征，调查时应把组成群落的植物种类所属的生活型和单因子生态类型尽量弄清楚。3.3植物调查（1）乔木调查：对样地中凡是胸径等于或大于5cm的树木都用油漆编号，进行每木调查。调查内容包括确定树种，树种起源类型、测量胸径、树高、枝下高、冠幅，杆型特征、物候、生活力等。最后以记录坐标位置和画投影图的方式确定每株样木在样地中的位置。（2）灌木调查：指未进入乔木层的下木、乔木种类的幼苗、幼树，通常指胸茎小于5cm或高度低于5m木本植物。调查内容包括种类、高度、数量、水平分布格局（群聚度）、物候、生活力等，灌木记载株数、丛数及其盖度。（3）草本调查：主要指直立草本和匍匐草本植物，不包括草质藤本。在每个大样地中设10个1m×1m的小样方调查，调查内容与灌木调查基本相同。草本记载株数、丛数及其盖度。（4）层间植物调查：包括木质藤本、草质藤本、附生、寄生植物。对样地中凡是粗度等于或大于5cm的藤本植物都用油漆编号，逐株调查，内容包括确定种类，测量粗度和攀缘、附生或寄生高度等。调查见附表。（5）更新调查：在每个大样地中设10个1m×1m的小样方调查，包括更新苗木的种子数量、种子生活力情况、幼苗的年龄和高度、生活力等，及其影响因素。（6）盖度（总盖度、层盖度、种盖度）的测量：群落总盖度是指一定样地面积内原有生活着的植物覆盖地面的百分率。这包括乔木层、灌木层、草本层、苔藓层的各层植物。所以相互层之重叠的现象是普遍的，总盖度不管重叠部分，只要投影覆盖地两者都同等有效。3.4结果统计与分析(1)分析群落各层(乔木层、灌木层、草本层)的数量特征，比较不同类型群落数量特征的差异。(2)计算群落各层中不同植物种的重要值，根据重要值大小分析不同种类在该层及群落中的重要性及形成原因。(3)植物群落物种多样性：物种丰富度指数计算、辛普森多样性指数、香农—维纳多样性指数样地调查表。4、土壤样品的采集1、采样单元采样前要详细了解采样地区的土壤类型、肥力等级和地形等因素，将测土配方施肥区域划分为若干个采样单元，每个采样单元的土壤要尽可能均匀一致，实验的土壤样品要有对照。2、采样周期同一采样单元，土壤有机质、全氮、碱解氮每季或每年采集1次，无机氮每个施肥时期前采集1次，土壤有效磷钾2-4年，微量元素3-5年，采集1次。植株样品每个主要生长期采集1次。3、采样点数量要保证足够的采样点，使之能代表采样单元的土壤特性。采样点的多少，取决于采样单元的大小、土壤肥力的一致性等，一般为7-20个点为宜。5、采样路线采样时应沿着一定的线路，按照“随机”、“等量”和“多点混合”的原则进行采样。一般采用S形布点采样，能够较好地克服耕作、施肥等所造成的误差。在地形较小、地力较均匀、采样单元面积较小的情况下，也可采用梅花形布点取样。6、采样点定位有条件的可采用GPS定位，记录经纬度，精确到0.01″。无条件的可在地图上标明采样点位臵，并记录样点名称、固定参照物的距离和方位。7、采样深度采样深度一般为0-20cm，土壤硝态氮或无机氮的测定，采样深度应根据不同植物、不同生育期的主要根系分布深度来确定。8、采样方法每个采样点的取土深度及采样量应均匀一致，土样上层与下层的比例要相同。取样器应垂直于地面入土，深度相同。用取土铲取样应先铲出一个耕层断面，再平行于断面下铲取土；微量元素则需要用不锈钢或木制取土器采样。9、样品重量一个混和土样以取土1公斤左右为宜，如果样品数量太多，可用四分法将多余的土壤弃去。方法是将采集的土壤样品放在盘子里或塑料布上，弄碎、混匀，铺成四方形，划对角线将土样分成四份，把对角的两份分别合并成一份，保留一份，弃去一份。如果所得的样品依然很多，可再用四分法处理，直至所需数量为止。10、样品标记采集的样品放入统一的样品袋中，然后再用一个塑料袋套上，用铅笔写好标签，内外各具一张。11、晾土将采回的土样摊晾在塑料纸或报纸上，在室内风干，注意不要暴晒，不要放在阳光直射的地方，在半干时，用手将大土块掰碎，捡去石子和碎草，凉干后，放入原来的土样袋中，附上标签。5、样品的实验室分析在实验室测定土壤的物理、化学、生物指标。物理指标有：容重、颗粒组成、孔隙度、团聚体含量及稳定性、渗透速率、土壤质地及类型、碳汇功能、土壤湿度、土层厚度、通气性、土壤持水性。化学指标有：pH值、有机质、N,P,K含量、阳离子交换量(CEC)、养分循环速率及转化效率、碳酸盐与石灰含量、Ca2+,Mg2+,Na+、碱化度、潜在可矿化C和N。生物学指标有:有机碳。微生物生物量C和N、土壤呼吸量、土壤酶活性、土壤动物、土壤种子库、微生物群落种类、植物健康状况。6、数据分析实验的数据分为样地的土壤数据和对照地块的土壤数据。对得到的实验数据利用各种数据分析软件进行分析，分别分析土壤的各个指标，分析样地和对照地块的各个指标数据，得出结论：植被修复施肥是否改良土壤的质量。7、土壤的质量评价7.1评价内容土壤质量评价一般有单一污染物的单项评价和多种污染物的多项评价。污染物的种类不同，对土壤质量的影响也不同，因此也可按土壤污染的主要污染物分为有机物污染评价、重金属污染评价、生物污染评价和放射性污染评价等。如要了解土壤质量的变化，还可以进行土壤物理评价、土壤生物评价、土壤化学评价等。在单项和多项评价的基础上可进行综合评价。为了解不同时期的土壤质量状况也可进行回顾评价、现状评价和影响评价。7.2评价方法对土壤质量评价已提出多种方法，例如土壤质量综合评分法、土壤质量动力学方法、土壤质量多变土壤质量评价量指标方法等，但不管采用何种评价方法，首先要确定有效、可靠、敏感、可重复及可接受的指标，建立全面评价土壤质量的框架体系。可根据不同的评价目标和技术水平选择或设计合适的评价方法。美国国家土壤保持局(SCS)建立的土壤评价目标包括：确定当前技术水平可测定的参数；建立评价这些参数的标准；建立短期和长期土壤质量变化的体系；确定耕作管理措施组成及其对土壤质量的影响；评价现有知识和数据以找出适合它们的适宜参数和方法。国内外提出的土壤质量评价方法主要有以下几种：多变量指标克立格法（MVIT）土壤质量动力学法土壤质量综合评分法土壤相对质量法。7.3评价指标土壤质量的评价指标分为土壤物理指标、土壤化学指标、土壤生物学指标三方面。（1）土壤质量的物理指标土壤物理状况对植物生长和环境质量有直接或间接的影响。土壤物理指标包括土壤质地及粒径分布、土层厚度与根系深度、土壤容重和紧实度、孔隙度及孔隙分布、土壤结构、土壤含水量、田间持水量、土壤持水特征、渗透率和导水率、土壤排水性、土壤通气、土壤温度、障碍层次深度、土壤侵蚀状况、氧扩散率、土壤耕性等。（2）土壤质量的化学指标土壤中各种养分和土壤污染物质等的存在形态和浓度，直接影响植物生长和动物及人类健康。土壤质量的化学指标包括土壤有机碳和全氮、矿化氮、磷和钾的全量和有效量、CEC、土壤pH、电导率（全盐量）、盐基饱和度、碱化度、各种污染物存在形态和浓度等。（3）土壤质量的生物学指标土壤生物是土壤中具有生命力的主要部分，是各种生物体的总称，包括土壤微生物、土壤动物和植物，是评价土壤质量和健康状况的重要指标之一。土壤中许多生物可以改善土壤质量状况，也有一些生物如线虫、病原菌等会降低土壤质量。应用较多的指标是土壤微生物指标，而中型和大型土壤动物指标正在研究阶段。土壤质量的生物学指标包括微生物生物量碳和氮，潜在可矿化氮、总生物量、土壤呼吸量、微生物种类与数量、生物量碳/有机总碳、呼吸量/生物量、酶活性、微生物群落指纹、根系分泌物、作物残茬、根结线虫等。8、植被修复对土壤质量的影响分别对样地的土壤和对照地的土壤进行质量评价，分析两个地块的土壤质量评价报告，对各项土壤质量指标进行比较，即可分析植被修复对土壤质量的各方面影响，一般来说植被修复对土壤质量的影响有三个方面：(1)物理性质方面使得土壤结构稳定性增加持水性增加，不易被冲蚀，水土流失得到控制，从而改善土壤质地，完善土壤结构。(2)化学性质方面土壤的营养元素、有机质、养分增多，有利于植被的生存和发育。(3)生物学方面种子库、生物量、微生物数量物种丰度增加。