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2024 , Vol. 41 >Issue 11: 56 - 64

DOI: https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230741

水土保持与生态修复

红壤高陡边坡新型生态修复喷混植生基材试验

  • 许文盛 , 1, 2, 3 ,
  • 刘尧松 1, 2 ,
  • 王可 2, 3 ,
  • 张志华 2, 3 ,
  • 张文杰 2, 3 ,
  • 李力 2, 3 ,
  • 肖海 1 ,
  • 李昊 2, 3
展开
  • 1 三峡大学 土木与建筑学院,湖北 宜昌 443002
  • 2 长江科学院 水土保持研究所,武汉 430010
  • 3 水利部山洪地质灾害防治工程技术研究中心,武汉 430010

许文盛(1983-),男,安徽金寨人,正高级工程师,博士,从事流域泥沙输移、水土保持及生态修复研究。E-mail:

Copy editor: 王慰

收稿日期: 2023-07-09

  修回日期: 2023-11-07

  网络出版日期: 2024-01-10

基金资助

国家电网公司总部科技项目(5200-202121087A-0-0-00)

国网福建省电力有限公司科技项目(521304220029)

湖北省自然科学基金项目(2021CFB129)

中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(CKSF2021446/TB)

武汉市知识创新专项-基础研究项目(2022020801010236)

收起

Experimental Study on a New Spray-mixed Vegetation Substrate for Ecological Restoration of High and Steep Red Soil Slopes

  • XU Wen-sheng , 1, 2, 3 ,
  • LIU Yao-song 1, 2 ,
  • WANG Ke 2, 3 ,
  • ZHANG Zhi-hua 2, 3 ,
  • ZHANG Wen-jie 2, 3 ,
  • LI Li 2, 3 ,
  • Xiao Hai 1 ,
  • LI Hao 2, 3
Expand
  • 1 College of Civil Engineering and Architecture, Three Gorges University, Yichang 443002,China
  • 2 Soil & Water Conservation Department,Changjiang River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China
  • 3 Research Center of Mountain Torrent Geological Disaster Prevention and Control Engineering Technology,Ministry of Water Resources, Wuhan 430010,China

Received date: 2023-07-09

  Revised date: 2023-11-07

  Online published: 2024-01-10

Fold

摘要

边坡生态修复是输变电工程建设的一项重要内容,传统的喷混植生技术使用水泥作为粘结剂导致基材植被出芽率较低,制约了生态修复效果。以红壤区输变电工程高陡边坡为研究对象,用高分子化学粘结剂海藻多糖代替水泥,外加生态肥料和纤维,以狗牙根为植物物种,开展室内直剪试验和盆栽试验,分析红壤新型喷混植生基材的力学和植生性能。结果表明:海藻多糖和纤维是影响新型喷混植生基材黏聚力的主要因素,对于狗牙根出芽率,海藻多糖与其呈负相关,生态肥料与其呈显著正相关,纤维对其无显著影响;海藻多糖提升基材黏聚力的最佳掺量为1%,纤维的掺入也能提高黏聚力,且掺量为0.75%时达到峰值;当海藻多糖掺量为1%,生态肥料掺量为5%时,狗牙根出芽率达到100%,有较好的应用效果。研究成果可为红壤高陡边坡生态修复提供新的技术参考。

关键词： 红壤高陡边坡; 喷混植生基材; 海藻多糖; 力学性能; 植生性能

本文引用格式

许文盛 , 刘尧松 , 王可 , 张志华 , 张文杰 , 李力 , 肖海 , 李昊 . 红壤高陡边坡新型生态修复喷混植生基材试验[J]. 长江科学院院报, 2024 , 41(11) : 56 -64 . DOI: 10.11988/ckyyb.20230741

Abstract

Slope ecological restoration is important in the construction of power transmission projects. In traditional spray-sowing technology, we use cement as binding materials, which results in a low germination rate of vegetative substrate, restricting the ecological restoration efficiency. Taking the high-steep slope of power transmission construction project in the red soil area as research object, we used seaweed polysaccharide, which is a polymer chemical binder, to replace cement, with addition of ecological fertilizer and fiber. Indoor direct shear tests and pot experiments were carried out with bermudagrass as the plant species to analyze the mechanical and planting properties of the neotype spray-sowing substrate in red soil. Results showed that seaweed polysaccharide and fiber were the main factors affecting the cohesion of the neotype spray-sowing substrate. Bermudagrass germination rate was negatively correlated with seaweed polysaccharide content, while was significantly positively correlated with ecological fertilizer content, and exhibited no significant correlation with fiber content. The optimum content of seaweed polysaccharide to improve the substrate cohesion was 1%. The addition of fiber could also improve the cohesion, and the maximum cohesion was achieved when fiber content was 0.75%. When the content of seaweed polysaccharide was 1% and the content of ecological fertilizer was 5%, the bermudagrass germination reached 100%. The research results would provide new technical references for ecological restoration of high-steep slopes in red soil areas.

Key words： high steep red soil slopes; spray-mixed vegetation substrate; seaweed polyacrylamide; mechanical properties; vegetation performance

开放科学(资源服务)标识码(OSID):

0 引言

输变电工程是生产建设项目线型工程的典型代表,近年来随着电力市场需求的增加,国家电网建设发展迅速,边坡生态修复是输变电工程建设中的一项重要内容[1]。红壤是我国最典型的土壤类型之一,红壤区输变电工程在建设过程中产生的高陡边坡,如不及时治理、恢复生态,受降雨等影响极易造成边坡滑塌、破坏周边生态环境等危害,因此,针对红壤区开展输变电工程高陡边坡生态修复研究十分必要[2]。
红壤区高陡边坡一般具有立地条件差、坡度陡等特点,生态修复难度较大,目前应用较多的生态修复技术主要有喷混植生类、槽穴构筑类、爬藤植物等[3⇓-5]。其中,喷混植生类是目前高陡边坡合理且便捷的生态修复技术,该技术将植物种子、肥料、水、土壤、粘合剂、添加剂等材料按比例混合形成可以满足植物生长的植生基材,然后通过专业的喷播设备机械将基材喷洒到岩质坡面,形成一定厚度的营养土层,并利用植物根系固土、涵养水源等特性,满足边坡稳定性及恢复绿色景观的要求[6]。
喷混植生生态修复技术的核心是植生基材,国内外学者针对植生基材研究的重点聚焦于植生基材配比筛选、养分变化特征、护坡力学强度、抗逆性等方面[7⇓⇓⇓⇓-12]。粘结剂的选择及保证基材植被出芽率是研发喷混植生基材的关键。传统方法以水泥作为粘结剂,使得基材具有良好的强度和抗冲刷性[13]。然而在保证力学性能的同时,水泥的强碱性会影响植物生长,导致基材植被出芽率较低。许文年等[14]在喷混植生基材中加入混凝土绿化添加剂进行改良,取得了较好的效果,喷混植生基材出芽率达到95%以上。然而,水泥是不可降解材料,随着后期植物的逐渐死亡,遗留在高陡边坡上的水泥处理又是一个较为困难工作,不仅增加了生态修复的工作量,也对后续二次生态修复工作产生一定阻碍[15-16]。海藻多糖是一种从植物中提取的胞外多糖,具有良好的胶结效果[17],在自然环境中可以自动降解,对生态环境影响较小,是一种较好生态粘结剂,可为喷混植生基材研究提供一种新的方案。近年来海藻多糖在土壤改良中有着广泛的应用,然而海藻多糖在植生基材中使用以及对植生基材性能影响的研究尚处于探索阶段[18]。
因此,本文以红壤区输变电工程高陡边坡为研究对象,从生态修复理念出发,用高分子化学粘结剂海藻多糖代替水泥,加入纤维和生态肥料,探究新型喷混植生基材,并在此基础上,以根系发育较为旺盛的狗牙根为植物物种,通过室内直剪试验和盆栽试验,研究新型喷混植生基材的力学和植生性能,以期为红壤高陡边坡生态修复提供新的技术参考,促进国家电网的绿色发展。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本文试验的基材由海藻多糖、生态肥料、纤维、草种和土壤按照一定的比例掺配而成。其中,海藻多糖是以多糖高分子为主要材料,并添加醇类助剂、粘度剂、去离子水等辅助材料制成的土壤粘结剂;常温下海藻多糖为白色粉末状固体,易溶于水,水溶液具有粘性,不易挥发,溶解于水时pH值偏中性,可以与土壤中的Ca2+离子发生螯合反应,增强土体的整体性[19-20]。生态肥料主要由有机肥与复合肥拌和而成,拌和比例为1∶0.35。纤维选择稻草纤维,单根长度约2 cm。草种选择长江中下游平原常见的存活力强、生长周期短、极耐热的禾本科植物狗牙根,每组试验施加种子100粒。土壤样品取自福建省长泰变电站边坡表层,该边坡开挖于2006年,坡度>45°,开挖坡面肥力差,植物难以生长,土壤以粉质黏土及全风化的凝灰岩碎块为主,尚未进行生态修复。
土壤颗粒机械组成采用筛分法,试验前将土壤样品自然风干晾晒,人为挑选出石块、植物根茎等杂质,过孔径2 mm细筛。测得颗粒机械组成:粒径1~2 mm,含量51.81%;粒径0.5~1 mm,含量26.12%;粒径0.25~0.5 mm,含量11.79%;粒径<0.25 mm,含量10.28%。采用环刀法测得土壤重度1.29 g/cm3。采用重铬酸钾容量法测得土壤有机质含量为3.67 g/kg。
为探讨不同掺量海藻多糖、生态肥料、纤维对基材性能的影响,分别将海藻多糖、生态肥料、纤维三个因素设置为4个水平,进行正交试验,划分为16组(见表1)。其中,海藻多糖掺量为0%、1%、2%和3%,生态肥料掺量为0%、1%、3%和5%,纤维掺量为0%、0.25%、0.5%和0.75%。
表1 正交试验设计

Table 1 Design of orthogonal test

试验组号 海藻多糖掺量/% 生态肥料掺量/% 纤维掺量/%
1 1 0 0
2 1 1 0.25
3 1 3 0.50
4 1 5 0.75
5 3 0 0.75
6 3 1 0.50
7 3 3 0.25
8 3 5 0
9 2 0 0.50
10 2 1 0.75
11 2 3 0
12 2 5 0.25
13 0 0 0.25
14 0 1 0
15 0 3 0.75
16 0 5 0.50

1.2 试验方法

本次试验需要测定的指标包括基材黏聚力、出芽率、株高、植被覆盖度等,采用的试验方法有直剪试验和盆栽试验2种。
(1)直剪试验。基材黏聚力测定采用直剪试验,试验时将海藻多糖、生态肥料、纤维、土壤样品按照不同掺量均匀混合,含水率控制在20%,并置于10 cm×10 cm×10 cm的立方体养护盒(温度控制在20±2 ℃)中养护24 h,同时覆盖一层保鲜膜防止水分挥发。为获取基材黏聚力,选用DJY-4四联等应变直剪仪,依据《土工试验方法标准》(GB/T 50123—2019),采用固结快剪法分别对16组基材进行直剪试验,垂直压力分别设置为50、100、150、200 kPa。试验最大剪切位移8 mm,剪切速率0.8 mm/min。
(2)盆栽试验。出芽率、株高、植被覆盖度等指标测定采用盆栽实验,试验前将基材充分搅拌均匀后放进花盆中养护(花盆为4棱台形,上表面边长10 cm,下表面边长7 cm,高为8 cm),然后在花盆中播种100粒狗牙根种子。试验每组重复一次,共计32组盆栽试样,取2次平均值作为试验结果。每天定时给种子浇水50 mL,持续养护,保证盆栽植物正常生长。分别在狗牙根种子播种后的第7天、第30天和第60天,统计种子的出芽率,测量狗牙根的株高,统计分析狗牙根的植被覆盖度,进而探究基材的植生性能。其中,出芽率采用人工计数的方式,用出芽种子的数量除以播种种子的数量的百分比;株高,选取10株生长高度均匀的狗牙根植株,利用卷尺测量株茎底到株茎顶的距离并求平均值计算而得;植被覆盖度为狗牙根种子茎叶垂直投影面积与试验花盆垂直投影面积的比值。

1.3 数据处理

数据处理采用Excel 2019、Origin 2021软件,采用SPSS27软件进行相关性和极差分析,采用最小显著极差法(LSD)进行显著性差异检验(p<0.05)。其中,极差分析采用式(1)计算。
R = ( M a x , ( K a v g ) - M i n , ( K a v g ) ) 　 。
式中:R值是指该因素在考核指标下的变化幅度,表示该因素影响程度,R值越大,表明该因素重要性越高,反之该因素影响程度则越低;Kavg表示各因素考核指标值在各水平(K1,K2,…,Ki)下的平均水平。

2 基材影响因素的主次分析

为探究海藻多糖、生态肥料及纤维对基材力学性能和植生性能影响的主次,首先开展3个因素对基材性能指标的相关性和极差分析,判断影响程度。不同组份间相关性和极差分析结果如表2、表3所示。
表2 基材外加组份相关性分析

Table 2 Correlation analysis of additive components of substrate

名称 海藻多糖 生态肥料 纤维 黏聚力 出芽率 株高 植被覆盖度
海藻多糖 1
生态肥料 0 1
纤维 0 0 1
黏聚力 -0.512* 0.252 0.534* 1
出芽率 -0.516 0.579* 0.151 0.314 1
株高 0.366 0.405 -0.070 0.159 -0.084 1
植被覆盖度 0.022 0.819 0.059 0.46 0.628** 0.566* 1

注:*表示存在显著相关(p<0.05),**表示存在极显著相关(p<0.01)。

表3 基材外加组份极差分析

Table 3 Range analysis of additive components of substrate

衡量指标 外加组份 K1 K2 K3 K4 R
海藻多糖 15.25 20.65 10.60 9.20 11.45
黏聚力 生态肥料 12.25 12.10 15.80 15.55 3.70
纤维 10.05 11.75 15.20 18.70 8.65
海藻多糖 86.00 85.00 93.75 81.50 12.50
出芽率 生态肥料 79.25 83.00 91.25 92.75 13.50
纤维 86.75 81.75 89.25 88.50 7.50
海藻多糖 147.50 212.50 171.25 193.75 65.00
株高 生态肥料 163.75 178.75 183.75 198.75 35.00
纤维 183.75 183.75 177.50 180.00 6.25
海藻多糖 56.75 70.75 65.00 59.25 14.00
植被覆盖度 生态肥料 45.50 60.75 69.50 76.00 30.50
纤维 61.75 61.25 65.75 63.00 4.50
由表2相关性分析可知,海藻多糖与基材黏聚力呈负相关,纤维与基材黏聚力呈显著正相关(p<0.05),生态肥料与基材黏聚力没有显著关系,但与出芽率呈显著正相关。纤维对出芽率、株高、植被覆盖度均没有显著影响。由表3可知海藻多糖、生态肥料及纤维对基材黏聚力极差结果分别为11.45、3.70及8.65,生态肥料极差明显低于其他2个因素。因此,影响基材黏聚力的主次因素依次为海藻多糖>纤维>生态肥料。对于出芽率、株高和植被覆盖度,纤维的极差明显小于海藻多糖和生态肥料。
综合上述相关性和极差分析结果,生态肥料对基材黏聚力的影响较小,纤维对种子出芽率、植物株高及植被覆盖度的影响较小,因此,本文试验对基材力学性能的分析不考虑生态肥料的影响,对基材植生性能的分析不考虑纤维的影响。

3 基材力学性能分析

3.1 海藻多糖掺量对基材力学性能的影响

海藻多糖掺量对基材黏聚力的影响如图1所示。由图1可知,海藻多糖对基材黏聚力影响比较明显。当纤维掺量一定时,基材黏聚力随海藻多糖掺量的增加总体上呈先上升后下降趋势。海藻多糖掺量从0%增加到1%,以3种纤维掺量(0%、0.5%、0.75%)为例,黏聚力分别增加11.11%、78.91%、47.03%。其中纤维掺量0.75%、海藻多糖掺量1%时,基材黏聚力最大为29.7 kPa。当纤维掺量为0.25%时,基材黏聚力随着海藻多糖掺量增加呈现小幅下降,原因可能是海藻多糖中的多糖分子在胶结过程中受土壤中带电荷离子的干扰,抵消了一部分多糖分子间的相互作用,土壤表层无法形成结构化[21],不能增强对外力的抵抗,因此基材力学性能受到一定程度的影响。
图1 海藻多糖掺量对黏聚力的影响

Fig.1 Influence of seaweed polysaccharide content on cohesion

基材黏聚力在海藻多糖掺量1%时出现峰值,表明海藻多糖掺量对于基材黏聚力提升存在一个合理范围,一定掺量的海藻多糖能够有效提高基材黏聚力,当海藻多糖加入基材后,其内部分子会与土颗粒表面电荷产生界面化学反应,两者之间相互交叉连接,起到桥联作用,形成一层粘膜将土颗粒束缚,限制土颗粒的移动趋向[22],减少土壤间隙,从而表现为基材黏聚力增大。当海藻多糖掺量超过合理范围时,海藻多糖吸附效果作用增强,土颗粒形成的团聚体尺寸也变大[23],土颗粒接触面积相应减小,导致海藻多糖影响的面积减小,基材抵抗剪切变形的能力降低,进而表现为基材黏聚力呈下降趋势。

3.2 纤维掺量对基材力学性能的影响

纤维掺量对基材黏聚力的影响如图2所示。
图2 纤维掺量对黏聚力的影响

Fig.2 Influence of fiber content on cohesion

从图2可以看出,纤维的掺入对基材黏聚力的提升效果显著。当海藻多糖掺量一定时,基材黏聚力随纤维掺量的增高而增长。海藻多糖在不同水平掺量(0%、1%、2%、3%)下,纤维掺量从0%增加到0.75%时基材黏聚力增加的幅度分别为72.65%、128.46%、78.21%、19.48%。对于不同水平海藻多糖掺量,基材黏聚力随纤维掺量增加的变化趋势差异明显;海藻多糖掺量为1%时,随着纤维掺量增加,基材黏聚力增幅最大,当纤维掺量>0.25%时,基材黏聚力呈现急剧增长的趋势;海藻多糖掺量为0%、2%时,随着纤维掺量增加,基材黏聚力增长速率缓慢增大;当纤维掺量>0.50%时,基材黏聚力呈现快速增长的现象;海藻多糖掺量为3%时,随着纤维掺量增加,基材黏聚力曲线变化较为平缓,且黏聚力数值均明显低于其他3组。
纤维的掺入使得喷射在边坡表层上的基材具有一定的延展性,在植物没有完全生长的初期可短暂代替根系,发挥根系固土的作用,增强土壤黏聚力,提高土壤的抗剪切强度,从而有利于减少基材自然状态下的崩解,能够较好提高基材的力学性能及稳定性,提升基材使用的可持续性能[24]。在外力作用下,纤维在土壤中产生拉筋作用,对土颗粒形成约束。此外,本文试验使用稻草作为纤维材料,其表面粗糙度也有助于增大纤维和土颗粒间的相对摩擦,进而增大基材的黏聚力。
表3结果表明,海藻多糖极差大于纤维极差(R=11.45>8.65),说明海藻多糖是影响基材黏聚力的主控因素。原因是海藻多糖掺入基材后,能够优先发挥其粘聚作用,吸附土颗粒,增强土壤整体抗剪切能力,从而提升基材力学性能。纤维主要是在后期依靠其物理作用,对土颗粒产生约束,发挥加筋作用进而增强基材黏聚力。因此,纤维对基材黏聚力的影响水平低于海藻多糖。

4 基材植生性能分析

4.1 海藻多糖对基材植生性能的影响

4.1.1 对出芽率的影响

海藻多糖不同掺量下基材植物出芽率随天数变化如图3所示。由图3可以看出,在同一生态肥料掺量下,0~7 d内海藻多糖对狗牙根出芽率总体上未产生影响;但在随后的7~30 d及30~60 d时段内,狗牙根出芽率因海藻多糖掺量的不同呈现差异。当生态肥料掺量为0%时(图3(a)),海藻多糖掺量为3%时出芽率最高,最大出芽率为96%;当生态肥料掺量为1%时(图3(b)),海藻多糖掺量为0%的基材在0~7 d时出芽率最低,在30~60 d时间段内出芽率超过其他3种掺量条件,最大出芽率为94%;当生态肥料掺量为3%时(图3(c)),海藻多糖掺量为1%的基材出芽率较高,最大出芽率为95%,海藻多糖掺量为2%的基材出芽率最低;当生态肥料掺量为5%时(图3(d)),海藻多糖掺量为1%的基材出芽率在第7 d时就达到最大100%。因此为保证基材有较高的出芽率,在有一定生态肥料掺量时,海藻多糖最佳掺量在1%左右为宜。
图3 不同肥料掺量水平下海藻多糖对出芽率的影响

Fig.3 Effect of seaweed polysaccharide content on germination rate at different fertilizer content levels

综合分析上述结果,海藻多糖掺量对狗牙根出芽率的影响较大。一方面,低浓度的海藻多糖含有的多糖分子可以促进土壤团聚体形成[25],提高生物酶活性,促进叶绿素合成,因此一定低浓度掺量的海藻多糖能提高狗牙根的发芽率;同时,低浓度的海藻多糖具有较好的保水效果,可以促进种子生长发育[26]。另一方面,当海藻多糖掺量过高时,胶结形成团聚体尺寸变大,会造成土壤内部孔隙变小,土壤透水透气性变弱,影响狗牙根种子对空气和水分的吸收;此外土壤内部孔隙变小,狗牙根种子进行生命活动产生的气体(如二氧化碳)不易排出,并在土壤中堆积,加剧内部空气堵塞,影响根系生命活动,造成狗牙根死亡[27]。

4.1.2 对株高的影响

60 d时不同海藻多糖掺量的狗牙根植物株高如图4所示。由图4可知,不同生态肥料掺量下,狗牙根植物株高随海藻多糖掺量的增加呈现快速增大、下降、再缓慢增长的趋势。当海藻多糖掺量为0%时,株高与生态肥料掺量有关,掺量越大,株高越高,该掺量水平下最大株高为180 mm。当海藻多糖掺量为1%、生态肥料掺量为1%时株高最大峰值为220 mm。在不同生态肥料掺量下(0%、1%、3%、5%),海藻多糖掺量由0%增大至1%时,株高增长幅度依次为68.00%、63.96%、40.00%、16.67%;海藻多糖掺量由1%增大至2%时,株高下降,下降幅度依次为61.54%、22.73%、11.90%、2.38%。
图4 海藻多糖掺量对60 d时株高的影响

Fig.4 Effect of seaweed polysaccharide content on plant height at 60 days

综合分析上述结果,随着海藻多糖掺量的增加,土壤内部孔隙变小,根系在土壤中延伸受阻,导致根系对物质吸收的能力变弱,地上部分植物生长受到抑制,影响株高。结合图1与图4结果,当海藻多糖掺量为1%时,基材黏聚力最大,且狗牙根植物株高最大,因此从工程应用角度看,在生态肥料掺量一定时,应优先考虑1%的海藻多糖掺量。原因可能与稻草纤维在潮湿基材中腐化有关,一方面土壤微生物分解改善了土壤孔隙结构,减缓土壤胶结对狗牙根的外力胁迫,另一方面稻草纤维的腐化也为狗牙根生长提供了一部分营养来源,导致株高呈现短暂增高。

4.1.3 对植被覆盖度的影响

植被覆盖度是衡量区域生态环境质量的重要因子,可以反映一定区域内植物生长综合状况[28]。60 d时不同海藻多糖掺量下狗牙根植被覆盖度变化情况如图5所示。
图5 海藻多糖掺量对60 d时植被覆盖度的影响

Fig.5 Effect of seaweed polysaccharide content on vegetation coverage at 60 days

由图5可知,狗牙根植被覆盖度随海藻多糖掺量的增加呈先上升后下降趋势。在不同生态肥料掺量下(0%、1%、3%、5%),海藻多糖掺量由0%增加至1%时,狗牙根植被覆盖度分别提高了38.46%、10.71%、29.23%、25.38%。当海藻多糖为1%、生态肥料掺量为3%和5%时,狗牙根植被覆盖度最大值为84.00%。当海藻多糖掺量小于一定浓度时,海藻多糖可促进叶绿素的合成,而叶绿素与植被覆盖度相关[29];当海藻多糖掺量超过一定浓度时,海藻多糖分子铰接产生的内部土压力会抑制植物狗牙根根系生长及营养物质向上运输,进而影响茎叶叶绿素的有效合成,导致茎叶发育缓慢甚至停止发育,因此,依据本文试验结果,为达到较高的植被覆盖度,海藻多糖应控制在1%的掺量。

4.2 生态肥料对基材植生性能的影响

4.2.1 对出芽率的影响

60 d时不同生态肥料掺量下狗牙根出芽率如图6所示。由图6可知,同一种海藻多糖掺量下,基材植物出芽率随生态肥料掺量的增加总体上呈增加趋势。当生态肥料掺量从0%增大至5%时,不同海藻多糖掺量(0%、1%、2%、3%)下基材植物出芽率增加幅度依次为18.18%、40.85%、1.04%、10.26%。出芽率与生态肥料掺量水平呈正相关,结论与前人研究一致[30]。生态肥料作为狗牙根生长的营养物质来源,富含氮磷钾元素和微生物[31],掺入基材后能够提高狗牙根根系活力,改善基材内部环境。适量添加生态肥料有利于植物生长,过量肥料会引起土壤养分失衡,造成根部腐烂,影响出芽率[32]。
图6 生态肥料掺量对60 d时狗牙根出芽率的影响

Fig.6 Effect of ecological fertilizer content on the germination rate of bermudagrass at 60 days

本文试验未出现生态肥料对狗牙根出芽抑制的情况,表明生态肥料掺量控制在5%以内时,其对狗牙根植物生长具有促进作用。

4.2.2 对株高的影响

不同海藻多糖掺量下株高随着生态肥料掺量的增加总体上呈现增大趋势,但增加幅度存在明显的差异(图7)。生态肥料掺量从0%增加至5%时,海藻多糖掺量为0%、2%的株高增长幅度较大,分别为44.00%、53.85%;海藻多糖掺量为1%的株高随着生态肥料增长仅有小幅度变化,但不同生态肥料掺量下的株高均最大;海藻多糖掺量为3%的株高增长缓慢,其增幅为7%。生态肥料所提供的营养元素有利于促进狗牙根叶绿素含量的增加,提高了光合作用,促进了狗牙根植物地上株茎快速增长。
图7 生态肥料掺量对60 d时狗牙根株高的影响

Fig.7 Effect of ecological fertilizer content on the plant height of bermudagrass at 60 days

4.2.3 对植被覆盖度的影响

图8反映了植被覆盖度随生态肥料掺量的变化趋势及狗牙根在不同时期的长势情况。由图8可以看出,随生态肥料掺量的增加,植被覆盖度逐步增长;当生态肥料掺量由0%增大至5%时,不同海藻多糖掺量(0%、1%、2%、3%)下基材植被覆盖度增加幅度依次为71.79%、55.56%、62.00%、84.61%。海藻多糖掺量为1%的基材植被覆盖度整体水平较高,并且在生态肥料为3%时,植被覆盖度达到最大,其值为84%。在生态肥料掺量3%以内,不同海藻多糖掺量(0%、1%、2%、3%)下植被覆盖度增长速度较快;生态肥料掺量在3%~5%内,植被覆盖度增加趋势减缓。因此,当生态肥料掺量<5%时,基材中掺入生态肥料有利于狗牙根的发芽及生长。植物茎叶在发芽过后对营养物质的需求较大,生态肥料作为本次试验基材植物生长营养元素的主要来源,一定范围内,其掺入比例越高茎叶向外发育越好,茎叶覆盖范围面积越大,所以植被覆盖度随生态肥料掺量呈正增长趋势。
图8 生态肥料对60 d时狗牙根植被覆盖度的影响及狗牙根不同时期的变化

Fig.8 Effect of ecological fertilizer content on vegeta-tion coverage and variation of bermudagrass at 60 days

5 结论

(1)基于相关性和极差分析结果,海藻多糖和纤维是影响新型喷混植生基材黏聚力的主要因素,海藻多糖与基材黏聚力呈显著负相关,纤维与基材黏聚力呈显著正相关;海藻多糖与狗牙根出芽率呈负相关,生态肥料与狗牙根出芽率呈显著正相关,纤维对植物生长无显著影响。
(2)海藻多糖和纤维对新型喷混植生基材黏聚力具有显著提升作用;基材黏聚力随海藻多糖掺量的增加总体上呈先上升后下降趋势;海藻多糖掺量对于基材黏聚力提升存在一个合理范围,当海藻多糖掺量为1%、纤维掺量为0.75%时,基材黏聚力达到峰值,当海藻多糖掺量>1%时,基材黏聚力下降。
(3)海藻多糖对基材植物出芽率影响较大;随着海藻多糖掺量的增加,基材植物株高呈现快速增大、下降、再缓慢增长的趋势,植被覆盖度呈现先上升后下降趋势;生态肥料对狗牙根出芽率、株高、植被覆盖度均有着促进作用。当海藻多糖掺量为1%、生态肥料掺量5%时,狗牙根出芽率为100%,其株高达到峰值;当海藻多糖掺量为1%时,基材黏聚力最大,且狗牙根植物株高最大。

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