两种不同生物质结皮制剂影响沙地植被恢复的盆栽试验研究
摘要 为探讨两种不同的生物质结皮制剂对沙地植被恢复的影响，进行了沙土盆栽试验。试验设两个处理（Ｔ１和 Ｔ２），１个对照（ＣＫ），其中 Ｔ１为结皮制剂１（木质素磺酸钠＋纤维素）＋复合肥料＋植物种子，Ｔ２为结皮制剂２（木质素磺酸钙＋纤维素）＋复合肥料＋植物种子，ＣＫ 为复合肥料＋植物种子。对每个处理的土壤含水率、结皮硬度、物种多样性、生物量、植株含水率、植株茎高、植株基径等指标进行观测。结果表明：与 ＣＫ 相比，Ｔ１和 Ｔ２均可显著提高沙土含水率、植株含水率、结皮硬度与生物量，并提升物种多样性。Ｔ２与 Ｔ１相比，处理效果更优。
人工生物质结皮技术是近年来沙地植被恢复的一种新思路、新方法［１－３］。人工生物质结皮是指以来源于植物的木质素和纤维素为功能性生物高分子材料，人工将其与表层土壤／砂混合制作形成的结皮，其从组成上区别于生物结皮和化学结皮［４］。生物结皮虽可以促进成土过程和土壤的发育，但该方法研究多集中于天然结皮，在沙地应用中困难较大，实际应用不多［５－６］；化学结皮虽具有结皮速度快、强度高、固沙效果显著的优点，但在环境安全性、使用成本、后期养护成本等方面有不同程度的缺陷，且化学结皮更多以固定表土为主要目的，植被恢复功能方面考虑较少［７］。
生物高分子材料曾被用于植被恢复研究，现仍处于探索研究阶段。人工生物质结皮是在荒漠化土地表层使用生物高分子材料形成结皮，其成分中的木质素是一种天然高分子材料［８］，加入少量的短纤维或其他可溶性高分子化合物，再添加一些表面活性剂和起泡剂。
人工生物质结皮有很好的浸润性，具有活化土壤种子库等功能，植物的幼苗长出时，可自行顶破；另外，它会逐渐降解，变成腐殖酸肥料，降解前覆盖在土壤表面，降低地表蒸发，提高地温，改善土壤环境条件；同时，由于木质素有杀菌的作用和吸收紫外线的能力，还能帮助植物提高抗病能力［９］５－６。
人工生物质结 皮的优点 是环 境友好、施工简便、无须后期养护，且成本低、见效快，材料成本低于１元／ｍ２，明显低于其他方法所用成本［１０］，可迅速改良荒漠化土地，为植物生长创造良好的生长条件，提高生态环境工程建设的质量和效率。王瑞君等［１１］１４０和舒 鑫等［１２］３７０曾应用该 方法分别在甘肃民勤沙地和山西黄土地区进行过尝试，效果良好。
生物高分子材料曾被用于植被恢复研究，现仍处于探索研究阶段。人工生物质结皮是在荒漠化土地表层使用生物高分子材料形成结皮，其成分中的木质素是一种天然高分子材料［８］，加入少量的短纤维或其他可溶性高分子化合物，再添加一些表面活性剂和起泡剂。
人工生物质结皮有很好的浸润性，具有活化土壤种子库等功能，植物的幼苗长出时，可自行顶破；另外，它会逐渐降解，变成腐殖酸肥料，降解前覆盖在土壤表面，降低地表蒸发，提高地温，改善土壤环境条件；同时，由于木质素有杀菌的作用和吸收紫外线的能力，还能帮助植物提高抗病能力［９］５－６。
人工生物质结 皮的优点 是环 境友好、施工简便、无须后期养护，且成本低、见效快，材料成本低于１元／ｍ２，明显低于其他方法所用成本［１０］，可迅速改良荒漠化土地，为植物生长创造良好的生长条件，提高生态环境工程建设的质量和效率。王瑞君等［１１］１４０和舒 鑫等［１２］３７０曾应用该 方法分别在甘肃民勤沙地和山西黄土地区进行过尝试，效果良好。
本试验是在前人研究的基础上改进了人工生物质结皮制剂（以下简称结皮制剂）成分，并在沙土盆栽上做试验，对比观测结皮制剂 Ｔ１和 Ｔ２在沙土上的保水性能、结皮硬度、物种多样性、植株长势等指标上的差异，确定更有利于沙地植被恢复的结皮制剂配方，以利于今后在沙漠化治理或生态修复过程中提高生态环境工程建设的质量和效率。
１ 材料和方法
１．１ 试验地概况
本试验设在黑龙江省大庆市高新区黑龙江八一农垦大学校内西北角试验地。该试验地地处北温带亚欧大陆性季风区内，为半湿润的温带气候型，年平均降水量为４４０．２ｍｍ，年平均蒸发量为１ ６０３．２ｍｍ，年平均风速为４．１ｍ／ｓ，最大风速为２９．９ｍ／ｓ，土壤类型为典型的盐化草甸土，植被群落为羊草群落。
１．２ 试验材料
本试验采用盆栽，其中盆的直径为３０ｃｍ，盆中装满沙土，并将盆摆放到地势平坦、有阳光直射、通风性较好、四面无遮挡物的地方，且盆的摆放均匀一致。试验材料分为结皮制剂、复合肥料、植物种子３个部分。结皮制剂主要包括木质素（木质素磺酸钠、木质素磺酸钙）、纤维素等成分（木质素和纤维素均为山东某股份有限公司生产），具有固定表土、吸湿保水、抗蒸发及营养植物等功能［９］６；复合肥料为某化肥股份有限公司生产；人工播种的植物种子包括紫花苜蓿（Ｍｅｄｉｃａｇｏ ｓａｔｉｖａ）、波斯菊（Ｃｏｓｍｏｓ ｂｉｐ－ｉｎｎａｔａ Ｃａｖ．）。
２０１５年５月２３日，将沙土装入盆中，同时按干河沙∶结皮制剂（体积比）＝３∶１混合成结皮基质组分，在沙土表层播撒植物种子、复合肥料及结皮基质组分，复合肥料施用量约为１５ｇ／ｍ２，人工播撒紫花苜蓿种子和波斯菊种子（用量均约为１０ｇ／ｍ２），最后，喷洒适量水（约２．５Ｌ／ｍ２）用以溶解结皮制剂组分，此后不再对各盆栽进行任何处理。试验设置 Ｔ１（结皮制剂１（木质素磺酸钠＋纤维素）＋复合肥料＋植物种子）、Ｔ２（结皮制剂２（木质素磺酸钙＋纤维素）＋复合肥料＋植物种子）、ＣＫ（复合肥料＋植物种子，作为对照）３ 个试验处理，每个试验处理３个重复。
２０１５年５月２３日，将沙土装入盆中，同时按干河沙∶结皮制剂（体积比）＝３∶１混合成结皮基质组分，在沙土表层播撒植物种子、复合肥料及结皮基质组分，复合肥料施用量约为１５ｇ／ｍ２，人工播撒紫花苜蓿种子和波斯菊种子（用量均约为１０ｇ／ｍ２），最后，喷洒适量水（约２．５Ｌ／ｍ２）用以溶解结皮制剂组分，此后不再对各盆栽进行任何处理。试验设置 Ｔ１（结皮制剂１（木质素磺酸钠＋纤维素）＋复合肥料＋植物种子）、Ｔ２（结皮制剂２（木质素磺酸钙＋纤维素）＋复合肥料＋植物种子）、ＣＫ（复合肥料＋植物种子，作为对照）３ 个试验处理，每个试验处理３个重复。
１．３ 数据采集和分析
２０１５年５月２３日至９月１８日每月选取连续多天无降雨日利用土壤水分速测仪（ＴＲ－１９型）测定沙土表层５ｃｍ 深处含水率，６ 月 ２７ 日使用土壤紧实度仪（ＳＣ－９００型）对结皮硬度进行测量，７月１０日对不同处理的物种多样性进行统计，９月３０日对各处理植物生长指标和生物量进行统计。丰富度、多样性指 数 （包 括 Ｇｌｅａｓｏｎ 指 数、Ｓｉｍｐｓｏｎ 指 数、Ｓｈａｎ－ｎｏｎ－Ｗｅｉｎｅｒ指数）和 Ｐｉｅｌｏｕ均匀度指数等指标的计算参考文献［１３］。