在过去几十年里，高速公路、铁路的建设直接导致了大量裸露岩石斜坡的形成，尤其是在中国西南部的山区和丘陵地区。通过自然恢复来恢复土壤生态系统通常需要很长时间，因此需要采用人工恢复方法来促进生态恢复。客土喷播技术（ESSS）是一种向斜坡表面喷洒人工土壤混合物以建立土壤层的技术。这一过程通过在金属网架上覆盖含有腐殖质、稻草、可溶性化学肥料、粘合剂、保水剂、植物种子混合物和回填土的人工土壤来保持斜坡的稳定性。ESSS通常旨在快速恢复植被并控制边坡侵蚀，但人工土壤促进植物生长的长期可用性存在疑问。斜坡上的人工土壤可能在长期降雨侵蚀下对土壤质量造成损害。然而，土壤质量发生了哪些变化？目前还不清楚。为了成功实现边坡的生态恢复，必须评估人工土壤质量的长期可用性。

       准确而一致的土壤质量评估需要一种系统性的方法来测量和分析土壤性质。土壤质量评价的第一步是确定土壤质量指标。建立土壤质量指标体系是选择土壤质量指标，然后在指标筛选和分析的基础上建立总数据集（TDS），并利用主成分分析（PCA）构建最小数据集（MDS），以减少土壤质量评估中的数据冗余和所需时间和成本。通过评分函数分析对关键指标进行标准化和打分，最终将这些值整合为土壤质量指数（SQI）值，这些值可以直观地反映特定情况下的土壤质量。本研究引入了这种方法来评估人工土壤质量主要有两个原因:第一个原因是建立建立的MDS可以确定最敏感的土壤指标响应对土壤变化的影响;另一个原因在于SQI是一种准确有效的评价方法并已成功应用于许多地区。整体本研究的目的有三个:（1）建立一个MDS来确定人工土壤改良最敏感指标;（2）对不同修复时间下土壤质量进行评价;（3）提供理论参考并提出了改善切岩边坡人工土壤质量的建议。

       本研究以四川省遂宁火车站的岩石斜坡为例，从修复20年、13年和9年的铁路南北边坡中采集土壤样本。测量了15个可能的土壤质量指标，并将不同恢复时间之间的差异作为TDS。采用PCA方法和相关矩阵分析（CMA）确定了MDS，并将MDS中的指标通过标准化评分函数（SSF）和加权加法方法整合为SQI。结果表明：（1）随着恢复时间的延长，SQI呈上升趋势；（2）不同恢复时间的SQI差异显著，说明SQI可以作为评价ESSS技术效果的有效指标；（3）修复时间越长，人工土壤质量越高；（4）在同一修复年份中，北坡的土壤质量指数高于南坡。总的来说，ESSS是一种能够有效促进岩石边坡生态恢复的技术，但仍然存在改进的空间。在未来的岩石边坡生态重建中，应更加关注南坡土壤质量的恢复。

       该研究成果近期发表于Ecological Engineering，第一作者为朱梦克，通讯作者为艾小燕，还有来自四川大学的合作研究人员。此项研究得到了中国国家自然科学基金、国家重点研发计划、河南省科技发展计划联合基金的共同支持。

论文信息：

Mengke Zhu., Xiaoyan Ai., Meihua Sheng., Shenghao Ai., Ning Miao., Yingwei Ai. (2024). Using a soil quality index to evaluate the artificial soil quality response to rehabilitation time. Ecological Engineering.

论文链接: https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2024.107234

图1. 不同修复年限的边坡土壤质量指数。