陶粒覆蓋對土壤水分、植物光合作用及生長狀況的影響

譚雪紅, 郭小平,趙廷寧

(1. 徐州工程學(xué)院，江蘇 221008；2. 北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京 100083)

陶粒覆蓋對土壤水分、植物光合作用及生長狀況的影響

譚雪紅1,2, 郭小平2,*,趙廷寧2

(1. 徐州工程學(xué)院，江蘇 221008；2. 北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京 100083)

以河北省廊涿高速公路中央隔離種植槽為研究地點(diǎn)，探討陶粒覆蓋對土壤水分、植物光合作用及生長狀況的影響，結(jié)果表明：(1)陶粒覆蓋有效地提高了土壤含水量，減弱了不同土層、不同月份之間的差距，兩層覆蓋(M2)效果要好于一層覆蓋(M1)。從10—60 cm土層，陶粒覆蓋對土壤含水量的影響逐漸降低，裸露地面的土壤含水量和陶粒覆蓋下的土壤含水量的差距逐漸減弱。越是干旱季節(jié)，陶粒覆蓋保水效果越明顯；(2)陶粒覆蓋對月季、大葉黃楊的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、水分利用效率(WUE)均產(chǎn)生了影響。兩植物一天當(dāng)中任何測量時(shí)刻的Pn均為M2gt;M1gt;MD(裸地)。陶粒覆蓋也提高了月季、大葉黃楊的Tr日均值，使其日變化峰值出現(xiàn)時(shí)間發(fā)生變化。陶粒覆蓋對WUE影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對Pn、Tr的影響，相互之間差異均不顯著。由于大葉黃楊的抗旱性較差，陶粒覆蓋對大葉黃楊光合特性的影響大于對月季的影響。(3)陶粒覆蓋大大提高了紫葉小檗、側(cè)柏、小葉黃楊、大葉黃楊、月季5種植物的成活率，增加了植物的地徑、株高增長量，M2的效果均好于M1。

陶粒；地表覆蓋；土壤含水量；光合作用；植物生長；廊涿高速公路

地表覆蓋是指在地面覆以某種材料的一種土壤管理方法，該方法具有保溫、節(jié)水、促進(jìn)植物生長、改善土壤生態(tài)環(huán)境等作用，是近年來得到推廣的一種具有很高經(jīng)濟(jì)效益的植物種植方法[1- 5]。通過地表覆蓋抑制了土壤的無效蒸發(fā)，充分利用了當(dāng)?shù)赝寥浪Y源和降水資源，這對于我國干旱地區(qū)提高林木成活率及作物產(chǎn)量具有重要意義[6- 7]。近年來,國外對各種覆蓋材料的水、熱效應(yīng)及對農(nóng)作物增產(chǎn)等進(jìn)行了大量研究[8- 10],同時(shí)對地表覆蓋在園林綠化中的運(yùn)用也有相關(guān)報(bào)道[11- 12]。我國關(guān)于地表覆蓋在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用研究較多，覆蓋物多以農(nóng)作物秸稈和地膜為主[13- 18]，而對其他覆蓋材料的研究甚少[19- 21]。園林綠化中覆蓋材料的運(yùn)用不但具有一定的生態(tài)效益，而且還具有一定的景觀效益[22- 23]。

廊涿高速公路中央隔離帶水泥槽兩側(cè)寬約40 cm，內(nèi)槽寬約50 cm，槽內(nèi)填土高60—80 cm。中央隔離帶兩側(cè)汽車高速行駛，水泥槽夏季高溫等導(dǎo)致了綠化帶中土壤蒸發(fā)量增大，進(jìn)一步加劇了土壤的無效蒸發(fā)，對土壤水分來說更是“雪上加霜”，大大影響了隔離帶植物的正常生長。陶粒在城市園林綠化中已有所應(yīng)用，但在公路中央隔離帶的利用未見報(bào)道。鑒于高速公路中央隔離帶的特殊性及實(shí)踐的可行性，本文就廊涿高速公路中央隔離帶陶粒覆蓋對土壤含水量及植物光合作用、生長狀況的影響進(jìn)行探討，以便為廊涿高速公路中央隔離帶地表覆蓋的實(shí)踐提供可行性參考。

1 研究區(qū)概況

廊涿高速公路位于華北平原北部的河北省界內(nèi)，路線全長58.4 km2，于2008年7月22日建成通車。該公路穿越地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。多年平均降水量為500—600 mm，而且該區(qū)降水量年內(nèi)分配不均，春旱秋澇，全年降水量80%集中在6—9月份。降水量年際變化也較大，少雨年份大部分地區(qū)降水量不足400 mm，多雨年份大部分地區(qū)降水量多于800 mm。該區(qū)水面蒸發(fā)量900—2000 mm，蒸發(fā)量隨氣溫升高而增加，降雨與蒸發(fā)時(shí)空分布的不均勻，對本區(qū)水資源的分布有直接影響。

該區(qū)地帶性土壤為棕壤或褐土。公路沿邊土壤成土母質(zhì)多為永定河沖積-淤積母質(zhì)類型，顆粒較粗，沙粘相間，土壤有機(jī)質(zhì)含量低，缺磷少氮，鉀也不豐富，且氮磷比例嚴(yán)重失調(diào)。砂土、砂壤、輕壤質(zhì)腰砂、漏砂、底砂潮土面積較大，土壤漏水漏肥。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)材料

陶粒覆蓋試驗(yàn)在廊涿高速公路固安縣內(nèi)固安東收費(fèi)站附近的中央隔離帶內(nèi)進(jìn)行。中央隔離帶土壤為來自于永定河沖積的的淤積土，土壤容重為1.067 g/cm3，pH值為7.42，全氮含量為0.46 g/kg，速效磷含量為5.27 mg/kg，速效鉀含量為98.69 mg/kg，土壤有機(jī)質(zhì)為9.00 g/kg，土壤田間持水量為28.9%。

覆蓋所用陶粒購買于北京建邦偉業(yè)公司，為低密度粉煤灰陶粒，粒徑在5—20mm之間，自身的堆積密度小于1100 kg/m3，一般為300—900 kg/m3，具有質(zhì)輕，耐腐蝕，抗凍和良好的隔絕性等多功能特點(diǎn)。植物材料月季(Rosachinensis)、大葉黃楊(Euonymusjaponicus)，紫葉小檗(Berberisthumbergiicv.atropurpurea)、小葉黃楊(Buxussinica)和側(cè)柏(PlatycladusorientalisFranco)均來自北京附近苗圃基地，為高 (50±8) cm左右的帶土球1年生灌木。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2009年4月26日進(jìn)行中央隔離帶地表覆蓋和種植試驗(yàn)。設(shè)置3種試驗(yàn)地段，每種試驗(yàn)地段長125 m左右。第一實(shí)驗(yàn)段為土壤裸露段，作為對照，用MD表示；第二實(shí)驗(yàn)段用一層陶粒進(jìn)行覆蓋，覆蓋厚度為2—3 cm，用M1表示；第三實(shí)驗(yàn)段用兩層陶粒覆蓋，覆蓋厚度為5—6 cm，用M2表示。種植苗木的株間距為50 cm，連續(xù)種植，即每種植物50株在每一試驗(yàn)段連續(xù)種植在一起。種植時(shí)進(jìn)行充分澆水，兩星期內(nèi)又進(jìn)行2次澆水以保證苗木成活，此后不再澆水。拔除雜草，以防止給苗木生長帶來不利影響。

2.3 指標(biāo)測定

2.3.1 土壤含水量的測定

從2009年5月開始至2009年11月為止，每周取土樣1次，測試野外地表覆蓋試驗(yàn)3個(gè)試驗(yàn)段10、20、40、60 cm土層深處的土壤含水量，每個(gè)土樣5次重復(fù)，從不同灌木種植處各取一土樣，以防止不同植物對土壤水分吸收的不同而影響土壤含水量差異。用烘干法測定土壤含水量，比較3個(gè)試驗(yàn)段不同深度土壤含水量差異。

2.3.2 陶粒覆蓋下植物光合作用的測定

2009年7月份上中旬試驗(yàn)段所在地幾乎沒有降雨，處于干旱狀態(tài)，此階段測定植物光合作用更有利于3試驗(yàn)段對比。因此于2009年7月10日(該日天氣晴朗)，利用Li- 6400便攜式光合作用測定儀對3試驗(yàn)段大葉黃楊和月季的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)等光合作用參數(shù)進(jìn)行測定，并計(jì)算其水分利用效率(WUE)。測定時(shí)間從8: 00—18: 00，每2 h測定1次，每一試驗(yàn)段測試3株大葉黃楊和月季，在每株苗木的中上部選取2—3片健康成熟葉片，每個(gè)葉片連續(xù)記錄5個(gè)穩(wěn)定數(shù)據(jù)，取平均值。

2.3.3 植物存活率及生長狀況的測定

于2009年5月10日對中央隔離帶種植苗木的成活狀況進(jìn)行記錄、用卷尺測量植物的株高、用游標(biāo)卡尺測量植物的地徑(分枝多的紫葉小檗、月季以地徑最大分枝測量值為準(zhǔn))，11月30日對中央隔離帶的5種植物進(jìn)行了第二次成活狀況、株高、地徑的測量紀(jì)錄，把2次測量結(jié)果對比分析。以前后2次測量值之差反應(yīng)不同苗木、不同處理下幼苗生長季生長狀況。

3 結(jié)果分析

3.1 陶粒覆蓋對土壤含水量的影響

陶粒覆蓋能有效減少土壤水分蒸發(fā)，保持土壤水分，從5—11月，不同月份，不同土層的土壤含水量均出現(xiàn)M2gt;M1gt;MD(表1)。

3.1.1 不同土層水分變化規(guī)律

10 cm土層，就7個(gè)月的平均土壤含水量而言， M1為18.37%，M2為20.10%，相對于MD分別增加30.40%、50.93%；MD和M1差異顯著(Plt;0.05)；MD和M2差異極顯著(Plt;0.01)，M1和M2之間也達(dá)到了差異顯著水平。不同月份由于其降水量不同，陶粒覆蓋相對于MD增幅不同，相對干旱的5月、7月陶粒覆蓋保水作用顯著，5月份MD土壤含水量為6.52%， M1為12.42%， M2為15.75%，土壤含水量分別增加90.46%和141.56%；7月份 M1、M2相對于MD分別增加72.87%、108.80%。而降雨量較大的8月，陶粒覆蓋對土壤含水量的增加并不顯著，M1增加6.69%，M2增加10.88%。由此可見10 cm土層陶粒覆蓋的保水效果明顯，特別是在降水量少、蒸散量大的季節(jié)，M2的效果明顯好于M1。由表1還可以看出MD不同月份之間土壤含水量差異較大，而陶粒覆蓋不同月份之間的土壤含水量差異相對較小。這說明陶粒覆蓋能夠減緩?fù)寥篮吭伦兓?。土壤裸?MD)情況下，7個(gè)月之間的變異系數(shù)為42.43%， M1下為23.05%， M2下為17.26%，M2情況下月份之間的差異小于M1，其減緩?fù)寥篮吭伦兓男Ч黠@。

表1 陶粒覆蓋下土壤含水量/%

MD: 裸地，M1: 一層陶粒覆蓋，M2: 兩層陶粒覆蓋

20、40、60 cm土層土壤含水量變化規(guī)律和10 cm土層相似，但隨著土層的加深，陶粒覆蓋對土壤含水量的影響有減小趨勢。20 cm土層陶粒覆蓋的土壤含水量的增幅小于10 cm土層的增幅，陶粒覆蓋的保水效果仍較明顯，MD不同月份之間土壤含水量變異系數(shù)為38.76%，M1為21.24%，M2為15.89%。40 cm土層，7個(gè)月的平均土壤含水量，MD和M1差異不顯著，和M2差異顯著，M1和M2之間差異不顯著，這說明隨著土層的進(jìn)一步加深，陶粒覆蓋和對照之間的差異進(jìn)一步縮??；40 cm土層陶粒覆蓋的保水效果仍較明顯，5月、7月M2的增幅仍在60%以上。60 cm土層，已經(jīng)接近廊涿高速公路中央隔離帶種植槽的底部，由于種植槽的封閉及不滲透性，在降雨量大的季節(jié)可能會出現(xiàn)底部積水現(xiàn)象。60 cm土層陶粒覆蓋的保水效果已經(jīng)不甚明顯，但在5月、7月兩層覆蓋的增幅仍在40%以上，M2土壤含水量月份之間的差異要小于M1，其減緩?fù)寥篮孔兓男Ч^一層覆蓋明顯。

3.1.2 土壤含水量均值的月變化規(guī)律

圖2 陶粒覆蓋下不同月份10—60 cm土層土壤含水量(均值)Fig.2 Changes in average of soil content from 10cm to 60cm soil depth in different month for ceramsite mulch

圖2為3種處理下10、20、40、60 cm土層條件下土壤含水量均值在5—11月的變化情況。可以看出，3種處理下，其土壤含水量均有先升高后降低的趨勢，這是由其降水量、蒸散量及土壤含水量的吸收下滲等條件決定的，7、8兩月降雨量較多，但7月份主要集中在下旬，上、中旬處于嚴(yán)重干旱狀態(tài)，導(dǎo)致了7月份土壤含水量偏低而8月份土壤含水量較高。任何月份，土壤含水量均值的排列順序均為：M2gt;M1gt;MD。3條曲線在8月份最為緊密，而5、6、7月3個(gè)排列較為松散。這說明越是干旱季節(jié)，陶粒保水效果越明顯。從其3條曲線的變化趨勢可以看出，M2曲線的變化最為平緩，M1次之， MD相對較大。MD土壤含水量最高月份的值相對于土壤含水量最低月份值的變率為53%，M1為27%，M2為19%。這也說明了陶粒覆蓋能夠減緩?fù)寥篮吭路葜g變化，為植物生長提供有利條件，這從不同土層7個(gè)月之間的變異系數(shù)得到證實(shí)。

3.1.3 土壤含水量均值隨土層深度的變化規(guī)律

圖3 陶粒覆蓋下5—11月不同土層深度土壤含水量(均值)Fig3 Changes in average of soil content from May to November under different soil depth for ceramsite mulch

圖3為3種條件下5—11月土壤含水量均值隨土層深度的變化規(guī)律，可以看出，隨著土層的加深，3種處理下土壤含水量均出現(xiàn)逐漸升高的趨勢，任何土層深度下，其土壤含水量的排序均為M2gt;M1gt;MD。隨著土層的加深，3條曲線逐漸靠攏，這說明陶粒覆蓋對土壤含水量的影響逐漸降低。M2曲線的變化最為平緩， M1次之，裸地MD變化相對較大。MD條件下，60 cm土層相對于10 cm土層，其土壤含水量變化率為42.85%，而M1為22.16%，M2為21.69%，這也說明了陶粒覆蓋能夠減緩?fù)翆又g土壤含水量的變化，為其植物生長提供長期平衡、緩和的適宜環(huán)境。M1和M2曲線排列相對緊密，而和裸地MD之間的差距較大，這從其數(shù)據(jù)的方差分析也可以看出，一層覆蓋和兩層覆蓋之間除了在10 cm土層下達(dá)到顯著差異，其余各土層它們之間的差異都不顯著。

3.2 陶粒覆蓋對植物光合作用的影響

3.2.1 測定日陶粒覆蓋下的土壤含水量

光合作用是一個(gè)復(fù)雜的生理生態(tài)過程，它受環(huán)境因子(外部因素)和植物因子(內(nèi)部因素)的影響。本文以2010年7月10日所測數(shù)據(jù)分析陶粒覆蓋對月季、大葉黃楊的Pn、Tr和WUE等指標(biāo)的影響。上午9時(shí)對3種處理下的10、20、40、60 cm處的土壤含水量進(jìn)行了測定，測量數(shù)據(jù)見表2?？梢钥闯觯?010年7月10日這天廊涿高速公路中央隔離帶土壤均處于干旱狀態(tài)，月季、大葉黃楊所植區(qū)不同土層的土壤含水量差異不大。特別是MD情況下，土壤處于嚴(yán)重缺水狀態(tài)，而M1和M2也處于一定的缺水狀態(tài)。

表2 光合作用測定日陶粒覆蓋下月季、大葉黃楊所植區(qū)不同土層的土壤含水量/%

MD: 裸地，M1: 一層陶粒覆蓋，M2: 兩層陶粒覆蓋

3.2.2 陶粒覆蓋對月季光合作用的影響

由圖4可以看出，月季凈光合速率(Pn)日變化在M2下呈“單峰型”，10:00達(dá)到最高峰(14.463 μmol·m-2·s-1)。M1下Pn日變化呈“雙峰型”，12:00出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象，峰值出現(xiàn)在10:00(10.716 μmol·m-2·s-1)和14:00(8.688 μmol·m-2·s-1)。MD下Pn日變化呈“雙峰型”，在14:00出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象，峰值出現(xiàn)在12:00(5.619 μmol·m-2·s-1)和16:00(2.057 μmol·m-2·s-1)。雖然不同處理下其峰值出現(xiàn)交替，但M2的曲線一直處于最上面，任何時(shí)刻M2的測量值均大于M1和MD，特別是和MD相比差異更大，M2減弱了月季光合作用的“午休”現(xiàn)象，增加了對午間光能的利用。M1也明顯提高了月季的Pn。MD下Pn日均值為3.427 μmol·m-2·s-1，M2下為9.662 μmol·m-2·s-1，M1為7.309 μmol·m-2·s-1；可見陶粒覆蓋通過對土壤水分、溫度及其植物生長環(huán)境的影響，從而提高月季對CO2的日同化量，促進(jìn)月季生長。方差分析顯示MD和M1差異不顯著，和M2之間的差異達(dá)到顯著水平，M1和M2之間差異不顯著。

植物一方面從土壤中吸收水分，另一方面又向大氣中蒸發(fā)水分。植物葉片的蒸騰速率(Tr)與土壤水分等條件密切相關(guān)[24]。地表覆蓋通過對其作用，從而對月季Tr也產(chǎn)生明顯的影響。M1和M2下月季的Tr均大于MD。隨著太陽輻射的增強(qiáng)，M2下的Tr迅速增加，從10:00到18:00，3種處理Tr的排序一直為：M2gt;M1gt;MD。月季在M2下的Tr日變化表現(xiàn)為“單峰型”；M1和MD下表現(xiàn)為“雙峰型”，這和Pn日變化規(guī)律相似。MD下Tr日均值為1.307 mmol·m-2·s-1，M1下為2.437 mmol·m-2·s-1，M2下為3.295 mmol·m-2·s-1；可見陶粒覆蓋對月季的Tr也產(chǎn)生了極大影響，方差分析顯示MD和M1差異顯著，和M2之間的差異達(dá)到極顯著水平，但M1和M2之間差異不顯著。

陶粒覆蓋通過對Pn及Tr的影響，對WUE也產(chǎn)生一定影響。M2下的WUE日變化從8:00開始出現(xiàn)了最高值(4.586 mmol/mol)，之后便逐漸下降，18:00達(dá)到一天中的最低值(1.113 mmol/mol)，這是由于M2下月季的Pn從10:00開始大幅度下降，而Tr雖然從12:00也開始，但趨勢和緩，下降幅度較小，從而導(dǎo)致了月季下午的WUE較小，出現(xiàn)直線型下降趨勢，14:00以后，M2下月季的WUE小于MD和M1。月季在M1下的WUE日變化表現(xiàn)為“雙峰型”。MD下的WUE日變化和M1相似，也表現(xiàn)為“雙峰型”，并且峰值出現(xiàn)時(shí)間一致，但MD下的日變化幅度較大(圖4)。M2下月季W(wǎng)UE日均值為2.829 mmol/mol，M1下為2.827 mmol/mol，MD下為2.628 mmol/mol，雖然出現(xiàn)了M2gt;M1gt;MD，但相互之間差異都不顯著，這說明了陶粒覆蓋雖然對WUE日變化幅度有一定影響，但總的來看，影響不大。

圖4 陶粒覆蓋下月季主要光合作用參數(shù)日變化Fig.4 Diurnal change of the main photosynthetic parameters of Rosa chinensis Jacq for ceramsite mulch

3.2.3 陶粒覆蓋對大葉黃楊光合作用的影響

由圖5可以看出，大葉黃楊Pn日變化在M2下呈“單峰型”，M1下呈“雙峰型”， MD下Pn日變化不明顯，一天中均處于較低狀態(tài)，這是由于MD下的土壤含水量較低，大葉黃楊處于嚴(yán)重缺水狀態(tài)，水分成為限制其光合作用的主要因子，使其內(nèi)部器官受到傷害。雖然不同處理下其峰值出現(xiàn)交替，但M2的曲線一直處于最上面，任何時(shí)刻的測量值Pn的排序均為：M2gt;M1gt;MD。M2和MD差異更大，8:00， M2測量值與MD測量值相差4.544 μmol·m-2·s-1，M2下土壤含水量得到增加，大大提高了大葉黃楊的光合作用，特別是在干旱季節(jié)，大葉黃楊抗旱性較差，裸地MD使其光合作用嚴(yán)重受損，效果就更明顯。M1也明顯提高了大葉黃楊的Pn。MD下Pn日均值為0.74μ mol·m-2·s-1，M2下為3.88 μmol·m-2·s-1，M1下為1.725 μmol·m-2·s-1；，可見陶粒覆蓋也大大地提高了大葉黃楊的Pn，特別是M2下Pn的相對增長率遠(yuǎn)大于月季的相對增長率。方差分析顯示MD和M1差異不顯著，和M2之間的差異達(dá)到極顯著水平，M1和M2之間差異顯著，方差分析顯示陶粒覆蓋對大葉黃楊Pn的影響要大于月季。

陶粒覆蓋對大葉黃楊的Tr也產(chǎn)生明顯影響。8:00，3種處理下的Tr的排序?yàn)椋篗2(0.879 mmol·m-2·s-1)gt;M1(0.435 mmol·m-2·s-1)gt;MD (0.158 mmol·m-2·s-1)(圖5)，隨著太陽輻射的增強(qiáng)，M2下的Tr迅速增加，而M1和MD曲線逐漸靠攏。說明了M2對大葉黃楊的Tr影響明顯。大葉黃楊在M2下Tr日變化表現(xiàn)為“單峰型”；M1和MD下表現(xiàn)為“雙峰型”，但MD下出現(xiàn)上午峰值提前，下午峰值滯后現(xiàn)象，這是由于MD下土壤含水量極低，太陽輻射強(qiáng)烈使大葉黃楊出現(xiàn)萎焉。MD下大葉黃楊Tr日均值為0.418 mmol·m-2·s-1，M2下為1.148 mmol·m-2·s-1，M1下為0.58 mmol·m-2·s-1；可見M2對大葉黃楊的Tr產(chǎn)生極大影響。方差分析顯示MD和M1差異不顯著，和M2之間的差異達(dá)到極顯著水平，M1和M2之間差異顯著。

陶粒覆蓋對大葉黃楊的WUE也產(chǎn)生一定影響。M2、M1和MD下的WUE日變化為“雙峰型”，其峰值出現(xiàn)時(shí)間有一定差異。3種處理下大葉黃楊的WUE日變化均較大，這說明在干旱季節(jié)里，大葉黃楊的WUE波動不均，變化不穩(wěn)定。MD下日均值為2.129 mmol/mol，M2下大葉黃楊為3.678 mmol/mol，M1下為3.049 mmol/mol，但相互之間差異都不顯著，這和對月季的WUE差異分析相似。

圖5 陶粒覆蓋下大葉黃楊主要光合作用參數(shù)日變化Fig.5 Diurnal change of the main photosynthetic parameters of Euonymus japonicus L for ceramsite mulch

3.3 陶粒覆蓋對植物生長狀況的影響

3.3.1 陶粒覆蓋對植物成活率的影響

由表3可以看出，所有植物在MD下的存活率都較低，特別是紫葉小檗和大葉黃楊，其成活率分別為6.67%和3.33%，而抗旱性較強(qiáng)的小葉黃楊的存活率也僅為40%，這可能是由于小葉黃楊對裸地周圍環(huán)境抗性較差所引起的，陶粒覆蓋對土壤及周圍環(huán)境的影響是綜合的、復(fù)雜的。MD下側(cè)柏的成活率最高(80%)，5種植物的平均成活率為24%。M1下各植物的成活率大幅度提高，小葉黃楊的成活率達(dá)到了100%，5種植物的平均成活率為71.32%。M2下側(cè)柏和小葉黃楊的成活率均為100%，5種植物的平均成活率為82.66%。

MD下5種植物成活率的變異系數(shù)最大，為104.82%，M2下的變異系數(shù)最小(20.45%)，M1下5種植物間的變異系數(shù)為28.17%，這說明陶粒覆蓋可以提高各種植物成活率，縮小由于植物本身特性的差異所引起成活率的差別，M2的效果要好于M1。方差分析顯示， M1、M2和MD均達(dá)到極顯著差異，但M1和M2之間差異不顯著。5種植物MD、M1、M2三者之間的變異系數(shù)最大的是大葉黃楊，變異系數(shù)為82.49%，最小的為側(cè)柏(12.22%)，這說明陶粒覆蓋對抗旱性較差的植物的成活率影響更為明顯。

表3 陶粒覆蓋下的5種植物的成活率/%

MD: 裸地，M1: 一層陶粒覆蓋，M2: 兩層陶粒覆蓋

3.3.2 陶粒覆蓋對植物生長速率的影響

由表4可以看出，MD下側(cè)柏地徑增加了0.28 cm，增長量最大，而紫葉小檗地徑增長量最小(0.02 cm)，側(cè)柏抗性較強(qiáng)，在困難的環(huán)境下也能較好生長。從3種處理下植物地徑增長情況來看，所有植物的增長量均為M2gt;M1gt;MD，只是增長量上有所差異： M1和MD之間，大葉黃楊的差異最大，為0.26 cm，側(cè)柏最小(0.02 cm)。M2和MD之間，仍然為大葉黃楊差別最大，為0.4 cm，而紫葉小檗相差最小(0.1 cm)。方差分析顯示：MD和M2差異顯著，和M1差異不顯著，M2和M1之間差異不顯著。3種處理下5種植物之間變異系數(shù)MD最大(115.46%)，其次為M2(48.54%)、最小的是M1(47.43%)，M2、M1下變異系數(shù)相差不大，可能是由于植物成長條件比較適宜，不同植物均得到較快生長，然而不同植物本身的生理特性決定他們生長速率的不同所導(dǎo)致。

表4 2009年5—10月陶粒覆蓋下的植物地徑增長量/cm

MD: 裸地，M1: 一層陶粒覆蓋，M2: 兩層陶粒覆蓋

由表5可以看出，MD情況下，月季的株高增加了13 cm，增長量最大，而紫葉小檗株高增長量最小。從3種處理下植物的株高增長情況來看，所有植物的增長量均為M2gt;M1gt;MD。M1和MD之間，側(cè)柏的差異最大，為14.6 cm，其次是月季，相差6.33 cm，而紫葉小檗相差最小，為1.47 cm。M2和MD之間，仍然為側(cè)柏差別最大(16.9 cm)。M2下紫葉小檗增長量大幅度提高，和MD相差6.17 cm。小葉黃楊在3種處理下增長量均較小。方差分析顯示：MD和M2差異顯著，和M1差異不顯著，M2和M1之間差異不顯著，這和對地徑的差異分析結(jié)果相似。3種處理下5種植物之間變異系數(shù)MD最大(111.38%)，其次為M1(88.77%)、最小的是M2(78.20%)，陶粒覆蓋縮小了植物間株高增長率的變異系數(shù)。

表5 2009年5—11月陶粒覆蓋下五種植物株高的增長量(cm)

MD: 裸地，M1: 一層陶粒覆蓋，M2: 兩層陶粒覆蓋

4 結(jié)論與討論

廊涿高速公路地處我國北方，降雨較少，蒸發(fā)量大，如何進(jìn)行土壤保濕，減少土壤蒸發(fā)，保持土壤水分，為植物生長營造一個(gè)穩(wěn)定的、良好的生長條件是公路綠化首先要考慮的因素。

陶粒作為一種地表覆蓋物質(zhì)能夠有效提高土壤含水量，減弱不同土層，不同月份之間的變幅，為植物生長提供一個(gè)較為穩(wěn)定的生長環(huán)境，這和其他覆蓋物質(zhì)具有一致的效果[25- 26]。劉巧玲的研究發(fā)現(xiàn)陶粒覆蓋的保水效果要好于片石、木格、樹皮和沙石[22]。本文研究表明：不同月份，不同土層的土壤含水量均表現(xiàn)為M2gt;M1gt;MD。從10 cm到60 cm土層，陶粒覆蓋對土壤含水量的影響逐漸降低，裸地和陶粒覆蓋下土壤含水量的差距逐漸減弱。越是干旱季節(jié)，陶粒覆蓋保水效果越明顯。

地表覆蓋通過對土壤水分及微域生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境的調(diào)節(jié)，間接影響植物的光合作用，進(jìn)而影響到植物生長狀況。研究地表覆蓋下植物光合生理特性是揭示其對生存環(huán)境適應(yīng)性機(jī)制的有效途徑，以便從植物生理角度為試驗(yàn)區(qū)域選擇適宜的地表覆蓋模式[27- 28]。陶粒覆蓋通過對廊涿高速公路中央隔離帶土壤水熱環(huán)境及其他環(huán)境的調(diào)節(jié)，尤其是增加了種植槽內(nèi)的土壤含水量，必將對植物的光合作用產(chǎn)生一定的影響。研究表明：陶粒覆蓋對月季、大葉黃楊的Pn、Tr、WUE均產(chǎn)生了影響，特別是兩層覆蓋，大大提高了兩植物的Pn日均值。陶粒覆蓋也提高了月季、大葉黃楊的Tr日均值，使其日變化峰值出現(xiàn)時(shí)間發(fā)生變化。由于大葉黃楊的抗旱性較差，陶粒覆蓋對大葉黃楊的影響大于對月季的影響，這說明越是干旱的環(huán)境，越是抗旱性弱的植物，其陶粒覆蓋發(fā)揮的效益越明顯。兩植物的WUE分析表明陶粒覆蓋雖然對WUE日變化幅度有一定影響，日均值排序也為M2gt;M1gt;MD，但相互之間差異均不顯著，對WUE影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對Pn、Tr的影響。

陶粒覆蓋能夠提高植物的存活率、使植物保持較好的生長勢頭，特別是對抗旱性較差的植物，其保苗、保持成長的效果更好。紫葉小檗、側(cè)柏、小葉黃楊、大葉黃楊、月季五種植物的平均成活率、胸徑、株高增長量均為：M2gt;M1gt;MD，但同時(shí)也可以看出，不同植物的增長量并不完全一致，這和不同植物的生長特性及對周圍環(huán)境的適應(yīng)性有關(guān)。

陶粒最為一種新型的地表覆蓋材料，具有質(zhì)輕價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，雖然在園林綠化的地表覆蓋中有一定的運(yùn)用，但還沒有得到普及，而把陶粒運(yùn)用到高速公路中央隔離帶綠化地表覆蓋，在我國尚為首次。通過本文研究可知陶粒覆蓋兩層的保水效果和調(diào)節(jié)光合作用及植物生長的效果均要好于一層覆蓋，但過厚的陶粒覆蓋必然會使土壤透氣性變差，從而影響植物的正常生長。月季的Pn、Tr日均值在M1和M2之間差異不顯著，大葉黃楊的Pn、Tr日均值在M1和M2之間差異顯著，而研究的5種植物的平均存活率、地徑增長量、株高增長量在M1和M2之間差異均不顯著。這說明對于大多數(shù)植物來說，一層覆蓋即可達(dá)到預(yù)期效果，而對于抗旱性較差的植物或者較干旱地區(qū)，其陶粒覆蓋可適當(dāng)增加，但不建議超過兩層的陶粒覆蓋。

[1] Sun L T, Wang Y, Ding Z T. Effects of ground surface mulching in tea garden on soil water and nutrient dynamics and tea plant growth. Chinese Journal of Applied Ecology, 2011, 22(9): 2291- 2296.

[2] Zhai S, Liang Y L, Zhang X S, Wang J Y, Dai Q H, Liu H. Effects of soil mulching on cucumber quality, water use efficiency and soil environment in greenhouse. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2008, 24(3): 65- 71.

[3] Geng G J, Bai G S, Du S N, Yu J. Effects of surface mulching on soil temperature and tomato growth in Hetao irrigation area. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2011, 31(2): 36- 41.

[4] Yao J, Wang D, Zhang X S, Xue J H. Effects of different types of mulches on soil moisture, temperature and seedling growth. Journal of Nanjing Forestry University: Natural Science Edition, 2009, 33(5): 7- 11.

[5] Diaz F, Jimenez C C, Tejedor M. Influence of the thickness and grain size of tephra mulch on soil water evaporation. Agricultural Water Management, 2005, 74(1): 47- 55.

[6] Li S X. Dryland Agriculture in China. Beijing: Science Press, 2007.

[7] Hao Y R. Effects of Eco-mat Mulching on Sands Soil and the Tree Growth. Beijing: Beijing Forestry University, 2005.

[8] Sorochan J C, Rogers J N. The effect of mulch type for turfgrass establishment within a refined wood fiber mat over Plastic. Journal of Environmental Horticulture, 2001, 19(2): 61- 64.

[9] Thomas K D, Reid W J, Comena P G. Vegetation management using Polyethylene mulch mats and Glyphosate herbicide in a coastal British Columbia hybrid poplar plantation: four-year growth response. Western Journal of Applied Forestry, 2001, 16(1): 26- 30.

[10] Sekhon N K, Hira G S, Sidhu A S, Thind S S. Response of soyabean (GlycinemaxMer.) to wheat straw mulching in different cropping seasons. Soil Use and Management, 2005, 21(4): 422- 426.

[11] Tsutomu Y, Mitsuhiro I, Ichirow K. Effects of gravel mulch on water vapor transfer above and below the soil surface. Agricultural Water Management, 2004, 67(2): 145- 155.

[12] Antonaroli R. The base of the trees: A case study into the maintenance of trees in urban areas. Genio Rurale, 2002, 65(5): 16- 21.

[13] Wang M Q, Li X D, Jing M. Effects of no-tillage with straw mulch on water saving and soil temperature. Journal of Gansu Agricultural University, 2007, 42(1): 119- 122.

[14] Wu Y Q, Qu M, Sun F, Chen Z F. Effect of straw mulching on soil physical and chemical properties, soil microorganism and environment. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2009, 25(14): 263- 268.

[15] Zhao D X, Niu J Y, Yan Z L, Zhang D Y, Zhang Y M, Yu X F. Study on principle of dry matter accumulation and distribution in rape under different field mulching and planting patterns. Agricultural Research in the Arid Areas, 2012, 30(3): 31- 36.

[16] Li L L, Wang Z H, Wang X N, Zhang W W, Li X H, Li S X. Effects of soil-surface mulching on organic carbon, inorganic carbon and light fraction organic carbon in dryland soil. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2009, 15(2): 478- 483.

[17] Zhai S, Liang Y L, Wang J Y, Dai Q H, Du S N, You H X, Chen J R. Effects of soil surface mulching on the growth and physiological characteristics of grafted and non-grafted cucumbers in solar greenhouse. Chinese Journal of Applied Ecology, 2006, 17(6): 1039- 1044.

[18] Zhou M J, Liang Y L, He L N, Gao J, Wei Z X, Huang M L, Wu Y. Influences of soil mulching approaches on WUE, fruit quality and nitrate distribution of capsicum. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2009, 15(1): 155- 163.

[19] Mao X S, Zeng J H. A study of effects of the concrete mulch on movement of soil water and soil heat transfer. Chinese Journal of Ecology, 2000, 19(2): 68- 71.

[20] Wang J X, Huang B L, Luo W X. Influence of drought process on evaporation under partial mulching conditions. Journal of Northwest Sci-Tech University of Agriculture and Forestry: Natural Science Edition, 2004, 32(9): 106- 109.

[21] Zhuang S Y, Yin B, Zhu Z L. A simulation study on effect of surface film-forming material on water evaporation. Pedosphere, 2001, 11(1): 67- 72.

[22] Liu Q L. Study on Experiment of Soil Water-Saving with Mulches on Street Green Belt. Urumqi: Xinjiang Agricultural University, 2006.

[23] Wang C, Qie G F, Peng Z H. Application value of organic ground surface mulch in urban forestry construction. Chinese Journal of Applied Ecology, 2005, 16(11): 2213- 2217.

[24] Zhang H, Wang B T, Zheng P L. Study on transpiration rate of black locust under different soil water content in semi-arid region Loess plateau. Journal of Soil and Water Conservation, 2006, 20(2): 122- 125.

[25] Hadrian F C, Gerardo S B V, Howard C L. Mulch effects on rainfall interception, soil physical characteristics and temperature underZeamaysL. Soil and Tillage Research, 2006, 91(1/2): 227- 235.

[26] Hou L T, Jiao N Y, Han B, Jiang X D, Li Z J. Effects of different covering methods on soil water distribution. Journal of Irrigation and Drainage, 2007, 26(1): 47- 50.

[27] Luo Y Z, Cheng Z Y. Impact of water stress on leaf water potential, transpiration rate (Tr) and stomatal conductance (Gs) of Alfalfa. Acta Agrestia Sinica, 2011, 19(2): 215- 221.

[28] Zhang Y, Xie Y S, Hao M D, Li X. Effects of different surface mulch models and physiological ecology factors on apple photosynthesis. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2010, 30(1): 125- 130.

參考文獻(xiàn):

[1] 孫立濤, 王玉, 丁兆堂. 地表覆蓋對茶園土壤水分、養(yǎng)分變化及茶樹生長的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 22(9): 2291- 2296.

[3] 耿桂俊, 白崗栓, 杜社妮, 于健. 地表覆蓋對河套灌區(qū)土壤水熱和番茄生長的影響. 水土保持通報(bào), 2011, (2): 36- 41.

[4] 姚健, 王丁, 張顯松, 薛建輝. 不同地表覆蓋方式對土壤水分、溫度及幼苗生長的影響. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2009, 33(5): 7- 11.

[7] 郝亦榮. 生態(tài)墊覆蓋對沙地土壤及林木生長的影響. 北京: 北京林業(yè)大學(xué), 2005.

[13] 王明權(quán), 李效棟, 景明. 覆蓋免耕的節(jié)水效應(yīng)與土壤溫度的變化. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 42(1): 119- 122.

[14] 吳涌泉, 屈明, 孫芬, 陳祖富. 秸稈覆蓋對土壤理化性狀、微生物及生態(tài)環(huán)境的影響. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2009, 25(14): 263- 268.

[15] 趙東霞, ?？×x, 閆志利, 張東昱, 張艷明, 俞興芳. 不同地表覆蓋方式油菜花后干物質(zhì)積累與分配規(guī)律研究. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2012, 30(3): 31- 36.

[16] 李利利, 王朝輝, 王西娜, 張文偉, 李小涵, 李生秀. 不同地表覆蓋栽培對旱地土壤有機(jī)碳、無機(jī)碳和輕質(zhì)有機(jī)碳的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2009, 15(2): 478- 483.

[17] 翟勝, 梁銀麗, 王巨媛, 戴全厚, 杜社妮, 由海霞, 陳甲瑞. 地表覆蓋對溫室黃瓜生長及生理特性的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 17(6): 1039- 1044.

[18] 周茂娟, 梁銀麗, 賀麗娜, 高靜, 韋澤秀, 黃茂林, 吳燕. 地表覆蓋方式對辣椒水分利用效率、果實(shí)品質(zhì)及氮素分布的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2009, 15(1): 155- 163.

[19] 毛學(xué)森, 曾江海. 硬覆蓋對土壤水熱傳輸及作物生長發(fā)育影響的試驗(yàn)研究. 生態(tài)學(xué)雜志, 2000, 19(2): 68- 71.

[20] 王進(jìn)鑫, 黃寶龍, 羅偉祥. 局部覆蓋條件下干旱過程對土壤水分蒸發(fā)的影響. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2004, 32(9): 106- 109.

[22] 劉巧玲. 街道綠化帶土壤覆蓋保水技術(shù)試驗(yàn)研究. 烏魯木齊: 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué), 2006.

[23] 王成, 郄光發(fā), 彭鎮(zhèn)華. 有機(jī)地表覆蓋物在城市林業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用價(jià)值. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 16(11): 2213- 2217.

[24] 張華, 王百田, 鄭培龍. 黃土半干旱區(qū)不同土壤水分條件下刺槐蒸騰速率的研究. 水土保持學(xué)報(bào), 2006, 20(2): 122- 125.

[26] 侯連濤, 焦念元, 韓賓, 江曉東, 李增嘉. 不同覆蓋方式對土壤水分分布的影響. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2007, 26(1): 47- 50.

[27] 羅永忠, 成自勇. 水分脅迫對紫花苜蓿葉水勢、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度的影響. 草地學(xué)報(bào), 2011, 19(2): 215- 221.

[28] 張義, 謝永生, 郝明德, 李曉. 地表覆蓋及生理生態(tài)因子對蘋果樹光合特性的影響. 水土保持通報(bào), 2010, 30(1): 125- 130.

Effectsofceramsitemulchingonsoilwatercontent,photosyntheticphysiologicalcharacteristicsandgrowthofplants

TAN Xuehong1, 2, GUO Xiaoping2,*, ZHAO Tingning2

1XuzhouInstituteofTechnology,Xuzhou,JiangsuProvince221008,China2SchoolofSoilandWaterConservation.BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China

In this study, we investigated the effects of a combination of surface coverage and planting as well as the effects of ceramsite mulching on soil water content and the photosynthetic physiological characteristics of plants located in the central isolation belt of Langzhuo Highway in Hebei Province. The results were as follows: (1) Ceramsite mulching increased the soil water content, reduced the soil water content disparity among soil depths and months, and provided a more stable environment for growth. In addition, two layers of ceramsite (M2) had better effects than did a single layer of ceramsite (M1). The overall order of soil water content in soil at different depths or during different months was as follows: two layers of ceramsite (M2)gt; a single layer of ceramsite (M1)gt; bare soil (MD). The effects of ceramsite mulching on soil water content decreased with soil depth from 10 to 60 cm, while the difference in soil water content between bare soil and areas subject to ceramsite mulching was gradually reduced at these depths. During greater drought months, the effects of ceramsite mulching on soil water were obvious. (2) Moreover, ceramsite mulching had an impact on the net photosynthesis (Pn), transpiration (Tr) and water use efficiency (WUE) ofEuonymusjaponicusandRosachinensis. Specifically, the order of net photosynthesis (Pn) of the two plants at any time of the measurement day was two layers of ceramsite (M2)gt; a single layer of ceramsite (M1) gt;bare soil (MD). Furthermore, the average net photosynthesis (Pn) of the two plants was greatly improved under two layers of ceramsite (M2). The average transpiration (Tr) of the two plants also improved, and the spike times changed in response to ceramsite mulching. Variations in the water use efficiency (WUE) among the two plants were affected by ceramsite mulching, with the order of diurnal averages being two layers of ceramsite (M2)gt;a single layer of ceramsite (M1)gt; bare soil (MD); however, the differences between each other were not significant. Moreover, the effects of ceramsite mulching on water use efficiency (WUE) were much lower than the effects on net photosynthesis (Pn) and transpiration (Tr). Because the drought-resistance ofEuonymusjaponicuswas worse than that ofRosachinensis, the effects of ceramsite mulching onEuonymusjaponicuswere greater than onRosachinensis. (3) Ceramsite mulching affected plant survival and growth through its effects on soil and the other conditions of plant growth. Specifically, ceramsite mulching greatly improved the survival rates ofEuonymusjaponicusL,PlatycladusorientalisFranco,RosachinensisJacq,Berberisthumbergiicv.atropurpureaandEuonymusjaponicusLand increased the growth of diameter at breast height and the height of all five of these plants. The order of survival rates, growth of diameter at breast height and height of the five plants were as follows: two layers of ceramsite (M2)gt;a single layer of ceramsite (M1)gt;bare soil (MD). M2 showed better results than M1, but there were no significant differences between two layers of ceramsite (M2) and a single layer of ceramsite (M1).

ceramsite; mulching technique; soil water content; photosynthesis; plant growth; Langzhuo Highway

江蘇省高校自然科學(xué)研究項(xiàng)目(09KJD610005)；徐州市科技計(jì)劃指導(dǎo)項(xiàng)目(XZZD1063)；國家住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部課題(2011k629)；河北省廊涿高速公路管理處項(xiàng)目

2013- 05- 07;

2013- 07- 18

*通訊作者Corresponding author.E-mail: guoxp@ bjfu. edu. cn

10.5846/stxb201305070973

譚雪紅, 郭小平,趙廷寧.陶粒覆蓋對土壤水分、植物光合作用及生長狀況的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2013,33(19):6097- 6106.

Tan X H, Guo X P, Zhao T N.Effects of ceramsite mulching on soil water content, photosynthetic physiological characteristics and growth of plants.Acta Ecologica Sinica,2013,33(19):6097- 6106.