幾種灌藤植被根系分布與固持土壤效果評價(jià)

苗曉靖，陳赫男，馬 睿，宋 元，郭瑩瑩

(泰安市水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，山東 泰安 271000)

幾種灌藤植被根系分布與固持土壤效果評價(jià)

苗曉靖，陳赫男，馬 睿，宋 元，郭瑩瑩

(泰安市水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，山東 泰安 271000)

灌藤植被；根系分布；固持土壤效果；土石山區(qū)；山東

為優(yōu)化水土保持植被配置，對山東土石山區(qū)11種灌藤林地的根系分布和土壤侵蝕模數(shù)進(jìn)行了測定，結(jié)果表明：11種灌藤植被中，紫穗槐根系水平和垂直分布的根幅最大，在相同降雨條件下葛藤林防止土壤侵蝕效果最佳。通過綜合評價(jià)和聚類分析，選擇出了6種適宜干旱瘠薄區(qū)域、生長良好、水土保持功能較強(qiáng)的灌藤植被：葛藤、紫穗槐、胡枝子、多花薔薇、黃荊、山楂葉懸鉤子。

我國是世界上水土流失最嚴(yán)重的國家之一。多年的理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐證明，生物措施是防治水土流失的重要措施之一，改善生態(tài)環(huán)境的核心是恢復(fù)和建設(shè)植被[1]。灌藤植被生長能力強(qiáng)，枝葉稠密，樹冠緊貼地表，能有效防止雨滴擊濺侵蝕，起到分散、滯緩、過濾地表徑流，攔蓄降雨，促進(jìn)地表徑流下滲的作用，同時(shí)具有適應(yīng)性強(qiáng)、耐干旱、耐瘠薄、生長穩(wěn)定、耗水少等特點(diǎn)，是干旱瘠薄山區(qū)造林的先鋒樹種。多數(shù)灌木根系發(fā)達(dá)，根系在土體中穿插、纏繞，新陳代謝旺盛，周圍的生物活動(dòng)頻繁，增加了土壤的孔隙度，降低了土壤容重，使土壤形成良好的理化性狀[2]；根系生長過程中的分泌物及枯落物和死亡根系腐爛分解形成的腐殖質(zhì)，提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，使土壤形成良好的結(jié)構(gòu)體；穿插在土體中的細(xì)小根系可防止土體在水中分散破碎，在相同的土壤中，土壤根系含量越多，其抗蝕性越強(qiáng)，地表徑流對土壤的沖刷程度越低[3]。根系在土壤中的分布特征隨植被類型、種植密度及立地條件的不同表現(xiàn)出很大的差異，而對同一植被類型來說它的根系分布特征是相似的[4]。本研究旨在通過對山東土石山區(qū)11種灌藤植被根系分布和土壤侵蝕模數(shù)的測定，評價(jià)其固持土壤效果，提出具有較高水土保持效益的灌藤植被配置，為水土流失區(qū)灌藤植被的營造提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)泰山羅漢崖林場海拔400—700 m，總面積127.6 hm2，其中林地面積125.9 hm2，占總面積的98.67%，無林地面積1.7 hm2。巖石為花崗片麻巖，土壤為粗骨棕壤，坡位為山坡中部。多年平均氣溫12.1 ℃，極端最低氣溫-28 ℃，極端最高氣溫40.3 ℃，多年平均降水量690.3 mm，≥10 ℃積溫4 300 ℃，無霜期198 d 。林場樹種有黑松、赤松、側(cè)柏、刺槐、黃連木、五角楓、麻櫟、栓皮櫟等，其中針葉林占總面積的34.48%。在土壤瘠薄或造林困難的地區(qū)，灌藤植被有胡枝子、山楂葉懸鉤子、柘樹、酸棗、黃荊、杠柳、杜梨、紫穗槐、葛藤、多花薔薇、連翹等。草本植物主要有白羊草、黃背草、鬼針草等。

2 研究方法

2.1 根系生物量及其長度的測定

根系生物量及其長度的調(diào)查采用整株挖掘法。在胡枝子、山楂葉懸鉤子、柘樹、酸棗、黃荊、杠柳、杜梨、紫穗槐、葛藤、多花薔薇、連翹這11種灌藤植被林分中各選一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地，在每個(gè)林分的標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選取3株標(biāo)準(zhǔn)木，于2008年9月，以標(biāo)準(zhǔn)木為中心，布設(shè)與每株平均所占面積相等的樣方，每10 cm為一層分別挖掘土壤，深至基巖層。用水沖法把每一土層內(nèi)的根系沖出，在清水中洗凈，用游標(biāo)卡尺度量，按φ<1、1≤φ<3、3≤φ<5、φ≥5 mm 4個(gè)徑級分類，測量每一層內(nèi)各徑級根系的總長度，然后放置烘箱中烘干(85 ℃)，稱量，計(jì)算根系生物量。

2.2 土壤侵蝕模數(shù)的測定

2007年12月，在每個(gè)林分內(nèi)選取3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地(10 m×10 m)，在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)均勻布設(shè)500個(gè)標(biāo)尺，共計(jì)16 500個(gè)標(biāo)尺。2008年12月，只測量因徑流沖刷而裸露的標(biāo)尺深度，不測量因淤積而掩埋的標(biāo)尺厚度，可用的標(biāo)尺為7 500個(gè)，計(jì)算各林地土壤侵蝕模數(shù)。

3 結(jié)果與評價(jià)

3.1 不同灌藤植被類型根系分布

灌藤植被具有強(qiáng)大的根系，垂直分布深，水平分布廣，對保持水土、涵養(yǎng)水源、固結(jié)土壤和母巖、防治水土流失起著重要的作用。不同灌藤植被類型的根系結(jié)構(gòu)見表1。

根系的水平分布范圍：灌木林以紫穗槐為最大，單株根幅3.56 m；藤本植物以葛藤為最大，單株根幅為2.65 m。根系的垂直分布深度：灌木林以紫穗槐根最深，為0.86 m；藤本植物以葛藤根最深，為0.75 m。

表1 不同水土保持灌藤植被的根系分布

3.2 不同灌藤植被類型防止土壤侵蝕效應(yīng)

不同水土保持灌藤植被土壤侵蝕測定結(jié)果見表2。在相同降雨條件下，土壤侵蝕模數(shù)以葛藤林最小，為270 t/km2，酸棗林最大，為1 755 t/km2。酸棗林、杜梨林、柘樹林、杠柳林、連翹林、山楂葉懸鉤子林、黃荊林、胡枝子林、紫穗槐林、多花薔薇林的土壤侵蝕量分別是葛藤林的6.5、6.15、5.0、4.0、3.5、3.0、2.5、2.0、2.0、1.6倍，水土保持的減蝕效益以葛藤林最好。

表2 不同水土保持灌藤植被土壤侵蝕測定

3.3 不同灌藤植被類型的保土功能綜合評價(jià)

利用極差標(biāo)準(zhǔn)化消除量綱，公式為(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)。通過專家打分法確定各指標(biāo)的權(quán)重，土壤容重、土層厚度、根頸直徑、水平根幅、垂直根幅、根系含量、根干重、年生物量、土壤侵蝕模數(shù)9項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重分別為0.1、0.2、0.1、0.1、0.2、0.2、0.1、0.2、-0.2。根據(jù)各指標(biāo)的測定值及權(quán)重，得出不同水土保持灌藤植被類型保土功能的綜合評價(jià)結(jié)果，見表3。

由表3可以看出，土石山區(qū)水土保持灌藤植被類型以葛藤的保土功能最強(qiáng)，評價(jià)結(jié)果為 0.77，酸棗的最小，為0.13。11種灌藤植被的蓄水保土功能按大小排序?yàn)椋焊鹛?紫穗槐>胡枝子>多花薔薇>黃荊>山楂葉懸鉤子>連翹>杜梨>柘樹>杠柳>酸棗。

對土石山區(qū)不同水土保持灌藤植被類型保土功能進(jìn)行系統(tǒng)聚類法分析歸類，11種林分的保土功能從大到小可分為：第一類，葛藤、紫穗槐、胡枝子；第二類，多花薔薇、黃荊、山楂葉懸鉤子；第三類，連翹、杜梨、杠柳；第四類，柘樹、酸棗。

4 結(jié) 論

(1)根系的水平分布，以紫穗槐單株根幅最大，根系互相連接，密集成網(wǎng)狀，固結(jié)土壤能力強(qiáng)；而杜梨、酸棗、杠柳的根系分布是單根延伸，側(cè)根少，細(xì)根少，固結(jié)土壤性能較差。從根系的垂直分布看，紫穗槐根深最大，根系能伸入頁巖縫隙內(nèi)生長，固結(jié)土壤和母巖，防止山剝皮、滑坡、山崩等。

(2)在相同降雨條件下，防止土壤侵蝕效果以葛藤林最好，之后依次是多花薔薇林、紫穗槐林、胡枝子林、黃荊林、山楂葉懸鉤子林、連翹林、杠柳林、柘樹林、杜梨林、酸棗林。

(3)通過對山東土石山區(qū)11種水土保持灌藤植被的保土功能進(jìn)行評價(jià)和聚類分析，選擇出適宜山東土石山區(qū)干旱瘠薄區(qū)域、生長良好、水土保持功能較強(qiáng)的紫穗槐、胡枝子、黃荊、山楂葉懸鉤

表3 不同灌藤植被類型固持土壤能力綜合評價(jià)結(jié)果

子4種灌木和葛藤、多花薔薇2種藤本植物。

[1] 李延成,程傳民,楊吉華,等.新泰市土門林場不同混交林枯落物層持水性能的研究[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào),2007(1):69-75.

[2] 李任敏,常建國,呂皎,等.太行山主要植被類型根系分布及對土壤結(jié)構(gòu)的影響[J].山西林業(yè)科技,1998(1):17-19.

[3] 張金池,康立新,盧義山,等.蘇北海堤林帶樹木根系固土功能研究[J].水土保持學(xué)報(bào),1994,8(2):43-48.

[4] 唐金生,張如良.林分根系分布及其對土壤抗沖性的影響[J].浙江林業(yè)科技,2005,25(4):29-31.

(責(zé)任編輯 徐素霞)

山東省水利廳資助項(xiàng)目

S157

A

1000-0941(2015)02-0050-03

苗曉靖(1977—)，女，內(nèi)蒙古興安盟人，工程師，碩士，主要從事水土保持科學(xué)研究、規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。

2014-04-28