浦陽江下游江岸草本植物根系對(duì)土壤抗沖性的影響

陳 浩, 余毅敏, 唐旭棟, 周之靜, 趙雅青

(杭州市園林綠化股份有限公司, 杭州 310000)

浦陽江下游江岸草本植物根系對(duì)土壤抗沖性的影響

陳 浩, 余毅敏, 唐旭棟, 周之靜, 趙雅青

(杭州市園林綠化股份有限公司, 杭州 310000)

采用7級(jí)目測(cè)法對(duì)浦陽江下游江岸草本植物進(jìn)行了調(diào)研，篩選出了當(dāng)?shù)氐膬?yōu)勢(shì)草本，并對(duì)其根系密度、土壤抗沖性增強(qiáng)效應(yīng)進(jìn)行了分析，補(bǔ)充了植物根系對(duì)江岸土壤抗沖性影響的基礎(chǔ)資料。研究發(fā)現(xiàn)：(1) 浦陽江下游江岸的優(yōu)勢(shì)草本植物是狗牙根、水蓼、蘆葦、芒、雙穗雀稗；(2) 5種草本植物根系(d≤1.0 mm)在土壤表層(0—30 cm)均有較多分布，根系密度隨著土層的垂直分布深度增加而減少，其規(guī)律服從指數(shù)函數(shù)關(guān)系分布；(3) 5種優(yōu)勢(shì)草本根系均能增強(qiáng)浦陽江下游江岸土壤的抗沖性，增強(qiáng)值分別如下：蘆葦14.16，芒12.53，狗牙根5.39，雙匯雀稗5.01，水蓼4.41。5種優(yōu)勢(shì)草本均能在浦陽江消落帶植被構(gòu)建中發(fā)揮土壤抗沖性增強(qiáng)效應(yīng)，尤其是蘆葦與芒的增強(qiáng)效應(yīng)最為明顯。

浦陽江; 土壤抗沖性; 根系密度; 草本植物

浦陽江是錢塘江下游的一條支流，自古以來洪澇災(zāi)害頻繁，素有“浙江小黃河”之稱[1]，其中湄池至三江口河段屬下游河段，河道彎曲，受梅雨及錢塘江潮水頂托的雙重影響，排泄不暢，洪水時(shí)常泛濫成災(zāi)[2-3]。因此，在浦陽江下游江岸建設(shè)中水土保持成為一個(gè)重要議題。

植被構(gòu)建是水土保持中最有效和最根本的方法[4]。植被減少表土侵蝕的早期研究主要集中于植物地上部分，包括冠層的截留和枯枝落葉層的涵水作用[5]，之后人們意識(shí)到植物通過地下根系的盤繞、固結(jié)作用，也能發(fā)揮穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤抗侵蝕能力的效應(yīng)[6]。其中，土壤抗沖性是研究土壤抗侵蝕能力的一項(xiàng)重要內(nèi)容，根系對(duì)土壤抗沖性的影響研究最早由蘇聯(lián)的土壤學(xué)家古薩克發(fā)起[7]，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，己經(jīng)取得了可觀的研究成果，但國內(nèi)研究對(duì)象多以黃土高原為主[6,8-10]，河岸領(lǐng)域鮮有報(bào)道[11-12]。

消落帶頻繁的水淹環(huán)境導(dǎo)致江岸植物多有草本植物構(gòu)成。草本植物根系有其自身特點(diǎn)，其總根數(shù)的90%分布于0—30 cm的土層內(nèi)，根系一般為直徑小于1 mm的須根[13]，而已有研究表明根系中d≤1 mm的須根，與土壤的抗侵蝕效能密切相關(guān)，它是反映土體穩(wěn)定的一個(gè)重要指標(biāo)[14]。因此，本文采用7級(jí)目測(cè)法對(duì)浦陽江下游江岸的優(yōu)勢(shì)草本進(jìn)行調(diào)研，并通過d≤1 mm根系密度測(cè)定、土壤抗沖試驗(yàn)研究?jī)?yōu)勢(shì)草本的固持作用，分析不同植物根系對(duì)土壤抗沖性的增強(qiáng)效應(yīng)是否有差異，植物根系特征與土壤抗沖性是否有關(guān)，為浦陽江江岸的植物群落構(gòu)建提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和材料

根據(jù)浦陽江下游河道特性，選取了湄池、臨浦、聞堰水文站附近江岸為調(diào)研樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)隨機(jī)選擇環(huán)境條件基本一致的10塊標(biāo)準(zhǔn)樣方，共計(jì)30塊樣方，每塊樣方大小均為10 m×10 m。通過草本植物調(diào)查篩選出5種優(yōu)勢(shì)草本進(jìn)行根系土壤抗沖性試驗(yàn)。

1.2 方法

1.2.1 優(yōu)勢(shì)草本篩選方法 草本植物調(diào)查采用7級(jí)目測(cè)法[15-16](見表1)，該法是野外雜草群落調(diào)研的常用方法，它根據(jù)植物的相對(duì)蓋度、多度和相對(duì)高度三者的綜合指標(biāo)確定各物種的優(yōu)勢(shì)度級(jí)數(shù)，再以樣方單位計(jì)算該物種相應(yīng)的頻度和優(yōu)勢(shì)度值，通過物種間優(yōu)勢(shì)度的比較，篩選出5種優(yōu)勢(shì)草本。其中：

頻度=某物種出現(xiàn)的樣方數(shù)/調(diào)研的總樣方數(shù)×100%

優(yōu)勢(shì)度=∑(某物種該級(jí)別出現(xiàn)的樣方數(shù)×該級(jí)別代表值)/(總樣方數(shù)×5)×100%

1.2.2 根系密度測(cè)定方法 根系密度測(cè)定采用挖根法[17],在10 cm直徑的圓截面上，按照取土表面、距表面10，20，30 cm的深度，測(cè)出每個(gè)剖面上的根數(shù)，每一物種進(jìn)行4個(gè)重復(fù)。數(shù)據(jù)分析和處理中，采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件，用方差分析和回歸分析法處理數(shù)據(jù)。

1.2.3 土樣采集方法 采用根鉆(直徑10 cm，高度15 cm)，在野外鉆取含有試驗(yàn)物種根系的表層土15 cm作為土樣，采樣前需清除植物地上部分、落葉雜物，每一物種取4個(gè)土樣用于土壤抗沖試驗(yàn)，同時(shí)在各自物種采樣點(diǎn)附近取4個(gè)不長(zhǎng)植物的土樣，用于對(duì)照試驗(yàn)。土樣采集完后，需立即放入自制的PVC管(直徑10 cm，高度15 cm)中，運(yùn)至臨安青山湖花園中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

表1 7級(jí)目測(cè)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

注：T級(jí)賦值0.5，O級(jí)賦值0.1。

1.2.4 土壤抗沖試驗(yàn)方法 土壤抗沖性的測(cè)試參考蔣定生等的原狀土沖刷槽法[12,18]。土樣在抗沖試驗(yàn)前先用水浸潤(rùn)，方法如下：裝有土樣的PVC管一端用絲絹包扎后豎立放于水盆中，水面高度10 cm，水從管底部自下而上浸潤(rùn)土樣12 h直至達(dá)到飽和，將達(dá)到飽和的土樣靜置于平地上8 h以去除重力水，用電子天平稱重后橫放水槽的末端，去掉絲絹和上側(cè)的1/2PVC管，進(jìn)行抗沖試驗(yàn)。抗沖試驗(yàn)水槽寬15 cm，長(zhǎng)200 cm，沖刷坡度為15°，水流速度恒定為10 L/min，沖刷時(shí)間為5 min，5 min內(nèi)沖刷完的以具體沖完的時(shí)間計(jì)算。用電子天平稱量抗沖后土樣的重量(含飽和水)，計(jì)算出沖刷走的土重(含飽和水)，進(jìn)而計(jì)算出抗沖系數(shù)K(L/g)，即沖掉1 g土樣(含飽和水)所需的水量。

根系對(duì)土壤抗沖性影響的指標(biāo)使用土壤抗沖性增強(qiáng)值，用E表示,計(jì)算公式為E=(Kt-K0)/K0，Kt為含根土樣的抗沖系數(shù)，K0為空白對(duì)照土樣的抗沖系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 優(yōu)勢(shì)草本篩選

由于浦陽江下游的地理特殊性，江岸地帶時(shí)常受到水位漲落的影響，形成自然消落帶，這對(duì)該地植物的耐淹性提出了考驗(yàn)。草本植物作為保水和土壤改良的的先鋒植物，具有生長(zhǎng)快、投資小、易管理等優(yōu)點(diǎn)；除此以外，草本根系的加筋作用對(duì)坡岸土體起到加固作用，提高了土體抗剪強(qiáng)度與邊坡穩(wěn)定性[19-20]，因此，消落帶草本植物的選擇對(duì)護(hù)岸的穩(wěn)定意義重大。見表2，通過實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)浦陽江下游草本植物種類豐富，尤其是狗牙根Cynodondactylon、水蓼Polygonumhydropiper、蘆葦Phragmitesaustralis、芒Miscanthussinensis、雙穗雀稗Paspalumpaspaloides優(yōu)勢(shì)度相對(duì)較高，可知這5種植物在當(dāng)?shù)丨h(huán)境中有較高的適應(yīng)性，可用作土壤抗沖試驗(yàn)的對(duì)象。

表2 浦陽江下游江岸主要草本植物的優(yōu)勢(shì)度與頻度

2.2 根系密度分析

草本植物往往沒有強(qiáng)大的主根，無法發(fā)揮主根錨固作用，但它能利用發(fā)達(dá)的須根對(duì)土壤起到加筋作用[19]?，F(xiàn)有研究表明，直徑d≤1.0 mm的根系能顯著提高土壤的抗沖刷性[21-22]，因此本試驗(yàn)分別統(tǒng)計(jì)直徑d≤1.0 mm的根系。

5種植物直徑d≤1.0 mm的根系密度，在0—30 cm土層的垂直分布均隨深度增加而減少(見圖1)，其中狗牙根、蘆葦、雙穗雀稗根系分布特征表現(xiàn)出相似的特點(diǎn)，d≤1.0 mm根系密度下降趨勢(shì)顯著。水蓼d≤1.0 mm根系密度在取土表面與10 cm深度的分布均顯著高于30 cm深度處，取土表面與10 cm深度間差異顯著，但20 cm深度與10 cm及30 cm深度間沒有顯著差異。芒d≤1.0 mm根系密度在取土表面和10 cm深度間沒有顯著差異，但取土表面與10 cm深度的分布均顯著高于20 cm與30 cm深度處，20 cm與30 cm根系密度差異顯著。

圖1 耐淹植物根系數(shù)量在土壤表層中的分布

各植物根系密度(d≤1.0 mm)與土層深度間進(jìn)行擬合分析，兩者關(guān)系服從指數(shù)分布，相關(guān)性顯著(p<0.01，見表3)，這一規(guī)律在類似的研究中也有報(bào)道[23-26]。通過公式，根據(jù)土層深度，可以預(yù)測(cè)d≤1.0 mm的植物根系在土層中分布密度，為該植物在江岸水土保持中的運(yùn)用提供理論指導(dǎo)。

表3 植物根系密度與土層深度的曲線回歸方程

注：y表示根系密度,x表示土層深度。

土壤抗沖性與d≤1.0 mm徑級(jí)的須根密度關(guān)系最為密切，該徑級(jí)根系密度大，可以改建土壤、構(gòu)建良好的抗沖性構(gòu)[27]。對(duì)浦陽江下游江岸優(yōu)勢(shì)草本的根系密度研究結(jié)果顯示，5種植物d≤1.0 mm的根系密度均隨土層深度增加而減少，暗示這些植物根系對(duì)土壤抗沖性的增強(qiáng)效果隨著土層的加深而減弱。

2.3 抗沖性分析

5種植物對(duì)土層的抗沖性均有增強(qiáng)效應(yīng)，但物種間增強(qiáng)效應(yīng)不同(圖2)。蘆葦、芒根系對(duì)土壤的抗沖性增強(qiáng)效應(yīng)最強(qiáng)，增強(qiáng)值分別為14.16，12.53，水蓼的增強(qiáng)效應(yīng)最弱，增強(qiáng)值為4.41，狗牙根、雙穗雀稗增強(qiáng)值分別為5.39，5.01。

土壤的抗侵蝕性包括抗沖性與抗蝕性兩方面[28]，土壤抗沖性是指土壤抵抗徑流對(duì)土壤機(jī)械破壞和推動(dòng)下移的性能[29]，目前為止，還沒有確切的衡量土壤抗沖性強(qiáng)弱的指標(biāo)和統(tǒng)一的測(cè)量方法。土壤靜水崩解法[28]、索波列夫抗沖儀器法[28,30]、原狀土沖刷水槽法[31-33]、實(shí)地放水試驗(yàn)法[10]在土壤抗沖性研究中都有報(bào)道。本試驗(yàn)采用改進(jìn)的原狀土沖刷水槽法，對(duì)浦陽江下游江岸的優(yōu)勢(shì)草本進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果顯示草本植物根系都能提高土壤的抗沖性，這一結(jié)果與先前的研究報(bào)道相一致[6,12,34]。

圖2 耐淹植物對(duì)土壤抗沖性的增強(qiáng)值

植物通過根系的分布、盤繞、固結(jié)作用，提高土壤抗沖力，增強(qiáng)土壤滲透性并創(chuàng)造抗沖性土體構(gòu)型，從而實(shí)現(xiàn)土壤抗沖性的增強(qiáng)。5種草本植物中，蘆葦與芒的抗沖性增強(qiáng)值較大，蘆葦屬于根系發(fā)達(dá)的高大禾草，在干旱地區(qū)根系深度可達(dá)2.5 m以上，根系屬于根莖型分蘗，在土壤中極易形成龐大的根系網(wǎng)絡(luò)，將周圍土壤固結(jié)在一起，形成抗沖性土體構(gòu)造，從而使整體植株對(duì)于土壤抗沖性的增強(qiáng)效應(yīng)最為明顯，這一結(jié)果符合盧立霞等[35]的發(fā)現(xiàn)。芒屬于多年生草本，根系入土可達(dá)1 m，根狀莖橫走于地表下10 cm左右[36]，形成的根系—根莖立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能對(duì)土壤起到很好的固持作用?？紤]到蘆葦、芒的地上莖葉部分也很發(fā)達(dá)，可以有效減少雨水的直接濺蝕，其根系又具有良好固持能力，因此這兩物種適合在江岸推廣。狗牙根、雙穗雀稗根系特征類似，因而它們對(duì)土壤抗沖性的增強(qiáng)值之間無顯著差異，抗沖性增強(qiáng)值都在5左右。水蓼屬于蓼科的一年生大型草本，莖易斜升，基部節(jié)上長(zhǎng)有不定根[37]，雖然試驗(yàn)中水蓼的土壤抗沖性增強(qiáng)值不高，但在實(shí)地采樣中發(fā)現(xiàn)水蓼近地面斜升莖干形成的不定根，明顯擴(kuò)大了單株植物的固土作用范圍，水蓼的綜合固土效應(yīng)還待進(jìn)一步評(píng)價(jià)。

3 結(jié) 論

(1) 通過7級(jí)目測(cè)法，發(fā)現(xiàn)浦陽江下游江岸的優(yōu)勢(shì)草本植物是狗牙根、水蓼、蘆葦、芒、雙穗雀稗。

(2) 5種草本植物根系(d≤1.0 mm)在土壤表層(0—30 cm)均有較多分布，根系密度隨著土層的垂直分布深度增加而減少，其規(guī)律服從指數(shù)函數(shù)關(guān)系分布，該關(guān)系可以推測(cè)土壤抗沖性的增強(qiáng)效應(yīng)，但在具體研究中，評(píng)價(jià)植物根系對(duì)土壤抗沖性的增強(qiáng)效應(yīng)還應(yīng)綜合考慮植物根系的生物量[12,32]、根系表面的生物學(xué)特性[38]等因素。

(3) 采用改進(jìn)的原狀土沖刷水槽法進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)5種優(yōu)勢(shì)草本根系均能增強(qiáng)浦陽江下游江岸土壤的抗沖性，提高江岸的水土保持作用，尤其是蘆葦與芒，具有更好的抗沖增強(qiáng)效應(yīng)。先前研究表明直徑d≤1.0 mm的根系能顯著提高土壤的抗沖刷性[21-22]，本研究證實(shí)各植物d≤1.0 mm根系密度與土層深度密切相關(guān)，因此在今后的工作中，可以針對(duì)土層中d≤1.0 mm根系分布密度與土壤抗沖性的相關(guān)性進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。

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EffectoftheRootSystemsofHerbaceousPlantsonSoilAnti-scourbilityintheRiparianAreaofLowerReachesofPuyangRiver

CHEN Hao, YU Yimin, TANG Xudong, ZHOU Zhijing, ZHAO Yaqing

(HangzhouLandscapingIncorporated,Hangzhou310000,China)

Puyang River is often affected by the flood disaster. However, herbaceous plants play a key role in control of soil erosion. In this paper, a field survey of species, relative coverage, abundance and relative height for herbaceous plants was carried out in the riparian area of lower reaches of Puyang River. The root densities of dominant plant species, enhancement values of anti-scourability by roots were studied. The results showed that: (1)Cynodondactylon,Polygonumhydropiper,Phragmitesaustralis,MiscanthussinensisandPaspalumpaspaloideswere dominant in herbaceous plants; (2) roots with diameter less than 1 mm of 5 herbaceous plants mostly distributed in 0—30 cm soil surface layer, the root densities decreased with the increase of soil depth, and the relationship of them followed the index series relationship; (3) all the roots of 5 species had remarkable positive enhancement effects on soil anti-scouribility, and the intensified value of soil anti-scourability by root system ofPhragmitesaustraliswas 14.16, 12.53 forMiscanthussinensis, 5.39 forCynodondactylon, 5.01 forPaspalumpaspaloides， and 4.41 forPolygonumhydropiper. In the experiment, it is suggested that these five herbaceous plants, especiallyPhragmitesaustralisandMiscanthussinensis, could enhance the soil anti-scouribility for protecting the riparian area of lower reaches of Puyang River.

Puyang River; soil anti-scourbility; root density; herbaceous plants

2016-02-22

：2016-04-22

陳浩(1988—),男,浙江杭州人,助工,碩士,園林景觀工程生態(tài)技術(shù)應(yīng)用。E-mail:chenhao2055@126.com

S157

：A

：1005-3409(2017)02-0060-04