種草和施用聚丙烯酰胺對荒坡紫色土抗剪和抗蝕性能的影響研究

周濤，諶蕓，王潤澤，李鐵，唐菡，翟婷婷，劉梟宏

(西南大學資源環(huán)境學院，三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室，重慶 400715)

紫色土是由其母質巖層在物理風化作用下形成的，具有成土性能差、土層薄且易侵蝕等特點，當遇到強降水時，水、土及養(yǎng)分流失嚴重。目前有關紫色土抗侵蝕性的研究主要集中在兩方面，一是土壤侵蝕機理和過程、侵蝕強度的衡量因子研究；二是增強紫色土抗侵蝕性的措施研究，包括植被措施、化學措施和耕作措施等。植被措施中，植物根系在提升土壤抗侵蝕能力方面的作用非常大，主要通過根系自身的抗拉、抗剪等力學性能和根系對土壤理化性質的改善來實現(xiàn)的。根系自身的抗拉性能是影響根系提升土壤抗侵蝕能力的重要指標之一，在一定范圍內(nèi)，根系含量越多，植被對水土保持貢獻越大，即存在最優(yōu)含根量[1-2]，不同植被對土壤抗侵蝕能力提升效果也不同[3]。根系在土壤中進行生命活動，能有效增大土壤孔隙度、增強土壤入滲能力和儲水能力、改善土壤養(yǎng)分狀況等[4-5]，直接或間接的增強土壤的抗侵蝕能力。目前有關植物根系提升土壤抗侵蝕能力的研究雖多，但研究對象多集中在黃土高原地區(qū)和坡耕地上[6-7]，在紫色土區(qū)較難利用的荒坡地的研究則較少；有關荒坡的研究僅涉及植被恢復和恢復效果評價[8]，而對荒坡恢復過程中土壤抗侵蝕性的動態(tài)變化研究甚少；植物根系對土壤抗侵蝕性研究中，所選根系指標多為總體指標如總體平均根長密度、根系生物量等[9-11]，亦有區(qū)分須根、細根和粗根等，但徑級劃分不夠細。化學措施中，聚丙烯酰胺(polyacrylamide, PAM)作為一種保水保肥效果顯著的土壤改良劑被廣泛應用于水土流失治理中。PAM因其良好的水溶性，易發(fā)生水解、交聯(lián)等化學反應，從而對土壤顆粒的團聚產(chǎn)生直接且巨大的貢獻[12-13]，直接改善土壤微環(huán)境，降低土壤容重、增加土壤入滲和儲水能力[14-15]，并有利于保持土壤養(yǎng)分[16]，間接促進植物的生長，對根系、產(chǎn)量的增加等都有一定的作用[17-18]。目前國內(nèi)外對PAM的研究雖多，但大部分是PAM對土壤物理性質的影響研究，而有關單施PAM、“草類+PAM”2種措施對土壤抗剪和抗蝕性能影響的對比研究則鮮有報道。

針對已有研究中存在的不足，為了探究草類種植和PAM施用對荒坡紫色土抗剪和抗蝕性能的影響，本研究選取狗牙根(Cynodondactylon)和三葉草(Trifoliumrepens)進行盆栽試驗，試驗土壤為荒坡紫色土，設計了對照、單植草類、單施PAM和復合措施(“草類+PAM”)4類處理，測定了根長、根表面積、根體積等根系指標和容重、含水率等土壤理化性質指標，計算了土壤的抗剪強度指標和抗蝕性指標，綜合分析上述措施在荒坡紫色土水土流失防治初期的效果及特點，以期為荒坡紫色土水土流失治理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

供試土壤采自重慶市北碚區(qū)馬鞍溪流域龍灘子水庫，大壩右岸約260 m處的荒坡(N 29°49′1″，E 106°24′48″)，屬亞熱帶濕潤季風氣候，海拔278 m，年平均氣溫18.3 ℃，年均降水量1200 mm，年均日照時長1276.7 h。該荒坡為易侵蝕性荒坡，坡度約為35°，母質為紫色沙泥頁巖，且有少量粗骨性礫石，植被覆蓋度極低，母巖裸露，風化一層，剝落一層，流失一層，土層厚度不足5 cm，鮮有人為擾動。

1.2 試驗設計

狗牙根和三葉草均為多年生草本，須根發(fā)達，且具有不定根，根莖節(jié)生根，生長周期短，其中狗牙根為3個季度，三葉草在溫暖條件下可縮短至一年生，具有優(yōu)質的水土保持效益。試驗共設4類9個處理，每個處理3個重復，詳見表1。于2015年12月采集所需供試土壤，采集時去除表層枯落物等雜質。將采集的土壤過5 mm篩后，裝入花盆中(口徑×底徑×高：180 mm×125 mm×100 mm)稍微壓實至容重約1.30 g·cm-3。土樣制成后先浸水12 h，水層比花盆頂部稍低，然后靜置，保證在試驗初土壤的含水率為飽和含水率。靜置2 d后，在相應處理中以適中的密度進行等密度播撒草種(0.3 g·盆-1)，同時施加對應濃度的PAM(中性，相對分子量300萬，堿性條件下水解，水解度為20%)。試驗期間常規(guī)管護，及時除雜草、補種和灌溉。

表1 試驗處理 Table 1 Test treatments

1.3 試驗方法

1.3.1樣品采集 于2016年7月初采集花盆中的試樣，采樣前3 d樣地內(nèi)無拔草和灌溉。取樣前先剪除植株莖葉，去掉枯落物和浮土層，用容重環(huán)刀(底面積20 cm2，高5 cm)垂直取樣，共計27個土樣，用于測定土樣容重和孔隙度；抗剪土樣的采集：用 ZJ 型應變控制式直剪儀的配套環(huán)刀(底面積30 cm2，高2 cm)取樣，共計108個抗剪土樣，同時用小鋁盒(底面直徑5 cm，高3 cm)采集相應的土樣15～20 g進行自然含水率的測定；每個花盆取約500 g的散裝土樣，風干后測定土壤的微團聚體、機械穩(wěn)定性團聚體、水穩(wěn)性團聚體和有機質含量。

1.3.2指標測定 土壤容重和孔隙度(總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度)的測定采用環(huán)刀法[19]，自然含水率的測定采用烘干法[19]，有機質測定采用重鉻酸鉀外加熱法[20]；土壤微團聚體采用卡慶斯基法[19]，土壤機械穩(wěn)定性團聚體和水穩(wěn)性團聚體采用薩維諾夫法[19]；土壤抗剪強度采用ZJ型應變控制式直剪儀測定[21]；土壤抗蝕性指標[22]：水穩(wěn)性團粒類因子[>0.25 mm的水穩(wěn)性團聚體含量(water stable aggregates>0.25 mm，WSA0.25)、>0.5 mm的水穩(wěn)性團聚體含量(water stable aggregates>0.5 mm，WSA0.5)]、團聚類因子(團聚度、分散系數(shù))、無機粘粒類因子[平均重量直徑(mean weight diameter，MWD)、幾何平均直徑(geometric mean diameter，GMD)]和可蝕性因子K分別采用《土壤物理性質測定法》[19]中的相關公式和Shirazi公式[23]進行計算。根長、根表面積和根體積采用EPSON PERFECTION V700 PHOTO掃描儀和WinRHIZO (Pro.2004c) 根系分析系統(tǒng)測定，分5個徑級：00.9 mm(d為根系直徑)。根長密度(root length density，RLD)、根表面積密度(root surface area density，RSAD)和根體積密度(root volume density，RVD)的計算見相關文獻[24]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2013進行數(shù)據(jù)處理和制圖，SPSS 22.0進行差異顯著性分析(Duncan法，P<0.05)和相關分析(Pearson，P<0.05，P<0.01)。

2 結果與分析

2.1 狗牙根和三葉草的根系特征

試驗期間，草類枯落物不多，且未腐解就被人為清除，所以草類對土壤抗剪和抗蝕性能的影響主要是其根系產(chǎn)生的。由表2可知，施加30 g·m-3濃度的PAM能顯著增加草類根系總體的根長密度、根表面積密度和根體積密度，施加60 g·m-3濃度的PAM處理沒有顯著差異。GY-PAM1處理較GY處理，上述根系總體指標分別提高了21.25%、11.98%、44.97%；SY-PAM1處理較SY處理，則分別提高了34.73%、34.30%、38.05%。

表2 狗牙根和三葉草根系的總體指標和徑級指標 Table 2 The overall parameters and diameter parameters of C. dactylon and T. repens

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差(n=3)；不同小寫字母表示在P<0.05水平上差異顯著。下同。

Note:Data are means±standard deviation (n=3); Different lowercase letters indicate significant difference at the level of 0.05. The same below.

根系徑級指標中，00.9 mm為優(yōu)勢徑級。徑級根長密度中，相同徑級不同處理間差異顯著(P<0.05)：00.05)；0.20.05)，SY-PAM1則顯著大于SY、SY-PAM2；0.50.9 mm徑級范圍內(nèi)，GY、GY-PAM1、GY-PAM2之間、SY、SY-PAM1、SY-PAM2之間均無顯著性差異(P>0.05)。

根表面積密度中，00.05)；d>0.9 mm徑級范圍內(nèi)，SY-PAM1、SY-PAM2則顯著大于SY(P<0.05)。0.70.9 mm徑級范圍內(nèi)，GY、GY-PAM1、GY-PAM2之間則沒有顯著性差異(P>0.05)。所有徑級范圍內(nèi)，狗牙根的根表面積密度均優(yōu)于三葉草。

根體積密度中，對于GY、GY-PAM1、GY-PAM2，當根系徑級為00.9 mm時，GY、GY-PAM1、GY-PAM2之間無顯著性差異(P>0.05)；當根系徑級為0.20.05)。對于SY、SY-PAM1、SY-PAM2，0.20.9 mm徑級范圍內(nèi)，SY、SY-PAM1、SY-PAM2之間無顯著性差異(P>0.05)。

總體來看，施用PAM能有效提高草類根系的總體指標和徑級指標，較施加60 g·m-3濃度的PAM，施加30 g·m-3濃度的PAM更能顯著提高狗牙根和三葉草優(yōu)勢徑級的各根系指標；狗牙根所有根系平均的根系指標與各徑級的根系指標均優(yōu)于三葉草。

2.2 草類根系和PAM對土壤理化性質的影響

土壤孔隙度分為：總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度。一般來說，非毛管孔隙度的大小取決于團聚體的大小，隨團聚體的增大而增大；毛管孔隙度則隨著土壤分散度或結構破壞程度的增加而增加。表3中，單植草類能有效降低土壤容重，增大土壤含水率、孔隙度和有機質含量，其中GY能顯著降低土壤容重、增大總孔隙度和毛管孔隙度(P<0.05)，較CK，分別增加了-7.19%、10.16%和9.64%，SY能顯著降低土壤容重、增大土壤含水率(P<0.05)，增幅分別為-3.92%和100.00%。單施PAM能有效改善土壤的基本理化性質，其中30 g·m-3濃度的PAM能顯著降低土壤容重，增大總孔隙度、非毛管孔隙度和有機質含量(P<0.05)，而60 g·m-3濃度的PAM對其改善效果較小。單植草類和單施PAM對土壤容重、含水率、孔隙度和有機質含量的改善效果差異性較小?！安蓊?PAM”則能極大地改善土壤的基本理化性質，同樣表現(xiàn)出30 g·m-3濃度比60 g·m-3濃度的PAM改善作用強。GY-PAM1能顯著降低土壤容重，降低幅度是GY-PAM2降低幅度的2.83倍，且GY-PAM1能顯著增大土壤含水率、總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和有機質含量(P<0.05)，增幅分別為GY-PAM2增幅的4.48、1.34、1.05、1.60、2.37倍。

表3 不同處理的土壤容重、含水率、孔隙度、有機質含量特征 Table 3 Soil bulk density, moisture content, porosity, organic matter of different soil treatments

2.3 草類根系和PAM對土壤團聚特征的影響

干篩法能較少破壞土壤的有機膠結物質，從而測定土壤在自然狀態(tài)下的機械穩(wěn)定性團聚體含量，包括水穩(wěn)性團聚體和非水穩(wěn)性團聚體。由圖1可以看出，相同處理對不同徑級的機械穩(wěn)定性團聚體含量影響不同，與CK處理相比，單植草類和單施PAM能顯著增大2～5 mm粒級范圍內(nèi)的團聚體含量，而對1～2 mm粒級范圍內(nèi)的團聚體含量無顯著影響，且能顯著減少<1 mm粒級范圍內(nèi)的微團聚體含量，相同粒級單植草類和單施PAM處理之間的團聚體含量基本無顯著性差異(P>0.05)。較其他處理，“草類+PAM”處理更能顯著增大2～5 mm粒級范圍內(nèi)的團聚體含量和減少<1 mm粒級范圍內(nèi)的微團聚體含量(P<0.05)，改善效果為單一措施(單植草類、單施PAM)的1.96～4.43倍和1.59～3.16倍，而對1～2 mm粒級范圍內(nèi)的團聚體含量無顯著影響(P>0.05)?！叭~草+PAM”處理的改善效果稍優(yōu)于“狗牙根+PAM”處理，加施30 g·m-3濃度的PAM更有利于增大大粒級的團聚體含量，減少小粒級的團聚體含量。

圖1 不同處理的團聚體分布特征Fig.1 Distribution characteristics of aggregates in different treatments 不同小寫字母表示在P<0.05水平上差異顯著。Different lowercase letters indicate significant difference at the level of 0.05.

濕篩法測得土壤的水穩(wěn)性團聚體含量，能反映出土壤潛在的抗蝕能力。相同粒徑不同處理對水穩(wěn)性團聚體含量的影響不同，但不同措施內(nèi)部各處理的水穩(wěn)性團聚體含量基本無顯著性差異(P>0.05)。2～5 mm粒級范圍內(nèi)水穩(wěn)性團聚體含量大小順序表現(xiàn)為：“狗牙根+PAM”處理>單施PAM處理>“三葉草+PAM”處理>單植草類處理>CK，且各措施之間具有顯著性差異(P<0.05)。1～2 mm粒級范圍內(nèi)，較CK，“單施PAM”處理無顯著性差異，其他處理則顯著減少該粒徑范圍內(nèi)團聚體含量，處理之間無顯著性差異(P>0.05)。0.5～1 mm粒徑范圍內(nèi)，僅單植草類和“三葉草+PAM”處理可有效增加該粒徑范圍內(nèi)的團聚體含量。0.25～0.5 mm粒徑范圍內(nèi)，僅“狗牙根+PAM”處理的團聚體含量顯著小于CK(P<0.05)。總體而言，所有處理對土壤的水穩(wěn)性團聚體的改善效果主要體現(xiàn)在2～5 mm粒級范圍內(nèi)，“狗牙根+PAM”處理效果最優(yōu)，為CK的3.56倍。

同一處理不同粒徑的微團聚體含量存在明顯差異，均表現(xiàn)為隨著粒徑范圍的減小微團聚體含量減少的特點，其中0.25～1.00 mm、0.05～0.25 mm范圍的微團聚體含量明顯大于其他粒徑范圍內(nèi)的微團聚體含量。同一粒徑不同處理對其土壤微團聚體含量的影響也具有明顯差異，0.25～1.00 mm徑級范圍內(nèi)，與CK相比，其他處理均能有效增加該粒級的土壤微團聚體含量，其中GY-PAM1處理的效果最為顯著(P<0.05)，SY-PAM2處理次之，增幅分別為21.56%、16.53%。0.05～0.25 mm徑級范圍內(nèi)，單植草類和單施PAM處理均能顯著提高此粒徑范圍內(nèi)的微團聚體含量，“草類+PAM”處理的微團聚體含量與CK無顯著性差異(P>0.05)。0.01～0.05 mm粒徑范圍內(nèi)，較CK，“狗牙根+PAM”處理無顯著性差異(P>0.05)。<0.01 mm的粒徑范圍內(nèi)，CK的微團聚體含量顯著大于其他處理(P<0.05)。較60 g·m-3濃度的PAM，施加30 g·m-3濃度的PAM更有利于微團聚體中1～0.05 mm較大顆粒含量的增加和<0.01 mm較小顆粒含量的減少。

2.4 草類根系和PAM對土壤抗剪性能的影響

表4中，相同處理不同荷載下土壤/根-土復合體的抗剪強度均隨著荷載的增大而增大。100 kPa荷載下，各處理均能顯著增加土壤/根-土復合體的抗剪強度，其中“草類+PAM”處理的效果優(yōu)于單植草類處理和單施PAM處理，且處理之間具有顯著性差異(P<0.05)；200 kPa荷載下，GY-PAM1、GY-PAM2、GY之間無顯著性差異(P>0.05)，對根-土復合體的抗剪強度增加效果最優(yōu)，增幅分別為22.21%、18.51%、17.94%，較CK均具有顯著性差異(P<0.05)；300 kPa荷載下，“狗牙根+PAM”/單施PAM/單植草類處理之間均具有顯著性差異，“三葉草+PAM”處理之間則沒有顯著性差異，但所有處理土壤/根-土復合體的抗剪強度均顯著大于CK(P<0.05)；400 kPa荷載下，各處理之間的差異顯著性規(guī)律與300 kPa荷載下的規(guī)律一致(P<0.05)，GY-PAM1根-土復合體的抗剪強度最優(yōu)，較CK增幅為21.77%。PAM和草類種類對內(nèi)摩擦角φ的影響表現(xiàn)為：液施濃度為30 g·m-3對根-土復合體的內(nèi)摩擦角φ的增加作用顯著優(yōu)于液施濃度為60 g·m-3(P<0.05)；狗牙根根系對根-土復合體的內(nèi)摩擦角φ的增加作用顯著優(yōu)于三葉草(P<0.05)；“草類+PAM”處理的增加效果則更明顯，與CK均具有顯著性差異(P<0.05)，GY-PAM1的內(nèi)摩擦角φ最大，為28.006°。PAM的濃度差異對于粘聚力c的影響并不顯著，PAM1和PAM2的粘聚力c僅在數(shù)值上大于CK，有關植物根系的處理均能顯著增加根-土復合體的粘聚力c(P<0.05)，其中GY-PAM1增加效果最優(yōu)，增幅為98.16%。

注：同組試樣之間密度差值不大于0.03 g·cm-3，含水量差值不大于2%。

Note:The difference between the same group of samples is not greater than 0.03 g·cm-3, the difference in water content is not greater than 2%.

2.5 草類根系和PAM對紫色土抗蝕性能的影響

土壤的抗蝕性是指土壤抵抗水的分散和懸浮的能力，抗蝕性的大小主要與土壤顆粒之間的膠結力和土壤對水分的親和力有關。不同處理對土壤抗蝕性的影響見表5。較CK，PAM1、PAM2、GY-PAM1顯著增加了>0.25 mm的土壤團聚體含量(P<0.05)，增幅分別為14.65%、10.44%、10.26%；PAM1、PAM2、GY-PAM1、GY-PAM2顯著增加了>0.5 mm的土壤團聚體含量(P<0.05)，增幅為4.68%～19.25%。各處理均能有效增加土壤顆粒的團聚度，其中GY-PAM1效果最優(yōu)，GY-PAM2、GY次之，與CK均具有差異顯著性(P<0.05)，其團聚度分別為42.17%、42.02%、41.77%。所有處理均能大幅降低土壤顆粒的分散系數(shù)，與CK處理相比基本都具有顯著性差異(P<0.05)，降低幅度平均為40.48%。土壤團聚體直徑通常用平均重量直徑MWD和幾何平均直徑GMD來表示，從團聚體的大小上表征土壤團聚情況。較CK，各處理均能增大土壤的平均重量直徑MWD，GY-PAM1、GY-PAM2、SY-PAM2、PAM1、PAM2均與CK的土壤平均重量直徑有顯著性差異(P<0.05)；各處理對土壤的幾何平均直徑GMD的作用和對土壤的平均重量直徑MWD作用類似，增幅為0～31.58%。各處理中僅GY-PAM1、GY-PAM2、SY能顯著減小土壤的可蝕性因子K值(P<0.05)?？傮w而言，PAM濃度對土壤的抗蝕性影響同樣表現(xiàn)為液施濃度為30 g·m-3的作用優(yōu)于液施濃度為60 g·m-3。

注：WSA0.25、WSA0.5分別表示>0.25 mm、>0.5 mm的水穩(wěn)性團聚體含量。下同。

Note:WSA0.25, WSA0.5indicate the water stable aggregate content in >0.25 mm, >0.5 mm. The same below.

2.6 相關分析

Pearson相關分析(表6)中，根長密度與復合體抗剪強度及其指標基本都呈顯著或極顯著正相關關系，RLD與抗剪強度、內(nèi)摩擦角、粘聚力均呈極顯著相關，相關系數(shù)為0.883、0.848和0.904。隨著根系徑級范圍的增大，根長密度與復合體抗剪強度及其指標的相關系數(shù)不斷減小，其中當d≤0.2 mm時，相關系數(shù)最大且為極顯著正相關(P<0.01)。根長密度與復合體的各抗蝕性指標相關性不大，RLD與WSA0.25、WSA0.5、團聚度、MWD、GMD極顯著正相關(P<0.01)；d≤0.2 mm、0.20.9 mm時，RLD>0.9與團聚度顯著正相關(P<0.05)?？刮g性指標同樣與d≤0.2 mm徑級范圍內(nèi)的根長密度相關性最大且為極顯著正相關(P<0.01)。

RSAD與抗剪強度、內(nèi)摩擦角、粘聚力均顯著正相關(P<0.05)，當d≤0.2 mm、0.20.9 mm時，RSAD0.2、RSAD0.5、RSAD0.9、RSAD>0.9與抗剪強度、內(nèi)摩擦角、粘聚力均呈顯著或極顯著正相關(P<0.05，P<0.01)，d≤0.2 mm為根系增強復合體抗剪性能的優(yōu)勢徑級。RSAD與團聚度、MWD、GMD顯著正相關(P<0.05)；當d≤0.2 mm、0.20.9 mm時，RSAD0.5、RSAD>0.9與WSA0.5顯著正相關(P<0.05)，相關系數(shù)為0.514、0.500；當d≤0.2 mm、0.20.9 mm時，RSAD0.2、RSAD0.5、RSAD>0.9與團聚度、MWD、GMD呈顯著或極顯著正相關(P<0.05，P<0.01)。d≤0.2 mm為根系增強復合體抗蝕性能的優(yōu)勢徑級。

根系總體指標RVD和各徑級指標的RVD與復合體的抗剪強度及其指標極顯著正相關(P<0.01)，相關系數(shù)最高可達0.871，根體積密度中，0.20.9 mm時，RVD0.5、RVD0.7、RVD0.9、RVD>0.9與WSA0.25、WSA0.5顯著或極顯著正相關(P<0.05，P<0.01)；所有徑級范圍內(nèi)的根體積密度RVD0.2、RVD0.5、RVD0.7、RVD0.9、RVD>0.9與復合體的團聚度、MWD、GMD均呈顯著或極顯著正相關(P<0.05，P<0.01)。同樣0.2

表6 抗剪強度及其指標、抗蝕性指標與根系指標的相關分析 Table 6 Correlation analysis between shear strength and its parameters and erodibility-resistance parameters and root parameters

注：“*”表示在0.05水平(雙側)上顯著相關；“**”表示在0.01水平(雙側)上極顯著相關。RLD：根長密度；RSAD：根表面積密度；RVD：根體積密度。0.2，0.5，0.7，0.9，>0.9分別表示d≤0.2 mm、0.20.9 mm.

Note:“*” and “**” indicate significant correlations at the level of 0.05 and 0.01 respectively, under bilateral inspection; RLD: Root length density; RSAD: Root surface area density; RVD: Root volume density; 0.2,0.5,0.7,0.9,>0.9 showsd≤0.2 mm, 0.20.9 mm respectively.

3 討論

草類在水土流失治理中的作用包括：地上部分莖葉有效減小雨滴動能對土壤表層的濺蝕和地表徑流對土壤表層的沖刷；地下部分根系對土壤起到加筋和錨固作用，能有效降低土壤容重、增加土壤養(yǎng)分和改善土壤微環(huán)境等，形成根-土復合體結構，從而有效增強土壤的抗侵蝕性。本試驗中，狗牙根和三葉草的根系均能有效降低土壤容重和改善土壤微環(huán)境，并能顯著增強土壤抗剪性能(尤其是土壤粘聚力)，且d≤0.2 mm的根系對上述性能的增強效果最為顯著(P<0.05)。這與眾多學者研究結果類似[25-28]，但李建興等[21]的研究發(fā)現(xiàn)草類根系更利于土壤內(nèi)摩擦角的增加。狗牙根和三葉草須根發(fā)達，根長密度大，與土壤形成穩(wěn)定的根-土復合體，根系自身的抗拉能力顯著增強了土體的抗剪性能(P<0.05)。此外，土壤中根系改善了土壤的微環(huán)境，改變了土壤的理化性狀，從而間接增強了土體的抗剪性能。本研究結論與李建興等[21]的略有不同，可能是因為土壤和草類的根系性狀差別較大：李建興研究的是耕作土，肥力較好，草類是香根草(Vetiveriazizanioides)、百喜草(Paspalumnotatum)、狗牙根和紫花苜蓿(Medicagosativa)，生長歷時較長，根系徑級分布廣泛，而本研究的土壤為肥力低下的荒坡土，草類是狗牙根和三葉草，種植時間較短，根系主要分布在d≤0.2 mm徑級。有研究表明極細根生命活動最為旺盛，能分泌出大量的有機膠結物質產(chǎn)生膠結力，而此膠結力正是土壤粘聚力的主要來源之一[21]，故而本研究中根系對荒坡土粘聚力的改善效果較內(nèi)摩擦角更為明顯。

本研究中PAM能有效改善土壤容重、非毛管孔隙度、有機質等土壤理化性質，PAM對土壤抗侵蝕性能的提升主要表現(xiàn)在抗蝕性方面，能顯著提高紫色土抗蝕性指標WSA0.25、WSA0.5、MWD、GMD(P<0.05)，這與馬斌等[18]、曹麗花等[29]的有關PAM對土壤水穩(wěn)性、容重、養(yǎng)分狀況等土壤特性的研究結果相似；本研究結果同時也表明液施濃度為30 g·m-3的PAM對土壤理化性質和抗蝕性的作用優(yōu)于60 g·m-3。PAM與土壤顆粒的吸附作用表現(xiàn)為負電荷的PAM與土壤中眾多陽離子相互吸引，當PAM長鏈狀分子遇到粘粒時，異種電荷相吸使PAM分子內(nèi)部吸附一些土微粒，分子間又以鏈橋的形式連接土微粒而形成更大的土壤顆粒，團粒結構的形成同時又增加了土壤的孔隙結構、土壤水分等，為土壤生物提供了更優(yōu)質的生活環(huán)境，進而土壤養(yǎng)分增加，土壤顆粒團聚進入良性循環(huán)。一般情況下，PAM的濃度越高，其分子鏈上負電荷密度越大、羧基陰離子越多，吸附作用和促進土壤顆粒黏結的作用越強，但同時PAM分子鏈間的斥力也越強，分子鏈在土壤孔隙中伸展造成一定的堵塞，并且孔隙中重疊的分子鏈段也不能發(fā)揮出吸附和團聚分散土微粒的作用[30]。由CK、PAM1、PAM2處理之間的對比分析可知，PAM對土壤理化性質以及抗蝕性的改善程度與PAM濃度之間可能存在一定的函數(shù)關系，改善效果存在最優(yōu)的濃度，具體濃度值仍需要更進一步的研究。

草類根系和PAM共同作用于土壤時，兩者均發(fā)揮各自的優(yōu)勢，根系對復合體抗剪強度的提升效果最優(yōu)，PAM對土壤團聚狀況提升效果最優(yōu)。本研究中，相比單植草類、單施PAM處理，“草類+PAM”處理能明顯提高復合體的抗剪強度及其指標，但對土壤抗蝕性指標和土壤團聚狀況，較單施PAM處理，則沒有顯著的提升效果，甚至WSA0.25、WSA0.5、MWD、GMD等指標有所下降?？赡茉蚴峭馏w中大量根系宏觀地增強了復合體的抗剪性能，但根系在土體穿插、纏繞，難免會對PAM作用下新形成的團聚體造成破壞，從而造成團聚效果與單施PAM處理相似甚至不及的狀況。草類根系和PAM共同作用于土體，對土壤的抗剪、抗蝕性能的影響非常復雜，目前尚無此方面的研究報道，還需要進行更多、更深入的試驗探索。

4 結論

1)單植草類、單施PAM、“草類+PAM”均能有效改善荒坡紫色土的理化性質，有效增強土壤的抗剪和抗蝕性能，尤其是復合措施“草類+PAM”。其中，PAM液施濃度為30 g·m-3的作用優(yōu)于60 g·m-3，存在最優(yōu)濃度值；狗牙根根系的作用優(yōu)于三葉草。處理GY-PAM1的效果最優(yōu)。

2)狗牙根根系較三葉草發(fā)達，根系指標較優(yōu)。相關分析表明，根系中徑級d≤0.2 mm是影響荒坡紫色土理化性質、抗剪和抗蝕性能的關鍵徑級，徑級0.2

3)草類根系有利于土壤粘聚力的增加，而PAM則有利于土壤內(nèi)摩擦角的增加；較草類根系，單施PAM則更有利于荒坡紫色土的水穩(wěn)性團聚體含量的增加和其團聚度和團聚結構的改善，同時更有利于紫色土微結構的改善，尤其是非毛管孔隙度(單施PAM為CK的1.15～1.31倍)。