崛圍山區(qū)水保草種草冠覆蓋與根系分布研究

張超波　周霞　李東嶸　蔣靜

摘要：為了解北方土石山區(qū)水土保持草種草冠覆蓋與根系分布情況，篩選覆蓋范圍優(yōu)勢草本植物物種用于水土流失防治，通過野外調(diào)查和測量，研究了崛圍山區(qū)9種草本植物草冠覆蓋范圍與根系分布范圍及變化規(guī)律。結(jié)果顯示：9種草本植物根系分布范圍與草冠覆蓋范圍之間符合冪函數(shù)關(guān)系;從覆蓋范圍來講，香根草在9種草本植物中可優(yōu)先考慮用于植物措施防治水土流失。

關(guān)鍵詞：草本植物;根系：覆蓋范圍：水土保持;土石山區(qū)：崛圍山區(qū)

中圖分類號：S157.4+3

文獻標志碼：A

doi：10. 3969/j .issn. 1000- 1379.2019.03.021

北方土石山區(qū)作為我國水土流失的重要類型區(qū)，土層薄、水土流失危害大，因而受到長期關(guān)注[1]。植物措施作為防治水土流失的主要措施之一，對于我國生態(tài)文明建設(shè)非常重要[2]。草本植物固土防蝕效益顯著，相比林灌植物，具有發(fā)揮固持水土防治侵蝕作用更快、耗水量更少的優(yōu)點[3]。因此，近年來草本植物措施保持水土受到越來越多的關(guān)注。

草本植物能截留降雨、減小降雨濺蝕地表土壤、阻滯坡面徑流，其阻滯坡面徑流的作用甚至比灌木的大[4-5]。草本植物發(fā)揮水土保持作用有兩方面效應(yīng)：一是草冠水文效應(yīng)，截留阻擋降雨、降低雨滴對土壤的擊濺沖蝕作用和坡面徑流侵蝕力[6]：二是根系力學效應(yīng)，提高土壤抗剪強度和抗沖性能[7]。研究表明，草冠草根共同作用可減小坡面流弗勞德數(shù)，減少坡面侵蝕產(chǎn)沙量，但草冠的作用為間接作用，而根系的減沙作用更顯著[8]。很多學者通過野外模擬降雨試驗的方法，均得出有草本植物生長的邊坡比裸露的邊坡徑流量和產(chǎn)沙量明顯減少的結(jié)論[9-10]：還有一些學者通過直剪試驗，證明了有根系存在的土壤比素土的抗剪強度均有不同程度的提高[11-12]。影響草本植物水文和力學效應(yīng)的因素很多，主要有坡面特征、物種性質(zhì)[9-10]、根系力學性能和分布形態(tài)等[13-14]。草冠覆蓋面積和根系分布面積的大小對草本植物發(fā)揮水文和力學效應(yīng)也非常重要，而目前對草冠和根系的覆蓋范圍以及二者的相互關(guān)系研究較少。

筆者通過野外調(diào)查測量，研究了北方土石山區(qū)9種典型草本植物的草冠覆蓋范圍與根系分布范圍以及二者之間的關(guān)系，以期為生態(tài)護坡工程中草本植物的選擇和種植提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)選擇山西省太原市西北24 km處的崛圍山區(qū)，地理位置為東經(jīng)112°26′、北緯37°58′，屬暖溫帶大陸性季風氣候區(qū)。全年平均有140 d無霜期，早晚、晝夜溫差較大，年平均氣溫8.5℃，年平均降水量為470mm。崛圍山區(qū)植被以草本植物為主，植被的垂直分布為草原帶（或灌叢帶）、針闊混交林帶、高中山針葉林帶、亞高山灌叢或亞高山草甸帶，常見草本植被有香根草、黑麥草和百喜草等[17]。該區(qū)地表水均屬黃河流域汾河水系，汾河一級支流泥屯河、柏板河、楊興河、澗河均在區(qū)內(nèi)匯人汾河。平均地表水資源量為510萬m³，地下水資源量為3 891萬m³.全區(qū)水資源總量為4 057萬m³（扣除重復計算量）。

1.2 研究材料

在研究區(qū)進行植被調(diào)查后，選取了廣泛分布的9種典型草本植物為研究對象，見表1。

1.3 研究內(nèi)容

為測量草冠覆蓋范圍與根系分布范圍，每種草本植物選擇5株生長狀況良好的植株，以植株基部為中心，用卷尺量取每株植株5個不同位置草冠在水平面上的覆蓋直徑D_c（見圖1）。用鐵鍬和鐵鏟等工具環(huán)向開挖植株附近土壤。露出根系后，為避免開挖過程中對根部產(chǎn)生破壞，利用刷子和小鏟子進一步清理根系周邊土壤，直至清理出完整根系。用量測草冠覆蓋直徑的方法，量取每株植株5個不同位置根系在水平投影面上的分布直徑D_r。

1.4 試驗儀器

試驗儀器包括：①精度為1 mm的卷尺（測量草冠與根系分布直徑）;②刷子、鐵鏟和鐵鍬等工具（用于野外根系挖掘）。

1.5 觀測時間

觀測時間為2015年10月。

1.6 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)顯著性差異統(tǒng)計分析采用SPSS16.0軟件，草冠覆蓋范圍與根系分布范圍之間關(guān)系采用線性回歸分析，制圖采用Excel 2007。

2 結(jié)果與分析

2.1 草冠覆蓋范圍

9種草本植物的草冠覆蓋范圍見圖2（柱狀圖上方不同小寫字母表示顯著性水平P<0.05的顯著性差異）.可以看出其草冠覆蓋范圍大小排序為香根草（Z6）>黑麥草（Z3）>百喜草（Z7）>魚腥草（Z9）>田旋花（Z5）>車軸草（Z2）>頭狀穗莎草（Z4）>節(jié)節(jié)花（Z1）>狗尾巴草（28）。9種 植物的草冠覆蓋范圍差異較大，最大值（香根草，26.56+5.51 cm）是最小值（狗尾巴草，0.90+0.31 cm）的30倍左右。香根草較大的草冠覆蓋范圍，在截留降雨、減小降雨濺蝕方面表現(xiàn)出較大優(yōu)勢。

2.2 根系分布范圍

由圖3可知.9種草本植物的根系分布范圍大小排序為香根草（Z6）>百喜草（Z3）>魚腥草（Z3）>黑麥草（Z3）>車軸草（Z3）>節(jié)節(jié)花（Z3）>狗尾巴草（Z3）>頭狀穗莎草（Z3）>田旋花（23）。與草冠覆蓋范圍類似，9種植物中香根草根系分布范圍最大。

2.3 草冠覆蓋范圍與根系分布范圍比較

9種草本植物中，只有節(jié)節(jié)花的草冠覆蓋范圍和根系分布范圍沒有顯著性差異;車軸草，香根草，狗尾巴草和魚腥草4種植物根系分布范圍顯著大于草冠覆蓋范圍;黑麥草、頭狀穗莎草、田旋花和百喜草4種植物草冠覆蓋范圍顯著大于根系分布范圍（見表2）。根系分布范圍是草冠覆蓋范圍的0.03 - 1.68倍。這表明，不同草本植物草冠覆蓋范圍和根系分布范圍大小存在較大差異。

2.4 根系分布范圍與草冠覆蓋范圍之間的關(guān)系

通過擬合根系分布范圍與草冠覆蓋范圍的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)9種草本植物的根系分布范圍（Y）與草冠覆蓋范圍（X）之間均符合冪函數(shù)關(guān)系Y= aXb（a、b為參數(shù)）（見表3）。

3 結(jié)語

（1）9種草本植物中，香根草具有最大根系分布范圍和草冠覆蓋范圍，具有抗雨水濺蝕優(yōu)勢，且能在更大范圍內(nèi)發(fā)揮根系提高土壤抗沖性能的作用。從根系分布范圍和草冠覆蓋范圍角度考慮，香根草可優(yōu)先用于草本植物措施固持淺表層土壤。

（2）9種草本植物除節(jié)節(jié)花外，其他植物根系分布范圍與草冠覆蓋范圍差異顯著，根系分布范圍是草冠覆蓋范圍的0.03 -1.68倍。

（3）9種草本植物的根系分布范圍均隨草冠覆蓋范圍增大而增大，且根系分布范圍與草冠覆蓋范圍之間符合冪函數(shù)關(guān)系。通過二者的關(guān)系，只需測量草本植物草冠覆蓋范圍，即可推求地下根系分布范圍，而不需要費時費力挖掘根系并測量其分布范圍，這對于合理確定種植間距，更好地發(fā)揮草本植物根系固土作用和評價其減沙作用很有意義。

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