论文部分内容阅读
为明确用于三峡库区植被构建的边坡植物物种根系特征与根系的固土抗蚀效应关系,本文以裸地为对照,取三峡库区常见草本植物香根草(Vetiveria zizanioides(Lin.) Nash)、百喜草(Paspalum notatum Flugge)、狗牙根(Cynodon dactylon(L) Pers.)和紫花苜蓿(Medicago sativa L.)等4种护坡草本为研究对象,利用环刀在自建试验区内直接取样的方法,获取了含有目标物根系的试验样品,以初渗入速率、平均渗透速率、稳渗速率和渗透总量表征土壤渗透性,采用双环法测量土壤的渗透性,以土壤内摩擦角f和粘聚力c为评价指标,采用直接剪切仪测定土壤的抗剪强度,以抗冲性指数ANS为评价指标,采用原状土冲刷试验测定土壤抗冲性,并使用根系分析系统(WinRHIZOPro.2004c)对根系特征进行定量分析。结果表明:(1)香根草的根长密度和根表面积密度显著大于其他草本,其总体大小均表现为:香根草>紫花苜蓿>百喜草>狗牙根;各草本类型的根长密度、根表面积密度及根重密度均随着土壤深度的增加均表现为递减规律,但随深度的增加,不同草本类型的差异逐步缩小;在相同土层中,根长密度、根表面积密度随根系径级的变化不一致,紫花苜蓿的根长密度的最大径级为2mm<D≤5mm,而狗牙根、百喜草、香根草的根长密度的最大径级均为D≤0.5mm;百喜草、紫花苜蓿的根表面积密度的最大径级为D>5mm,而狗牙根、香根草的根表面积密度的最大径级均为1mm<D≤2mm.(2)随土壤深度的增加,土壤的总孔隙度、非毛管孔隙、贮水能力和饱和持水量逐渐减小,土壤容重则逐渐增大;根系主要是通过0.5mm<D≤1mm和1mm<D≤2mm径级来实现对土壤水分性能的改良。(3)不同草本类型和同一草本不同土层之间土壤渗透性存在较大差异,且各草本土壤渗透性随土层深度的增加而降低;相对于裸地而言,4种草本均能显著增强土壤渗透性,其土壤渗透性优劣表现为:香根草>紫花苜蓿>百喜草>狗牙根;3种草本类型与裸地间土壤入渗特征值均表现出初始入渗率(狗牙根:2.42mm/min;紫花苜蓿:3.87mm/min;香根草:4.84mm/min;百喜草:2.93mm/min;裸地:1.31mm/min)>平均入渗率(1.65,2.42,3.37,1.79,0.86mm/min)>稳定入渗率(1.38,2.11,3.00,1.39,0.71mm/min)的规律;土壤的初始入渗率、稳渗率、平均渗透率和渗透总量等各参数均随根长密度、根表面积密度增大而增强,且与直径介于0.5-5mm不同径级的根系特征之间存在明显的相关性,故根长密度和根表面积密度,尤其是0.5-5mm根长密度和根表面积密度能很好的表征土壤的渗透性能,可作为评估渗透性能的重要参数;经主成分分析,得到表征土壤渗透性能的综合参数α和表征根系特征的综合参数β,并构建了二者的回归模型a=1.7069β-0.3645;根长密度、根表面积密度对考斯加科夫入渗模型参数K和α有较大影响,随着根长密度和根表面积密度的增加,表征土壤初始入渗率的K值逐渐增大,而表征入渗能力衰减的参数α逐渐减小。(4)不同草本类型和同一草本不同土层之间土壤抗剪强度存在较大差异,且各草本土壤内摩擦角f和粘聚力c均随土层深度的增加而降低;相对于裸地而言,4种草本均能显著增强土壤内摩擦角f和粘聚力c,且根系对土壤内摩擦角f的提高程度大于土壤粘聚力c,其大小均表现为:香根草>百喜草>紫花苜蓿>狗牙根;随着根长密度、根表面积密度的增大,土壤内摩擦角f呈显著的对数增长,土壤粘聚力c呈显著的线性增长,且与直径D≤5mm不同径级的根系特征之间存在明显的相关性,故根长密度和根表面积密度,尤其是直径D≤5mm径级的根长密度和根表面积密度能很好的表征土壤的抗剪强度,可作为评估土壤抗剪强度的重要参数。(5)各草本10min内的土壤平均抗冲指数ANS表现为:香根草(3.17min/g)>百喜草(2.52min/g)>狗牙根(1.78min/g)>紫花苜蓿(1.41min/g)>裸地(0.81min/g),香根草的抗冲性强化值AANS最大,分别为百喜草、狗牙根、紫花苜蓿的1.38、2.43、3.95倍:土壤有机质含量与土壤抗冲性指数呈显著正相关;随着土壤初始入渗率、稳定入渗率的增大土壤抗冲性指数呈幂函数增长,随着土壤内摩擦角f的增大,ANS呈幂函数增长;随着粘聚力c的增加,ANS呈对数增长;随着草本植物根长密度、根表面积密度的增大ANS呈一元二次函数关系,且与D≤5mmm的根系根长密度和根表面积密度显著正相关,与D>5mmm无明显相关性:逐步回归表明:土壤粘聚力c及D≤0.5mmm的根表面积密度与ANS呈较好的线性关系(R2=0.980,P<0.01)。