狗牙根群落土壤-根系系統的結構及其抗沖刷與抗侵蝕性能的空間變化

張 迪， 戴方喜

(三峽大學 化學與生命科學學院， 湖北 宜昌， 443002)

狗牙根群落土壤-根系系統的結構及其抗沖刷與抗侵蝕性能的空間變化

張 迪， 戴方喜

(三峽大學 化學與生命科學學院， 湖北 宜昌， 443002)

摘要：[目的] 探討三峽庫區消落帶常見的物種狗牙根對庫區消落帶固土護坡的作用機理。[方法] 結合野外調查和室內試驗研究，對狗牙根群落根土復合體的結構、根土復合體抗沖刷與抗侵蝕性能及其空間變化進行研究。[結果] 狗牙根根系對土壤抗沖性和抗蝕性都有顯著的增強效應。隨著狗牙根根系生物量的增加，土壤抗沖性和抗蝕性能力也隨之增強，且根系生物量與土壤抗沖性和抗蝕性有線性相關性;土壤的抗沖刷與抗侵蝕能力還受消落帶海拔梯度的影響，隨著海拔梯度的上升，土壤的抗沖刷與抗侵蝕能力逐漸增強，在175 m高度達到最大。[結論] 由于高度升高，被淹的時間縮短，狗牙根在高海拔地區的生長狀況好于低海拔地區。

關鍵詞：土壤—根系系統; 抗沖刷; 抗侵蝕; 根系生物量

三峽大壩建成后，在庫區形成水位落差約30 m的消落帶[1]。由于水庫水位頻繁且大幅度的波動，庫區消落區將對植物物種形成巨大選擇作用。植被的破壞及水位的劇烈變動，使得庫岸土壤侵蝕和水土流失嚴重，從而會影響三峽庫區的生態環境[2-3]。在消落帶內人工構建植被是保護三峽庫區消落帶生態環境的常用手段。在人工構建植被中，選擇的植物物種不僅要具有耐水淹環境的特點，而且要有很好的固土抗侵蝕能力，因而植物的抗沖刷、抗侵蝕效能在消落帶植物構建的物種選擇中是一個需要考慮的重要因素[4]。狗牙根是一種對水淹適應能力較強且在三峽庫區常見的物種。本文對不同高度狗牙根根系生物量及其增強土壤抗侵蝕效能進行研究，希望能明確狗牙根固土護坡效能，為三峽庫區消落帶植被構建提供理論參考。

1材料與方法

1.1　物種選擇及研究區概況

本文主要研究物種為狗牙根。狗牙根在三峽水庫消落帶極限條件下(淹沒深度0~25 m)能夠存活，具有較強兩棲適生性，在消落帶絕大多數植物因適生性選擇而消亡的狀況下，極可能成為優勢建群種。同時，狗牙根為三峽庫區鄉土植物，不會構成物種及生態威脅，對于三峽水庫消落帶植被重建、修復及優化具有一定的研究和應用價值[5]。研究區位于宜昌市興山縣峽口鎮香溪河地段。從響灘到秭歸香溪鎮這一段稱作香溪河。該流域降水和水力資源均十分豐富。從4月份開始，河流就進入了汛期，10月以后進入涸水期，其蓄水位達到155～175 m。

1.2　試驗方法

1.2.1樣方選取及取樣在研究區160，165，170，175 m 4個高度中每個海拔隨機選取5個狗牙根群落進行取樣研究。用根鉆(直徑8 cm高10 cm)在野外直接鉆取含有狗牙根成體健康植株根系的表層10 cm土柱樣品。鉆取前先剪去植株的地上部分，去掉地表的枯落物及不含根系的土層，然后豎直向下鉆取樣品。每一高度取10個土樣，其中5個用于抗沖試驗，5個用于抗蝕試驗；同時在狗牙根物種取樣點附近取10個盡量不含根系或含盡量少根系的同土壤基質的樣品，5個用于抗沖試驗對照，5個用于抗蝕試驗對照，每一個高度取法均相同。最后把樣品上下用塑料帶包裹并封口，橡皮筋固定，帶回實驗室進行抗沖和抗蝕試驗。

1.2.2土壤抗沖刷的測定采用原狀土沖刷水槽法[6]的計算公式為：

Ev=C0/C2=(C1-C2)/C2

式中：C1——含根土壤的抗沖系數；C2——空白對照土壤的抗沖系數；C0——由于根系存在而使土壤抗沖刷系數增加的值；Ev——根系抗沖性增強值，是由于土壤中根系的存在而使土壤抗沖性增加的倍數，從而能很好的反映根系對土壤的抗沖性增強效應。

抗沖刷系數C，即每沖掉1 g含飽和水的土重所需的水量(L)，用C(L/g)表示，即C=v/m。式中：v——體積；m——質量。

1.2.3土壤抗侵蝕的測定采用靜水抗崩解裝置法[6]。計算公式為：Ce=V0/V2=(V1-V2)/V2

式中：V1——對照土壤的崩解速率；V2——含根土壤的崩解速率；V0——由于根系存在而使土壤崩解速率的減緩值。Ce——根系抗蝕性增強系數，指由于根系的存在而使土壤崩解速率減緩的系數，也就是根系對土壤抗蝕性的增強系數。Ce值的范圍在0和1之間，其值越接近于1，增強效應越顯著。

崩解速率用單位時間崩解的含飽和水的土重來衡量，即V=M/t=(M1-M2)/t(g/min)。

式中：M1——起始土重；M2——t時間后土重；t——時間。

2結果與分析

2.1　土壤-根系系統的抗沖刷性能及其空間變化

2.1.1抗沖刷系數通過試驗，對香溪河消落帶各個高度狗牙根植物的根土復合體的抗沖刷能力進行了試驗分析，所得結果如圖1所示。

圖1　狗牙根根土復合體與對照土壤抗沖刷系數

注：圖中標有相同字母者表示組間差異不顯著(p<0.05)。下同。

結果顯示，4個高度的狗牙根根土復合體和對照土壤的抗沖刷能力沒有顯著性差異，其p值均大于0.05。但是，總體上每個高度狗牙根根系對土壤的抗沖刷能力均有明顯的增強作用，并且4個高度的狗牙根根土復合體抗沖刷能力逐漸增強，在175 m高度時狗牙根根系對土壤的抗沖刷能力的增強作用最大。

2.1.2根系抗沖刷增強值與根系生物量的關系如圖2所示，隨著高度的遞增，狗牙根根系的生物量具有顯著的增長，狗牙根根系的存在對土壤的抗沖性增強倍數也逐漸增大，并且在175 m高度時根系的抗沖性增強值最大。由狗牙根根土復合體抗沖刷系數和對照土壤抗沖刷系數的關系得到4個海拔高度根系的抗沖刷增強倍數，并且通過抗沖性增強值與對應根系生物量的比較，得出不同高度它們之間的線性關系。由圖2可知，在海拔160～175 m，各個海拔高度狗牙根抗沖性增強值與對應根系生物量有明顯的線性關系，即隨著根系生物量的增加抗沖性增強值也增加；在175 m高度時，根系生物量最大，且對應的抗沖刷增強倍數也最大。因此，隨著根系生物量的增加，根系抗沖性增強值越大，狗牙根根系對土壤抗沖刷的增強作用越明顯。

圖2　根系抗沖性增強值與根系生物量的線性關系

2.2　土壤-根系系統的抗侵蝕性能及其空間變化

2.2.1崩解速率各個高度狗牙根根土復合體與對照土壤的崩解速率對比關系如圖3所示。

圖3　狗牙根根土復合體與對照土壤崩解速率關系

由圖3可見，隨著高度的上升，狗牙根根土復合體的崩解速率與對照土壤崩解速率均有較顯著降低，其p值分別為0.019，0.032，都小于0.05。通過比較得出，狗牙根根系對土壤的崩解具有明顯的減弱作用。隨著高度上升，根土復合物的崩解速率越小，狗牙根根系對土壤抗崩解作用越大，在175 m高度時，其崩解速率最小，抗崩解作用最大。

2.2.2根系抗蝕性增強系數與根系生物量的關系如表1所示，隨著高度的上升，狗牙根根系抗蝕性增強系數逐漸增大，越來越接近1；狗牙根根系生物量也有較顯著的增加，其p=0.021<0.05。通過比較得出，狗牙根根系抗蝕性增強系數隨著狗牙根根系生物量的增加而增大，具有明顯的線性關系。在175 m高度時，狗牙根根系抗蝕性增強系數最大，最接近1；狗牙根根系的生物量也最大。

表1　抗蝕性增強值與根系生物量的關系

注：*表示差異顯著水平在0.05以內；**表示差異顯著水平在0.01以內。

由狗牙根根土復合體崩解速率與對照土壤崩解速率關系可得根系抗蝕性增強值，并且通過抗蝕性增強系數與對應根系生物量的比較，得出不同海拔高度其之間的線性關系。由圖4可知，在160 m到175 m高度，狗牙根根系抗蝕性增強系數與對應根系生物量有比較明顯的線性關系，即隨著根系生物量的增加抗蝕性增強系數也增加；在175 m高度時，可以明顯看出狗牙根的根系生物量最大，且對應的根系抗蝕性增強系數也最大。

圖4　根系抗蝕性增強值與根系生物量的線性關系

3結 論

(1) 在消落帶不同高度狗牙根根土復合物抗沖刷與抗侵蝕能力不同。隨著高度的上升，狗牙根根土復合物抗沖刷和抗侵蝕能力越來越強。在175 m高度的時候其能力最強。狗牙根根系對土壤抗沖刷與抗侵蝕能力有明顯的增強效應，隨著高度的上升，狗牙根根系對土壤抗沖刷與抗侵蝕能力的增強也漸增，在175 m高度的時候其增強效應最明顯。

(2) 植物的根系生物量能很好地反映和預測植物根系對土壤抗侵蝕和抗沖刷的增強效能。在消落帶不同高度狗牙根生長狀況不同，其根系生物量也各不一樣。在175 m高度的時候，狗牙根生長最旺盛，其生物量也最大。隨著高度的上升，狗牙根根系生物量逐漸增大，其抗沖刷和抗侵蝕增加效能也逐漸增強。在160～170 m高度，它們有明顯的線性關系。在175 m高度的時候，狗牙根根系生物量最大，其抗沖刷和抗侵蝕性增強效應也最大。

[參考文獻]

[1]袁輝,王里奧,詹艷慧,等.三峽庫區消落帶健康評價指標體系[J].長江流域資源與環境,2006,15(2):249-253.

[2]戴方喜,許文年,陳芳清.對三峽水庫消落區生態系統與其生態修復的思考[J].中國水土保持,2006,27(12):6-8.

[3]王強,袁興中,劉紅,等.三峽水庫156 m蓄水后消落帶新生濕地植物群落[J].生態學雜志,2009,28(11):2183-2188.

[4]吳欽孝,李勇.黃土高原植物根系提高土壤抗沖性能的研究(Ⅱ):草本植物根系提高表層土壤抗沖刷力的試驗分析[J].水土保持學報,1990,4(1):11-16.

[5]王海鋒.不同季節長期水淹對幾種陸生植物的存活、生長和恢復生長的影響[D].重慶:西南大學,2008.

[6]徐少軍.三峽庫區5種耐水淹植物根系增強土壤抗侵蝕效能研究[J].水土保持學報,2008,22(6):13-18.

Spatial Variation of Soil-root System Structure ofCynodonDactylonCommunity and Its Capability to Soil Antierodibility and Antiscouribicity

ZHANG Di, DAI Fangxi

(CollegeofChemistryandLifeScience,ThreeGorgesUniversity,Yichang,Hubei443002,China)

Abstract：[Objective] To uncovered the mechanism of Cynodon dactylon in slope stabilization.[Methods] We tested the spatial variation of plant growth, antierodibility and antiscouribicity with altitude through field investigation and laboratory experiments.[Results] The roots of C. dactylon had significant effects to enhance the soil antierodibility and antiscouribicity. The antierodibility and antiscouribicity of soil-root system increased significantly with the increase of root biomass, which showed linear regression relationship. The antierodibility and antiscouribicity of soil-root system also was influenced significantly by altitude. It increased with the increasd altitude and showed strongest at the altitude of 175 m, the upper edge of the water-level-fluctuation zone.[Conclusion] The C. dactylon community distributing on the upper parts of the water-level-fluctuation zone is submerged slighter and grow better than those distributing on the low parts.

Keywords:soil-root system; antierodibility; antiscouribicity; corrosion resistance; root biomass

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)01-0034-03

中圖分類號：S157.1

通信作者：戴方喜(1962—)，男(漢族)，湖北省荊州市人，大學本科，教授級高級工程師，主要從事生態恢復與生態工程工作。E-mail:dfx@ctgu.edu.cn。

收稿日期：2014-01-24修回日期：2014-02-12

資助項目：四川省企業資助項目“官地水電站壩區生態保護植物遴選及其應用技術研究”(GDA-G201211)

第一作者：張迪(1989—)，男(漢族)，湖北省宜昌市人，碩士研究生，研究方向為生態恢復與生態工程。E-mail:861562922@qq.com。