紫色土區3種草本植物根系特征及改土培肥效應

諶蕓，何丙輝，練彩霞，劉志鵬

(西南大學資源環境學院，三峽庫區生態環境教育部重點實驗室，重慶 400715)

紫色土區3種草本植物根系特征及改土培肥效應

諶蕓，何丙輝*，練彩霞，劉志鵬

(西南大學資源環境學院，三峽庫區生態環境教育部重點實驗室，重慶 400715)

摘要：為探討紫色土區草本植物根系的改土培肥效應，選取已種植3年(2011-2013年)的水土保持常用草類紫花苜蓿、狗牙根和香根草為目標物種，分0~10 cm，10~20 cm，20~30 cm土層采集根系和土壤樣品，WinRHIZO(Pro.2004c)根系分析系統測定根系指標，常規方法測定土壤理化性質。結果表明：所有土層，香根草的各項根系指標均較優，尤其是根長密度和根表面積密度(最大均值分別為13.46 cm/cm3和5.75 cm2/cm3)，紫花苜蓿則總體上的根重密度最好(最小均值為18.10 mg/cm3)；定植3年，這3種草本植物并未對試驗區紫色土的機械組成產生顯著影響，但在數值上草本區有粗顆粒減少、細顆粒增多的趨勢；多數草本植物對多個土層的土壤有機質和速效鉀產生顯著影響(有機質增加，速效鉀虧損)，而對土壤全氮、堿解氮、總磷、有效磷和全鉀的影響卻很微弱；所有草本區的全鉀含量較高3.93~4.83 g/kg，卻在幾乎所有土層出現速效鉀的虧損，尤其是紫花苜蓿區最大虧損量達20.24 mg/kg；相關分析中，所有土壤養分與全部或部分根系指標呈現顯著或極顯著相關(最大相關系數為0.833)。

關鍵詞：水土保持；根重密度；根長密度；根表面積密度；土壤養分

Root system distribution characteristics of three herbs and their effects on soil composition and nutrients in the ‘Purple Soil’ region

CHEN Yun, HE Bing-Hui*, LIAN Cai-Xia, LIU Zhi-Peng

CollegeofResourcesandEnvironment,KeyLaboratoryofEco-environmentsinThreeGorgesReservoirRegion,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China

Abstract:In order to explore the effects of herb roots on soil physical properties and soil nutrients, alfalfa (Medicago sativa), Bermuda grass (Cynodon dactylon) and vetiver grass (Vetiveria zizanioides), planted for three years, were used for these experiments. Taking bare plots as a contrast, soil and root samples from 0-10 cm, 10-20 cm and 20-30 cm soil layers were collected. Then the WinRHIZO (Pro.2004c) root analysis system was used to measure root parameters and conventional methods were used to measure soil physical and chemical properties. In all three soil layers, vetiver grass root parameters were excellent, especially root length density and root surface area density, for these two traits the maxima averaged 13.46 cm/cm3and 5.75 cm2/cm3, respectively. Overall, root weight density (RWD) of alfalfa was the greatest, with a minimum average of 18.10 mg/cm3. None of the three herbs had any significant effects on soil physical properties 3 years after planting, but data for the herb plots showed that the proportion of sand particles had decreased and the proportion of finer particles (silt and clay) had increased, compared to bare CK plots. Most herbs had significant effects on soil organic matter and available potassium in most soil layers, with content of organic matter increasing and content of available potassium decreasing. However, the herbs had almost no effect on soil total nitrogen, alkali-hydrolyzable nitrogen, total phosphorous, available phosphorous and total potassium. The total potassium contents of all herb plots (3.93-4.83 g/kg) were higher than the bare plots, but the available potassium levels of all herb plots were low, especially in alfalfa. The maximum deficient number was 20.24 mg/kg. All soil nutrients had significant correlations (P<0.05) with all or some of the root parameters, and the maximum correlation coefficient was 0.833, for the relationship between organic matter and RWD.

Key words:soil and water conservation; RWD (root weight density); RLD (root length density); RAD (root surface area density); soil nutrient

紫色土，結構松散，抗侵蝕能力弱，在集中降雨特別是暴雨的沖刷下極易造成嚴重的水土流失，而植被是治理水土流失最有效和最根本的方法[1-3]。草本植物種植方法簡單、費用低廉、生長迅速、防止初期土壤侵蝕效果良好，在水土保持中具有重要地位和廣泛應用。根系則是植物體非常重要的部分，具有支持與固著，吸收、輸導與貯藏，合成和分泌等主要功能，還具有收縮、呼吸、寄生、攀緣和繁殖等特殊功能[4]。鑒于其重要性，人類很早就開始研究根系，最早是Hales[5]對栽培作物的根系進行了形態學的觀察，并測定了長度和重量。植物與土壤方面的研究一致認為根系能疏松土壤，能影響土壤有機質等養分的含量和分布。首先，根系穿插在土壤中并生長，一方面能增加土壤孔隙數量，疏松土壤，改善土壤通透性，提高土壤水庫貯水能力[6-8]，另一方面須根網絡固持土壤顆粒，促進團聚體形成，均減少了水土流失量，進而減少了土壤養分流失；其次，根系能產生各種分泌物，為土壤中的小生物(如蚯蚓)和微生物的活動、繁殖等創造有利條件，而這些小生物和微生物可以分解有機質，改善土壤性狀，從而影響土壤養分；再次，深根還可以吸收利用土壤深層營養物質，減少土壤表層養分損耗，進而改變土壤養分分布。

考慮到物種的廣泛性、適生性和經濟性，本實驗選取了南方水土保持先鋒物種香根草(Vetiveriazizanioides)，“牧草之王”紫花苜蓿(Medicagosativa)，本地野生狗牙根(Cynodondactylon)為目標物種，人工栽植3年，測定土壤機械組成和土壤養分，根系掃描分析系統測定根系指標，分析根系、土壤質地和土壤養分的垂直分布特征及根系對土壤質地和土壤養分的影響。以期研究結果為人工邊坡植被構建、植物籬技術推廣和果園生草栽培中草種選用提供參考，為這幾種草本植物改土培肥效應評估提供一定的理論依據。

1材料與方法

1.1　研究區概況

試驗小區位于重慶市北碚區歇馬鎮西南大學教學科研基地內，106°48′54″ E，29°45′08″ N，屬丘陵地貌，平均海拔563 m[9]。該地區屬亞熱帶濕潤季風氣候，年均氣溫18.3℃；雨量充足，年均降雨量1100 mm；日照較少，年均日照1270 h。試驗小區土壤為灰棕紫色土。

1.2　試驗設計

紫花苜蓿、狗牙根和香根草均為多年生草本植物，根系發達，抗逆性強。試驗共設4個處理：對照，即裸地，無任何植被；3個草本區，分別種植紫花苜蓿、狗牙根和香根草，每個處理3次重復，共12個小區(長6 m，寬4 m)。所有草本植物均于2011年3月底采用育苗區健壯的實生苗移栽，“株距×行距”為“30 cm×35 cm”[9]。栽培期間，各小區進行相同的常規管護，定期人工拔除雜草和灌溉。

1.3　樣品采集

2013年7月中旬，天氣連續放晴時，分別對各小區進行土樣采集。采樣前3 d以上無拔草和灌溉。每個小區先按“五點法”確定采樣點，然后分0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm取各自的混合土樣500 g左右帶回實驗室，用于土壤機械組成和養分測定。

草本區按S曲線選取健康成體植株，去除植株的地上部分后，以植株為中心確定采樣點。取樣時，先清除表層的枯落物、雜質和浮土層，將環刀(底面積30 cm2，高2 cm)刃口向下垂直且水平緩慢地依次壓入0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土層，小心挖掘出，輕輕削平環刀兩端，去除四周多余的土和根系。每個小區4個重復，共計36個樣。取樣時，各草本區植被蓋度約為90%。

1.4　指標測定

土壤機械組成采用吸管法；有機質采用重鉻酸鉀容量法；全氮采用濃硫酸消化-擴散法；堿解氮采用堿解擴散法；全磷采用Na2CO3熔融-鉬銻抗比色法；有效磷采用NaHCO3-鉬銻抗比色法；全鉀采用NaOH熔融-火焰光度法；速效鉀采用NH4Ac-火焰光度法[10]。環刀內的土樣待直剪試驗完成后取出，先置于水中浸泡數小時以利于根、土分離；然后置于0.05 mm的網篩內用適當流量的自來水沖洗，并分選出所有的根系；最后，采用EPSON LA在400 dpi下進行灰度掃描，WinRHIZO(Pro.2004c)根系分析系統對根系長度RL(root length)和根表面積RA(root surface area)進行分析[9]。掃描后的根系裝入牛皮紙信封放入烘箱在105℃下烘至恒重，冷卻后1/1000電子天平稱出根干重RW(root weight)。根重密度RWD(root weight density)、根長密度RLD(root length density)和根表面積密度RAD(root surface area density)的計算公式如下：

RWD=總根干重/土體體積

(1)

RLD=總根長度/土體體積

(2)

RAD=總根表面積/土體體積

(3)

1.5　數據處理

采用Microsoft Excel 2007作圖，SPSS 17.0進行差異顯著性檢驗(Duncan法，P<0.05)和Pearson相關分析(雙側，P<0.05，P<0.01)。

2結果與分析

2.1　根系垂直分布特征

草本植物根系的分布特征決定了它對土體的影響范圍，即大多數只能對深30 cm以內的土體產生有效影響[8]，所以本實驗僅研究0~30 cm土層的根系和土壤。同一草本區，紫花苜蓿和香根草的根重密度在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土層間均存在顯著性差異，排序均為RWD(0~10 cm)>RWD(10~20 cm)>RWD(20~30 cm)；狗牙根0~10 cm土層的根重密度顯著大于10~20 cm和20~30 cm土層，10~20 cm和20~30 cm土層間則無顯著性差異。這表明土層能有效影響根系的垂直生長：0~30 cm，土層越淺，根系生長能力越強。一般植物在某土層積累的生物量越多，表明在該土層利用土壤水分、營養和微量元素的能力越強，所以上述草本植物根系在0~10 cm土層的吸收能力最強，20~30 cm則相對最弱。草本間，0~10 cm土層，香根草的根重密度顯著大于紫花苜蓿；10~20 cm、20~30 cm土層，紫花苜蓿的根重密度卻顯著大于香根草。紫花苜蓿在0~30 cm各土層間的差異較香根草和狗牙根小，這可能是因為紫花苜蓿根系的主要分布土層范圍較寬(整株實驗中，其根系的主要分布范圍在0~40 cm土層)，因此土層之間的差異性稍小。所有土層中，狗牙根的根重密度均最小，顯著小于紫花苜蓿和香根草，某些土層其根重密度僅為其他草本的3%(表1)。可見，狗牙根根系對表土層水分和養分的吸收利用能力最弱，不會與其他植物發生爭水爭肥的問題。

表1　草本植物根系參數

注：表中數據為平均值±標準誤差(n=12)；不同小寫字母表示同一草本不同土層之間的差異顯著，不同大寫字母表示同一土層不同草本之間的差異顯著。

Note: Data are means±standard deviation. Different lowercase letters indicate significant difference among soil layers of the same herb, and different capital letters indicate significant difference among herbs of the same soil layer.

根長密度能夠較為客觀的反映根系在各土層中的分布情況。它既能反映根系在土壤中的穿插和纏繞能力，也能表征某一土層的根系伸展量。同一草本區，紫花苜蓿的根長密度在各土層間無顯著差異；狗牙根0~10 cm土層的根長密度顯著大于10~20 cm，20~30 cm土層，而后兩個土層間則無顯著差異；香根草各土層的根長密度均存在顯著差異。結合整株實驗的觀察，這可能是因為0~10 cm土層雖然紫花苜蓿的根重密度大，但根徑較粗、少須根，以致根長密度值不大；而其他兩個土層，雖然根重密度較小，但根較細且多須根，所以根長密度與0~10 cm土層的相差不大，體現不出顯著性差異。狗牙根和香根草的根系則多須根，且大量分布在0~10 cm土層。同一土層，香根草的根長密度均顯著大于紫花苜蓿和狗牙根，紫花苜蓿和狗牙根之間則無顯著差異。紫花苜蓿的根重密度與香根草相當或略勝，而根長密度卻顯著小；紫花苜蓿的根重密度顯著大于狗牙根，而根長密度卻與其無顯著差異，原因亦與根徑和須根數量有關，觀測中同一土層紫花苜蓿的須根數量較狗牙根少很多。有關的研究認為根長密度能很好表征土壤的抗剪強度[13]，可作為評估根-土復合體固土抗沖抗剪性能的重要參數，據此紫花苜蓿不宜做護坡植物。

根表面積密度與根體積和須根的數量密切相關。一般而言，根體積越大，根表面積就越大；須根數量越多，根表面積亦越大，而根體積與根重、須根與根長亦是密切相關。根系指標相關分析中，根表面積密度與根長密度極顯著相關(r=0.954)，所以同一草本區各土層之間根表面積的差異性規律與根長密度相同；根表面積密度亦與根重密度顯著相關(r=0.659)，所以同一土層不同草本間亦呈現出與根重密度相似的差異性。

2.2　土壤機械組成特征

從圖1可知，試驗區土壤顆粒組成：粉粒約占50%，砂粒約占30%，粘粒約占20%，根據三者的比值可確定為粉粘土。統計分析表明同一小區土層間，同一土層小區間均無顯著性差異。草本區植物已定植3年，根系的縱向、橫向已充分生長，可草本區與對照間無顯著差異，可見此3種草類根系對土壤質地的影響很有限。隨定植時間的進一步延長，草本植物對土壤機械組成有可能會有較顯著的影響。

圖1亦表明隨土層深度的增加，草本區有砂粒減少，粉粒、粘粒增多的趨勢。同一土層，各草本區的砂粒含量均較對照CK小區稍小，粉粒和粘粒含量均較對照CK小區稍大。土壤顆粒的遷移具有分選性，草本區粗顆粒(砂粒)減少、細顆粒(粘粒、粉粒)增多則表明草本植物能固持土壤，改良土壤結構。這一方面可能是地表莖葉有效攔截土壤細顆粒，減少流失，使得其所占比例增大；另一方面，草本的根系穿插在土壤中能夠粉碎部分大顆粒，而根系的纏繞作用又能固持細顆粒。

圖1　試驗小區土壤機械組成Fig.1　Soil mechanical composition in experimental plots　　　A:0~10 cm土壤機械組成 Soil mechanical compositon in 0~10 cm soil layer;B:10~20 cm土壤機械組成 Soil mechanical compositon in 10~20 cm soil layer;C:20~30 cm土壤機械組成 Soil mechanical compositon in 20~30 cm soil layer.圖中數據為平均值±標準誤差(n=3)；不同小寫字母表示同一小區不同土層之間的差異顯著，不同大寫字母表示同一土層不同小區之間的差異顯著。Data are means±standard deviation(n=3). Different lowercase letters indicate significant difference among soil layers of the same plot, and different capital letters indicate significant difference among plots of the same soil layer.

草本區各土層，細顆粒的排序均為：紫花苜蓿區>香根草區>狗牙根區，粗顆粒的排序則恰好相反。這與草本間根重密度的排序非常類似，雖然相關分析并未發現二者之間顯著的相關性。但根重密度越大表明同體積的土體中根系所占的比例越大，可能對土體物理性質方面的影響越顯著，這有待于進一步的長期觀察和更多根系指標的選取和測定(如根體積和根體積密度)。

2.3　土壤養分分布特征

土壤中的根系，活根能提供分泌物，死根能提供有機質，深根則能吸收土壤深層養分。此外，根系分泌物及枯落物腐解還影響著土壤微生物的生長繁殖和活性，而土壤微生物又在土壤有機質的分解及各類營養元素的轉化循環中發揮著重要作用。因此，根系在土壤中生長，必然會影響著土壤養分的含量及分布。試驗小區各土層的養分含量見表2。

表2　試驗小區土壤養分分布

注：表中數據為平均值±標準誤差(n=3)；不同小寫字母表示同一小區不同土層之間的差異顯著，不同大寫字母表示同一土層不同小區之間的差異顯著。

Note: Data are means±standard deviation(n=3). Different lowercase letters indicate significant difference among soil layers of the same plot, and different capital letters indicate significant difference among plots of the same soil layer.

2.3.1土壤有機質分布特征土壤有機質主要來源于生物有機體及根系分泌物，枯枝落葉及動物尸體等的腐解均有利于土壤有機質的積累。表2中，對照小區0~10 cm土層的有機質含量顯著大于10~20 cm，20~30 cm土層，10~20 cm和20~30 cm土層間則無顯著性差異；紫花苜蓿區0~10 cm，10~20 cm土層的有機質含量無顯著性差異，卻顯著大于20~30 cm土層；狗牙根區和香根草區各土層的有機質含量均存在顯著差異。數值上，所有小區的有機質含量均表現為：0~10 cm土層最大，10~20 cm土層次之，20~30 cm土層最小，這是植被對土壤養分的表聚效應[14]。

各土層，草本區的有機質含量均顯著大于對照小區。這表明草本植物根系的生長有利于土壤有機質的積累，分析原因可能是：一方面植物的枯落物和根系分泌物增加了土壤有機質含量，另一方面由于地表植被覆蓋土壤，水分蒸發減慢，有利于腐殖物質的分解和轉化。0~10 cm土層，香根草區的有機質含量顯著大于紫花苜蓿區和狗牙根區，而紫花苜蓿區和狗牙根區之間無顯著性差異；10~20 cm和20~30 cm土層，紫花苜蓿區的有機質含量顯著大于香根草區和狗牙根區，而香根草區和狗牙根區之間無顯著性差異。這與草本間根重密度的顯著性差異有些類似。進一步的相關分析(表3)表明草本區的土壤有機質含量與上述3個根系指標極顯著相關，尤其是根重密度(相關系數最大，r=0.833)。可見，雖然紫花苜蓿對土壤養分和營養元素的吸收能力強，但其對土壤有機質的積累也最有利，分析原因一方面可能是紫花苜蓿根系較深和發達，能夠較多地吸收深層土壤的養分，并不只是消耗表土層養分，另一方面紫花苜蓿的地上部分繁茂，枯落物較多且較易腐解，能為土壤補充較多的有機質。

表3　土壤養分與根系指標相關分析

注：“*”表示在0.05水平(雙側)上顯著相關；“**”表示在0.01水平(雙側)上顯著相關。

Note: “*”and “**”indicate significant correlations at the level of 0.05 and 0.01 respectively, under bilateral inspection.

2.3.2土壤氮分布特征氮素對作物來說是最重要的營養元素，絕大部分作物生長所需的氮素90%以上都是來源于土壤。土壤中的全氮含量一般在0.5~4.0 g/kg之間[15]，而紫色土本身的氮素含量偏低。對照CK小區和香根草區，0~30 cm各土層的全氮含量均無顯著性差異；紫花苜蓿區0~10 cm土層的全氮含量顯著大于10~20 cm，20~30 cm土層，而10~20 cm和20~30 cm土層間無顯著性差異；狗牙根區0~10 cm和10~20 cm土層的全氮含量無顯著性差異，卻都顯著大于20~30 cm土層的。可見，表土層全氮含量隨土層深度變化的差異性較小。0~10 cm土層，小區之間的全氮含量均存在顯著差異，排序為：紫花苜蓿區>狗牙根區>香根草區>對照CK區；10~20 cm土層，紫花苜蓿區與狗牙根區的全氮含量無顯著差異，卻均顯著大于香根草區和對照CK區(二者間無顯著差異)；20~30 cm土層，紫花苜蓿區的全氮含量顯著大于狗牙根區和對照CK區，與香根草區無顯著差異，而狗牙根區、香根草區和對照CK區之間亦無顯著差異。就數值而言，各小區各土層的全氮含量幾乎全大于對照小區，與有機質類似，這是因為土壤全氮含量主要取決于有機質的積累和分解作用的相對強度[16]。

土壤堿解氮亦稱為土壤有效氮，是指在當季或一定時間內能被作物吸收利用的氮。各小區，除狗牙根區10~20 cm和20~30 cm土層的堿解氮含量無顯著性差異，其余小區土層間堿解氮的差異性與全氮一致，相關分析表明二者極顯著相關(r=0.613)。同一土層，除狗牙根區20~30 cm土層的堿解氮含量顯著小于其他小區外，其余土層各小區間的堿解氮含量無顯著性差異。可見，草本植物在消耗利用土壤堿解氮的同時，亦向土壤補充有機質，表2中各草本區各土層的有機質含量均較對照小區高，而堿解氮包括部分易分解有機質中的氮。紫花苜蓿區的全氮含量顯著大于其他小區，而堿解氮卻與其他小區無顯著差異，一則是因為堿解氮只是全氮中的部分，二則是因為紫花苜蓿對土壤養分的吸收利用量較其他2種草本大。

2.3.3土壤磷分布特征同一小區，對照CK小區和狗牙根區20~30 cm土層的總磷含量顯著小于其他2個土層，紫花苜蓿區和香根草區各土層間均無顯著差異。可見，總磷在表土層空間分布的差異性非常小，根系并未對其分布產生有效影響，這可能是因為土壤中總磷含量的多少主要決定于土壤母質類型，而土壤本身對磷的固定能力較強。0~10 cm土層，所有小區的總磷含量無顯著性差異；10~20 cm土層，以對照小區為基準，紫花苜蓿區和狗牙根區則出現了少量的虧損；20~30 cm土層，紫花苜蓿區和香根草區的總磷含量顯著大于對照小區，而狗牙根區與對照間無顯著差異。相關分析中，總磷與根長密度和根表面積密度顯著正相關(r=0.405，r=0.448)。香根草須根發達，根長密度和根表面積顯著大于其他草本，可見這兩個根系指標與土壤總磷的固持有密切關系。

同一小區，除香根草各土層間的有效磷含量差異顯著外，其余小區土層間的有效磷含量差異性與總磷類似；同一土層，除紫花苜蓿區各土層的有效磷含量均顯著大于其他小區外，香根草區20~30 cm土層和狗牙根區的所有土層均出現了有效磷的虧損。這可能是因為土壤中有效磷含量較其他養分低，其含量又受土壤溫度、酸度和水分等因素的影響，而紫花苜蓿所提供的小環境有利于有效磷的積累，其根能利用深層土壤中的有效磷，減少表層土壤有效磷的消耗。相關分析中，有效磷與根重密度極顯著正相關(r=0.561)。此外，有機質含量高有利于提高磷的有效性[17]，表2中紫花苜蓿區的有機質含量較其他小區高。狗牙根區和香根草區的有機質含量亦高于對照區，卻出現了部分虧損，可見二者對有效磷的消耗大于積累，尤其是香根草區(其總磷含量顯著大于其他小區，而有效磷卻虧損)，需要人工補施磷肥，避免進一步地虧損。

2.3.4土壤鉀分布特征土壤中全鉀的含量較其他養分高，試驗小區全鉀含量為3.61~4.83 g/kg。同一小區，紫花苜蓿區和狗牙根區各土層的全鉀含量存在顯著差異；對照小區，20~30 cm土層的全鉀含量顯著小于其他土層，其他土層間則無顯著性差異；香根草區0~10 cm土層的全鉀含量顯著大于其他土層，其他土層間則無顯著性差異。可見紫花苜蓿和狗牙根對表層土壤全鉀的垂直分布產生了有效影響。0~10 cm，10~20 cm土層，狗牙根區的全鉀含量顯著大于其他小區；20~30 cm土層，草本區的全鉀含量均顯著大于對照區，紫花苜蓿區的則顯著大于狗牙根區和香根草區，而后兩個草本區間則無顯著性差異。相關分析中，土壤全鉀與根長密度和根表面積密度顯著負相關(r=-0.397，r=-0.406)，秦川等[18]對紫色丘陵區黃花根系的研究中表土層全鉀含量亦與根表面積負相關(r=-0.315)。各土層草本區的土壤全鉀含量較對照高，分析可能原因：一方面是因為紫色土富含鉀素，而上述草類對鉀的需求不大；另一方面是草本枯落物腐解及根系分泌物提高土壤微生物活性，向土壤補充了鉀素，進而使得表土層全鉀未虧損。

速效鉀能直接被植物根系吸收。所有小區土層間的速效鉀含量均存在顯著性差異，表現為隨土層加深而含量減小。0~10 cm土層，狗牙根區的速效鉀顯著大于對照小區，紫花苜蓿區和香根草區則出現明顯虧損，尤其是紫花苜蓿區；10~20 cm，20~30 cm土層，草本區的速效鉀含量均顯著小于對照小區，出現虧損。速效鉀只是全鉀中能直接被植物根系吸收利用的一部分，因此其含量變化較全鉀顯著。相關分析中，土壤速效鉀與根表面積密度顯著正相關(r=0.422)，可見須根越多，根系表面積越大，越有利于固著態鉀等的活化和速效鉀的積累。

3討論與結論

定植3年，香根草的各項根系指標均較優，尤其是根長密度和根表面積密度，這與其他相關研究的結論一致，也是香根草被多個國家和地區公認為理想的水土保持植物的原因之一。紫花苜蓿的根重密度最大，整株研究中其根系長度較狗牙根和香根草深，能吸收利用深層土壤養分，的確是良好的牧草。狗牙根的各項根系指標均較弱，但有關的研究認為其固土抗蝕性能卻較紫花苜蓿強[9,13,19]。

與對照相比，定植3年的紫花苜蓿、狗牙根和香根草并未對試驗區紫色土的機械組成產生顯著影響，且機械組成與根系指標的相關分析亦未發現任何顯著相關。但與對照小區相比，在數值上草本區有粗顆粒減少，細顆粒增多的趨勢。雖然目前草本植物根系對土壤機械組成的影響微弱，但進一步的長期觀測和更多根系指標的選取有可能會發現顯著性差異和顯著相關。

定植3年后，多數草本植物對多個土層的有機質和速效鉀均產生顯著影響，而對土壤全氮、堿解氮、總磷、有效磷和全鉀的影響卻很微弱。總體上紫花苜蓿對土壤養分的影響較狗牙根和香根草明顯，其多個土層的有機質、全氮、總磷和有效磷含量顯著大于其他小區。究其原因，一方面紫花苜蓿是深根系植物，根系發達，主根粗大，側根密布，能吸收利用深層土壤養分；另一方面紫花苜蓿是豆科植物，具有共生固氮的能力[15]，即當根瘤菌從根毛侵入到根部后能夠形成根瘤，根瘤中的類菌體在固氮酶的作用下可將分子態的氮轉變為氨態氮，而空氣中80%是氮氣，因此有固氮能力的根瘤能夠為植物提供氮素營養，從而減少根系從表層土壤中吸收氮，減少表土氮的損耗。狗牙根區所有土層的有效磷均顯著小于對照小區，香根草區總磷顯著大于其他小區，而有效磷卻虧損，均表明試驗區土壤需要施加磷肥。幾乎所有草本區的速效鉀虧損，而全鉀含量卻較高，可能是這3種草類對鉀的需求量較大，而全鉀中有效鉀所占的比例卻較小，這需要相關的實驗研究查明原因。

總體上，定植3年的紫花苜蓿、狗牙根和香根草對紫色土具有一定的改良培肥效應，尤其是對土壤有機質，這與張慶費等[20]的研究結論一致。草本區的土壤養分富集在0~10 cm土層，這與植被對土壤養分的表聚效應相吻合[21]。此外，根系固土方面的研究認為根長密度和根表面積密度是影響土壤抗沖性能的主要根系指標，尤其是根表面積，所以香根草是非常好的固土護坡植物，但若作為植物籬物種，則需考慮與農作物間的間距，否則有可能發生爭水爭肥的問題。紫花苜蓿是良好的牧草，各土層的干物質量均較大，且改土培肥效應較好，但根系力學性能指標較差，不宜用作護坡植物，作為植物籬或果園生草則應合理布設。狗牙根可用作草坪草，省水省肥，亦可作為生態護坡草種，但培肥效應不明顯。

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通訊作者*Corresponding author. E-mail：hebinghui@swu.edu.cn

作者簡介：諶蕓(1981-)，女，四川西昌人，副教授，博士。E-mail：sy22478@126.com

基金項目：國家自然科學基金(41271291，41501288)，國家科技支撐計劃項目(2011BAD31B03)，中央高校基本科研業務費專項(SWU113013，XDJK2014C103，XDJK2015C170)和西南大學教育教學改革研究項目(2013JY052)資助。

收稿日期：2014-11-06；改回日期：2015-01-14

DOI：10.11686/cyxb2014456