紫色土區香根草不同徑級的根系特征與培肥效應

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）

紫色土區香根草不同徑級的根系特征與培肥效應

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）

為探討水土保持先鋒物種香根草的培肥效應及其與各徑級根系指標間的關系，以裸地為對照，定期分0～1

0 cm，10～20 cm，20～30 cm土層采集土壤和根系樣品，常規方法測定土壤有機質、氮、磷、鉀的全量和速效養分，WinRHIZO（Pro.2004c）根系分析系統分10個徑級測定根系參數（根長、根表面積和根體積）。結果表明：香根草的培肥效應主要體現在有機質上，且此效應隨香根草定植時間的延長而增強，其次是全氮，而有效磷和速效鉀則出現虧損；香根草小區土壤有機質、有效磷、全鉀、速效鉀均表現出明顯的土壤養分表聚現象，在0～10 cm土層的含量顯著大于其他土層的（P＜0.05）；0.00 mm＜d≤2.00 mm（d為根系直徑）是影響土壤有機質含量的主要根徑范圍，該范圍內所有徑級的根長密度/根表面積密度/根體積密度均與土壤有機質含量極顯著正相關（P＜0.01），尤其是徑級0.00 mm＜d≤0.50 mm，其次是徑級1.50 mm＜d≤2.00 mm；d=2.00 mm和d=4.50 mm是重要分界線，當0.00 mm＜d≤2.00 mm時，香根草各徑級的所有根系指標在土層間均表現出顯著性差異且與土層深度極顯著負相關，其中0.50 mm＜d≤1.00 mm徑級的相關系數值最大，當2.00 mm＜d≤4.50 mm時土壤養分與所有徑級的根系指標均無顯著性相關；根重密度/根長密度/根表面積密度/根體積密度的最大值均出現在0～10 cm土層，且根長密度在年際間、土層間均表現出顯著性差異。

水土保持；根長；根表面積；根體積；土壤養分

http：//cyxb.lzu.edu.cn

諶蕓，何丙輝，練彩霞，劉志鵬.紫色土區香根草不同徑級的根系特征與培肥效應.草業學報，2016，25（2）：187-197.

CHEN Yun，HE Bing-Hui，LIAN Cai-Xia，LIU Zhi-Peng.Effects of Vetiveria zizanioides roots on soil properties in the Purple Soil Area of China and the role of different root diameter classes.Acta Prataculturae Sinica，2016，25（2）：187-197.

我國于20世紀80年代末開始開發利用香根草（Vetiveria zizanioides）治理水土流失和穩固道路邊坡［1］，并開展香根草生態工程研究［2］。香根草治理水土流失主要是通過在坡地上構建植物籬而實現，其地上部分茂密莖葉類似于“生物壩”［3］，起到緩流攔沙的作用，而地下部分發達根系網絡固持土壤，起到固土護坡的作用，此兩方面相關的研究成果已非常多［4-6］。在紫色土坡耕地的水土流失治理中香根草具有廣泛應用，且效果良好［7-8］。紫色土成土時間短，土層淺薄，結構疏松，有機質含量低，保肥性能較差，因此在水土保持的同時開辟肥源是提高其生產力的關鍵。目前有關香根草對土壤培肥作用的研究卻較少，且關注的是香根草植物籬帶間坡地土壤養分的變化［9-11］（即主要由于植物籬的緩流攔沙而引起的土壤養分的重分布），由于取樣難度及對植物籬墻的破壞等原因，鮮有對籬帶區土壤養分進行觀測。植被的培肥效應與其地上和地下部分的生物量、地下根系分布及特征等密切相關［12］。根系穿插在土壤中生長，一方面促進團聚體形成，減少土壤養分流失［13］；另一方面改善土壤小生物和微生物環境，促進土壤養分積累。此外，深根還可以吸收利用深層土壤營養物質，減少表土層養分損耗。目前，有關植物根系分布特征對土壤養分的影響已有不少研究［14-15］，考慮到了土樣（或單位土體）中根系生物量、根長、根表面積、根體積等根系指標，但鮮有考慮到不同徑級的根系指標。如同草本植物的須根（直徑≤1.00 mm）對固土抗蝕效應的貢獻最大一樣，各徑級根系對培肥效應的貢獻定有差異。本研究在紫色土區種植香根草3年，分析香根草對表土層的培肥效應，探析各徑級根系指標與培肥效應之間的關系，既彌補了上述研究的空缺，又為紫色土區坡耕地保護性利用和香根草的進一步推廣應用提供了理論依據。

1　材料與方法

1.1試驗設計

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（106°48′54″E，29°45′08″N）。對照（裸地，無任何植被）及香根草小區規格均為：長6 m、寬4 m，3次重復，共6個小區。小區內的香根草于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”。此外，設置補種區，一旦香根草小區植株被取樣，則立即從補種區移植健康植株補上。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。實驗區土壤為灰棕紫色土，年均氣溫18.3℃，年均降雨量1100 mm，年均日照1270 h［10］。

1.2樣品采集

2011、2013年7月中旬，天氣連續放晴時，進行采樣。采樣前3 d以上無拔草和灌溉等人為活動。由于香根草生長迅速，在水土保持中主要作為先鋒物種，考慮的時效性不長，加之紫色土土層淺薄，故本研究僅對0～30 cm土層內的土壤養分和根系進行取樣分析。土樣采集時，每個小區先按“五點法”確定采樣點，各樣點除去表層植物殘渣和石塊等，然后分0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm取土樣。采樣時，各小區各土層5個樣點的土樣重量盡量接近，混合均勻后貼上標簽帶回實驗室測定土壤養分［10］，每年共計18個混合土樣。香根草根系采集時，選取健康成體植株，去除植株的地上部分后，以植株為中心進行取樣。取樣時，先清除表層的枯落物、雜質和浮土層，將圓形環刀（底面積30 cm2，高2 cm）或方形環刀（長×寬×高：20 cm×10 cm×10 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。每個小區圓形環刀4個重復，方形環刀3個重復，每年共計63個根系樣品。2011、2013年取樣時，香根草小區植被蓋度分別約為85%、90%。

1.3指標測定

土壤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Na HCO3-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［16］。環刀內的土樣待直剪或沖刷試驗完成后取出，先置于水中浸泡數小時以利于根、土分離；然后置于0.05 mm的網篩內用適宜流量的自來水沖洗，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，Win RHIZO（Pro.2004c）根系分析系統分10個徑級（0.0 mm＜d≤0.5 mm，0.5 mm＜d≤1.0 mm，1.0 mm＜d≤1.5 mm，1.5 mm＜d≤2.0 mm，2.0 mm＜d≤2.5 mm，2.5 mm＜d≤3.0 mm，3.0 mm＜d≤3.5 mm，3.5 mm＜d≤4.0 mm，4.0 mm＜d≤4.5 mm，d＞4.5 mm，d為根系直徑，單位mm）測定根長RL（root length）、根表面積RSA（root surface area）和根體積RV（root volume）。掃描后的根系采用烘干法和1/1000電子天平稱量獲得根干重RW（root weight）。根重密度RWD（root weight density）/根長密度RLD（root length density）/根表面積密度RSAD（root surface area density）/根體積密度RVD（root volume density）是指單位土體對應的根干重/根長/根表面積/根體積，屬于根系的總體參數；RLDx/RSADx/RVDx（x= 0.50，1.00，1.50，2.00，2.50，3.00，3.50，4.00，4.50）則表示（x-0.5）mm＜d≤x mm徑級的根長密度/根表面積密度/根體積密度，RLD＞4.5/RSAD＞4.5/RVD＞4.5表示d＞4.5 mm徑級的根長密度/根表面積密度/根體積密度。

1.4數據處理

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土壤有機質變化特征

2011和2013年試驗小區各土層的有機質、氮、磷、鉀的全量和速效養分含量見表1。由表1可知，2011年對照小區各土層間的有機質含量均存在顯著性差異，表現為：0～10 cm土層的最大，10～20 cm土層的次之，20～30 cm土層的最小；香根草小區土層間的有機質含量表現為：0～10 cm土層的顯著大于10～20 cm和20～30 cm土層的，而后兩個土層間則無顯著性差異。同一土層，表現為香根草小區的有機質含量顯著大于對照小區的。0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm土層，香根草小區的有機質含量依次為對照小區的1.23、1.26和1.29倍。

2013年，對照小區土層間的有機質含量表現為：0～10 cm土層的顯著大于10～20 cm和20～30 cm土層的，而后兩個土層間則無顯著性差異；香根草小區各土層間的有機質含量均存在顯著性差異，表現為：0～10 cm土層的最大，10～20 cm土層的次之，20～30 cm土層的最小。同一土層，亦表現為香根草小區的有機質含量顯著大于對照小區的。0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm土層，香根草小區的有機質含量依次為對照小區的1.45、1.34 和1.32倍。

同一土層，對照小區2011年與2013年的有機質含量無顯著性差異；香根草小區0～10 cm土層，2013年的有機質含量則顯著大于2011年的，其他土層年際間則無顯著性差異。

2.2土壤氮、磷、鉀全量養分變化特征

表1中，2011年對照小區土層間的全氮含量表現為：0～10 cm土層的顯著大于10～20 cm和20～30 cm土層的，而后兩個土層間則無顯著性差異；總磷、全鉀含量在土層間均無顯著性差異。香根草小區的全氮、總磷含量在土層間均無顯著性差異，全鉀含量則表現為：0～10 cm土層的顯著大于10～20 cm和20～30 cm土層的，而后兩個土層間無顯著性差異。就數值而言，對照小區和香根草小區均表現為土層越淺，氮、磷、鉀全量養分含量越高。同一土層，香根草小區的全氮含量顯著大于對照小區的，總磷含量則無顯著性差異，全鉀含量表現為：0～10 cm土層香根草小區的顯著大于對照小區的，而其他土層則無顯著性差異。

表1　2011和2013年試驗小區土壤養分含量Table1　Soil nutrients contents of experimental plots in 2011 and 2013

2013年，對照小區的全氮含量在土層間無顯著性差異，總磷、全鉀含量表現為：0～10 cm與10～20 cm土層間的無顯著性差異，但均顯著大于20～30 cm土層的。香根草小區的全氮、總磷含量在土層間均無顯著性差異，全鉀含量則表現為：0～10 cm土層的顯著大于10～20 cm的，10～20 cm土層的又顯著大于20～30 cm土層的。各小區氮、磷、鉀全量養分含量的最大值出現在0～10 cm或10～20 cm土層。小區間全氮含量表現為：在0～10 cm土層香根草小區的顯著大于對照小區的，其他2個土層小區間則無顯著性差異；總磷和全鉀均表現為：0～10 cm和10～20 cm土層小區間無顯著性差異，20～30 cm土層對照小區的顯著大于香根草小區的。

同一土層，對照小區2013年的全氮含量均顯著大于2011年的，香根草小區2013年的全氮、總磷、全鉀含量均顯著大于2011年的。

2.3土壤氮、磷、鉀速效養分變化特征

表1中，2011年對照小區堿解氮含量表現為：0～10 cm土層的顯著大于10～20 cm土層的，10～20 cm土層的顯著大于20～30 cm土層的；有效磷含量在土層間則無顯著性差異；速效鉀含量表現為：0～10 cm與10～20 cm土層間的無顯著性差異，卻均顯著大于20～30 cm土層的。香根草小區的堿解氮含量在土層間表現為：0～10 cm與10～20 cm土層間的無顯著性差異，卻均顯著大于20～30 cm土層的；有效磷含量表現為：0～10 cm土層的顯著大于20～30 cm土層的，而10～20 cm土層的與這2個土層的均無顯著性差異；速效鉀含量在土層間均存在顯著性差異，表現為：0～10 cm土層的最大，10～20 cm土層的次之，20～30 cm土層的最小。就數值而言，對照小區和香根草小區均表現為土層越淺，氮、磷、鉀速效養分含量越高。小區間堿解氮含量表現為：0～10 cm土層的無顯著性差異，其他2個土層則為香根草小區的顯著大于對照小區的；有效磷含量表現為：0～10 cm和10～20 cm土層，對照小區與香根草小區間無顯著性差異，20～30 cm土層對照小區的顯著大于香根草小區的；各土層的速效鉀含量均表現為對照小區的顯著大于香根草小區的。

2013年，對照小區的堿解氮含量在土層間無顯著性差異；有效磷含量表現為：0～10 cm與10～20 cm土層間的無顯著性差異，卻均顯著大于20～30 cm土層的；速效鉀含量在土層間均存在顯著性差異，表現為：0～10 cm土層的最大，10～20 cm土層的次之，20～30 cm土層的最小。香根草小區的堿解氮含量在土層間無顯著性差異；有效磷、速效鉀含量均表現為：0～10 cm土層的最大，10～20 cm土層的次之，20～30 cm土層的最小。各小區氮、磷、鉀速效養分含量的最大值幾乎都出現在0～10 cm土層。各土層小區間的堿解氮含量均無顯著性差異，有效磷和速效鉀的表現則與2011年一致。

同一土層，對照小區2013年的速效鉀含量均顯著大于2011年的；10～20 cm和20～30 cm土層，香根草小區2013年的有效磷含量均顯著大于2011年的。

2.4香根草根系分布特征

2011和2013年香根草小區各土層的根系總體參數見表2。表2中，2011年香根草的根重密度（RWD）和根長密度（RLD）在土層間均存在顯著性差異，表現為：0～10 cm土層的最大，10～20 cm土層的次之，20～30 cm土層的最小；根表面積密度（RSAD）表現為：0～10 cm與10～20 cm土層間的無顯著性差異，卻顯著大于20～30 cm土層的；根體積密度（RVD）表現為：0～10 cm土層的顯著大于20～30 cm土層的，而10～20 cm土層的與這2個土層的均無顯著性差異。2013年，香根草的RWD表現為：0～10 cm土層的顯著大于10～20 cm，20～30 cm土層的，而后2個土層間則無顯著性差異；土層間的RLD、RSAD、RVD則表現出與2011年相同的顯著性。可見，RWD、RLD、RSAD、RVD的最大值均出現在0～10 cm土層。年際間，2013年各土層的RWD、RLD均顯著大于2011年的，RSAD和RVD則無顯著性差異。

表2　2011和2013年香根草各土層根系的總體參數Table2　Overall parameters of V.zizanioides roots in different soil layers in 2011 and 2013

表3為香根草根系總體參數間及根系總體參數與土層間的Pearson相關分析。結果表明RWD、RLD、RSAD、RVD均與土層深度呈極顯著負相關，其中RLD與土層深度的相關系數值高達0.911。這4個根系指標間亦存在極顯著正相關性，RSAD與RVD間的相關系數值最高為0.961，其次是RSAD與RLD間的相關系數值為0.890。

根據根系的直徑d（mm），將每個土樣所含的根系劃分為10個等級，表4為各徑級的RLD、RSAD和RVD。從顯著性分析的結果（表4）可以看出：（1）d=2.00 mm是一個分界線，當d＞2.00 mm時，2011和2013年香根草的各項根系指標在所有土層間均無顯著性差異；（2）0.00 mm＜d≤0.50 mm時，2011和2013年香根草的各項根系指標在土層間表現出相同的顯著性：0～10 cm土層的顯著大于10～20 cm和20～30 cm土層的，而后2個土層間則無顯著性差異；（3）1.00 mm＜d≤1.50 mm和1.50 mm＜d≤2.00 mm時，2011和2013年香根草的各項根系指標在土層間亦表現出相同的顯著性：0～10 cm土層的顯著大于20～30 cm土層的，而10～20 cm土層的分別與這2個土層的無顯著性差異；（4）0.50 mm＜d≤1.00 mm時，2011年香根草的各項根系指標在所有土層間均表現出顯著性差異：0～10 cm土層的最大，10～20 cm土層的次之，20～30 cm土層的最小，2013年香根草各徑級根系指標在土層間的顯著性則表現為：0～10 cm與10～20 cm土層間的無顯著性差異，卻顯著大于20～30 cm土層的；（5）年際間，僅0～10 cm和10～20 cm土層的RLD0.00mm＜d≤0.50mm，0～10 cm土層的RSAD0.50mm＜d≤1.00mm和RVD0.50mm＜d≤1.00mm，0～10 cm土層的RLD2.50mm＜d≤3.00mm、RSAD2.50mm＜d≤3.00mm和RVD2.50mm＜d≤3.00mm存在顯著性差異，即2013年的顯著大于2011年的。表5相關分析表明：僅0.00 mm＜d≤0.50 mm、0.50 mm＜d≤1.00 mm、1.00 mm＜d≤1.50 mm和1.50 mm＜d≤2.00 mm這4個徑級的RLD/RSAD/RVD與土層深度極顯著負相關，其中0.50 mm＜d≤1.00 mm徑級的相關系數值最大（依次為：0.866、0.868和0.866）。

2.5土壤養分與根系參數的相關性

表6為土壤養分與土層/根系參數間的相關分析，結果表明：（1）有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀與土層深度均極顯著負相關，尤其是速效鉀相關系數值高達0.973，全氮、總磷、全鉀與土層深度均無顯著性相關；（2）有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀分別與RWD、RLD、RSAD、RVD極顯著或顯著正相關，其中僅有效磷與RWD是顯著正相關；（3）全量養分中，僅全鉀與RLD顯著正相關；（4）有機質、有效磷、速效鉀分別與0.00 mm＜d≤1.50 mm中（即0.00 mm＜d≤0.50 mm、0.50 mm＜d≤1.00 mm、1.00 mm＜d≤1.50 mm）3個徑級的RLD、RSAD、RVD極顯著正相關，堿解氮則與這3個徑級的根系指標顯著正相關；（5）有機質、有效磷、速效鉀與1.50 mm ＜d≤2.00 mm徑級的根系指標均極顯著正相關，堿解氮則與d＞4.50 mm徑級的根系指標極顯著正相關；（6）全氮、總磷與所有徑級的根系指標均無顯著性相關；（7）全鉀與0.50 mm＜d≤1.00 mm徑級的根系指標均極顯著正相關，與RLD1.00mm＜d≤1.50mm、RVD0.00mm＜d≤0.50mm顯著正相關；（8）d=2.00 mm和d=4.50 mm是分界線，土壤養分與2.00 mm＜d≤4.50 mm間所有徑級的根系指標均無顯著性相關。

表3　香根草根系總體參數與土層相關分析Table3　Correlation analysis between V.zizanioides root overall parameters and soil layers

3　結論與討論

本研究中香根草的培肥效應主要體現在有機質上，且對有機質的培肥效應隨香根草定植時間的延長而增強，尤其是0～10 cm土層；其次是全氮，0～10 cm土層的全氮含量均表現為香根草小區的顯著大于對照小區的。已有的研究亦有認為植被對土壤的改良作用主要體現為土壤有機質和氮含量的增加［17］。有機質是土壤性質和土地生產力最重要的決定性因素，香根草有利于有機質的積累與眾多因素有關。紫色土區水土流失嚴重的季節（7-8月份），正是香根草莖葉生長茂盛的時候，茂密莖葉的覆蓋一方面攔截降雨、增加入滲，減少了表土層的養分流失，另一方面改善了土壤的溫濕度和微生物環境。有研究表明徑流攜帶是氮素損失的主要途徑［18］，因此香根草莖葉的覆蓋作用在抑制產流的同時有效抑制了土壤氮素的損失［19］。此外，香根草自身消耗土壤養分量較少，卜崇峰等［18］在三峽庫區紫色土坡地的試驗認為香根草在發揮很好地保持水土功效的同時，并沒有直接消耗大量的土壤養分。本實驗不進行刈割，大量枯落莖葉的腐解有效補充了土壤有機質等的損耗，而茂密莖葉對土壤溫濕度等的改變則又加速了枯落物的腐解。2011年取樣時，香根草定植僅4個月，正是生長繁茂的時候，不存在枯落莖葉的腐解；2013年取樣時，香根草已定植28個月，已有兩季大量枯落物進行腐解，對土壤有機質等養分進行了補充，所以2013年香根草在滿足了自身消耗后對表土層有機質的補給力度更大，研究中香根草小區0～10 cm土層的有機質含量和所有土層的全氮含量隨定植年限增加而顯著增加。這與已有的研究結論有類似之處，夏漢平等［20］在廣東酸性紫色土上的盆栽和大田試驗均證明香根草具有良好的改土培肥效應，盆栽半年或種植29個月后，山頂或山腰的土壤有機質和全氮含量都呈現增加趨勢；林超文等［9］在四川紫色土坡地的植物籬試驗表明香根草植物籬能夠緩解有機質的降低速度，在相同條件下增加土壤有機質含量，較之對照香根草植物籬區增加了19%；杜峰等［21］在陜北黃土丘陵區撂荒地的研究中發現，土壤全氮的變化趨勢與撂荒群落的地上生物量基本相同，且隨著撂荒年限的增加，0～40 cm土層土壤有機質、全氮、速效氮、全磷和全鉀和速效鉀在整個演替階段都呈增加的趨勢。

表5　香根草各徑級根系參數與土層相關分析Table5　Correlation analysis between V. zizanioides root parameters of different diameter classes and soil layers

香根草小區的有效磷和速效鉀則出現了虧損。2011和2013年香根草小區的有效磷和速效鉀在多個土層或所有土層均顯著小于對照小區的，而這些土層磷、鉀的全量養分在小區間卻無顯著性差異或表現為香根草小區的顯著大于對照小區的，可見香根草對土壤總磷、全鉀的影響較小，且可能不利于有效磷和速效鉀的積累。全量養分在一定程度上說明的是土壤的供肥潛力；速效養分則是能直接供植物吸收利用的養分，表明的是土壤供肥強度的大小。紫色土自身磷、鉀豐富，種植香根草后總磷、全鉀雖然無顯著變化但磷、鉀速效養分卻出現了虧損，一方面可能是因為土壤中有效磷所占比例較低，遠低于香根草的消耗量；另一方面有效磷在土壤中分布變異極大，可能本試驗香根草小區采樣的0～30 cm土層有效磷含量較低。枯枝落葉腐解及根系生長分泌有機酸等均有利于將土壤中大量不能被植物直接吸收利用的固著態鉀、緩效鉀等轉化成可直接利用的速效鉀，而速效鉀卻出現了虧損，原因還有待于進一步的試驗查明。紫色土土層淺薄、有機質含量低，而香根草有利于有機質和全氮的積累，加之香根草具有很好的水土保持效益，因此適宜在紫色土坡地推廣應用，但需注意補施磷肥和鉀肥。

表6　香根草小區土壤養分與根系參數相關分析Table6　Correlation analysis between soil nutrients and root parameters in V.zizanioides plots

植被對土壤養分有表聚效應，本研究中香根草小區土壤養分的表聚現象與已有的研究略有不同，僅有機質、有效磷、全鉀和速效鉀表現為0～10 cm土層的顯著大于其他土層的。韓鳳朋等［22］的研究中，0～20 cm土層的土壤有機質、全氮、全磷、硝態氮和銨態氮均具有明顯的表聚現象；秦川等［14］的試驗中僅土壤全氮含量表現為0～10 cm土層的最高。分析原因，除了因為研究的地域、植物種類有差異外，根系特征和土層的劃分亦有不同，韓鳳朋等［22］的研究中土壤有機質、全氮、硝態氮均與根長密度極顯著正相關，秦川等［14］的研究中全氮與根系生物量極顯著正相關，本研究中有機質、有效磷、全鉀、速效鉀與RLD顯著或極顯著正相關，有機質、有效磷、速效鉀亦與RWD顯著或極顯著正相關，而根系分析中0～10 cm土層的RWD和RLD均顯著大于其他土層的。

根系是連接植物和土壤的紐帶，關系著土壤養分的運移和輸送，其地下空間分布特征決定了它對土體的影響范圍和影響程度。已有的研究表明土壤有機質和全氮受各項根系指標的影響，韓鳳朋等［22］在黃土退耕坡地的研究表明土壤有機質、全氮與根長密度均極顯著正相關（相關系數高達0.990）［22］，秦川等［14］對紫色土區不同年限的黃花生物埂進行研究發現全氮與根系生物量極顯著正相關（相關系數為0.888，土壤有機質未做分析）［14］。本研究中，RWD、RLD、RSAD、RVD、0.00 mm＜d≤2.00 mm各徑級的RLD/RSAD/RVD、RSADd＞4.50mm均極顯著影響土壤有機質含量。可見香根草的發達根系非常有利于土壤有機質的積累，可能原因有大量死根的腐解和活根的分泌物等。地上莖葉與地下根系的共同作用，使得香根草在土壤有機質方面具有較顯著的培肥效應。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。本研究中全氮含量與根系指標無顯著性相關，較之對照香根草卻有利于土壤全氮的積累，可能是因為香根草的根際周圍含有15種固氮菌，在一定程度上有利于提高土壤氮含量［3］。秦川等［14］的研究中全氮與根干重極顯著相關，與根表面積和根體積顯著相關，本研究卻與此不相同，需要進一步的試驗研究。

香根草的徑級根系中d=2.00 mm和d=4.50 mm是重要分界線，當0.00 mm＜d≤2.00 mm時，香根草各徑級的所有根系指標在土層間均表現出顯著性差異且與土層深度極顯著負相關，其中0.50 mm＜d≤1.00 mm徑級的相關系數值最大；當d＞2.00 mm時，所有根系指標在所有土層間均無顯著性差異，且土壤養分與2.00 mm＜d≤4.50 mm間所有徑級的根系指標均無顯著性相關。0.00 mm＜d≤2.00 mm是影響土壤有機質含量的主要根系徑級，一方面是因為0.00 mm＜d≤2.00 mm徑級的根系數量多、根長密度值非常大，各土層RLD0.00mm＜d≤2.00mm占RLD的最低比例為95.56%，大量根系穿插土壤改善了土壤的通透性和理化性狀；另一方面這部分根系的RSAD也較大，有利于根系與土壤顆粒的充分接觸和耦合，尤其是隨著定植時間的增長，根系與土壤完全耦合，所以對土壤有機質的影響更大。進一步細分，0.00 mm＜d≤0.50 mm徑級的根系對土壤有機質的影響較其他徑級的更為顯著，該徑級的RLD、RSAD、RVD與有機質的相關系數值均最大，依次為0.854、0.858、0.848，且各土層該徑級的RLD均顯著大于其他徑級的，這再次表明RLD是影響土壤有機質含量的一個重要的根系指標。對土壤有機質影響次大的徑級為1.50 mm＜d≤2.00 mm，該徑級RLD、RSAD、RVD與有機質的相關系數值依次為0.745、0.744、0.742。在0.00 mm＜d≤2.00 mm的4個徑級中，RLD1.50mm＜d≤2.00mm最小，RSAD1.50mm＜d≤2.00mm居中且與RSAD0.50mm＜d≤1.00mm相近，RVD1.50mm＜d≤2.00mm與RVD1.00mm＜d≤1.50mm相近，卻明顯大于RVD0.00mm＜d≤0.50mm和RVD0.50mm＜d≤1.00mm，這表明根徑對土壤有機質亦有顯著影響，亦表明各徑級根系對有機質的影響是復雜的故而不能以單項根系指標進行衡量。已有的研究結果［23-24］多認為須根d≤1.00 mm的生物量和根密度值是影響土壤有機質的主要根系參數，但對此直徑范圍未進一步細分且未分析其他徑級的影響，而本研究對徑級的劃分較細，所以研究結論無法與其他研究進行詳細對比，需要進一步的試驗驗證。

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Effects of Vetiveria zizanioides roots on soil properties in the Purple Soil Area of China and the role of different root diameter classes

CHEN Yun，HE Bing-Hui*，LIAN Cai-Xia，LIU Zhi-Peng
College of Resources and Environment，Key Laboratory of Eco-environments in Three Gorges Reservoir Region，Southwest University，Chongqing 400715，China

The aim of this study was to determine the effects of Vetiveria zizanioides plants and their roots on soil properties，and define the role of different root diameter classes.The research was conducted in the Purple Soil Area of China.The experiment compared bare control plots with plots planted in V.zizanioides.Soil and root samples were collected regularly from 0-10 cm，10-20 cm，20-30 cm soil layers.Contents of soil organic matter，total and available nitrogen，phosphorus，and potassium were measured by conventional methods.Roots were divided into 10 diameter classes measured by a Root Analysis System（WinRHIZO，Pro. 2004c）.It was found that：1）V.zizanioides substantially enhanced the accumulation of soil organic matter，the longer the planted time the greater the effect.V.zizanioides also promoted the accumulation of soil total nitrogen，but the effect was weak compared with organic matter.Both available phosphorus and potassium were depleted in all V.zizanioides plots.2）The levels of organic matter，available phosphorus，total potassium and available potassium showed topsoil accumulation in all V.zizanioides plots；i.e.over time their levels in the 0-10 cm soil layer increased significantly more than in the 10-20 cm and 20-30 cm soil layers（P＜0.05）.3）The root diameter range（d）0.00 mm＜d≤2.00 mm was dominant in affecting soil organic matter. root length density（RLD），Root surface area density（RSAD），and root volume density（RVD）of all diameter classes in this range were significantly and positively correlated with soil organic matter content（P＜0.01），with the highest correlation being the 0.00 mm＜d≤0.50 mm diameter range and the next highest being the 1.50 mm＜d≤2.00 mm range.4）Root diameters of d=2.00 mm and d=4.50 mm were important classification divisions.When 0.00 mm＜d≤2.00 mm，RLD，RSAD，and RVD of all diameter classes showed significant differences between all soil layers and were significantly and negatively correlated with soil layer depth. The maximum correlation coefficient occurred in roots of the 0.50 mm＜d≤1.00 mm diameter range.When 2.00 mm＜d≤4.50 mm，all root parameters of all diameter classes were uncorrelated with any measured soil parameter.5）The maximum RLD，RSAD，and RVD occurred in the 0-10 cm soil layer，and RLD differed significantly among all soil layers in the same year or between 2011 and 2013 in the same soil layer.

soil and water conservation；root length；root surface area；root volume；soil nutrients

10.11686/cyxb2015189

2015-04-14；改回日期：2015-08-25

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

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

Corresponding author.E-mail：hebinghui@swu.edu.cn