浦陽江下游江岸草本植物根系對土壤抗沖性的影響

陳 浩, 余毅敏, 唐旭棟, 周之靜, 趙雅青

(杭州市園林綠化股份有限公司, 杭州 310000)

浦陽江下游江岸草本植物根系對土壤抗沖性的影響

陳 浩, 余毅敏, 唐旭棟, 周之靜, 趙雅青

(杭州市園林綠化股份有限公司, 杭州 310000)

采用7級目測法對浦陽江下游江岸草本植物進行了調研，篩選出了當地的優勢草本，并對其根系密度、土壤抗沖性增強效應進行了分析，補充了植物根系對江岸土壤抗沖性影響的基礎資料。研究發現：(1) 浦陽江下游江岸的優勢草本植物是狗牙根、水蓼、蘆葦、芒、雙穗雀稗；(2) 5種草本植物根系(d≤1.0 mm)在土壤表層(0—30 cm)均有較多分布，根系密度隨著土層的垂直分布深度增加而減少，其規律服從指數函數關系分布；(3) 5種優勢草本根系均能增強浦陽江下游江岸土壤的抗沖性，增強值分別如下：蘆葦14.16，芒12.53，狗牙根5.39，雙匯雀稗5.01，水蓼4.41。5種優勢草本均能在浦陽江消落帶植被構建中發揮土壤抗沖性增強效應，尤其是蘆葦與芒的增強效應最為明顯。

浦陽江; 土壤抗沖性; 根系密度; 草本植物

浦陽江是錢塘江下游的一條支流，自古以來洪澇災害頻繁，素有“浙江小黃河”之稱[1]，其中湄池至三江口河段屬下游河段，河道彎曲，受梅雨及錢塘江潮水頂托的雙重影響，排泄不暢，洪水時常泛濫成災[2-3]。因此，在浦陽江下游江岸建設中水土保持成為一個重要議題。

植被構建是水土保持中最有效和最根本的方法[4]。植被減少表土侵蝕的早期研究主要集中于植物地上部分，包括冠層的截留和枯枝落葉層的涵水作用[5]，之后人們意識到植物通過地下根系的盤繞、固結作用，也能發揮穩定土壤結構，增強土壤抗侵蝕能力的效應[6]。其中，土壤抗沖性是研究土壤抗侵蝕能力的一項重要內容，根系對土壤抗沖性的影響研究最早由蘇聯的土壤學家古薩克發起[7]，經過幾十年的發展，己經取得了可觀的研究成果，但國內研究對象多以黃土高原為主[6,8-10]，河岸領域鮮有報道[11-12]。

消落帶頻繁的水淹環境導致江岸植物多有草本植物構成。草本植物根系有其自身特點，其總根數的90%分布于0—30 cm的土層內，根系一般為直徑小于1 mm的須根[13]，而已有研究表明根系中d≤1 mm的須根，與土壤的抗侵蝕效能密切相關，它是反映土體穩定的一個重要指標[14]。因此，本文采用7級目測法對浦陽江下游江岸的優勢草本進行調研，并通過d≤1 mm根系密度測定、土壤抗沖試驗研究優勢草本的固持作用，分析不同植物根系對土壤抗沖性的增強效應是否有差異，植物根系特征與土壤抗沖性是否有關，為浦陽江江岸的植物群落構建提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和材料

根據浦陽江下游河道特性，選取了湄池、臨浦、聞堰水文站附近江岸為調研樣點，每個樣點隨機選擇環境條件基本一致的10塊標準樣方，共計30塊樣方，每塊樣方大小均為10 m×10 m。通過草本植物調查篩選出5種優勢草本進行根系土壤抗沖性試驗。

1.2 方法

1.2.1 優勢草本篩選方法 草本植物調查采用7級目測法[15-16](見表1)，該法是野外雜草群落調研的常用方法，它根據植物的相對蓋度、多度和相對高度三者的綜合指標確定各物種的優勢度級數，再以樣方單位計算該物種相應的頻度和優勢度值，通過物種間優勢度的比較，篩選出5種優勢草本。其中：

頻度=某物種出現的樣方數/調研的總樣方數×100%

優勢度=∑(某物種該級別出現的樣方數×該級別代表值)/(總樣方數×5)×100%

1.2.2 根系密度測定方法 根系密度測定采用挖根法[17],在10 cm直徑的圓截面上，按照取土表面、距表面10，20，30 cm的深度，測出每個剖面上的根數，每一物種進行4個重復。數據分析和處理中，采用SPSS13.0統計軟件，用方差分析和回歸分析法處理數據。

1.2.3 土樣采集方法 采用根鉆(直徑10 cm，高度15 cm)，在野外鉆取含有試驗物種根系的表層土15 cm作為土樣，采樣前需清除植物地上部分、落葉雜物，每一物種取4個土樣用于土壤抗沖試驗，同時在各自物種采樣點附近取4個不長植物的土樣，用于對照試驗。土樣采集完后，需立即放入自制的PVC管(直徑10 cm，高度15 cm)中，運至臨安青山湖花園中心實驗室進行后續試驗。

表1 7級目測分級標準

注：T級賦值0.5，O級賦值0.1。

1.2.4 土壤抗沖試驗方法 土壤抗沖性的測試參考蔣定生等的原狀土沖刷槽法[12,18]。土樣在抗沖試驗前先用水浸潤，方法如下：裝有土樣的PVC管一端用絲絹包扎后豎立放于水盆中，水面高度10 cm，水從管底部自下而上浸潤土樣12 h直至達到飽和，將達到飽和的土樣靜置于平地上8 h以去除重力水，用電子天平稱重后橫放水槽的末端，去掉絲絹和上側的1/2PVC管，進行抗沖試驗。抗沖試驗水槽寬15 cm，長200 cm，沖刷坡度為15°，水流速度恒定為10 L/min，沖刷時間為5 min，5 min內沖刷完的以具體沖完的時間計算。用電子天平稱量抗沖后土樣的重量(含飽和水)，計算出沖刷走的土重(含飽和水)，進而計算出抗沖系數K(L/g)，即沖掉1 g土樣(含飽和水)所需的水量。

根系對土壤抗沖性影響的指標使用土壤抗沖性增強值，用E表示,計算公式為E=(Kt-K0)/K0，Kt為含根土樣的抗沖系數，K0為空白對照土樣的抗沖系數。

2 結果與分析

2.1 優勢草本篩選

由于浦陽江下游的地理特殊性，江岸地帶時常受到水位漲落的影響，形成自然消落帶，這對該地植物的耐淹性提出了考驗。草本植物作為保水和土壤改良的的先鋒植物，具有生長快、投資小、易管理等優點；除此以外，草本根系的加筋作用對坡岸土體起到加固作用，提高了土體抗剪強度與邊坡穩定性[19-20]，因此，消落帶草本植物的選擇對護岸的穩定意義重大。見表2，通過實地調研發現浦陽江下游草本植物種類豐富，尤其是狗牙根Cynodondactylon、水蓼Polygonumhydropiper、蘆葦Phragmitesaustralis、芒Miscanthussinensis、雙穗雀稗Paspalumpaspaloides優勢度相對較高，可知這5種植物在當地環境中有較高的適應性，可用作土壤抗沖試驗的對象。

表2 浦陽江下游江岸主要草本植物的優勢度與頻度

2.2 根系密度分析

草本植物往往沒有強大的主根，無法發揮主根錨固作用，但它能利用發達的須根對土壤起到加筋作用[19]。現有研究表明，直徑d≤1.0 mm的根系能顯著提高土壤的抗沖刷性[21-22]，因此本試驗分別統計直徑d≤1.0 mm的根系。

5種植物直徑d≤1.0 mm的根系密度，在0—30 cm土層的垂直分布均隨深度增加而減少(見圖1)，其中狗牙根、蘆葦、雙穗雀稗根系分布特征表現出相似的特點，d≤1.0 mm根系密度下降趨勢顯著。水蓼d≤1.0 mm根系密度在取土表面與10 cm深度的分布均顯著高于30 cm深度處，取土表面與10 cm深度間差異顯著，但20 cm深度與10 cm及30 cm深度間沒有顯著差異。芒d≤1.0 mm根系密度在取土表面和10 cm深度間沒有顯著差異，但取土表面與10 cm深度的分布均顯著高于20 cm與30 cm深度處，20 cm與30 cm根系密度差異顯著。

圖1 耐淹植物根系數量在土壤表層中的分布

各植物根系密度(d≤1.0 mm)與土層深度間進行擬合分析，兩者關系服從指數分布，相關性顯著(p<0.01，見表3)，這一規律在類似的研究中也有報道[23-26]。通過公式，根據土層深度，可以預測d≤1.0 mm的植物根系在土層中分布密度，為該植物在江岸水土保持中的運用提供理論指導。

表3 植物根系密度與土層深度的曲線回歸方程

注：y表示根系密度,x表示土層深度。

土壤抗沖性與d≤1.0 mm徑級的須根密度關系最為密切，該徑級根系密度大，可以改建土壤、構建良好的抗沖性構[27]。對浦陽江下游江岸優勢草本的根系密度研究結果顯示，5種植物d≤1.0 mm的根系密度均隨土層深度增加而減少，暗示這些植物根系對土壤抗沖性的增強效果隨著土層的加深而減弱。

2.3 抗沖性分析

5種植物對土層的抗沖性均有增強效應，但物種間增強效應不同(圖2)。蘆葦、芒根系對土壤的抗沖性增強效應最強，增強值分別為14.16，12.53，水蓼的增強效應最弱，增強值為4.41，狗牙根、雙穗雀稗增強值分別為5.39，5.01。

土壤的抗侵蝕性包括抗沖性與抗蝕性兩方面[28]，土壤抗沖性是指土壤抵抗徑流對土壤機械破壞和推動下移的性能[29]，目前為止，還沒有確切的衡量土壤抗沖性強弱的指標和統一的測量方法。土壤靜水崩解法[28]、索波列夫抗沖儀器法[28,30]、原狀土沖刷水槽法[31-33]、實地放水試驗法[10]在土壤抗沖性研究中都有報道。本試驗采用改進的原狀土沖刷水槽法，對浦陽江下游江岸的優勢草本進行試驗，結果顯示草本植物根系都能提高土壤的抗沖性，這一結果與先前的研究報道相一致[6,12,34]。

圖2 耐淹植物對土壤抗沖性的增強值

植物通過根系的分布、盤繞、固結作用，提高土壤抗沖力，增強土壤滲透性并創造抗沖性土體構型，從而實現土壤抗沖性的增強。5種草本植物中，蘆葦與芒的抗沖性增強值較大，蘆葦屬于根系發達的高大禾草，在干旱地區根系深度可達2.5 m以上，根系屬于根莖型分蘗，在土壤中極易形成龐大的根系網絡，將周圍土壤固結在一起，形成抗沖性土體構造，從而使整體植株對于土壤抗沖性的增強效應最為明顯，這一結果符合盧立霞等[35]的發現。芒屬于多年生草本，根系入土可達1 m，根狀莖橫走于地表下10 cm左右[36]，形成的根系—根莖立體網絡結構能對土壤起到很好的固持作用。考慮到蘆葦、芒的地上莖葉部分也很發達，可以有效減少雨水的直接濺蝕，其根系又具有良好固持能力，因此這兩物種適合在江岸推廣。狗牙根、雙穗雀稗根系特征類似，因而它們對土壤抗沖性的增強值之間無顯著差異，抗沖性增強值都在5左右。水蓼屬于蓼科的一年生大型草本，莖易斜升，基部節上長有不定根[37]，雖然試驗中水蓼的土壤抗沖性增強值不高，但在實地采樣中發現水蓼近地面斜升莖干形成的不定根，明顯擴大了單株植物的固土作用范圍，水蓼的綜合固土效應還待進一步評價。

3 結 論

(1) 通過7級目測法，發現浦陽江下游江岸的優勢草本植物是狗牙根、水蓼、蘆葦、芒、雙穗雀稗。

(2) 5種草本植物根系(d≤1.0 mm)在土壤表層(0—30 cm)均有較多分布，根系密度隨著土層的垂直分布深度增加而減少，其規律服從指數函數關系分布，該關系可以推測土壤抗沖性的增強效應，但在具體研究中，評價植物根系對土壤抗沖性的增強效應還應綜合考慮植物根系的生物量[12,32]、根系表面的生物學特性[38]等因素。

(3) 采用改進的原狀土沖刷水槽法進行試驗，發現5種優勢草本根系均能增強浦陽江下游江岸土壤的抗沖性，提高江岸的水土保持作用，尤其是蘆葦與芒，具有更好的抗沖增強效應。先前研究表明直徑d≤1.0 mm的根系能顯著提高土壤的抗沖刷性[21-22]，本研究證實各植物d≤1.0 mm根系密度與土層深度密切相關，因此在今后的工作中，可以針對土層中d≤1.0 mm根系分布密度與土壤抗沖性的相關性進行設計研究。

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EffectoftheRootSystemsofHerbaceousPlantsonSoilAnti-scourbilityintheRiparianAreaofLowerReachesofPuyangRiver

CHEN Hao, YU Yimin, TANG Xudong, ZHOU Zhijing, ZHAO Yaqing

(HangzhouLandscapingIncorporated,Hangzhou310000,China)

Puyang River is often affected by the flood disaster. However, herbaceous plants play a key role in control of soil erosion. In this paper, a field survey of species, relative coverage, abundance and relative height for herbaceous plants was carried out in the riparian area of lower reaches of Puyang River. The root densities of dominant plant species, enhancement values of anti-scourability by roots were studied. The results showed that: (1)Cynodondactylon,Polygonumhydropiper,Phragmitesaustralis,MiscanthussinensisandPaspalumpaspaloideswere dominant in herbaceous plants; (2) roots with diameter less than 1 mm of 5 herbaceous plants mostly distributed in 0—30 cm soil surface layer, the root densities decreased with the increase of soil depth, and the relationship of them followed the index series relationship; (3) all the roots of 5 species had remarkable positive enhancement effects on soil anti-scouribility, and the intensified value of soil anti-scourability by root system ofPhragmitesaustraliswas 14.16, 12.53 forMiscanthussinensis, 5.39 forCynodondactylon, 5.01 forPaspalumpaspaloides， and 4.41 forPolygonumhydropiper. In the experiment, it is suggested that these five herbaceous plants, especiallyPhragmitesaustralisandMiscanthussinensis, could enhance the soil anti-scouribility for protecting the riparian area of lower reaches of Puyang River.

Puyang River; soil anti-scourbility; root density; herbaceous plants

2016-02-22

：2016-04-22

陳浩(1988—),男,浙江杭州人,助工,碩士,園林景觀工程生態技術應用。E-mail:chenhao2055@126.com

S157

：A

：1005-3409(2017)02-0060-04