PAM和草類根系對荒坡侵蝕劣地紫色土微團聚體的影響

王潤澤，諶蕓*，李鐵，周濤，何丙輝，劉梟宏，劉志鵬，單志杰

(1.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；2.中國水利水電科學研究院，流域水循環模擬與調控國家重點實驗室，北京 100048)

PAM和草類根系對荒坡侵蝕劣地紫色土微團聚體的影響

王潤澤1，諶蕓1*，李鐵1，周濤1，何丙輝1，劉梟宏1，劉志鵬1，單志杰2

(1.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；2.中國水利水電科學研究院，流域水循環模擬與調控國家重點實驗室，北京 100048)

為探討PAM(聚丙烯酰胺)和草類根系對侵蝕劣地土壤的改良效果，試驗以該環境的紫色土為研究對象，設置了空白對照(CK)以及單施PAM、單植草類、“狗牙根+PAM”、“三葉草+PAM”4個試驗處理類別，6個月后測定了土壤微團聚體組成，分析了土壤微團聚體分布、結構及分形特征。結果表明，1)各試驗處理的大粒徑微團聚體含量增加，小粒徑的則減少；2)各試驗處理的MWSSA(平均重量比表面積)、分散系數和分散率均顯著減小(各指標最小值分別為CK的0.30、0.15和0.60倍)，MWD(平均重量直徑)、團聚狀況和團聚度均顯著增大(各指標最大值分別為CK的1.17、1.49和1.28倍)；3)各試驗處理的微團聚體分形維數均減小；4)GY-PAM1(狗牙根+液施PAM，濃度：30 g/m3)土壤的各項微團聚體結構指標均優于其他試驗處理，表現出較好的抗侵蝕性；5)“草類+PAM”的根系指標均優于單植草類，平均根長密度(RLD)和d(直徑)≤0.2 mm徑級分別是影響該紫色土結構穩定性和抗侵蝕性的主要因子和關鍵徑級。

微團聚體；PAM；根系特征；根長密度；根表面積密度

紫色土區水土流失經過多年的治理，取得了極大成效，但部分地區仍存在一些極為嚴重的水土流失區[1]，其特點是降水豐富，生境條件惡劣，母質巖裸露，無土或有極少量礫石土，土壤極度瘠薄，植被生長困難，治理難度極大，稱為侵蝕劣地[2]。侵蝕劣地是指因侵蝕造成貧瘠化而難以利用的土地[3]，包括巖石、荒山(裸山)或其他近乎不毛之地等[4]，是水土流失治理和生態恢復的難點。國外針對侵蝕劣地的研究較多，主要涉及侵蝕機理、“地形-水分-植被”之間的相互關系、“侵蝕速率-植被”之間的相互關系、“土壤性質-植被”之間的相互關系以及模型研究[5-9]等。國內針對侵蝕劣地的研究很少，已有研究內容僅涉及侵蝕劣地的植被恢復技術和治理效果評價[10-11]等方面，而針對侵蝕劣地土壤物理過程的研究則更為缺乏。土壤微團聚體是構成土壤結構的功能單元[12]，其組成對土壤物理過程和抗蝕性有重要的影響[13]，故研究侵蝕劣地紫色土微團聚體的分布、結構及分形特征是必要和迫切的。

應用PAM(polyacrylamide，聚丙烯酰胺)防治水土流失，已成為國際普遍采用的化學措施，因其具有減少土壤侵蝕和改善土壤質量的顯著效果而受到重視。在人與自然和諧共處的理念下，除化學措施外，植物措施的防治水土流失和改善生態環境作用亦必不可少[14]。國內外針對PAM對土壤團聚體影響的研究成果頗豐，主要集中在PAM影響團聚體的分布特征[15-16]、結構特征[17]和作用機理[18]等方面；植物措施對土壤團聚體的影響亦有大量研究，主要集中報道植被措施影響團聚體的數目[19]、碳匯作用[20-21]和水穩定性[22]等。目前這些研究多集中于單一措施上，而針對PAM和植物措施的對比分析效果以及兩者的組合配套使用對土壤團聚體影響的研究尚未見報道，且鮮有研究涉及植物根系特征對土壤團聚體的影響。因此，本研究選取紫色土區荒坡侵蝕劣地土壤為對象，探討了PAM、草類以及兩者組合配套使用對微團聚體的影響，以期為該區荒坡侵蝕劣地水土流失治理和生態恢復效益評價提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區屬亞熱帶季風性氣候，年均溫約為18 ℃，年均降水量約為1200 mm，年均日照時長約為1277 h[23]。供試土壤來自重慶市北碚區馬鞍溪流域內龍灘子水庫(29°49′1″ N，106°24′48″ E)附近的荒坡。馬鞍溪位于北碚區西北部，發源于縉云山南麓，屬嘉陵江支流。該荒坡為紫色沙泥頁巖裸露、有少量粗骨性礫石土的純母質侵蝕劣地，坡度約為35°，植被覆蓋度不足5%，土層厚度不足5 cm，鮮有人為擾動。

1.2 試驗設計

于2015年12月采集荒坡侵蝕劣地土壤，采集前去除表層雜質。土壤過5 mm篩后填入花盆內并略微壓實，使其容重為1.30 g/cm3左右，花盆規格為口徑×底徑×高：180 mm×125 mm×100 mm。試驗處理如表1所示，每個處理3個重復，共27個花盆試樣。試樣制成后，首先浸水12 h，水層比花盆頂部稍低，然后靜置，保證試驗初土壤的含水率均為飽和含水率。靜置數日后，液施PAM(中性，相對分子量300萬，堿性條件下水解，水解度為20%)溶液和等密度撒播草籽(每個花盆均撒播狗牙根Cynodondactylon或三葉草Trifoliumepens種子0.3 g)，試驗期間常規管護，及時灌溉、去除雜草與補種。

表1 試驗處理Table 1 Test treatments

1.3 試驗方法

1.3.1樣品采集及指標測定 于2016年5月初采集花盆試樣，采樣時間為雨后3 d以上，且3 d以上無灌溉和拔草措施。環刀取樣：采樣前土壤表面的植株、枯落物或其他雜質等清理干凈(CK、PAM1和PAM2只需去除土壤表面的雜質)，然后用環刀(底面積30 cm2，高2 cm)采取含有根系或無根系的土壤樣品。土壤微團聚體試驗取樣：每次環刀取樣過后，用鏟子采取約500 g土帶回實驗室使其自然風干。土壤微團聚體組成測定：蒸餾水浸泡土壤24 h后再振蕩2 h，采用吸管法測定各粒級微團聚體含量[24]。

1.3.2土壤微團聚體結構特征指標計算 土壤微團聚體平均重量比表面積(mean weight soil specific area，MWSSA)、平均重量直徑(mean weight diameter，MWD)、團聚狀況、團聚度、分散系數和分散率均采用中國科學院南京土壤研究所主編的《土壤物理性質測定法》中相關公式計算[24]。

1.3.3分形維數(D)的計算 分形維數在一定程度上可以作為評價土壤結構穩定性的指標[25]。因土壤本身具有自相似結構的特點，故可用分形理論建立土壤團粒結構的分形模型，本研究采用以粒徑的質量分布直接計算土壤粒徑分布的分形維數(楊培嶺法)，小于某一特定測量尺度的累積土粒質量mi與di之間的分形關系式為[26]：

(1)

式中：di為相鄰兩篩分粒級的粒徑平均值(mm)；dmax為最大土粒粒徑值(mm)；mi為粒徑小于di的累積土粒質量(kg)；mmax為各粒級質量之和(kg)；D為分形維數。

1.3.4根系指標測定及計算 將含根系的土樣浸于水中2 h，置于0.5 mm篩內用較小流量自來水沖洗，洗出的根系晾干表面水分，裝入自封袋內并編號；然后采用200 dpi分辨率的掃描儀對根系進行灰度掃描，采用WinRHIZO(Pro. 2004c)根系分析系統分5個徑級(d≤0.2 mm，0.2 mm0.9 mm，d為直徑，單位mm)對根長(root length，RL)、根表面積(root surface area，RSA)和根體積(root volume，RV)進行統計分析。掃描后的根系采用烘干法和精度為千分之一的電子天平獲得根干重(root weight，RW)[27]。

根長密度(root length density，RLD)=環刀內根系總長度/土體體積

(2)

根表面積密度(root surface area density，RSAD)=環刀內根系總表面積/土體體積

(3)

根體積密度(root volume density，RVD)=環刀內根系總體積/土體體積

(4)

根重密度(root weight density，RWD)=環刀內根系總干重/土體體積

(5)

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2010軟件對數據進行圖表處理，用SPSS 17.0 統計軟件進行差異顯著性分析(Duncan法)和Pearson相關分析。

2 結果與分析

2.1 PAM和草類對微團聚體分布特征的影響

由圖1可知，同一粒級不同處理微團聚體含量存在差異。1～0.25 mm粒級，PAM1微團聚體含量最大，為46.46%，是最小值(CK，39.93%)的1.16倍，且各試驗處理的微團聚體含量均大于CK，GY-PAM1和GY-PAM2的微團聚體含量均大于GY，SY-PAM1和SY-PAM2的微團聚體含量均大于SY。0.25～0.05 mm粒級，SY-PAM1的微團聚體含量最大，為38.64%，是最小值(CK，30.63%)的1.26倍。0.05～0.01 mm粒級微團聚體含量介于10.04%～16.28%，平均值為13.02%。0.01～0.005 mm粒級微團聚體含量介于2.88%～6.76%，平均值為3.98%，0.005～0.002 mm粒級微團聚體含量介于0.56%～4.39%，平均值為2.59%，且CK在這2個粒級范圍內的微團聚體含量均顯著大于各試驗處理。0.002～0.001 mm粒級微團聚體含量介于0.08%～3.41%，<0.001 mm粒級微團聚體含量介于0.29%～1.92%，CK在這2個粒級范圍內微團聚體含量均顯著大于各試驗處理。

圖1 不同處理的土壤微團聚體組成Fig.1 Composition of soil micro-aggregates in different treatments 不同小寫字母表示同一粒級不同處理土壤微團聚體含量在P<0.05水平上差異顯著。Different lowercase letters indicate that the content of soil micro-aggregates of the same particle-size with different treatments are significantly different at P<0.05 level.

1～0.05 mm粒級范圍內微團聚體含量則表現為“狗牙根+PAM”>“三葉草+PAM”>單施PAM>單植草類>CK，其中GY-PAM1的此粒級微團聚體含量最大，為82.23%。較之CK，各試驗處理該粒級范圍的微團聚體含量均有所增加。在<0.01 mm粒級范圍內，各試驗處理的此粒級微團聚體含量較之CK均有所減少。由此可見，與CK相比，各試驗處理的大粒徑微團聚體含量增加，小粒徑的則減少。

同一處理不同粒級微團聚體含量亦存在差異。所有處理的1～0.25 mm粒級微團聚體含量均最大，<0.002 mm粒級微團聚體含量均最小。所有處理的不同粒級土壤微團聚體含量均呈C1～0.25 mm>C0.25～0.05 mm>C0.05～0.01 mm>C0.01～0.005 mm>C0.005～0.002 mm>C<0.002 mm的順序。所有處理的1～0.25 mm均為優勢粒級，0.25～0.05 mm均為次優勢粒級。

由圖1亦可知，不同處理不同粒級土壤微團聚體整體分布特征有所不同。如所有處理間土壤微團聚體含量最小的粒級有所不同，CK、PAM1、PAM2、GY和SY-PAM2的微團聚體含量最小的粒級均為<0.001 mm，而SY、GY-PAM1、GY-PAM2和SY-PAM1處理微團聚體含量最小的粒級均為0.002～0.001 mm。

2.2 PAM和草類對微團聚體結構特征的影響

評價土壤微團聚體結構特征常用的代表性指標有平均重量比表面積(MWSSA)、平均重量直徑(MWD)、團聚狀況、團聚度、分散系數和分散率等。

團聚體的MWSSA是反映土壤性質的綜合指標之一，一般來講，MWSSA的值越大，土壤質地越細，分散性越強[28]。由表2可知，土壤微團聚體MWSSA表現為CK最大，GY-PAM1最小，CK的微團聚體MWSSA均顯著大于各試驗處理，為最小值(GY-PAM1，60.90 cm2/g)的3.33倍。PAM1、PAM2、GY-PAM1和GY-PAM2等4個試驗處理的MWSSA彼此之間無顯著性差異，且顯著小于GY和SY。SY-PAM1和SY-PAM2的MWSSA無顯著性差異。由此可見，CK的土壤質地細，微團聚體結構穩定性差；與CK相比，各試驗處理均有效降低了荒坡侵蝕劣地紫色土微團聚體MWSSA，且其結構穩定性均優于CK，其中GY-PAM1微團聚體結構穩定性最好。

表2 不同處理的土壤微團聚體結構特征Table 2 Structural characteristics of soil micro-aggregates in different treatments

表中數據為平均值(n=3)。不同小寫字母表示不同處理同一指標在P<0.05水平上差異顯著。Data are means (n=3). Different lowercase letters indicate significant difference among treatments of the same parameter at the level of 0.05. MWSSA: Mean weight soil specific area; MWD: Mean weight diameter.

團聚體的平均重量直徑(MWD)是反映土壤結構抗機械穩定性的綜合指標之一[29]，一般來講，MWD的值越大，土壤團聚體結構穩定性越好，抗侵蝕性越強。由表2可知，所有處理的土壤微團聚體MWD介于0.30～0.35 mm，最大為GY-PAM1(0.35 mm)，最小為CK(0.30 mm)，且處理之間土壤微團聚體MWD均無顯著性差異。由此可見，CK土壤抗侵蝕性最弱；較之CK，各試驗處理均有利于增加荒坡侵蝕劣地紫色土的微團聚體MWD，土壤微團聚體結構穩定性和抗侵蝕性均有所增強。

團聚狀況、團聚度、分散系數和分散率亦均為評價土壤團聚體結構穩定性的指標。一般來講，團聚體的團聚狀況和團聚度越高，其分散系數和分散率相應地則越低，結構穩定性和抗侵蝕性越強[30]。由表2亦可知，土壤微團聚體團聚狀況與團聚度均呈現“狗牙根+PAM”>“三葉草+PAM”>單施PAM>單植草類>CK的順序，團聚狀況與團聚度最大值分別為35.55%和43.23%(GY-PAM1)，最小值分別為23.88%和33.84%(CK)。CK的微團聚體分散系數與分散率均顯著大于各試驗處理，分散系數與分散率最大值分別為13.99%和55.21%(CK)，最小值分別為2.11%和33.33%(GY-PAM1)。GY-PAM1、GY-PAM2、SY-PAM1和SY-PAM2等4個試驗處理的土壤微團聚體團聚狀況、團聚度、分散系數和分散率彼此之間均無顯著性差異，且這4個試驗處理的團聚狀況與團聚度均顯著大于單植草類；除“三葉草+PAM”分散系數大于單施PAM外，其他3個相互組合處理的分散系數和分散率均小于單施PAM和單植草類。由此可知，較之CK，各試驗處理均有效提高了荒坡侵蝕劣地紫色土微團聚體結構穩定性和抗侵蝕性，其中GY-PAM1的結構穩定性和抗侵蝕性最強。

2.3 PAM和草類對微團聚體分形特征的影響

土壤微團聚體分形維數可以表征土壤的結構穩定性和抗侵蝕性，一般來講，大粒徑微團聚體含量越高，其分形維數越小，土壤結構穩定性和抗侵蝕性越強，反之，其分形維數則越大，土壤結構穩定性和抗侵蝕性相應地則越弱[30]。由表3可知，所有處理的土壤微團聚體分形維數介于2.148～2.467，最大值為2.467(CK)，最小值為2.148(GY-PAM1)。各試驗處理的土壤微團聚體分形維數均小于CK，GY-PAM1、GY-PAM2、SY-PAM1和SY-PAM2等4個試驗處理的土壤微團聚體分形維數均小于單植草類。

為了探討不同處理的土壤微團聚體分形維數對不同粒級微團聚體分布的反映程度，在用回歸分析法計算分形維數時得到了不同線性回歸方程的決定系數，由表3可知，決定系數介于0.958～0.982，這說明分形維數能夠很好地反映各個處理不同粒級微團聚體分布特征，且參考價值很高。較之CK，各試驗處理均有效減小了荒坡侵蝕劣地紫色土微團聚體分形維數，進而增強了其結構穩定性和抗侵蝕性。較之單施PAM和單植草類，草類與PAM相互組合使用更有利于增強荒坡侵蝕劣地紫色土結構穩定性和抗侵蝕性。

表3 不同處理的土壤微團聚體分形維數Table 3 Fractal dimension of soil micro-aggregates in different treatments

2.4 草類根系與微團聚體指標間的相關分析

試驗期間，為避免枯落物的干擾，已人為及時清除。地下部分根系在穩定土壤結構、提高土壤抗侵蝕性方面的作用遠大于地上部分[31]，故草類對微團聚體的影響主要為根系作用。因此本研究著重介紹草類根系與微團聚體指標間的相關分析。

2.4.1根系指標 表4中，“狗牙根+PAM”含根土體的各項根系總體指標和徑級指標均最優，其次是單植狗牙根，而單植三葉草含根土體的根系指標最差。值得指出的是，“狗牙根+PAM”含根土體的根系指標略優于單植狗牙根的，三葉草情況亦與狗牙根類似。所有含根土體處理的徑級指標中，d≤0.2 mm徑級的根系指標最優，徑級根系指標均隨著徑級的增大而遞減，d≤0.2 mm徑級是優勢徑級，0.2 mm

2.4.2相關分析 根系總體指標與微團聚體結構特征指標間的相關分析見表5。MWSSA、分散系數、分散率與總體指標的RLD均呈極顯著或顯著負相關，其中分散系數與RLD的相關系數(-0.754)最大。MWD、團聚狀況、團聚度與總體指標的RLD、RSAD均呈極顯著或顯著正相關，其中團聚狀況與RLD的相關系數(0.596)最大。除MWD外，其他微團聚體結構特征指標均與總體指標的RSAD呈極顯著或顯著相關。所有微團聚體結構特征指標與總體指標的RVD、RWD的相關性均不顯著。由此可見，根系總體指標中，RLD是影響荒坡侵蝕劣地紫色土結構穩定性和抗侵蝕性的主要因子，其次是RSAD。

不同徑級根系指標與微團聚體結構特征指標間的相關分析如表5所示。MWSSA、分散系數、分散率與d≤0.2 mm徑級、0.2 mm

表4 含根土體的根系總體指標和徑級指標Table 4 The overall parameters and diameter parameters of root-soil complex

注：表中數據為平均值±標準差(n=3)；不同小寫字母表示在P<0.05水平上差異顯著。

Note： Data are means ± standard deviation (n=3). Different lowercase letters indicate significant differences at the level of 0.05.

3 討論

荒坡侵蝕劣地紫色土由于長期嚴重的水土流失，其土壤表層流失殆盡，僅存的少量粗骨性礫石土抗侵蝕性極弱，因此設法提高荒坡侵蝕劣地紫色土的抗侵蝕性、有效控制其進一步的水土流失極為重要。研究發現，荒坡侵蝕劣地紫色土微團聚體組成分布極為不均，表現在>0.01 mm粒級微團聚體含量偏高，而<0.01 mm粒級微團聚體含量卻偏低，這與黃炎和等[32]的研究結果類似。較之CK，各試驗處理雖不能改善荒坡侵蝕劣地紫色土微團聚體組成不均的狀況，但可以有效提高其土壤結構穩定性和抗侵蝕性。

各處理的土壤微團聚體分布特征具有顯著性差異。較之CK，各試驗處理均有助于增加荒坡侵蝕劣地紫色土大粒徑微團聚體含量，減少小粒徑微團聚體含量，這與已有的PAM或草類對土壤團聚體影響的研究結果類似[17,33]。 與CK相比， 各試驗處理均有助于降低MWSSA、分散系數和分散率， 增加MWD、團聚狀況和團聚度，提高侵蝕劣地土壤團聚體結構抗機械穩定性和抗侵蝕性，其中以GY-PAM1的改善效果最好。究其原因，PAM是高分子鏈網狀聚合物，含有大量的酰胺基，本身帶有電荷，能夠以吸附、纏繞和貫穿等方式捕捉分散土粒[34]，并通過搭橋效應(本質是范德華吸引力)來促使土壤團聚體凝聚[18]，形成復雜、穩定的PAM-土壤團聚體網絡復合結構，從而使得大粒徑土壤微團聚體含量增加，并形成一定數量的膠體物質[35]，增強了土壤的抗侵蝕性能；草類具有發達的根系系統，根系網絡串聯作用、根土粘結作用和根系分泌物的膠結作用能夠凝聚分散土粒形成較大的團聚體；根據李建興等[36]的研究，草類根系與土壤的接觸面構成了較好的導水通道，能夠增加土壤的有效生物孔隙數目，可能更有利于PAM大分子鏈網狀聚合物沿著有效生物孔隙由地表滲透到深層土壤，使得PAM與土粒的復合作用(吸附、纏繞和貫穿等)更加充分。而草類與PAM相互組合使用，則兼具了單施PAM和單植草類各自的效果，其對侵蝕劣地土壤的改善效果更優。

表5 根系指標與微團聚體指標間的相關分析Table 5 Correlation analysis between root parameters and soil micro-aggregates parameters

注：“*”表示在0.05水平(雙側)上顯著相關；“**”表示在0.01水平(雙側)上極顯著相關；RLDx，RSADx，RVDx(x=0.2，0.5，0.7)分別表示d≤0.2 mm、0.2 mm

Note： “*” and “**” indicate significant correlations at the level of 0.05 and 0.01 respectively, under bilateral inspection. RLDx, RSADx, RVDx(x=0.2, 0.5, 0.7) indicate root length density, root surface area density, root volume density in different root diameters, which ared≤0.2 mm, 0.2 mm

本研究發現，在狗牙根整體長勢相同的條件下，GY-PAM1對侵蝕劣地土壤性質的改善效果略優于GY-PAM2，其原因可能與PAM濃度有關。龍明杰等[34]對聚丙烯酰胺施用量增加>0.25 mm水穩性團粒含量效果的研究表明，超過最佳施用量時，單位聚丙烯酰胺用量在提高土壤>0.25 mm水穩性團粒數量的效果上隨著聚丙烯酰胺用量的增加而下降。在一定的濃度梯度范圍內，本研究中PAM提高微團聚體結構穩定性的效果可能隨濃度的增加呈先升高后下降的態勢，即存在一個峰值濃度。由于本研究只設置了兩個濃度(30和60 g/m3)，不足以反映PAM濃度梯度變化對土壤微團聚體組成分布和結構狀況的影響，需要進一步完善試驗并加以研究。

“草類+PAM”的根系總體指標和徑級指標均優于單植草類，這可能是PAM增加土壤通透性和保水性，從而促進根系生長。根系總體指標RLD和d≤0.2 mm徑級(須根徑級)分別是影響土壤微團聚體指標的主要因子和關鍵徑級，Csilla等[37]對量化高山植被根系影響土壤團聚體穩定性的研究亦證實了這一點，分析原因：一方面極細根的密集分布可以增加根系與土粒的接觸面積，大量根系分泌物可充分地膠結、籠絡根系周圍的微小土壤顆粒，增大了根系與微小土壤顆粒之間的范德華吸引力，這可能對于形成大粒徑土壤團聚結構有利；另一方面，根據Amezketa[38]的觀點，極細根萎縮腐解轉化為腐殖質，腐殖質可作為“膠結劑”與微小土壤顆粒以多價陽離子為“鍵橋”而“粘”在一起，使得微團聚體的結構穩定性和抗侵蝕性有所增強[18]。陶俊[33]就不同護坡草本根系分布對土壤理化性質影響的研究表明，0.5 mm

4 結論

(1)通過對比各處理的土壤微團聚體分布特征可知，同一粒級不同處理和同一處理不同粒級微團聚體含量均存在明顯的差異。較之CK，單施PAM、單植草類、“草類+PAM”的大粒徑微團聚體含量增加，小粒徑的則減少。所有處理中，微團聚體的1～0.25 mm粒級為優勢粒級，0.25～0.05 mm粒級為次優勢粒級。

(2)與CK相比，單施PAM、單植草類、“草類+PAM”的MWSSA、分散系數和分散率均顯著減小，MWD、團聚狀況和團聚度均顯著增大。GY-PAM1土壤的各項微團聚體結構特征指標均優于其他試驗處理，其土壤結構穩定性和抗侵蝕性最好。

(3)單施PAM、單植草類、“草類+PAM”均減小了侵蝕劣地土壤微團聚體分形維數，增強了土壤的抗侵蝕性。GY-PAM1的土壤微團聚體分形維數(D=2.148)最小。

(4)“草類+PAM”的根系總體指標和徑級指標均優于單植草類。所有含根土體處理的徑級指標中，d≤0.2 mm是優勢徑級，0.2 mm

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Impactsofpolyacrylamideandgrassrootsystemsonmicro-aggregatesofpurplesoilinbarrenhillsidebadlands

WANG Run-Ze1, CHEN Yun1*, LI Tie1, ZHOU Tao1, HE Bing-Hui1, LIU Xiao-Hong1, LIU Zhi-Peng1, SHAN Zhi-Jie2

1.CollegeofResourcesandEnvironment,KeyLaboratoryofEco-environmentsinThreeGorgesReservoirRegion,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China; 2.ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch,StateKeyLaboratoryofSimulationandRegulationofWaterCycleinRiverBasin,Beijing100048,China

In order to explore the improvement effects of polyacrylamide (PAM) and grass roots on soil in badlands, the composition, distribution, structural and fractal characteristics of soil micro-aggregates in purple soil were measured after six months exposure to various treatments, including blank control (CK), polyacrylamide on the soil surface, grass planting alone, “Cynodondactylon+PAM” and “Trifoliumrepens+PAM”. The results indicated that the proportion of large particle size micro-aggregates of each experimental treatment increased while the proportion of small particle size micro-aggregates decreased, compared to CK. Hence, the mean weight soil specific area (MWSSA), dispersion coefficient and dispersion rate of experimental treatments significantly decreased (The minimum values were 0.30, 0.15 and 0.60 times those of CK, respectively). The mean weight diameter, aggregation states and degree of aggregation of each experimental treatment significantly increased (The maximum values were 1.17, 1.49 and 1.28 times those of CK, respectively). The fractal dimension of micro-aggregates in experimental treatments also decreased. All the structural parameters of micro-aggregates in soils of treatment GY-PAM1(C.dactylonplanting and liquid application of 30 g/m3polyacrylamide) were superior to the other treatments and this treatment showed greater reduction in erodibility. The root system parameters of “grass+PAM” were better than those of grass-planting alone. The total root length and the root length in the diameter (d) classd≤0.2 mm were the major factor and critical diameter class affecting structural stability and erodibility reduction of purple soil in barren hillside badlands.

soil micro-aggregates； PAM； root system characteristics； root length density； root surface area density

10.11686/cyxb2017060http//cyxb.lzu.edu.cn

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WANG Run-Ze, CHEN Yun, LI Tie, ZHOU Tao, HE Bing-Hui, LIU Xiao-Hong, LIU Zhi-Peng, SHAN Zhi-Jie. Impacts of polyacrylamide and grass root systems on micro-aggregates of purple soil in barren hillside badlands. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(12): 13-23.

2017-02-20；改回日期：2017-06-01

國家自然科學基金(41501288)，重慶市基礎科學與前沿技術研究一般項目(cstc2017jcyjAX0472)，中央高校基本科研業務費專項(XDJK2015C170，XDJK2017D206)，西南大學第九屆本科生科技創新

基金項目(20162402008)，西南大學資源環境學院“光炯”項目(201719)和水利部公益性行業科研專項經費項目(201501045)資助。

王潤澤(1990-)，男，山東淄博人，在讀碩士。E-mail: 704784686@qq.com*通信作者Corresponding author. E-mail: sy22478@126.com