植物籬對(duì)紫色土水土特性的效應(yīng)及作用機(jī)理.pdf

1、紫色土是我國(guó)亞熱帶地區(qū)的一種重要的旱作土壤，集中分布在四川盆地。目前，紫色土坡耕地的水土流失極為嚴(yán)重，亟需進(jìn)行有效的防治。植物籬不僅能控制水土流失，還可以改善土壤養(yǎng)分狀況、調(diào)節(jié)農(nóng)田小氣候等，具有良好的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，是治理紫色土坡耕地水土流失的一種重要的農(nóng)藝生物措施。本研究從植物籬的地上部分到地下部分，群體到個(gè)體，宏觀(guān)到微觀(guān)，較為全面地分析植物籬對(duì)紫色土水土特性的影響效應(yīng)及影響機(jī)理，國(guó)內(nèi)外不多見(jiàn)。研究中，以新銀合歡（Leucaen

2、aleueocephala）和香根草（Vetiveriazizanioides）構(gòu)建植物籬，采用了標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)(10°、15°)試驗(yàn)、室內(nèi)土壤理化性質(zhì)和微生物類(lèi)群分析，研究了植物籬對(duì)紫色土坡耕地水土流失量、微地形、表土機(jī)械組成、表土養(yǎng)分分布、表土微生物的影響;以草本植物（紫花苜蓿（Medicagosativa）、香根草（V.zizanioides）、狗牙根（Cynodondactylon）、百喜草（Paspalumnatatu））為目標(biāo)

3、物種，采用了WinRHIZO根系掃描、土壤理化性質(zhì)分析試驗(yàn)、直剪試驗(yàn)和抗沖試驗(yàn)，分析了草本植物根系對(duì)紫色土表土容重、孔隙度、養(yǎng)分分布、抗剪性能、抗沖性能的影響。主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)10°，15°坡耕地上，新銀合歡植物籬和香根草植物籬均表現(xiàn)出一定的水土保持效應(yīng)。據(jù)2010年和2011年徑流小區(qū)的水土流失監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)知，植物籬對(duì)泥沙的控制效應(yīng)優(yōu)于對(duì)徑流的控制效應(yīng);同坡度時(shí)，香根草植物籬對(duì)徑流泥沙的攔截效應(yīng)優(yōu)于新銀合歡植物籬;

4、定植時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，植物籬的減流減沙效益較好，尤其表現(xiàn)在固土減沙方面;坡度對(duì)徑流泥沙的影響顯著于植物籬對(duì)徑流泥沙的影響。定植2年后，植物籬改變坡耕地微地形的效應(yīng)開(kāi)始顯現(xiàn)，且15°坡耕地比10°坡耕地、香根草植物籬比新銀合歡植物籬、底行植物籬比中行、頂行植物籬稍明顯。
　　 (2)10°，15°坡耕地上，新銀合歡植物籬和香根草植物籬小區(qū)表層(0-20cm)土壤機(jī)械組成和養(yǎng)分空間分布均發(fā)生變化。2010年，土壤機(jī)械組成和養(yǎng)分空間分布呈現(xiàn)

5、一定規(guī)律:土壤細(xì)顆粒富集在坡腳、坡腰;養(yǎng)分富集在坡腳，坡頂?shù)牧魇Я繙p少;部分養(yǎng)分富集在籬帶前。有機(jī)質(zhì)在坡腳的富集最為明顯，其次是全氮、總磷、有效磷和速效鉀。有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、全鉀和速效鉀在籬帶前均發(fā)生富集。10°坡地，香根草植物籬小區(qū)的細(xì)顆粒增量大于新銀合歡植物籬小區(qū)，在攔截效果上，兩種植物籬均表現(xiàn)為:砂粒＞粉粒＞粘粒。對(duì)全氮、有效磷、全鉀的影響，新銀合歡植物籬＞香根草植物籬;對(duì)有機(jī)質(zhì)、堿解氮、全磷、速效鉀的影響，香根草植物

6、籬＞新銀合歡植物籬?？傮w上，植物籬對(duì)全效養(yǎng)分的影響大于速效養(yǎng)分，香根草對(duì)土壤顆粒和養(yǎng)分分布的影響大于新銀合歡。
　　 2011年，總體上，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、總磷、有效磷、全鉀均減少，尤其是堿解氮和有效磷大幅度減少，速效鉀則大量增加;植物籬對(duì)速效養(yǎng)分的影響大于全效養(yǎng)分。在坡面分布上，僅總磷的分布規(guī)律與2010年的類(lèi)似，由坡項(xiàng)向坡腳遞增，其余養(yǎng)分的坡面分布規(guī)律與2010的差異較大。2011年的土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)及坡面分布規(guī)律極大異

7、常，需要長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)以探尋原因和正確揭示植物籬對(duì)土壤養(yǎng)分的影響規(guī)律及機(jī)制。
　　 (3)10°，15°坡耕地上，新銀合歡植物籬和香根草植物籬均能顯著提高土壤中細(xì)菌、真菌和放線(xiàn)菌數(shù)量及微生物量碳氮含量、有機(jī)碳含量，其中土壤細(xì)菌數(shù)量、土壤微生物量碳氮含量較對(duì)照小區(qū)的增幅均在50％以上。總體上，香根草植物籬對(duì)上述各指標(biāo)的影響大于新銀合歡植物籬，尤其是對(duì)土壤微生物量氮含量的影響，10°坡耕地上香根草植物籬小區(qū)的增幅較新銀合歡植物籬小區(qū)高30

8、％余。坡度對(duì)上述微生物指標(biāo)均有顯著影響，10°坡較之15°坡更有利于上述指標(biāo)的提高。各小區(qū)的上述微生物指標(biāo)在坡面上呈現(xiàn)一個(gè)與2010年土壤養(yǎng)分相似的分布規(guī)律:由坡頂向坡腳遞增，籬帶前發(fā)生富集。其中，土壤真菌、土壤微生物量碳、土壤有機(jī)碳的富集較明顯。各微生物指標(biāo)均與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀含量顯著正相關(guān)，尤其是土壤有機(jī)質(zhì)碳含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量，土壤有機(jī)碳含量與土壤全氮含量，土壤真菌數(shù)量與土壤速效鉀含量。
　　 (4)同一立地條件下

9、，定植1年的紫花苜蓿、香根草、狗牙根、百喜草對(duì)紫色土表土(0-30cm)容重、孔隙度影響較顯著且呈現(xiàn)一定規(guī)律性，對(duì)表土(0-20cm)機(jī)械組成幾乎無(wú)影響，對(duì)表土(0-20cm)養(yǎng)分影響較弱。較對(duì)照小區(qū)，4個(gè)草本區(qū)表土容重降低，總孔隙度提高，土壤通透性得到改善，其中紫花苜蓿區(qū)最為明顯。草本區(qū)，表土容重表現(xiàn)為:0-10cm土層＜10-20cm土層＜20-30cm土層，與根長(zhǎng)密度RLD（rootlengthdensity）的垂直分布相反;總孔

10、隙度表現(xiàn)為:0-10cm土層＞10-20cm土層＞20-30cm土層，與RLD的垂直分布一致。相關(guān)分析知，L≤0.5mm和L＞5mm徑級(jí)的根系對(duì)降低表土容重，改善土壤孔隙性貢獻(xiàn)最大;全氮、堿解氮與各徑級(jí)根長(zhǎng)密度RLD顯著（極顯著）相關(guān)，其他養(yǎng)分與各徑級(jí)根長(zhǎng)密度RLD相關(guān)性則不顯著。
　　 (5)同一立地條件下定植1年后，紫花苜蓿、香根草、狗牙根、百喜草的根系均能顯著增強(qiáng)表土層(0-10，10-20，20-30cm)根-土復(fù)合體的

11、抗剪性能。其中，香根草的增強(qiáng)效果最為顯著:100～400kPa豎向荷載下，抗剪強(qiáng)度較對(duì)照提高117％～195％，紫花苜蓿、百喜草和狗牙根的提高幅度分別為:18％～125％，18％～186％，21％～68％。對(duì)照小區(qū)、香根草區(qū)、狗牙根區(qū)、百喜草區(qū)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（內(nèi)摩擦角(φ)和粘聚力c）表現(xiàn)為:土層越深，值越小;紫花苜蓿區(qū)的趨勢(shì)則相反。較之土壤含水率，根系對(duì)復(fù)合體抗剪性能的影響更顯著。根本身的抗剪性能是影響復(fù)合體抗剪性能的關(guān)鍵，同徑級(jí)百喜

12、草根的抗剪性能優(yōu)于紫花苜蓿根。各徑級(jí)RLD與根干重顯著或極顯著相關(guān)，但各徑級(jí)RLD與內(nèi)摩擦角(φ)、粘聚力c，根干重與內(nèi)摩擦角φ、粘聚力c均無(wú)顯著相關(guān)。
　　 (6)同一立地條件定植1年后，紫花苜蓿、香根草、狗牙根、百喜草的根系均能顯著增強(qiáng)表土層(0-30cm)根-土復(fù)合體的抗沖性能，尤其是香根草和百喜草。沖刷試驗(yàn)的各特征時(shí)刻(1,2，3，4，7，10min)，草本區(qū)的徑流含沙量均小于對(duì)照小區(qū)，且表現(xiàn)為:香根草區(qū)＜百喜草區(qū)＜狗牙

13、根區(qū)＜紫花苜蓿區(qū)。紫花苜蓿區(qū)和香根草區(qū)的徑流含沙量變化過(guò)程用二次函數(shù)擬合較好，對(duì)照區(qū)和百喜草區(qū)的用冪函數(shù)擬合較好。各試驗(yàn)小區(qū)的土壤抗沖指數(shù)ANS與沖刷時(shí)間t能較好地用用二次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，香根草區(qū)和百喜草區(qū)的擬合效果最好，狗牙根區(qū)的擬合效果稍差。這4種根系對(duì)表土的抗沖性能均有很好的增強(qiáng)效果，其中香根草的增強(qiáng)效果最好，強(qiáng)化百分率高達(dá)277.53％，其次是百喜草。相關(guān)分析知:根長(zhǎng)密度RLD與抗沖指數(shù)ANS顯著相關(guān)，根表面積與抗沖指數(shù)ANS極

14、顯著相關(guān)。
　　 紫色土區(qū)緩坡地，新銀合歡植物籬和香根草植物籬對(duì)表土理化性質(zhì)、微生物學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)等產(chǎn)生有利影響，進(jìn)而提高了土壤肥力、抗侵蝕能力和潛在生產(chǎn)力，作為一種生態(tài)型的坡耕地治理措施，值得推廣。在定植的初期，香根草植物籬對(duì)上述各方面的影響效果較顯著，這是其茂密莖葉、密實(shí)籬笆的機(jī)械攔截，較多易分解枯落物的腐解，發(fā)達(dá)根系的網(wǎng)絡(luò)固持、加筋作用等共同產(chǎn)生的效應(yīng)。紫花苜蓿固持土壤的能力較香根草弱，但其根系較香根草深、發(fā)達(dá)，對(duì)表土理