紫色土区3种草本植物根系特征及改土培肥效应

谌芸，何丙辉，练彩霞，刘志鹏

(西南大学资源环境学院，三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400715)

紫色土区3种草本植物根系特征及改土培肥效应

谌芸，何丙辉*，练彩霞，刘志鹏

(西南大学资源环境学院，三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400715)

摘要：为探讨紫色土区草本植物根系的改土培肥效应，选取已种植3年(2011-2013年)的水土保持常用草类紫花苜蓿、狗牙根和香根草为目标物种，分0~10 cm，10~20 cm，20~30 cm土层采集根系和土壤样品，WinRHIZO(Pro.2004c)根系分析系统测定根系指标，常规方法测定土壤理化性质。结果表明：所有土层，香根草的各项根系指标均较优，尤其是根长密度和根表面积密度(最大均值分别为13.46 cm/cm3和5.75 cm2/cm3)，紫花苜蓿则总体上的根重密度最好(最小均值为18.10 mg/cm3)；定植3年，这3种草本植物并未对试验区紫色土的机械组成产生显著影响，但在数值上草本区有粗颗粒减少、细颗粒增多的趋势；多数草本植物对多个土层的土壤有机质和速效钾产生显著影响(有机质增加，速效钾亏损)，而对土壤全氮、碱解氮、总磷、有效磷和全钾的影响却很微弱；所有草本区的全钾含量较高3.93~4.83 g/kg，却在几乎所有土层出现速效钾的亏损，尤其是紫花苜蓿区最大亏损量达20.24 mg/kg；相关分析中，所有土壤养分与全部或部分根系指标呈现显著或极显著相关(最大相关系数为0.833)。

关键词：水土保持；根重密度；根长密度；根表面积密度；土壤养分

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，结构松散，抗侵蚀能力弱，在集中降雨特别是暴雨的冲刷下极易造成严重的水土流失，而植被是治理水土流失最有效和最根本的方法[1-3]。草本植物种植方法简单、费用低廉、生长迅速、防止初期土壤侵蚀效果良好，在水土保持中具有重要地位和广泛应用。根系则是植物体非常重要的部分，具有支持与固着，吸收、输导与贮藏，合成和分泌等主要功能，还具有收缩、呼吸、寄生、攀缘和繁殖等特殊功能[4]。鉴于其重要性，人类很早就开始研究根系，最早是Hales[5]对栽培作物的根系进行了形态学的观察，并测定了长度和重量。植物与土壤方面的研究一致认为根系能疏松土壤，能影响土壤有机质等养分的含量和分布。首先，根系穿插在土壤中并生长，一方面能增加土壤孔隙数量，疏松土壤，改善土壤通透性，提高土壤水库贮水能力[6-8]，另一方面须根网络固持土壤颗粒，促进团聚体形成，均减少了水土流失量，进而减少了土壤养分流失；其次，根系能产生各种分泌物，为土壤中的小生物(如蚯蚓)和微生物的活动、繁殖等创造有利条件，而这些小生物和微生物可以分解有机质，改善土壤性状，从而影响土壤养分；再次，深根还可以吸收利用土壤深层营养物质，减少土壤表层养分损耗，进而改变土壤养分分布。

考虑到物种的广泛性、适生性和经济性，本实验选取了南方水土保持先锋物种香根草(Vetiveriazizanioides)，“牧草之王”紫花苜蓿(Medicagosativa)，本地野生狗牙根(Cynodondactylon)为目标物种，人工栽植3年，测定土壤机械组成和土壤养分，根系扫描分析系统测定根系指标，分析根系、土壤质地和土壤养分的垂直分布特征及根系对土壤质地和土壤养分的影响。以期研究结果为人工边坡植被构建、植物篱技术推广和果园生草栽培中草种选用提供参考，为这几种草本植物改土培肥效应评估提供一定的理论依据。

1材料与方法

1.1　研究区概况

试验小区位于重庆市北碚区歇马镇西南大学教学科研基地内，106°48′54″ E，29°45′08″ N，属丘陵地貌，平均海拔563 m[9]。该地区属亚热带湿润季风气候，年均气温18.3℃；雨量充足，年均降雨量1100 mm；日照较少，年均日照1270 h。试验小区土壤为灰棕紫色土。

1.2　试验设计

紫花苜蓿、狗牙根和香根草均为多年生草本植物，根系发达，抗逆性强。试验共设4个处理：对照，即裸地，无任何植被；3个草本区，分别种植紫花苜蓿、狗牙根和香根草，每个处理3次重复，共12个小区(长6 m，宽4 m)。所有草本植物均于2011年3月底采用育苗区健壮的实生苗移栽，“株距×行距”为“30 cm×35 cm”[9]。栽培期间，各小区进行相同的常规管护，定期人工拔除杂草和灌溉。

1.3　样品采集

2013年7月中旬，天气连续放晴时，分别对各小区进行土样采集。采样前3 d以上无拔草和灌溉。每个小区先按“五点法”确定采样点，然后分0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm取各自的混合土样500 g左右带回实验室，用于土壤机械组成和养分测定。

草本区按S曲线选取健康成体植株，去除植株的地上部分后，以植株为中心确定采样点。取样时，先清除表层的枯落物、杂质和浮土层，将环刀(底面积30 cm2，高2 cm)刃口向下垂直且水平缓慢地依次压入0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层，小心挖掘出，轻轻削平环刀两端，去除四周多余的土和根系。每个小区4个重复，共计36个样。取样时，各草本区植被盖度约为90%。

1.4　指标测定

土壤机械组成采用吸管法；有机质采用重铬酸钾容量法；全氮采用浓硫酸消化-扩散法；碱解氮采用碱解扩散法；全磷采用Na2CO3熔融-钼锑抗比色法；有效磷采用NaHCO3-钼锑抗比色法；全钾采用NaOH熔融-火焰光度法；速效钾采用NH4Ac-火焰光度法[10]。环刀内的土样待直剪试验完成后取出，先置于水中浸泡数小时以利于根、土分离；然后置于0.05 mm的网筛内用适当流量的自来水冲洗，并分选出所有的根系；最后，采用EPSON LA在400 dpi下进行灰度扫描，WinRHIZO(Pro.2004c)根系分析系统对根系长度RL(root length)和根表面积RA(root surface area)进行分析[9]。扫描后的根系装入牛皮纸信封放入烘箱在105℃下烘至恒重，冷却后1/1000电子天平称出根干重RW(root weight)。根重密度RWD(root weight density)、根长密度RLD(root length density)和根表面积密度RAD(root surface area density)的计算公式如下：

RWD=总根干重/土体体积

(1)

RLD=总根长度/土体体积

(2)

RAD=总根表面积/土体体积

(3)

1.5　数据处理

采用Microsoft Excel 2007作图，SPSS 17.0进行差异显著性检验(Duncan法，P<0.05)和Pearson相关分析(双侧，P<0.05，P<0.01)。

2结果与分析

2.1　根系垂直分布特征

草本植物根系的分布特征决定了它对土体的影响范围，即大多数只能对深30 cm以内的土体产生有效影响[8]，所以本实验仅研究0~30 cm土层的根系和土壤。同一草本区，紫花苜蓿和香根草的根重密度在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层间均存在显著性差异，排序均为RWD(0~10 cm)>RWD(10~20 cm)>RWD(20~30 cm)；狗牙根0~10 cm土层的根重密度显著大于10~20 cm和20~30 cm土层，10~20 cm和20~30 cm土层间则无显著性差异。这表明土层能有效影响根系的垂直生长：0~30 cm，土层越浅，根系生长能力越强。一般植物在某土层积累的生物量越多，表明在该土层利用土壤水分、营养和微量元素的能力越强，所以上述草本植物根系在0~10 cm土层的吸收能力最强，20~30 cm则相对最弱。草本间，0~10 cm土层，香根草的根重密度显著大于紫花苜蓿；10~20 cm、20~30 cm土层，紫花苜蓿的根重密度却显著大于香根草。紫花苜蓿在0~30 cm各土层间的差异较香根草和狗牙根小，这可能是因为紫花苜蓿根系的主要分布土层范围较宽(整株实验中，其根系的主要分布范围在0~40 cm土层)，因此土层之间的差异性稍小。所有土层中，狗牙根的根重密度均最小，显著小于紫花苜蓿和香根草，某些土层其根重密度仅为其他草本的3%(表1)。可见，狗牙根根系对表土层水分和养分的吸收利用能力最弱，不会与其他植物发生争水争肥的问题。

表1　草本植物根系参数

注：表中数据为平均值±标准误差(n=12)；不同小写字母表示同一草本不同土层之间的差异显著，不同大写字母表示同一土层不同草本之间的差异显著。

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.

根长密度能够较为客观的反映根系在各土层中的分布情况。它既能反映根系在土壤中的穿插和缠绕能力，也能表征某一土层的根系伸展量。同一草本区，紫花苜蓿的根长密度在各土层间无显著差异；狗牙根0~10 cm土层的根长密度显著大于10~20 cm，20~30 cm土层，而后两个土层间则无显著差异；香根草各土层的根长密度均存在显著差异。结合整株实验的观察，这可能是因为0~10 cm土层虽然紫花苜蓿的根重密度大，但根径较粗、少须根，以致根长密度值不大；而其他两个土层，虽然根重密度较小，但根较细且多须根，所以根长密度与0~10 cm土层的相差不大，体现不出显著性差异。狗牙根和香根草的根系则多须根，且大量分布在0~10 cm土层。同一土层，香根草的根长密度均显著大于紫花苜蓿和狗牙根，紫花苜蓿和狗牙根之间则无显著差异。紫花苜蓿的根重密度与香根草相当或略胜，而根长密度却显著小；紫花苜蓿的根重密度显著大于狗牙根，而根长密度却与其无显著差异，原因亦与根径和须根数量有关，观测中同一土层紫花苜蓿的须根数量较狗牙根少很多。有关的研究认为根长密度能很好表征土壤的抗剪强度[13]，可作为评估根-土复合体固土抗冲抗剪性能的重要参数，据此紫花苜蓿不宜做护坡植物。

根表面积密度与根体积和须根的数量密切相关。一般而言，根体积越大，根表面积就越大；须根数量越多，根表面积亦越大，而根体积与根重、须根与根长亦是密切相关。根系指标相关分析中，根表面积密度与根长密度极显著相关(r=0.954)，所以同一草本区各土层之间根表面积的差异性规律与根长密度相同；根表面积密度亦与根重密度显著相关(r=0.659)，所以同一土层不同草本间亦呈现出与根重密度相似的差异性。

2.2　土壤机械组成特征

从图1可知，试验区土壤颗粒组成：粉粒约占50%，砂粒约占30%，粘粒约占20%，根据三者的比值可确定为粉粘土。统计分析表明同一小区土层间，同一土层小区间均无显著性差异。草本区植物已定植3年，根系的纵向、横向已充分生长，可草本区与对照间无显著差异，可见此3种草类根系对土壤质地的影响很有限。随定植时间的进一步延长，草本植物对土壤机械组成有可能会有较显著的影响。

图1亦表明随土层深度的增加，草本区有砂粒减少，粉粒、粘粒增多的趋势。同一土层，各草本区的砂粒含量均较对照CK小区稍小，粉粒和粘粒含量均较对照CK小区稍大。土壤颗粒的迁移具有分选性，草本区粗颗粒(砂粒)减少、细颗粒(粘粒、粉粒)增多则表明草本植物能固持土壤，改良土壤结构。这一方面可能是地表茎叶有效拦截土壤细颗粒，减少流失，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够粉碎部分大颗粒，而根系的缠绕作用又能固持细颗粒。

图1　试验小区土壤机械组成Fig.1　Soil mechanical composition in experimental plots　　　A:0~10 cm土壤机械组成 Soil mechanical compositon in 0~10 cm soil layer;B:10~20 cm土壤机械组成 Soil mechanical compositon in 10~20 cm soil layer;C:20~30 cm土壤机械组成 Soil mechanical compositon in 20~30 cm soil layer.图中数据为平均值±标准误差(n=3)；不同小写字母表示同一小区不同土层之间的差异显著，不同大写字母表示同一土层不同小区之间的差异显著。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.

草本区各土层，细颗粒的排序均为：紫花苜蓿区>香根草区>狗牙根区，粗颗粒的排序则恰好相反。这与草本间根重密度的排序非常类似，虽然相关分析并未发现二者之间显著的相关性。但根重密度越大表明同体积的土体中根系所占的比例越大，可能对土体物理性质方面的影响越显著，这有待于进一步的长期观察和更多根系指标的选取和测定(如根体积和根体积密度)。

2.3　土壤养分分布特征

土壤中的根系，活根能提供分泌物，死根能提供有机质，深根则能吸收土壤深层养分。此外，根系分泌物及枯落物腐解还影响着土壤微生物的生长繁殖和活性，而土壤微生物又在土壤有机质的分解及各类营养元素的转化循环中发挥着重要作用。因此，根系在土壤中生长，必然会影响着土壤养分的含量及分布。试验小区各土层的养分含量见表2。

表2　试验小区土壤养分分布

注：表中数据为平均值±标准误差(n=3)；不同小写字母表示同一小区不同土层之间的差异显著，不同大写字母表示同一土层不同小区之间的差异显著。

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土壤有机质分布特征土壤有机质主要来源于生物有机体及根系分泌物，枯枝落叶及动物尸体等的腐解均有利于土壤有机质的积累。表2中，对照小区0~10 cm土层的有机质含量显著大于10~20 cm，20~30 cm土层，10~20 cm和20~30 cm土层间则无显著性差异；紫花苜蓿区0~10 cm，10~20 cm土层的有机质含量无显著性差异，却显著大于20~30 cm土层；狗牙根区和香根草区各土层的有机质含量均存在显著差异。数值上，所有小区的有机质含量均表现为：0~10 cm土层最大，10~20 cm土层次之，20~30 cm土层最小，这是植被对土壤养分的表聚效应[14]。

各土层，草本区的有机质含量均显著大于对照小区。这表明草本植物根系的生长有利于土壤有机质的积累，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机质含量，另一方面由于地表植被覆盖土壤，水分蒸发减慢，有利于腐殖物质的分解和转化。0~10 cm土层，香根草区的有机质含量显著大于紫花苜蓿区和狗牙根区，而紫花苜蓿区和狗牙根区之间无显著性差异；10~20 cm和20~30 cm土层，紫花苜蓿区的有机质含量显著大于香根草区和狗牙根区，而香根草区和狗牙根区之间无显著性差异。这与草本间根重密度的显著性差异有些类似。进一步的相关分析(表3)表明草本区的土壤有机质含量与上述3个根系指标极显著相关，尤其是根重密度(相关系数最大，r=0.833)。可见，虽然紫花苜蓿对土壤养分和营养元素的吸收能力强，但其对土壤有机质的积累也最有利，分析原因一方面可能是紫花苜蓿根系较深和发达，能够较多地吸收深层土壤的养分，并不只是消耗表土层养分，另一方面紫花苜蓿的地上部分繁茂，枯落物较多且较易腐解，能为土壤补充较多的有机质。

表3　土壤养分与根系指标相关分析

注：“*”表示在0.05水平(双侧)上显著相关；“**”表示在0.01水平(双侧)上显著相关。

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对作物来说是最重要的营养元素，绝大部分作物生长所需的氮素90%以上都是来源于土壤。土壤中的全氮含量一般在0.5~4.0 g/kg之间[15]，而紫色土本身的氮素含量偏低。对照CK小区和香根草区，0~30 cm各土层的全氮含量均无显著性差异；紫花苜蓿区0~10 cm土层的全氮含量显著大于10~20 cm，20~30 cm土层，而10~20 cm和20~30 cm土层间无显著性差异；狗牙根区0~10 cm和10~20 cm土层的全氮含量无显著性差异，却都显著大于20~30 cm土层的。可见，表土层全氮含量随土层深度变化的差异性较小。0~10 cm土层，小区之间的全氮含量均存在显著差异，排序为：紫花苜蓿区>狗牙根区>香根草区>对照CK区；10~20 cm土层，紫花苜蓿区与狗牙根区的全氮含量无显著差异，却均显著大于香根草区和对照CK区(二者间无显著差异)；20~30 cm土层，紫花苜蓿区的全氮含量显著大于狗牙根区和对照CK区，与香根草区无显著差异，而狗牙根区、香根草区和对照CK区之间亦无显著差异。就数值而言，各小区各土层的全氮含量几乎全大于对照小区，与有机质类似，这是因为土壤全氮含量主要取决于有机质的积累和分解作用的相对强度[16]。

土壤碱解氮亦称为土壤有效氮，是指在当季或一定时间内能被作物吸收利用的氮。各小区，除狗牙根区10~20 cm和20~30 cm土层的碱解氮含量无显著性差异，其余小区土层间碱解氮的差异性与全氮一致，相关分析表明二者极显著相关(r=0.613)。同一土层，除狗牙根区20~30 cm土层的碱解氮含量显著小于其他小区外，其余土层各小区间的碱解氮含量无显著性差异。可见，草本植物在消耗利用土壤碱解氮的同时，亦向土壤补充有机质，表2中各草本区各土层的有机质含量均较对照小区高，而碱解氮包括部分易分解有机质中的氮。紫花苜蓿区的全氮含量显著大于其他小区，而碱解氮却与其他小区无显著差异，一则是因为碱解氮只是全氮中的部分，二则是因为紫花苜蓿对土壤养分的吸收利用量较其他2种草本大。

2.3.3土壤磷分布特征同一小区，对照CK小区和狗牙根区20~30 cm土层的总磷含量显著小于其他2个土层，紫花苜蓿区和香根草区各土层间均无显著差异。可见，总磷在表土层空间分布的差异性非常小，根系并未对其分布产生有效影响，这可能是因为土壤中总磷含量的多少主要决定于土壤母质类型，而土壤本身对磷的固定能力较强。0~10 cm土层，所有小区的总磷含量无显著性差异；10~20 cm土层，以对照小区为基准，紫花苜蓿区和狗牙根区则出现了少量的亏损；20~30 cm土层，紫花苜蓿区和香根草区的总磷含量显著大于对照小区，而狗牙根区与对照间无显著差异。相关分析中，总磷与根长密度和根表面积密度显著正相关(r=0.405，r=0.448)。香根草须根发达，根长密度和根表面积显著大于其他草本，可见这两个根系指标与土壤总磷的固持有密切关系。

同一小区，除香根草各土层间的有效磷含量差异显著外，其余小区土层间的有效磷含量差异性与总磷类似；同一土层，除紫花苜蓿区各土层的有效磷含量均显著大于其他小区外，香根草区20~30 cm土层和狗牙根区的所有土层均出现了有效磷的亏损。这可能是因为土壤中有效磷含量较其他养分低，其含量又受土壤温度、酸度和水分等因素的影响，而紫花苜蓿所提供的小环境有利于有效磷的积累，其根能利用深层土壤中的有效磷，减少表层土壤有效磷的消耗。相关分析中，有效磷与根重密度极显著正相关(r=0.561)。此外，有机质含量高有利于提高磷的有效性[17]，表2中紫花苜蓿区的有机质含量较其他小区高。狗牙根区和香根草区的有机质含量亦高于对照区，却出现了部分亏损，可见二者对有效磷的消耗大于积累，尤其是香根草区(其总磷含量显著大于其他小区，而有效磷却亏损)，需要人工补施磷肥，避免进一步地亏损。

2.3.4土壤钾分布特征土壤中全钾的含量较其他养分高，试验小区全钾含量为3.61~4.83 g/kg。同一小区，紫花苜蓿区和狗牙根区各土层的全钾含量存在显著差异；对照小区，20~30 cm土层的全钾含量显著小于其他土层，其他土层间则无显著性差异；香根草区0~10 cm土层的全钾含量显著大于其他土层，其他土层间则无显著性差异。可见紫花苜蓿和狗牙根对表层土壤全钾的垂直分布产生了有效影响。0~10 cm，10~20 cm土层，狗牙根区的全钾含量显著大于其他小区；20~30 cm土层，草本区的全钾含量均显著大于对照区，紫花苜蓿区的则显著大于狗牙根区和香根草区，而后两个草本区间则无显著性差异。相关分析中，土壤全钾与根长密度和根表面积密度显著负相关(r=-0.397，r=-0.406)，秦川等[18]对紫色丘陵区黄花根系的研究中表土层全钾含量亦与根表面积负相关(r=-0.315)。各土层草本区的土壤全钾含量较对照高，分析可能原因：一方面是因为紫色土富含钾素，而上述草类对钾的需求不大；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，向土壤补充了钾素，进而使得表土层全钾未亏损。

速效钾能直接被植物根系吸收。所有小区土层间的速效钾含量均存在显著性差异，表现为随土层加深而含量减小。0~10 cm土层，狗牙根区的速效钾显著大于对照小区，紫花苜蓿区和香根草区则出现明显亏损，尤其是紫花苜蓿区；10~20 cm，20~30 cm土层，草本区的速效钾含量均显著小于对照小区，出现亏损。速效钾只是全钾中能直接被植物根系吸收利用的一部分，因此其含量变化较全钾显著。相关分析中，土壤速效钾与根表面积密度显著正相关(r=0.422)，可见须根越多，根系表面积越大，越有利于固着态钾等的活化和速效钾的积累。

3讨论与结论

定植3年，香根草的各项根系指标均较优，尤其是根长密度和根表面积密度，这与其他相关研究的结论一致，也是香根草被多个国家和地区公认为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，整株研究中其根系长度较狗牙根和香根草深，能吸收利用深层土壤养分，的确是良好的牧草。狗牙根的各项根系指标均较弱，但有关的研究认为其固土抗蚀性能却较紫花苜蓿强[9,13,19]。

与对照相比，定植3年的紫花苜蓿、狗牙根和香根草并未对试验区紫色土的机械组成产生显著影响，且机械组成与根系指标的相关分析亦未发现任何显著相关。但与对照小区相比，在数值上草本区有粗颗粒减少，细颗粒增多的趋势。虽然目前草本植物根系对土壤机械组成的影响微弱，但进一步的长期观测和更多根系指标的选取有可能会发现显著性差异和显著相关。

定植3年后，多数草本植物对多个土层的有机质和速效钾均产生显著影响，而对土壤全氮、碱解氮、总磷、有效磷和全钾的影响却很微弱。总体上紫花苜蓿对土壤养分的影响较狗牙根和香根草明显，其多个土层的有机质、全氮、总磷和有效磷含量显著大于其他小区。究其原因，一方面紫花苜蓿是深根系植物，根系发达，主根粗大，侧根密布，能吸收利用深层土壤养分；另一方面紫花苜蓿是豆科植物，具有共生固氮的能力[15]，即当根瘤菌从根毛侵入到根部后能够形成根瘤，根瘤中的类菌体在固氮酶的作用下可将分子态的氮转变为氨态氮，而空气中80%是氮气，因此有固氮能力的根瘤能够为植物提供氮素营养，从而减少根系从表层土壤中吸收氮，减少表土氮的损耗。狗牙根区所有土层的有效磷均显著小于对照小区，香根草区总磷显著大于其他小区，而有效磷却亏损，均表明试验区土壤需要施加磷肥。几乎所有草本区的速效钾亏损，而全钾含量却较高，可能是这3种草类对钾的需求量较大，而全钾中有效钾所占的比例却较小，这需要相关的实验研究查明原因。

总体上，定植3年的紫花苜蓿、狗牙根和香根草对紫色土具有一定的改良培肥效应，尤其是对土壤有机质，这与张庆费等[20]的研究结论一致。草本区的土壤养分富集在0~10 cm土层，这与植被对土壤养分的表聚效应相吻合[21]。此外，根系固土方面的研究认为根长密度和根表面积密度是影响土壤抗冲性能的主要根系指标，尤其是根表面积，所以香根草是非常好的固土护坡植物，但若作为植物篱物种，则需考虑与农作物间的间距，否则有可能发生争水争肥的问题。紫花苜蓿是良好的牧草，各土层的干物质量均较大，且改土培肥效应较好，但根系力学性能指标较差，不宜用作护坡植物，作为植物篱或果园生草则应合理布设。狗牙根可用作草坪草，省水省肥，亦可作为生态护坡草种，但培肥效应不明显。

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谌芸，何丙辉，练彩霞，刘志鹏. 紫色土区3种草本植物根系特征及改土培肥效应. 草业学报, 2015, 24(10): 99-107.

CHEN Yun, HE Bing-Hui, LIAN Cai-Xia, LIU Zhi-Peng. Root system distribution characteristics of three herbs and their effects on soil composition and nutrients in the ‘Purple Soil’ region. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(10): 99-107.

通讯作者*Corresponding author. E-mail：hebinghui@swu.edu.cn

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

基金项目：国家自然科学基金(41271291，41501288)，国家科技支撑计划项目(2011BAD31B03)，中央高校基本科研业务费专项(SWU113013，XDJK2014C103，XDJK2015C170)和西南大学教育教学改革研究项目(2013JY052)资助。

收稿日期：2014-11-06；改回日期：2015-01-14

DOI：10.11686/cyxb2014456