浦阳江下游江岸草本植物根系对土壤抗冲性的影响

陈 浩, 余毅敏, 唐旭栋, 周之静, 赵雅青

(杭州市园林绿化股份有限公司, 杭州 310000)

浦阳江下游江岸草本植物根系对土壤抗冲性的影响

陈 浩, 余毅敏, 唐旭栋, 周之静, 赵雅青

(杭州市园林绿化股份有限公司, 杭州 310000)

采用7级目测法对浦阳江下游江岸草本植物进行了调研，筛选出了当地的优势草本，并对其根系密度、土壤抗冲性增强效应进行了分析，补充了植物根系对江岸土壤抗冲性影响的基础资料。研究发现：(1) 浦阳江下游江岸的优势草本植物是狗牙根、水蓼、芦苇、芒、双穗雀稗；(2) 5种草本植物根系(d≤1.0 mm)在土壤表层(0—30 cm)均有较多分布，根系密度随着土层的垂直分布深度增加而减少，其规律服从指数函数关系分布；(3) 5种优势草本根系均能增强浦阳江下游江岸土壤的抗冲性，增强值分别如下：芦苇14.16，芒12.53，狗牙根5.39，双汇雀稗5.01，水蓼4.41。5种优势草本均能在浦阳江消落带植被构建中发挥土壤抗冲性增强效应，尤其是芦苇与芒的增强效应最为明显。

浦阳江; 土壤抗冲性; 根系密度; 草本植物

浦阳江是钱塘江下游的一条支流，自古以来洪涝灾害频繁，素有“浙江小黄河”之称[1]，其中湄池至三江口河段属下游河段，河道弯曲，受梅雨及钱塘江潮水顶托的双重影响，排泄不畅，洪水时常泛滥成灾[2-3]。因此，在浦阳江下游江岸建设中水土保持成为一个重要议题。

植被构建是水土保持中最有效和最根本的方法[4]。植被减少表土侵蚀的早期研究主要集中于植物地上部分，包括冠层的截留和枯枝落叶层的涵水作用[5]，之后人们意识到植物通过地下根系的盘绕、固结作用，也能发挥稳定土壤结构，增强土壤抗侵蚀能力的效应[6]。其中，土壤抗冲性是研究土壤抗侵蚀能力的一项重要内容，根系对土壤抗冲性的影响研究最早由苏联的土壤学家古萨克发起[7]，经过几十年的发展，己经取得了可观的研究成果，但国内研究对象多以黄土高原为主[6,8-10]，河岸领域鲜有报道[11-12]。

消落带频繁的水淹环境导致江岸植物多有草本植物构成。草本植物根系有其自身特点，其总根数的90%分布于0—30 cm的土层内，根系一般为直径小于1 mm的须根[13]，而已有研究表明根系中d≤1 mm的须根，与土壤的抗侵蚀效能密切相关，它是反映土体稳定的一个重要指标[14]。因此，本文采用7级目测法对浦阳江下游江岸的优势草本进行调研，并通过d≤1 mm根系密度测定、土壤抗冲试验研究优势草本的固持作用，分析不同植物根系对土壤抗冲性的增强效应是否有差异，植物根系特征与土壤抗冲性是否有关，为浦阳江江岸的植物群落构建提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点和材料

根据浦阳江下游河道特性，选取了湄池、临浦、闻堰水文站附近江岸为调研样点，每个样点随机选择环境条件基本一致的10块标准样方，共计30块样方，每块样方大小均为10 m×10 m。通过草本植物调查筛选出5种优势草本进行根系土壤抗冲性试验。

1.2 方法

1.2.1 优势草本筛选方法 草本植物调查采用7级目测法[15-16](见表1)，该法是野外杂草群落调研的常用方法，它根据植物的相对盖度、多度和相对高度三者的综合指标确定各物种的优势度级数，再以样方单位计算该物种相应的频度和优势度值，通过物种间优势度的比较，筛选出5种优势草本。其中：

频度=某物种出现的样方数/调研的总样方数×100%

优势度=∑(某物种该级别出现的样方数×该级别代表值)/(总样方数×5)×100%

1.2.2 根系密度测定方法 根系密度测定采用挖根法[17],在10 cm直径的圆截面上，按照取土表面、距表面10，20，30 cm的深度，测出每个剖面上的根数，每一物种进行4个重复。数据分析和处理中，采用SPSS13.0统计软件，用方差分析和回归分析法处理数据。

1.2.3 土样采集方法 采用根钻(直径10 cm，高度15 cm)，在野外钻取含有试验物种根系的表层土15 cm作为土样，采样前需清除植物地上部分、落叶杂物，每一物种取4个土样用于土壤抗冲试验，同时在各自物种采样点附近取4个不长植物的土样，用于对照试验。土样采集完后，需立即放入自制的PVC管(直径10 cm，高度15 cm)中，运至临安青山湖花园中心实验室进行后续试验。

表1 7级目测分级标准

注：T级赋值0.5，O级赋值0.1。

1.2.4 土壤抗冲试验方法 土壤抗冲性的测试参考蒋定生等的原状土冲刷槽法[12,18]。土样在抗冲试验前先用水浸润，方法如下：装有土样的PVC管一端用丝绢包扎后竖立放于水盆中，水面高度10 cm，水从管底部自下而上浸润土样12 h直至达到饱和，将达到饱和的土样静置于平地上8 h以去除重力水，用电子天平称重后横放水槽的末端，去掉丝绢和上侧的1/2PVC管，进行抗冲试验。抗冲试验水槽宽15 cm，长200 cm，冲刷坡度为15°，水流速度恒定为10 L/min，冲刷时间为5 min，5 min内冲刷完的以具体冲完的时间计算。用电子天平称量抗冲后土样的重量(含饱和水)，计算出冲刷走的土重(含饱和水)，进而计算出抗冲系数K(L/g)，即冲掉1 g土样(含饱和水)所需的水量。

根系对土壤抗冲性影响的指标使用土壤抗冲性增强值，用E表示,计算公式为E=(Kt-K0)/K0，Kt为含根土样的抗冲系数，K0为空白对照土样的抗冲系数。

2 结果与分析

2.1 优势草本筛选

由于浦阳江下游的地理特殊性，江岸地带时常受到水位涨落的影响，形成自然消落带，这对该地植物的耐淹性提出了考验。草本植物作为保水和土壤改良的的先锋植物，具有生长快、投资小、易管理等优点；除此以外，草本根系的加筋作用对坡岸土体起到加固作用，提高了土体抗剪强度与边坡稳定性[19-20]，因此，消落带草本植物的选择对护岸的稳定意义重大。见表2，通过实地调研发现浦阳江下游草本植物种类丰富，尤其是狗牙根Cynodondactylon、水蓼Polygonumhydropiper、芦苇Phragmitesaustralis、芒Miscanthussinensis、双穗雀稗Paspalumpaspaloides优势度相对较高，可知这5种植物在当地环境中有较高的适应性，可用作土壤抗冲试验的对象。

表2 浦阳江下游江岸主要草本植物的优势度与频度

2.2 根系密度分析

草本植物往往没有强大的主根，无法发挥主根锚固作用，但它能利用发达的须根对土壤起到加筋作用[19]。现有研究表明，直径d≤1.0 mm的根系能显著提高土壤的抗冲刷性[21-22]，因此本试验分别统计直径d≤1.0 mm的根系。

5种植物直径d≤1.0 mm的根系密度，在0—30 cm土层的垂直分布均随深度增加而减少(见图1)，其中狗牙根、芦苇、双穗雀稗根系分布特征表现出相似的特点，d≤1.0 mm根系密度下降趋势显著。水蓼d≤1.0 mm根系密度在取土表面与10 cm深度的分布均显著高于30 cm深度处，取土表面与10 cm深度间差异显著，但20 cm深度与10 cm及30 cm深度间没有显著差异。芒d≤1.0 mm根系密度在取土表面和10 cm深度间没有显著差异，但取土表面与10 cm深度的分布均显著高于20 cm与30 cm深度处，20 cm与30 cm根系密度差异显著。

图1 耐淹植物根系数量在土壤表层中的分布

各植物根系密度(d≤1.0 mm)与土层深度间进行拟合分析，两者关系服从指数分布，相关性显著(p<0.01，见表3)，这一规律在类似的研究中也有报道[23-26]。通过公式，根据土层深度，可以预测d≤1.0 mm的植物根系在土层中分布密度，为该植物在江岸水土保持中的运用提供理论指导。

表3 植物根系密度与土层深度的曲线回归方程

注：y表示根系密度,x表示土层深度。

土壤抗冲性与d≤1.0 mm径级的须根密度关系最为密切，该径级根系密度大，可以改建土壤、构建良好的抗冲性构[27]。对浦阳江下游江岸优势草本的根系密度研究结果显示，5种植物d≤1.0 mm的根系密度均随土层深度增加而减少，暗示这些植物根系对土壤抗冲性的增强效果随着土层的加深而减弱。

2.3 抗冲性分析

5种植物对土层的抗冲性均有增强效应，但物种间增强效应不同(图2)。芦苇、芒根系对土壤的抗冲性增强效应最强，增强值分别为14.16，12.53，水蓼的增强效应最弱，增强值为4.41，狗牙根、双穗雀稗增强值分别为5.39，5.01。

土壤的抗侵蚀性包括抗冲性与抗蚀性两方面[28]，土壤抗冲性是指土壤抵抗径流对土壤机械破坏和推动下移的性能[29]，目前为止，还没有确切的衡量土壤抗冲性强弱的指标和统一的测量方法。土壤静水崩解法[28]、索波列夫抗冲仪器法[28,30]、原状土冲刷水槽法[31-33]、实地放水试验法[10]在土壤抗冲性研究中都有报道。本试验采用改进的原状土冲刷水槽法，对浦阳江下游江岸的优势草本进行试验，结果显示草本植物根系都能提高土壤的抗冲性，这一结果与先前的研究报道相一致[6,12,34]。

图2 耐淹植物对土壤抗冲性的增强值

植物通过根系的分布、盘绕、固结作用，提高土壤抗冲力，增强土壤渗透性并创造抗冲性土体构型，从而实现土壤抗冲性的增强。5种草本植物中，芦苇与芒的抗冲性增强值较大，芦苇属于根系发达的高大禾草，在干旱地区根系深度可达2.5 m以上，根系属于根茎型分蘖，在土壤中极易形成庞大的根系网络，将周围土壤固结在一起，形成抗冲性土体构造，从而使整体植株对于土壤抗冲性的增强效应最为明显，这一结果符合卢立霞等[35]的发现。芒属于多年生草本，根系入土可达1 m，根状茎横走于地表下10 cm左右[36]，形成的根系—根茎立体网络结构能对土壤起到很好的固持作用。考虑到芦苇、芒的地上茎叶部分也很发达，可以有效减少雨水的直接溅蚀，其根系又具有良好固持能力，因此这两物种适合在江岸推广。狗牙根、双穗雀稗根系特征类似，因而它们对土壤抗冲性的增强值之间无显著差异，抗冲性增强值都在5左右。水蓼属于蓼科的一年生大型草本，茎易斜升，基部节上长有不定根[37]，虽然试验中水蓼的土壤抗冲性增强值不高，但在实地采样中发现水蓼近地面斜升茎干形成的不定根，明显扩大了单株植物的固土作用范围，水蓼的综合固土效应还待进一步评价。

3 结 论

(1) 通过7级目测法，发现浦阳江下游江岸的优势草本植物是狗牙根、水蓼、芦苇、芒、双穗雀稗。

(2) 5种草本植物根系(d≤1.0 mm)在土壤表层(0—30 cm)均有较多分布，根系密度随着土层的垂直分布深度增加而减少，其规律服从指数函数关系分布，该关系可以推测土壤抗冲性的增强效应，但在具体研究中，评价植物根系对土壤抗冲性的增强效应还应综合考虑植物根系的生物量[12,32]、根系表面的生物学特性[38]等因素。

(3) 采用改进的原状土冲刷水槽法进行试验，发现5种优势草本根系均能增强浦阳江下游江岸土壤的抗冲性，提高江岸的水土保持作用，尤其是芦苇与芒，具有更好的抗冲增强效应。先前研究表明直径d≤1.0 mm的根系能显著提高土壤的抗冲刷性[21-22]，本研究证实各植物d≤1.0 mm根系密度与土层深度密切相关，因此在今后的工作中，可以针对土层中d≤1.0 mm根系分布密度与土壤抗冲性的相关性进行设计研究。

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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

陈浩(1988—),男,浙江杭州人,助工,硕士,园林景观工程生态技术应用。E-mail:chenhao2055@126.com

S157

：A

：1005-3409(2017)02-0060-04