苗曉靖，陳赫男，馬 睿，宋 元，郭瑩瑩

(泰安市水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，山東 泰安 271000)

幾種灌藤植被根系分布與固持土壤效果評(píng)價(jià)

苗曉靖，陳赫男，馬 睿，宋 元，郭瑩瑩

(泰安市水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，山東 泰安 271000)

灌藤植被；根系分布；固持土壤效果；土石山區(qū)；山東

為優(yōu)化水土保持植被配置，對(duì)山東土石山區(qū)11種灌藤林地的根系分布和土壤侵蝕模數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明：11種灌藤植被中，紫穗槐根系水平和垂直分布的根幅最大，在相同降雨條件下葛藤林防止土壤侵蝕效果最佳。通過綜合評(píng)價(jià)和聚類分析，選擇出了6種適宜干旱瘠薄區(qū)域、生長(zhǎng)良好、水土保持功能較強(qiáng)的灌藤植被：葛藤、紫穗槐、胡枝子、多花薔薇、黃荊、山楂葉懸鉤子。

我國(guó)是世界上水土流失最嚴(yán)重的國(guó)家之一。多年的理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐證明，生物措施是防治水土流失的重要措施之一，改善生態(tài)環(huán)境的核心是恢復(fù)和建設(shè)植被[1]。灌藤植被生長(zhǎng)能力強(qiáng)，枝葉稠密，樹冠緊貼地表，能有效防止雨滴擊濺侵蝕，起到分散、滯緩、過濾地表徑流，攔蓄降雨，促進(jìn)地表徑流下滲的作用，同時(shí)具有適應(yīng)性強(qiáng)、耐干旱、耐瘠薄、生長(zhǎng)穩(wěn)定、耗水少等特點(diǎn)，是干旱瘠薄山區(qū)造林的先鋒樹種。多數(shù)灌木根系發(fā)達(dá)，根系在土體中穿插、纏繞，新陳代謝旺盛，周圍的生物活動(dòng)頻繁，增加了土壤的孔隙度，降低了土壤容重，使土壤形成良好的理化性狀[2]；根系生長(zhǎng)過程中的分泌物及枯落物和死亡根系腐爛分解形成的腐殖質(zhì)，提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，使土壤形成良好的結(jié)構(gòu)體；穿插在土體中的細(xì)小根系可防止土體在水中分散破碎，在相同的土壤中，土壤根系含量越多，其抗蝕性越強(qiáng)，地表徑流對(duì)土壤的沖刷程度越低[3]。根系在土壤中的分布特征隨植被類型、種植密度及立地條件的不同表現(xiàn)出很大的差異，而對(duì)同一植被類型來(lái)說它的根系分布特征是相似的[4]。本研究旨在通過對(duì)山東土石山區(qū)11種灌藤植被根系分布和土壤侵蝕模數(shù)的測(cè)定，評(píng)價(jià)其固持土壤效果，提出具有較高水土保持效益的灌藤植被配置，為水土流失區(qū)灌藤植被的營(yíng)造提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)泰山羅漢崖林場(chǎng)海拔400—700 m，總面積127.6 hm2，其中林地面積125.9 hm2，占總面積的98.67%，無(wú)林地面積1.7 hm2。巖石為花崗片麻巖，土壤為粗骨棕壤，坡位為山坡中部。多年平均氣溫12.1 ℃，極端最低氣溫-28 ℃，極端最高氣溫40.3 ℃，多年平均降水量690.3 mm，≥10 ℃積溫4 300 ℃，無(wú)霜期198 d 。林場(chǎng)樹種有黑松、赤松、側(cè)柏、刺槐、黃連木、五角楓、麻櫟、栓皮櫟等，其中針葉林占總面積的34.48%。在土壤瘠薄或造林困難的地區(qū)，灌藤植被有胡枝子、山楂葉懸鉤子、柘樹、酸棗、黃荊、杠柳、杜梨、紫穗槐、葛藤、多花薔薇、連翹等。草本植物主要有白羊草、黃背草、鬼針草等。

2 研究方法

2.1 根系生物量及其長(zhǎng)度的測(cè)定

根系生物量及其長(zhǎng)度的調(diào)查采用整株挖掘法。在胡枝子、山楂葉懸鉤子、柘樹、酸棗、黃荊、杠柳、杜梨、紫穗槐、葛藤、多花薔薇、連翹這11種灌藤植被林分中各選一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地，在每個(gè)林分的標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)選取3株標(biāo)準(zhǔn)木，于2008年9月，以標(biāo)準(zhǔn)木為中心，布設(shè)與每株平均所占面積相等的樣方，每10 cm為一層分別挖掘土壤，深至基巖層。用水沖法把每一土層內(nèi)的根系沖出，在清水中洗凈，用游標(biāo)卡尺度量，按φ<1、1≤φ<3、3≤φ<5、φ≥5 mm 4個(gè)徑級(jí)分類，測(cè)量每一層內(nèi)各徑級(jí)根系的總長(zhǎng)度，然后放置烘箱中烘干(85 ℃)，稱量，計(jì)算根系生物量。

2.2 土壤侵蝕模數(shù)的測(cè)定

2007年12月，在每個(gè)林分內(nèi)選取3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地(10 m×10 m)，在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)均勻布設(shè)500個(gè)標(biāo)尺，共計(jì)16 500個(gè)標(biāo)尺。2008年12月，只測(cè)量因徑流沖刷而裸露的標(biāo)尺深度，不測(cè)量因淤積而掩埋的標(biāo)尺厚度，可用的標(biāo)尺為7 500個(gè)，計(jì)算各林地土壤侵蝕模數(shù)。

3 結(jié)果與評(píng)價(jià)

3.1 不同灌藤植被類型根系分布

灌藤植被具有強(qiáng)大的根系，垂直分布深，水平分布廣，對(duì)保持水土、涵養(yǎng)水源、固結(jié)土壤和母巖、防治水土流失起著重要的作用。不同灌藤植被類型的根系結(jié)構(gòu)見表1。

根系的水平分布范圍：灌木林以紫穗槐為最大，單株根幅3.56 m；藤本植物以葛藤為最大，單株根幅為2.65 m。根系的垂直分布深度：灌木林以紫穗槐根最深，為0.86 m；藤本植物以葛藤根最深，為0.75 m。

表1 不同水土保持灌藤植被的根系分布

3.2 不同灌藤植被類型防止土壤侵蝕效應(yīng)

不同水土保持灌藤植被土壤侵蝕測(cè)定結(jié)果見表2。在相同降雨條件下，土壤侵蝕模數(shù)以葛藤林最小，為270 t/km2，酸棗林最大，為1 755 t/km2。酸棗林、杜梨林、柘樹林、杠柳林、連翹林、山楂葉懸鉤子林、黃荊林、胡枝子林、紫穗槐林、多花薔薇林的土壤侵蝕量分別是葛藤林的6.5、6.15、5.0、4.0、3.5、3.0、2.5、2.0、2.0、1.6倍，水土保持的減蝕效益以葛藤林最好。

表2 不同水土保持灌藤植被土壤侵蝕測(cè)定

3.3 不同灌藤植被類型的保土功能綜合評(píng)價(jià)

利用極差標(biāo)準(zhǔn)化消除量綱，公式為(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)。通過專家打分法確定各指標(biāo)的權(quán)重，土壤容重、土層厚度、根頸直徑、水平根幅、垂直根幅、根系含量、根干重、年生物量、土壤侵蝕模數(shù)9項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重分別為0.1、0.2、0.1、0.1、0.2、0.2、0.1、0.2、-0.2。根據(jù)各指標(biāo)的測(cè)定值及權(quán)重，得出不同水土保持灌藤植被類型保土功能的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，見表3。

由表3可以看出，土石山區(qū)水土保持灌藤植被類型以葛藤的保土功能最強(qiáng)，評(píng)價(jià)結(jié)果為 0.77，酸棗的最小，為0.13。11種灌藤植被的蓄水保土功能按大小排序?yàn)椋焊鹛?紫穗槐>胡枝子>多花薔薇>黃荊>山楂葉懸鉤子>連翹>杜梨>柘樹>杠柳>酸棗。

對(duì)土石山區(qū)不同水土保持灌藤植被類型保土功能進(jìn)行系統(tǒng)聚類法分析歸類，11種林分的保土功能從大到小可分為：第一類，葛藤、紫穗槐、胡枝子；第二類，多花薔薇、黃荊、山楂葉懸鉤子；第三類，連翹、杜梨、杠柳；第四類，柘樹、酸棗。

4 結(jié) 論

(1)根系的水平分布，以紫穗槐單株根幅最大，根系互相連接，密集成網(wǎng)狀，固結(jié)土壤能力強(qiáng)；而杜梨、酸棗、杠柳的根系分布是單根延伸，側(cè)根少，細(xì)根少，固結(jié)土壤性能較差。從根系的垂直分布看，紫穗槐根深最大，根系能伸入頁(yè)巖縫隙內(nèi)生長(zhǎng)，固結(jié)土壤和母巖，防止山剝皮、滑坡、山崩等。

(2)在相同降雨條件下，防止土壤侵蝕效果以葛藤林最好，之后依次是多花薔薇林、紫穗槐林、胡枝子林、黃荊林、山楂葉懸鉤子林、連翹林、杠柳林、柘樹林、杜梨林、酸棗林。

(3)通過對(duì)山東土石山區(qū)11種水土保持灌藤植被的保土功能進(jìn)行評(píng)價(jià)和聚類分析，選擇出適宜山東土石山區(qū)干旱瘠薄區(qū)域、生長(zhǎng)良好、水土保持功能較強(qiáng)的紫穗槐、胡枝子、黃荊、山楂葉懸鉤

表3 不同灌藤植被類型固持土壤能力綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

子4種灌木和葛藤、多花薔薇2種藤本植物。

[1] 李延成,程傳民,楊吉華,等.新泰市土門林場(chǎng)不同混交林枯落物層持水性能的研究[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào),2007(1):69-75.

[2] 李任敏,常建國(guó),呂皎,等.太行山主要植被類型根系分布及對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響[J].山西林業(yè)科技,1998(1):17-19.

[3] 張金池,康立新,盧義山,等.蘇北海堤林帶樹木根系固土功能研究[J].水土保持學(xué)報(bào),1994,8(2):43-48.

[4] 唐金生,張如良.林分根系分布及其對(duì)土壤抗沖性的影響[J].浙江林業(yè)科技,2005,25(4):29-31.

(責(zé)任編輯 徐素霞)

山東省水利廳資助項(xiàng)目

S157

A

1000-0941(2015)02-0050-03

苗曉靖(1977—)，女，內(nèi)蒙古興安盟人，工程師，碩士，主要從事水土保持科學(xué)研究、規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。

2014-04-28