諶　蕓,何丙輝,練彩霞,劉志鵬,彭石磊

西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶　400715

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三峽庫區(qū)陡坡根-土復(fù)合體抗沖性能

諶蕓,何丙輝*,練彩霞,劉志鵬,彭石磊

西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶400715

以三峽庫區(qū)已種植4a的紫花苜蓿、百喜草、狗牙根和香根草為對象,并以裸地為對照,采用改進(jìn)的沖刷水槽、WinRHIZO(Pro.2004c)根系分析系統(tǒng)和應(yīng)變控制式直剪儀,分析測定5個(gè)處理根-土復(fù)合體抗沖性能以及根系、土壤參數(shù),以期揭示不同草本植物根系對陡坡地紫色土表土抗沖性能的強(qiáng)化效應(yīng)。研究結(jié)果表明：與對照(裸地)相比,4種草本植物根系均能顯著增強(qiáng)紫色土表土的抗沖性能,其中香根草根-土復(fù)合體的抗沖性能最強(qiáng)(為對照小區(qū)的2.75—3.58倍),而紫花苜蓿復(fù)合體的抗沖性能最弱(為對照小區(qū)1.96—2.60倍);草本植物根長密度(RLD)和根表面積密度(RSAD)是影響陡坡下紫色土表土抗沖性能的主要因子;0.50 mm

紫色土;草本植物根系;抗沖指數(shù);抗剪強(qiáng)度;粘聚力

土壤的抗沖性是指土壤抵抗徑流沖刷破壞的能力,植物的根系則能提高土壤的抗沖性。早于20 世紀(jì)50年代,朱顯謨先生就指出根系的纏繞和固結(jié)作用決定了其對土壤抗沖性的增強(qiáng)效應(yīng)[1]。此后,眾多學(xué)者結(jié)合多學(xué)科,在根系固土抗沖效應(yīng)及機(jī)制方面進(jìn)行了更為系統(tǒng)全面和細(xì)致深入的研究[2- 11]。已有的研究認(rèn)為草類根系主要是通過提高土壤抗沖力及改善抗沖土體的物理性質(zhì)而增強(qiáng)土壤抗沖性[12],且不同徑級的根系及不同根系指標(biāo)對土壤抗沖性的影響差異較大,須根(直徑≤1 mm)最有利于增強(qiáng)土壤抗沖性[13],而根長密度是衡量土壤抗沖性的共性指標(biāo)。目前我國根系與土壤抗沖性方面的研究成果雖多,但還存在一些不足：在研究地域上,主要集中在黃土高原,而三峽庫區(qū)等水土流失嚴(yán)重地區(qū)的研究則相對較少;在研究植物種上,黃土高原涉及較廣,囊括喬、灌、草[14- 15]并且關(guān)注了芒草[16]和柳枝稷[17]等生物質(zhì)能源,而紫色土區(qū)較多的是水土保持先鋒物種香根草;在沖刷坡度上,多數(shù)沖刷試驗(yàn)采用的是緩坡15°[5,12,18- 21],少有考慮陡坡大坡度[22],而草本植物固土是軟措施,抗沖能力有限,其在低緩邊坡固土抗沖效果顯著,但在陡坡地上的效果卻未必;在根系指標(biāo)上,多數(shù)研究選取的是所有根系平均的根重密度、根長密度、根表面積密度等,忽略了不同草本植物根系的徑級分布范圍和集中度不同,鮮有考慮到徑級根系指標(biāo)。

針對已有研究中存在的上述不足,并考慮到物種的廣泛性、適生性和經(jīng)濟(jì)性,本實(shí)驗(yàn)選取了南方水土保持先鋒物種香根草(Vetiveriazizanioides)和百喜草(Paspalumnatatu),“牧草之王”紫花苜蓿(Medicagosativa)和本地野生狗牙根(Cynodondactylon)進(jìn)行人工栽培,以裸地為對照,測定土壤容重、有機(jī)質(zhì)、抗剪強(qiáng)度、抗沖指數(shù)和多個(gè)徑級的根系指標(biāo),分析陡坡下(30°)上述4種草本植物根系對紫色土表土抗沖性能的強(qiáng)化效應(yīng)及影響因素,尤其是各徑級根系指標(biāo)對土壤抗沖性的影響,以期為三峽庫區(qū)陡坡地生態(tài)治理中草本植物合理選用及根-土復(fù)合體抗沖效應(yīng)預(yù)估等提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

試驗(yàn)小區(qū)位于重慶市北碚區(qū)歇馬鎮(zhèn)西南大學(xué)教學(xué)科研基地內(nèi)。該基地位于106°48′54″ E,29°45′08″ N,屬丘陵地貌,平均海拔563 m。該地區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候,年平均氣溫18.3 ℃;雨量充足,年平均降雨量1 100 mm;日照較少,年平均日照1 270 h[23]。試驗(yàn)小區(qū)土壤為灰棕紫色土。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

紫花苜蓿、百喜草、狗牙根和香根草均為多年生草本植物,根系發(fā)達(dá),抗逆性強(qiáng)。試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理：對照,即裸地,無任何植被;4個(gè)草本區(qū),分別種植紫花苜蓿、百喜草、狗牙根和香根草,每個(gè)處理3次重復(fù),共15個(gè)小區(qū)(長6 m,寬4 m),小區(qū)之間挖溝(寬0.3 m,深0.3 m)隔開,避免互相干擾。此外,設(shè)置補(bǔ)種區(qū),一旦草本區(qū)植株被取樣,則立即從補(bǔ)種區(qū)移植健康植株補(bǔ)上。所有草本植物均于2011年3月底采用育苗區(qū)健壯的實(shí)生苗移栽,株距×行距為30 cm×35 cm[23]。栽培期間,各小區(qū)進(jìn)行相同的常規(guī)管護(hù),定期人工拔除雜草和灌溉。

1.3樣品采集

2014年7月中旬,天氣連續(xù)放晴時(shí),進(jìn)行土樣采集。采樣前3 d以上無拔草和灌溉。每個(gè)小區(qū)先按“五點(diǎn)法”確定采樣點(diǎn),然后分0—10、10—20、20—30 cm取各自的混合土樣約500 g帶回實(shí)驗(yàn)室,用于土壤有機(jī)質(zhì)測定。

抗沖土樣的采樣工具為原狀土沖刷水槽配套的方形環(huán)刀(長×寬×高：20 cm×10 cm×10 cm)。取樣前,對照區(qū)按S曲線確定采樣點(diǎn);草本區(qū),按S曲線選取健康成體植株,去除植株的地上部分后,以植株為中心確定采樣點(diǎn)。先清除表層的枯落物、雜質(zhì)和部分土層,將環(huán)刀刃口向下且水平緩慢地壓入10—20 cm土層(因按10 cm分層采樣難度較大,故以此代表0—30 cm表土層),小心挖掘出,削平環(huán)刀兩端,去除四周多余的土和根系。采集的土樣,用保鮮膜密封,貼上標(biāo)簽,立即帶回附近的實(shí)驗(yàn)室。每個(gè)小區(qū)3個(gè)重復(fù),共計(jì)45個(gè)抗沖土樣,則每一處理進(jìn)行9次沖刷試驗(yàn)。直剪試驗(yàn)的取樣方法與此類似,采用ZJ型應(yīng)變控制式直剪儀配套的環(huán)刀(底面積30 cm2,高2 cm)分0—10,10—20和20—30 cm土層取樣(本文僅對10—20 cm土層的直剪數(shù)據(jù)進(jìn)行分析),每個(gè)小區(qū)4個(gè)重復(fù),共計(jì)180個(gè)抗剪土樣,則每一處理每一土層進(jìn)行12次直剪試驗(yàn)。取樣時(shí),各草本區(qū)植被蓋度約為90%。

1.4指標(biāo)測定

土壤容重采用環(huán)刀法;有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-外加熱法;抗剪強(qiáng)度采用直剪法;抗沖性采用改進(jìn)的原狀土沖刷水槽法。沖刷水槽長1.80 m,寬0.11 m。沖刷前,土樣底部襯以濾紙置于水中浸泡約12 h;飽和后,取出土樣靜置,除去重力水。沖刷坡度設(shè)定為30°以模擬陡坡,出水流量為2 L/min。待水流穩(wěn)定后,將土樣裝入土樣室,使土樣上表面和槽底面齊平,然后放水沖刷。產(chǎn)流后開始取樣,前4 min則每1 min收集1次徑流泥沙樣,此后每3 min收集1次,沖刷時(shí)長10 min共取6個(gè)樣[23]。沖刷完成后,取出環(huán)刀內(nèi)的土樣,先置于水中浸泡數(shù)小時(shí)以利于根、土分離;然后置于0.05 mm的網(wǎng)篩內(nèi)用適當(dāng)流量的自來水沖洗,直至洗出所有的根系;最后,采用EPSON LA在400 dpi下進(jìn)行灰度掃描,WinRHIZO(Pro.2004c)根系分析系統(tǒng)分10個(gè)徑級(0.0 mm4.5 mm,d為根系直徑,單位mm)對根系長度RL、根表面積RA和根體積RV等進(jìn)行分析。掃描后的根系采用烘干法和1/1 000電子天平獲得根干重RW。根重密度RWD、根長密度RLD、根表面積密度RSAD、根體積密度RVD是指單位土體對應(yīng)的根干重、根長、根表面積、根體積;RLDx、RSADx、 RVDx(x=0.50,1.00,1.50,2.00,2.50,3.00,3.50,4.00,4.50)則表示(x-0.5)mm4.5、RSAD>4.5、 RVD>4.5表示d>4.5 mm徑級的根長密度、根表面積密度、根體積密度。

1.5數(shù)據(jù)處理

土壤的抗沖能力用抗沖指數(shù)AS表示,即沖失1 g干土所需水量,計(jì)算如下：

(1)

式中,ASt為t時(shí)刻的抗沖指數(shù)(L/g);Q為沖刷流量(L/min);t為沖刷歷時(shí),t=1,2,3,4,7,10 min;WLDSt為t時(shí)刻沖失干土重(g)?？箾_指數(shù)AS值越大,則表示土壤抗沖能力越強(qiáng);反之,則越弱。

土壤內(nèi)摩擦角φ和粘聚力c根據(jù)庫倫定律,利用土樣在豎直荷載為100、200、300、400 kPa下測得的抗剪強(qiáng)度τf線性回歸確定。

采用Microsoft Excel 2007作圖,SPSS 17.0進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(Duncan法,P<0.05)、Pearson相關(guān)分析(雙側(cè),P<0.05,P<0.01)。

2　結(jié)果與分析

2.1不同草本區(qū)復(fù)合體的抗沖性能

圖1　試驗(yàn)小區(qū)土壤抗沖指數(shù)動(dòng)態(tài)變化Fig.1　Dynamic changes of AS in experimental plots

由圖1可知,0—10 min內(nèi)各試驗(yàn)小區(qū)土壤的抗沖指數(shù)AS均隨時(shí)間而增長：0—4 min,AS增長較快,最大增幅達(dá)18.88%出現(xiàn)在香根草區(qū)t=2 min時(shí);4—7 min,AS增長漸趨緩慢;7—10 min,AS增長更加緩慢,尤其是對照小區(qū)。各試驗(yàn)小區(qū)土壤抗沖指數(shù)AS隨時(shí)間t的動(dòng)態(tài)變化均可用方程AS=at2+bt+c或AS=alnt+b(a、b、c為常數(shù),t=0—10 min)進(jìn)行很好地?cái)M合(R2=0.9284—0.9691),其中對照小區(qū)和狗牙根區(qū)用二次多項(xiàng)式方程擬合較好,而其它3個(gè)小區(qū)則用對數(shù)方程擬合較好。

試驗(yàn)小區(qū)的AS在所有測定時(shí)刻(t=1,2,3,4,7,10 min)均體現(xiàn)出顯著性差異,草本區(qū)的AS均顯著大于對照小區(qū)的。t=1 min時(shí)香根草區(qū)與百喜草區(qū)的AS無顯著性差異,排序?yàn)椋合愀輩^(qū)/百喜草區(qū)>狗牙根區(qū)>紫花苜蓿區(qū)>對照小區(qū);t=2、3 min時(shí)紫花苜蓿區(qū)與狗牙根區(qū)的AS無顯著性差異,排序?yàn)椋合愀輩^(qū)>百喜草區(qū)>狗牙根區(qū)/紫花苜蓿區(qū)>對照小區(qū);t=4、7、10 min時(shí)小區(qū)間的AS均存在顯著性差異且排序均為：香根草區(qū)>百喜草區(qū)>狗牙根區(qū)>紫花苜蓿區(qū)>對照小區(qū)。所有觀測時(shí)刻香根草區(qū)的AS值均最大,為對照小區(qū)的2.75—3.58倍,為百喜草區(qū)的1.01—1.12倍;而紫花苜蓿區(qū)的AS值在草本區(qū)中最小,亦為對照小區(qū)的1.96—2.60倍。

2.2抗沖土樣所含根系的根系指標(biāo)

表1中,4種草本植物抗沖土樣的根重密度RWD存在顯著性差異,表現(xiàn)為：紫花苜蓿>香根草>百喜草>狗牙根,紫花苜蓿的RWD最大(164.16 mg/cm3)為狗牙根的3.91倍;根長密度RLD則表現(xiàn)為香根草、百喜草和狗牙根之間無顯著性差異,卻顯著大于紫花苜蓿,前3種草本的RLD分別為紫花苜蓿的3.77、3.62和2.56倍;根表面積密度RSAD表現(xiàn)為香根草的顯著大于紫花苜蓿的,百喜草(狗牙根)與香根草(紫花苜蓿)均無顯著性差異,香根草的RSAD為紫花苜蓿的1.47倍;根體積密度RVD的顯著性差異則表現(xiàn)為：紫花苜蓿>百喜草>香根草、狗牙根?？傮w上,抗沖土樣中紫花苜蓿的RWD和RVD最大,而香根草的RLD和RSAD最大。

表1　草本區(qū)抗沖土樣中根系的總體參數(shù)

表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差(n=9);同列數(shù)據(jù)標(biāo)有不同小寫字母表示草類之間存在顯著差異(Duncan法,P<0.05)

從表2徑級根系指標(biāo)的顯著性分析可以看出：1)草本間相同徑級的根長密度、根表面積密度和根體積密度的顯著性具有一致或非常相似的排序,如0.00 mm百喜草>紫花苜蓿;2)d=2.00 mm是一個(gè)分界線,當(dāng)0.00 mm2.00 mm時(shí),則是紫花苜蓿的各項(xiàng)根系指標(biāo)顯著優(yōu)于香根草;3)1.50 mm

Pearson相關(guān)分析(表4)表明：1)RLD與AS4、AS7、AS10顯著正相關(guān);2)RSAD與所有時(shí)刻的AS顯著正相關(guān);3)1.00 mm

2.3不同草本區(qū)土壤的理化性質(zhì)

表3中所有草本區(qū)的土壤容重均顯著小于對照小區(qū),而草本區(qū)之間則無顯著性差異。數(shù)值上,土壤容重的排序?yàn)椋簩φ招^(qū)>狗牙根區(qū)>百喜草區(qū)>香根草區(qū)>紫花苜蓿區(qū),較之對照,紫花苜蓿區(qū)的土壤容重減幅高達(dá)11.25%,而狗牙根區(qū)的減幅最小亦為6.25%。除百喜草區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量與對照小區(qū)無顯著性差異外,其余草本區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著大于對照小區(qū)。其中紫花苜蓿區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量最高為13.68 g/kg,顯著大于其它草本區(qū);狗牙根區(qū)與香根草區(qū)之間則無顯著性差異。

表3　試驗(yàn)小區(qū)10—20 cm土層土壤理化性質(zhì)和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差(n=3);同列數(shù)據(jù)標(biāo)有不同小寫字母表示試驗(yàn)小區(qū)之間存在顯著差異(Duncan法,P<0.05);直剪試驗(yàn)時(shí),同一小區(qū)每組試樣之間的密度差值不大于0.03g/cm3,含水率差值不大于2%

2.4不同草本區(qū)土壤的抗剪性能

表3中所有草本區(qū)10—20 cm土層的土壤內(nèi)摩擦角φ均顯著高于對照小區(qū),排序?yàn)椋合愀?狗牙根>百喜草/紫花苜蓿>對照,香根草區(qū)的φ為其它小區(qū)的1.23—2.97倍。香根草在該土層的土壤粘聚力c高達(dá)82.60 kPa,亦顯著大于其它小區(qū);狗牙根區(qū)的c顯著高于對照,但與百喜草區(qū)、紫花苜蓿區(qū)之間無顯著性差異;百喜草區(qū)、紫花苜蓿區(qū)的c與對照小區(qū)的無顯著性差異,但在數(shù)值上大于對照小區(qū)。Pearson相關(guān)分析(表4)表明各時(shí)刻的AS與φ無顯著相關(guān),但與c顯著或極顯著正相關(guān),最大相關(guān)系數(shù)為0.715。

AS：抗沖指數(shù) anti-scourability;ASt(t=1,2,3,4,7,10min)：t時(shí)刻的土壤抗沖指數(shù);RLD：根長密度 root length density;RSAD：根表面積密度 root surface area density;RVD：根體積密度 root volume density;RLDx/RSADx/ RVDx(x=1.00,1.50,3.00,3.50)分別表示0.50 mm

3　討論

3.1根系指標(biāo)對復(fù)合體陡坡下抗沖性能的影響

根系的纏繞和網(wǎng)絡(luò)固結(jié)作用,阻止了土顆粒分散,有利于提高土壤的抗沖性能[24- 25]。本試驗(yàn)中紫花苜蓿、百喜草、狗牙根和香根草的根系都顯著增強(qiáng)了紫色土表土層的抗沖性,尤其是香根草,這與其它已有植物根系的研究結(jié)論一致[23,26]。本研究充分考慮了根徑的影響,將根系指標(biāo)分為總體指標(biāo)和徑級指標(biāo)。草本間相同徑級的根系指標(biāo)的顯著性差異具有一致或非常相似的排序,而草本間總體指標(biāo)的顯著性差異卻不具有此規(guī)律。

抗沖土樣中紫花苜蓿的RWD顯著大于其它草本,表明其根系對10—20 cm土層的土壤水分、養(yǎng)分和微量元素等的吸收能力較強(qiáng),因此同體積的土樣中其干物質(zhì)量較大。此外,其RVD亦顯著大于其它草本,占了抗沖土樣體積的0.50%,這表明其土樣中可供沖刷的土壤應(yīng)顯著少于其它草本的。但其在各測定時(shí)刻的AS卻小于其它草本,即其總體抗沖性能弱于其它草本。而RWD和RVD顯著小于紫花苜蓿的香根草卻在各時(shí)刻的抗沖性能均最好?？梢?本實(shí)驗(yàn)中RWD和RVD不是影響根-土復(fù)合體抗沖性能的主要因子,Pearson相關(guān)分析亦表明無顯著相關(guān)。香根草的RLD和RSAD數(shù)值最大,相關(guān)分析中此二者與所有(部分)時(shí)刻的AS顯著相關(guān)。紫花苜蓿的這兩項(xiàng)根系指標(biāo)最差,而抗沖性能居中的百喜草和狗牙根的此兩項(xiàng)根系指標(biāo)亦居中。RLD反映了根系在土壤中的穿插和纏繞能力;RSAD則能充分反映根-土之間的接觸情況,其值越大表明根-土接觸面積越大且耦合得越好。這從一方面解釋了為何紫花苜蓿生長茂密、根系發(fā)達(dá),其AS卻較小。綜上可知,RLD和RSAD是影響陡坡下紫色土根-土復(fù)合體抗沖性能的主要因子,這與已有的研究結(jié)論一致[27]。香根草與狗牙根相比,僅RWD具有顯著優(yōu)越性,且僅次于紫花苜蓿,可抗沖性能卻顯著優(yōu)于狗牙根,可見RWD亦對復(fù)合體的抗沖性能產(chǎn)生有效影響,是次要因子。香根草的根系指標(biāo)中影響土壤抗沖性的主要因子最優(yōu),次要因子居中,決定了其復(fù)合體具有好于其它3種草本的抗沖性。

已有的研究認(rèn)為細(xì)根在提高土壤抗侵蝕方面具有非常重要的作用,因?yàn)槠湓谕馏w中穿插范圍廣,與土壤顆粒結(jié)合較緊密,網(wǎng)絡(luò)固持土顆粒的能力強(qiáng),且受拉/剪時(shí)具有較好的彈性,而粗根對固土則沒有明顯貢獻(xiàn)[25]。較多的研究中將細(xì)根的直徑確定為≤1 mm即須根,認(rèn)為這一徑級的根系是固土的關(guān)鍵,如鄭子成等[28]在紫色土區(qū)玉米地的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)0.00 mm

3.2土壤指標(biāo)對復(fù)合體陡坡下抗沖性能的影響

草本區(qū)土壤容重的有效降低與根系密切相關(guān),活根穿插土壤、死根萎縮腐解等均能增加土壤孔隙度,進(jìn)而降低土壤容重。紫花苜蓿區(qū)的土壤容重值最小與其RWD、RVD最大有密切關(guān)系,相關(guān)分析中土壤容重與RWD極顯著負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為-0.737)。雖然百喜草區(qū)與對照小區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量無顯著性差異,但所有草本區(qū)的有機(jī)質(zhì)含量在數(shù)值上均大于對照小區(qū),這表明總體上草本植物是有利于土壤有機(jī)質(zhì)積累的,分析原因：一方面可能是植被覆蓋地表,為枯落物和死根等腐殖物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化提供了有利的溫度和濕度,另一方面活根系的分泌物增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量,再一方面根系提高土壤微生物數(shù)量和活性,亦可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。相關(guān)分析中,土壤有機(jī)質(zhì)含量與2.00 mm

所有草本區(qū)10—20 cm土層的土壤內(nèi)摩擦角φ均顯著高于對照小區(qū),可見草本植物根系能有效提高根-土復(fù)合體的內(nèi)摩擦力。相關(guān)分析中φ與RLD極顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為0.740),此外與0.00 mm

4　結(jié)論

(1)陡坡(30°)下,紫花苜蓿、百喜草、狗牙根和香根草等4種草本植物根系均能顯著增強(qiáng)紫色土表土的抗沖性能,且香根草根-土復(fù)合體的抗沖性能最強(qiáng),而紫花苜蓿復(fù)合體的抗沖性能則最弱;所有試驗(yàn)小區(qū)的土壤抗沖指數(shù)AS動(dòng)態(tài)變化均能用對數(shù)或二次多項(xiàng)式方程進(jìn)行良好的擬合,R2=0.9284—0.9691。

(2)抗沖土樣中紫花苜蓿的根重密度RWD和根體積密度RVD最大,香根草的根長密度RLD和根表面積RSAD最大;RLD和RSAD是影響陡坡下紫色土根-土復(fù)合體抗沖性能的主要因子,RWD則是次要因子;0.50 mm

(3)這4種草本植物均有利于降低土壤容重,提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和增強(qiáng)土壤抗剪性能;香根草復(fù)合體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)(土壤內(nèi)摩擦角φ和粘聚力c)顯著大于其它小區(qū);c是影響陡坡下紫色土根-土復(fù)合體抗沖性能的主要因子,而0.00 mm

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Root-soil system anti-scourability on steep slopes in the Three Gorges Reservoir Area

CHEN Yun, HE Binghui*, LIAN Caixia, LIU Zhipeng, PENG Shilei

CollegeofResourcesandEnvironment/KeyLaboratoryofEco-environmentsinThreeGorgesReservoirRegion(MinistryofEducation),SouthwestUniversity,Chongqing400715,China

Grass roots can improve the soil′s anti-scourability. The aim of this study was to determine the effects of the roots of different grasses on anti-scourability on steep slopes of purple soil in the Three Gorges Reservoir Area.Medicagosativa,Paspalumnatatu,Cynodondactylon, andVetiveriazizanioidesplants were planted 4 years prior to the experiment, and bare control plots were selected for soil sampling. The soil anti-scourability, root parameters (root dry weight, root length, root surface area, and root volume), soil shear strength (soil internal friction angle and cohesion), and soil chemical-physical characters (bulk density and organic matter) were measured using an improved flume scouring experiment, a root analysis system (WinRHIZO (Pro.2004c)), a direct shear test experiment, the ring method, and potassium dichromate external heating method, respectively. The results show that four species of grass roots could significantly enhance soil anti-scourability.Vetiveriazizanioidesroots had the greatest effect on soil anti-scourability, as soils planted with this species exhibited anti-scourability values 2.75—3.58 times that of the control; whileMedicagosativaroots had the weakest effect on soil anti-scourability, as soils planted with this species exhibited anti-scourability values 1.96—2.60 times that of the control. In the scouring experiments lasting 0—10 min, the soil anti-scourability of each plot increased over time, and these dynamic change processes can be fitted well (R2= 0.9284—0.9691) using two polynomial (the control andCynodondactylonplots) and logarithmic equations (theVetiveriazizanioides,Paspalumnatatu, andMedicagosativaplots). Root length density and root surface area density were the main factors affecting soil anti-scourability, and both were significantly correlated with anti-scourability (P< 0.05), especially the root surface area density. Root length density and root surface area density ofVetiveriazizanioidesroots were the highest among the different species. A dividing line was set at 2.00 mm, and when 0.00 mm 2.00 mm, allMedicagosativaroot parameters were higher than those ofVetiveriazizanioides. Roots whose diameters were 0.50 mm

purple soil; grass roots; anti-scourability; soil shear strength; soil cohesion

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41271291, 41501288);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)項(xiàng)目(SWU113013, XDJK2014C103, XDJK2015C170);國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAD31B03);西南大學(xué)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目(2013JY052)

2015- 01- 27; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 12- 02

Corresponding author.E-mail: hebinghui@swu.edu.cn

10.5846/stxb201501270211

諶蕓,何丙輝,練彩霞,劉志鵬,彭石磊.三峽庫區(qū)陡坡根-土復(fù)合體抗沖性能.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(16):5173- 5181.

Chen Y, He B H, Lian C X, Liu Z P, Peng S L.Root-soil system anti-scourability on steep slopes in the Three Gorges Reservoir Area.Acta Ecologica Sinica,2016,36(16):5173- 5181.