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2种扦插护岸植物根系对土壤结构的改良效应

孙一惠 马岚 张栋 夏晓平 薛孟君 苗新云

孙一惠, 马岚, 张栋, 夏晓平, 薛孟君, 苗新云. 2种扦插护岸植物根系对土壤结构的改良效应[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(7): 54-61. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170076
引用本文: 孙一惠, 马岚, 张栋, 夏晓平, 薛孟君, 苗新云. 2种扦插护岸植物根系对土壤结构的改良效应[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(7): 54-61. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170076
SUN Yi-hui, MA Lan, ZHANG Dong, XIA Xiao-ping, XUE Meng-jun, MIAO Xin-yun. Root distribution characteristics of two cuttage plants on bank slope and its effects on soil aggregates[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(7): 54-61. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170076
Citation: SUN Yi-hui, MA Lan, ZHANG Dong, XIA Xiao-ping, XUE Meng-jun, MIAO Xin-yun. Root distribution characteristics of two cuttage plants on bank slope and its effects on soil aggregates[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(7): 54-61. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170076

2种扦插护岸植物根系对土壤结构的改良效应

doi: 10.13332/j.1000-1522.20170076
基金项目: 

北京市科技计划课题 Z151100001115001

西宁防洪及流域管理利用世行贷款项目 XN-C-2012-04

国家自然科学基金项目 41501297

详细信息
    作者简介:

    孙一惠。主要研究方向:土壤侵蚀与流域治理。Email:syh2222222@163.com  地址:100083  北京市海淀区清华东路35号北京林业大学水土保持学院

    通讯作者:

    马岚,副教授。主要研究方向:土壤侵蚀与生态水文。Email:mlpcz@sina.com  地址:同上

  • 中图分类号: S157.9

Root distribution characteristics of two cuttage plants on bank slope and its effects on soil aggregates

  • 摘要: 以坡面5年生金丝柳和毛白杨为研究对象,采用土柱法测定2种扦插植物的根系分布特征,并应用Le Bissonnais法中快速湿润处理测定2种扦插植物不同土层土壤水稳性团聚体稳定性和可蚀性特征,测定指标包括:>0.25 mm土壤水稳性团聚体含量(R0.25)、土壤团聚体平均质量直径(MWD)和土壤可蚀性因子K值。分析坡面2种扦插植物根系分布特征及其对土壤团聚体的影响,结果表明:1)扦插植物根系集中分布在树干周围0~40 cm土层内,以>5 mm的粗根为主;2)在0~100 cm土层,根系含量、土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力均随土层深度的增大而减小;3)金丝柳根系在提高土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力方面强于毛白杨;4)扦插植物R0.25与<1 mm根系含量均呈现显著正相关关系,说明根系改善土壤团粒结构的性能主要取决于<1 mm根系含量。
  • 图  1  土壤取样点分布

    Figure  1.  Distribution of soil sampling points

    图  2  2种扦插植物不同土层不同径级根质量分布图

    Figure  2.  Root mass distribution at different soil depths and diameters for two cuttage plants

    图  3  2种扦插植物细根(直径<1 mm)根质量分布等值线图

    Figure  3.  Root mass distribution isoline map of fine root (with diameter less than 1 mm) for two cuttage plants

    图  4  2种扦插植物不同土层土壤水稳性团聚体粒级分布

    Figure  4.  Size distribution of water-stable aggregates in soil at different depths of two cuttage plants

    图  5  2种扦插植物不同土层土壤团聚体稳定性指标值

    不同大写字母表示同一植物不同土层间差异显著,不同小写字母表示同一土层不同植物间差异显著(单因素方差分析,P<0.05)。

    Figure  5.  Soil aggregate stability index values at different soil depths for two cuttage plants

    Different capital letters indicate significant differences among soil layers in the same plant, and different small letters indicate significant differences among plants in the same soil layer(one-way-ANOVA, P < 0.05).

    表  1  2种扦插植物基本情况

    Table  1.   Basic conditions of two cuttage plants

    树种Tree species树龄/a
    Tree age/year
    冠幅
    Crown width/m
    株高
    Tree height/m
    胸径
    DBH/cm
    金丝柳Salix alba var. tristis51.354.325.73
    毛白杨Populus tomentosa51.256.515.41
    注:冠幅为(长+宽)/2。Note:crown width is (length + width)/2.
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    表  2  2种扦插植物根质量水平分布及其所占比例

    Table  2.   Root mass horizontal distribution and its proportion for two cuttage plants

    树种Tree species项目Item从坡底到坡顶的距离Distance from slope bottom to top
    0~20cm20~40cm40~60cm60~80cm80~100cm100~120cm
    金丝柳Salix alba var. tristis根质量Root mass/g8.6311.58125.55183.17214.53344.62
    占总根质量百分比
    Percentage in total root mass/%
    0.610.818.8212.8715.0724.22
    毛白杨Populus tomentosa根质量Root mass/g0.005.872.638.4568.15956.72
    占总根质量百分比
    Percentage in total root mass/%
    0.000.480.220.695.5978.45
    120~140cm140~160cm160~180cm180~200cm200~220cm
    金丝柳Salix alba var. tristis根质量Root mass/g179.92164.7098.7285.646.03
    占总根质量百分比
    Percentage in total root mass/%
    12.6411.576.946.020.42
    毛白杨Populus tomentosa根质量Root mass/g121.8740.1510.351.972.95
    占总根质量百分比
    Percentage in total root mass/%
    9.993.320.850.160.24
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    表  3  2种扦插植物根质量垂直分布及其所占比例

    Table  3.   Root mass vertical distribution and its proportion for two cuttage plants

    树种Tree species项目Item土层深度Soil depth
    0~20cm20~40cm40~60cm60~80cm80~100cm100~120cm120~140cm
    金丝柳Salix alba var. tristis1 423.09根质量Root mass/g808.09420.12158.7024.6811.500.000.00
    占总根质量百分比
    Percentage in total root mass/%
    56.7829.5211.151.730.810.000.00
    毛白杨Populus tomentosa1 219.47根质量Root mass/g599.30290.26139.4785.4675.0222.717.25
    占总根质量百分比
    Percentage in total root mass/%
    49.1423.8011.447.016.151.860.59
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    表  4  2种扦插植物不同径级根质量分布及其所占比例

    Table  4.   Root mass distribution and its proportion of different diameters for two cuttage plants

    树种Tree species项目Item根系直径Root diameter
    <1 mm1~3 mm3~5 mm>5 mm
    金丝柳Salix alba var. tristis根质量Root mass/g145.7193.2670.761 113.36
    占总根质量百分比Percentage in total root mass/%10.246.554.9778.24
    毛白杨Populus tomentosa根质量Root mass/g81.9954.9963.791 018.70
    占总根质量百分比Percentage in total root mass/%6.724.515.2383.54
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    表  5  2种扦插植物各径级根系质量与土壤团聚体稳定性指标的相关关系

    Table  5.   Correlations between root mass of each diameter and soil aggregate stability index for two cuttage plants

    树种
    Tree species
    团聚体稳定性指标
    Aggregate stability index
    不同径级根系质量Root mass of different diameters/g样本数
    Sample number
    <1 mm1~3 mm3~5 mm>5 mm
    金丝柳Salix alba var. tristisR0.250.74**0.40-0.250.65n=21
    MWD0.08-0.490.050.23
    K-0.43*0.430.12-0.31
    毛白杨Populus tomentosaR0.250.79**0.590.530.53n=18
    MWD0.55*0.62*0.410.45
    K-0.61**-0.58-0.75*-0.82**
    注:由于少量土壤样品部分径级根系不存在,故金丝柳样本数小于等于21,毛白杨样本数小于等于18,***分别表示在P<0.05和P<0.01水平上相关显著。Notes:due to the absence of partial diameter roots in a small amount of soil samples, the number of Salix alba var. tristis is less than or equal to 21, and the number of Populus tomentosa is less than or equal to 18, * and ** indicate significant correlation at P<0.05 and P<0.01 levels, respectively.
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    , 王晓楠, 刘玉军, 尹伟伦, 谢磊, 冯仲科, 严晓素, 高荣孚, 李凯, 郭晓萍, 冯晓峰, 温秀凤3, 于京民2, 吴坚, 赵兵, 王瑛, 王冬梅, 王玉兵, 邹坤, 骈瑞琪, 王华芳, 王建中, 李凤兰, 王民中, 丁霞, 陶凤杰, 张兴杰, 孙建华, 张庆, 刘玉军, 陈卫平, 杨伟光, 王玉春, 李镇宇, 刘艳, 林善枝, 呼晓姝, 沈应柏, 赵新丽, 付瑞海, 马建海, 蒋平, 汪植.  毛白杨叶片离体再生培养的基因型效应 . 北京林业大学学报, 2007, 29(5): 38-43.
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    ZHAOGuang-jie, 李雪萍, 赵燕东, 李雪峰, 温俊宝, 常德龙, 鲁绍伟, 郑凌凌, 徐文铎, 刘金福, 匡文慧, 程占红, 王玉杰, 温俊宝, 张建国, 白陈祥, 张树文, 何正权, 赵广杰, 李增元, 洪伟, 余新晓, 何友均, 韩士杰, 李吉跃, 翟洪波, LUOWen-sheng, 宋湛谦, 朱天辉, 韩烈保, 吴庆利, 何承忠, 何兴元, 张路平, 吴斌, 骆有庆, 梁小红, 姜伟, 刘凤芹, 郭忠玲, 陈尔学, 骆有庆, 李俊清, 林秦文, 匡秋明, ]魏晓霞, FurunoTakeshi, 张志毅, ]陈玮, 黄文豪, 何静, 张养贞, 童书振, 陈发菊, 许志春, 胡伟华, 张璧光, 庞勇, 曾会明, 赵桂玲, 梁宏伟, 郑兴波, 崔国发, RENQian, 许志春, 张军, 安新民, 张振明, 李颖, PaulWolfgang, 杨凯, 侯伟, 雷渊才, 郑杰, 李福海, 赵广亮, 曹川健, 刘君, 李凤兰, 宋国正, 张有慧, 姚永刚, 董建生, 张全来, 李考学, 田桂芳, 李永波, 赫万成, 李长明, 张世玺.  毛白杨幼林间作效应研究 . 北京林业大学学报, 2006, 28(3): 81-85.
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    ZHAOGuang-jie, 刘金福, 李吉跃, 刘常富, 邹大林, 常德龙, 郑凌凌, 鲁绍伟, 温俊宝, 徐文铎, 李雪萍, 白陈祥, 吴斌, 李增元, 李吉跃, 洪伟, 吴庆利, 韩烈保, 何兴元, 翟洪波, 赵广杰, 温俊宝, 何正权, 何友均, 王玉杰, 宋湛谦, 张树文, 余新晓, 何承忠, 韩士杰, 朱天辉, 张路平, 张建国, LUOWen-sheng, 刘凤芹, 李俊清, 骆有庆, 陈发菊, 骆有庆, 何静, 黄文豪, 匡秋明, 张养贞, 陈尔学, 张志毅, 姜伟, 郭忠玲, ]陈玮, FurunoTakeshi, 林秦文, ]魏晓霞, 童书振, 梁小红, 安新民, 庞勇, 张振明, 梁宏伟, 李颖, 许志春, 张军, 胡伟华, 崔国发, 张璧光, 郑兴波, 许志春, RENQian, 赵桂玲, 曾会明, PaulWolfgang, 刘君, 宋国正, 雷渊才, 曹川健, 侯伟, 李福海, 杨凯, 郑杰, 李凤兰, 赵广亮, 姚永刚, 董建生, 张全来, 张有慧, 李考学, 田桂芳, 李永波, 赫万成, 李长明, 张世玺.  毛白杨ISSR反应体系的建立及优化 . 北京林业大学学报, 2006, 28(3): 61-65.
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    王保平, 李全发, 王明枝, 杨晓晖, 张秋英, 李慧, 李景文, 熊瑾, 李梅, 杨海龙, 詹亚光, 李俊清, 张克斌, 韩海荣, 李吉跃, 范文义, 朱金兆, 朱金兆, 耿晓东, 赵敏, 徐峰, 梁机, 王洁瑛, 王雪军, 吕建雄, 窦军霞, 秦瑶, 刘文耀, 李发东, 李俊清, 李妮亚, 陆熙娴, 陈晓阳, 尹立辉, 秦素玲, 陈素文, 赵宪文, 倪春, 李凤兰, 孙玉军, 刘雪梅, 陈晓阳, 李云, 唐黎明, 毕华兴, 于贵瑞, 欧国强, 乔杰, 沈有信, 刘桂丰, 齐实, 康峰峰, 李黎, 慈龙骏, 赵双菊, 李伟, 魏建祥, 宋献方, 王玉成, 文瑞钧, 马钦彦, 张桂芹, 李伟, 韦广绥, 任海青, 王雪, 黎昌琼, 刘伦辉, 蒋建平, 朱国平, 张万军, 丁霞, 周海江, 杨谦, , 孙涛, 宋清海, 李慧, 孙晓敏, 刘莹, 孙志强, 李宗然, 
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-03-14
  • 修回日期:  2017-03-30
  • 刊出日期:  2017-07-01

2种扦插护岸植物根系对土壤结构的改良效应

doi: 10.13332/j.1000-1522.20170076
    基金项目:

    北京市科技计划课题 Z151100001115001

    西宁防洪及流域管理利用世行贷款项目 XN-C-2012-04

    国家自然科学基金项目 41501297

    作者简介:

    孙一惠。主要研究方向:土壤侵蚀与流域治理。Email:syh2222222@163.com  地址:100083  北京市海淀区清华东路35号北京林业大学水土保持学院

    通讯作者: 马岚,副教授。主要研究方向:土壤侵蚀与生态水文。Email:mlpcz@sina.com  地址:同上
  • 中图分类号: S157.9

摘要: 以坡面5年生金丝柳和毛白杨为研究对象,采用土柱法测定2种扦插植物的根系分布特征,并应用Le Bissonnais法中快速湿润处理测定2种扦插植物不同土层土壤水稳性团聚体稳定性和可蚀性特征,测定指标包括:>0.25 mm土壤水稳性团聚体含量(R0.25)、土壤团聚体平均质量直径(MWD)和土壤可蚀性因子K值。分析坡面2种扦插植物根系分布特征及其对土壤团聚体的影响,结果表明:1)扦插植物根系集中分布在树干周围0~40 cm土层内,以>5 mm的粗根为主;2)在0~100 cm土层,根系含量、土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力均随土层深度的增大而减小;3)金丝柳根系在提高土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力方面强于毛白杨;4)扦插植物R0.25与<1 mm根系含量均呈现显著正相关关系,说明根系改善土壤团粒结构的性能主要取决于<1 mm根系含量。

English Abstract

孙一惠, 马岚, 张栋, 夏晓平, 薛孟君, 苗新云. 2种扦插护岸植物根系对土壤结构的改良效应[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(7): 54-61. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170076
引用本文: 孙一惠, 马岚, 张栋, 夏晓平, 薛孟君, 苗新云. 2种扦插护岸植物根系对土壤结构的改良效应[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(7): 54-61. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170076
SUN Yi-hui, MA Lan, ZHANG Dong, XIA Xiao-ping, XUE Meng-jun, MIAO Xin-yun. Root distribution characteristics of two cuttage plants on bank slope and its effects on soil aggregates[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(7): 54-61. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170076
Citation: SUN Yi-hui, MA Lan, ZHANG Dong, XIA Xiao-ping, XUE Meng-jun, MIAO Xin-yun. Root distribution characteristics of two cuttage plants on bank slope and its effects on soil aggregates[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(7): 54-61. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170076
  • 根系是植物与土壤的动态界面,不仅将植物固定在土壤中,而且从土壤中吸收水分、养分,供给地上部分生长,具有独特的生物学特性及抵抗不良环境的能力[1]。根系在提高土壤抗侵蚀能力、防止土壤侵蚀方面具有重要的作用:一是通过根系在土体中交错、穿插,网络固持土壤[2];二是通过改善土壤环境,促进土粒的团聚[3],增强土体的抗侵蚀能力。有研究指出土壤侵蚀性随着植物根系数量的增加而提高,植物根系提高土壤抗侵蚀性主要通过直径小于1 mm须根起作用,须根通过增强土壤水稳定性团聚体的数量与粒径等作用来提高土壤的稳定性,以抵抗水流分散[4]

    土壤团聚体作为土壤结构和功能的基本单元[5],其结构特征对土壤水分移动、养分循环和微生物活动等具有重要意义[6]。许多学者把土壤团聚体的水稳定性作为评价土壤可蚀性的重要指标,通过提高土壤水稳性团聚体的数量和质量来提高土壤的抗侵蚀能力[7-8]。常用的土壤团聚体稳定性和可蚀性评价指标包括>0.25 mm水稳性团聚体含量(R0.25)、土壤团聚体平均质量直径(MWD)、土壤可蚀性因子K值等。土壤团聚体的形成受物理、化学和生物因素的驱动,根际土壤是植物与微生物活动的重要场所[6],有研究证实土壤微生物通过直接改造或物理缠绕、分泌有机物或者改变土壤疏水性等机制影响土壤团聚体结构的形成和稳定[9],根系分泌物能显著提高水稳定性团聚体稳定性[10],大粒径土壤团聚体是小粒径土壤团聚体在植物根系和菌丝共同缠绕作用下形成的,特别是植物细根能够提高大粒径团聚体的含量和土壤团聚体的总量[7]。目前研究多集中在不同植被类型对土壤团聚体的影响上[11-13],而对扦插植物根系的不均匀分布对土壤团聚体的影响尚未研究。扦插技术与传统种植方式具有一定的差异性,扦插技术是利用可以生根的植物活枝,直接扦插或按压进入坡岸土壤的一种土壤生物工程措施,活枝生根后,将坡岸土壤颗粒联固在一起,并可以吸收多余的土壤水分,增加坡面的抗侵蚀性和稳定性,因施工快速、经济、简单而广泛应用于河道生态边坡修复中[14]。因此,本文通过对坡面金丝柳和毛白杨2种扦插植物根系分布特征及其不同土层土壤团聚体稳定性和可蚀性特征开展研究,对2种扦插植物土壤团聚体稳定性和可蚀性进行评价,探讨根系与团聚体之间的关系。研究结果为研究植被恢复改善土壤团聚体结构、提高土壤抗侵蚀能力提供新的佐证,也为河道生态边坡修复扦插技术措施提供理论依据。

    • 试验点位于北京市昌平区马池口镇亭子庄村轻工业环境保护研究所生态修复试验基地(116°08′26″ E,40°10′01″ N)。实验点处在温带季风区,属温带半湿润大陆性季风气候,雨量多集中在夏季,占全年降水量的76%,春、秋两季雨量较少,占全年降雨量的22%。该区平均日照时数2 684 h,年平均气温11.8 ℃,平均降水量550.3 mm[15]

    • 试验对象选择北方地区生态修复常用的树种,分别为金丝柳(Salix alba var. tristis)和毛白杨(Populus tomentosa)2种树种。金丝柳,落叶乔木,属杨柳科,喜光、耐寒、耐水淹、具有易繁殖、生长快、根系发达的特点,常栽培在河湖岸边,亦可用作公路树和防护林。毛白杨,落叶乔木,属杨柳科,强阳性树种,喜凉爽湿气候,具有萌芽力强、生长迅速、根系发达的特点,是用材林、防护林和行道河渠绿化的好树种。

      北方地区干旱少雨,利用河流汛期充足的水分条件进行河道边坡的生态修复,不仅减少后期维护的人力、物力和财力,还能有效缓解水资源短缺的现状。因此,本试验模拟汛期河道边坡,坡长2.2 m,坡度为25°,阴坡。于2011年4月进行活枝扦插,生长期间进行定期除杂草等常规管理。2016年9月,在试验区每个树种选择标准株3株,调查每株的株高、冠幅和胸径指标,求得单株株高、冠幅和胸径的平均值,植物的基本情况详见表 1

      表 1  2种扦插植物基本情况

      Table 1.  Basic conditions of two cuttage plants

      树种Tree species树龄/a
      Tree age/year
      冠幅
      Crown width/m
      株高
      Tree height/m
      胸径
      DBH/cm
      金丝柳Salix alba var. tristis51.354.325.73
      毛白杨Populus tomentosa51.256.515.41
      注:冠幅为(长+宽)/2。Note:crown width is (length + width)/2.
    • 根系质量采用土柱法测定。距树干1 m处挖220 cm宽,150 cm深的土壤剖面,然后按由外向内每20 cm,由左向右每20 cm,由上至下每20 cm分割成土柱(20 cm×20 cm×20 cm),挖至没有根系为止,小心将其中的土壤挖去,剪取所有根系,装入袋中,带回室内冲洗,晾晒后,按<1 mm,1~3 mm,3~5 mm,>5 mm分4个径级,85 ℃下烘干至恒质量,记录每土块的根系质量[16]。根系采集过程中,按0~20 cm、40~60 cm、80~100 cm分3层取土样,每层设置了12个采样点(图 1),共采集72个土样。

      图  1  土壤取样点分布

      Figure 1.  Distribution of soil sampling points

    • Le Bissonnais(LB)法是一种新的土壤团聚体稳定性测定方法,根据不同团聚体崩解的作用力采用不同的处理,以区分团聚体崩解的不同机制,包括快速湿润(FW)、慢速湿润(SW)和湿润振荡(WS)3种处理。本文选取快速湿润处理,模拟土壤在快速湿润(暴雨、灌溉等)下团聚体崩解作用,反映团聚体崩解的消散机制[17]

      具体测定步骤如下:1)自然风干土样,干筛法获得3~5 mm的土壤团聚体,取3~5 mm干筛团聚体于40 ℃烘箱内烘24 h,使团聚体土壤含水量一致后称取3 g团聚体;2)将50 mL离子水注入250 mL的烧杯中,将已称的团聚体样品轻轻地浸没其中,静置10 min;3)用吸管吸干水分,再用乙醇将团聚体洗入预先浸在乙醇的0.05 mm铜筛;4)均匀用力将筛子在乙醇中螺旋形振荡5次;5)将筛上的团聚体洗入蒸发皿内;6)40 ℃烘48 h,过套筛(2、1、0.5、0.25、0.1、0.05 mm),称质量,精确到0.000 1 g,获取各粒级团聚体的质量分数。

    • 土壤团聚体平均质量直径(MWD,mm)和土壤可蚀性因子K值具体计算公式[18-19]如下:

      $$ \text{MWD}=\sum\limits_{i=1}^{n}{({{\overline{x}}_{i}}{{w}_{i}})}/\sum\limits_{i=1}^{n}{{{w}_{i}}} $$ (1)
      $$ K=7.954\times \left( 0.001\ 7+0.049\ 4\times ~\text{exp}\left( \text{-}0.5\times {{\left( \frac{\text{lgGMD}+1.675}{0.698\ 6} \right)}^{2}} \right) \right) $$ (2)
      $$ \text{GMD}=\text{exp}~\left( \sum\limits_{i=1}^{n}{{{w}_{i}}\text{ln}~{{\overline{x}}_{i}}}/\sum\limits_{i=1}^{n}{{{w}_{i}}} \right) $$ (3)

      式中:GMD为平均几何直径,mm;xii粒级团聚体的平均直径,mm;wii粒级下的团聚体质量分数。

      用Excel 2010和SPSS 20.0统计分析软件对所得试验数据进行分析处理,Origin 2017进行作图。

    • 2种扦插植物根质量水平分布(表 2)均呈现由树干向外逐渐减少的趋势。金丝柳树干以外40 cm的根质量占总根质量的76.37%,而树干以外60 cm的根质量仅为总根质量的7.86%;毛白杨树干以外20 cm的根质量占总根质量的94.03%,而树干以外40 cm的根质量仅为总根质量的1.95%,这些均说明根系主要集中分布在树干周围0~40 cm范围内。

      表 2  2种扦插植物根质量水平分布及其所占比例

      Table 2.  Root mass horizontal distribution and its proportion for two cuttage plants

      树种Tree species项目Item从坡底到坡顶的距离Distance from slope bottom to top
      0~20cm20~40cm40~60cm60~80cm80~100cm100~120cm
      金丝柳Salix alba var. tristis根质量Root mass/g8.6311.58125.55183.17214.53344.62
      占总根质量百分比
      Percentage in total root mass/%
      0.610.818.8212.8715.0724.22
      毛白杨Populus tomentosa根质量Root mass/g0.005.872.638.4568.15956.72
      占总根质量百分比
      Percentage in total root mass/%
      0.000.480.220.695.5978.45
      120~140cm140~160cm160~180cm180~200cm200~220cm
      金丝柳Salix alba var. tristis根质量Root mass/g179.92164.7098.7285.646.03
      占总根质量百分比
      Percentage in total root mass/%
      12.6411.576.946.020.42
      毛白杨Populus tomentosa根质量Root mass/g121.8740.1510.351.972.95
      占总根质量百分比
      Percentage in total root mass/%
      9.993.320.850.160.24
    • 2种扦插植物总根质量大小为金丝柳(1 423.09 g)>毛白杨(1 219.47 g),2种扦插植物根质量随着土层深度增大而降低的分布趋势(表 3)。金丝柳根系主要集中在0~60 cm土层中,累积比例达到97.45%,60~80 cm土层根质量的比例骤然降低,仅占总根质量的1.73%,根系深度可达1 m,土层达到60 cm时几乎没有根系分布。毛白杨根系主要集中在0~60 cm土层中,累积比例达到84.38%,100~120 cm土层根质量的比例骤然降低,仅占总根质量的1.86%,根系深度可达1.4 m,土层达到100 cm时几乎没有根系分布。

      表 3  2种扦插植物根质量垂直分布及其所占比例

      Table 3.  Root mass vertical distribution and its proportion for two cuttage plants

      树种Tree species项目Item土层深度Soil depth
      0~20cm20~40cm40~60cm60~80cm80~100cm100~120cm120~140cm
      金丝柳Salix alba var. tristis1 423.09根质量Root mass/g808.09420.12158.7024.6811.500.000.00
      占总根质量百分比
      Percentage in total root mass/%
      56.7829.5211.151.730.810.000.00
      毛白杨Populus tomentosa1 219.47根质量Root mass/g599.30290.26139.4785.4675.0222.717.25
      占总根质量百分比
      Percentage in total root mass/%
      49.1423.8011.447.016.151.860.59
    • 2种扦插植物不同径级根质量分布及其所占比例(表 4)结果表明,金丝柳根质量以直径>5 mm的最多,平均约占总根质量的78.24%;其次是<1 mm的根系,约占10.24%;3~5 mm的根系最少,仅占4.97%;毛白杨根系质量以直径>5 mm的最多,平均约占总根质量的83.54%;其次是<1 mm的根系,约占6.72%;1~3 mm的根系最少,仅占4.51%。

      表 4  2种扦插植物不同径级根质量分布及其所占比例

      Table 4.  Root mass distribution and its proportion of different diameters for two cuttage plants

      树种Tree species项目Item根系直径Root diameter
      <1 mm1~3 mm3~5 mm>5 mm
      金丝柳Salix alba var. tristis根质量Root mass/g145.7193.2670.761 113.36
      占总根质量百分比Percentage in total root mass/%10.246.554.9778.24
      毛白杨Populus tomentosa根质量Root mass/g81.9954.9963.791 018.70
      占总根质量百分比Percentage in total root mass/%6.724.515.2383.54

      2种扦插植物各径级根质量均随着土层深度加深而降低,各土层根系含量均以直径>5 mm的最多,其次是<1 mm的根系,3~5 mm的根系最少(图 2)。金丝柳各径级根系主要集中分布在0~60 cm土层中,土层达到60 cm时几乎没有根系分布;毛白杨各径级根系主要集中分布在0~40 cm中,土层达到40 cm时,除>5 mm根系外,其他径级根系几乎没有分布。

      图  2  2种扦插植物不同土层不同径级根质量分布图

      Figure 2.  Root mass distribution at different soil depths and diameters for two cuttage plants

    • 图 3为2种扦插植物由坡底到坡顶随着土层深度加深而变化的根质量等值线图,等值线图的颜色变化反映了根系的聚集情况。2种扦插植物的细根分布有一致的规律:土层上部0~40 cm的等值线颜色较深,土层下部等值线颜色较淡。这说明2种扦插植物的细根主要集中分布在0~40 cm,40 cm深度以下细根含量较少。

      图  3  2种扦插植物细根(直径<1 mm)根质量分布等值线图

      Figure 3.  Root mass distribution isoline map of fine root (with diameter less than 1 mm) for two cuttage plants

    • 2种扦插植物>0.25 mm相对较大的团聚体质量百分数均随着土层深度加深而降低,而<0.25 mm相对较小的团聚体质量分数均随着土层深度增大而升高(图 4)。金丝柳0~20 cm土层0.25~0.5 mm团聚体含量较多,约占32.46%;其次是0.1~0.25 mm团聚体含量,约占28.30%;2~5 mm团聚体含量最少,约占3.64%。随着土层逐渐加深,0.25~0.5 mm团聚体含量逐渐减少,<0.25 mm团聚体含量逐渐增加。毛白杨0~20 cm土层0.25~0.5 mm团聚体含量较多,约占33.02%;其次是0.1~0.25 mm团聚体含量,约占31.41%;2~5 mm团聚体含量最少,约占2.60%。随着土层逐渐加深,0.25~0.5 mm团聚体含量逐渐减少,<0.25 mm团聚体含量逐渐增加。金丝柳0~20 cm土层和40~60 cm土层>0.25 mm团聚体含量较多,分别约占50.32%和44.99%;而80~100 cm土层含量仅占37.12%。毛白杨0~20 cm土层>0.25 mm团聚体含量较多,约占47.68%;而40~60 cm土层和80~100 cm土层含量分别仅占38.61%和35.48%。

      图  4  2种扦插植物不同土层土壤水稳性团聚体粒级分布

      Figure 4.  Size distribution of water-stable aggregates in soil at different depths of two cuttage plants

    • >0.25 mm水稳性大团聚体含量可作为土壤抗蚀性的重要指标,MWD是反映土壤团聚体大小分布状况的常用指标,MWD值越大表明土壤团聚体稳定性越强。土壤可蚀性K值是土壤抵抗水蚀能力大小的一个相对综合指标,K值越大,土壤抗侵蚀能力越弱,相反,K值越小,土壤抗侵蚀能力越强[20]。由图 5可知,同一树种不同土层R0.25、MWD和K值均有显著性差异,同一土层不同树种R0.25、MWD和K值无明显差异。2种扦插树种R0.25和MWD值均随着土层深度加深而降低,K值随着土层深度加深而增加,这表明0~20 cm土层土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力最强,40~60 cm土层次之,80~100 cm土层最差。2种扦插植物0~20 cm、40~60 cm和80~100 cm 3层土层R0.25和MWD值均表现为金丝柳>毛白杨,除80~100 cm土层外,K值均表现为金丝柳<毛白杨,说明金丝柳土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力要强于毛白杨。

      图  5  2种扦插植物不同土层土壤团聚体稳定性指标值

      Figure 5.  Soil aggregate stability index values at different soil depths for two cuttage plants

    • 为了探讨植物地下根系对土壤结构稳定性的影响,对2种扦插植物各径级的根系含量和土壤团聚体稳定性指标进行了相关分析。结果表明,除金丝柳MWD与不同径级根系关系均不显著外,2种扦插植物的其余土壤结构参数受<1 mm根系含量的影响最大(表 5)。2种植物R0.25与<1 mm根系含量均呈极显著正相关关系(P<0.01),金丝柳和毛白杨K与<1 mm根系含量分别呈显著和极显著负相关关系。毛白杨MWD与<1 mm根系含量呈显著正相关关系。这说明就根系改善土壤团粒结构而言,<1 mm的细根系最有效,亦即植物根系对土壤结构团聚体稳定性的改善,主要取决于<1 mm根系的含量,这与吴彦等[7]、由政等[20]、董慧霞等[21]研究根系生物量与团聚体的关系结论相似,这也说明从植物细根改善土壤结构和防治岸坡表层侵蚀角度出发,扦插植物与其他种植方式的植被具有一定的相似性。

      表 5  2种扦插植物各径级根系质量与土壤团聚体稳定性指标的相关关系

      Table 5.  Correlations between root mass of each diameter and soil aggregate stability index for two cuttage plants

      树种
      Tree species
      团聚体稳定性指标
      Aggregate stability index
      不同径级根系质量Root mass of different diameters/g样本数
      Sample number
      <1 mm1~3 mm3~5 mm>5 mm
      金丝柳Salix alba var. tristisR0.250.74**0.40-0.250.65n=21
      MWD0.08-0.490.050.23
      K-0.43*0.430.12-0.31
      毛白杨Populus tomentosaR0.250.79**0.590.530.53n=18
      MWD0.55*0.62*0.410.45
      K-0.61**-0.58-0.75*-0.82**
      注:由于少量土壤样品部分径级根系不存在,故金丝柳样本数小于等于21,毛白杨样本数小于等于18,***分别表示在P<0.05和P<0.01水平上相关显著。Notes:due to the absence of partial diameter roots in a small amount of soil samples, the number of Salix alba var. tristis is less than or equal to 21, and the number of Populus tomentosa is less than or equal to 18, * and ** indicate significant correlation at P<0.05 and P<0.01 levels, respectively.
    • 1) 金丝柳和毛白杨根系主要集中分布在树干周围0~40 cm范围内,金丝柳根系主要集中在0~60 cm土层内,约占总根质量的97.45%;毛白杨根系同金丝柳主要集中在0~60 cm土层内,约占总根质量的84.38%。2种扦插植物均以直径>5 mm的根系质量居多,其次是<1 mm的根系质量,1~3 mm和3~5 mm根系质量最少。

      2) 2种扦插植物0~20 cm土层均以0.25~0.5 mm团聚体为主,随着土层加深,>0.25 mm相对较大的团聚体含量逐渐减少,<0.25 mm相对较小的团聚体含量逐渐增加。2种扦插植物0~20 cm土层土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力最强,40~60 cm土层次之,80~100 cm土层最差。

      3) 金丝柳土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力要好于毛白杨,根系改善土壤团粒结构主要取决于<1 mm根系含量。

参考文献 (21)

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