草本植物根系纖維成分及力學(xué)特征對(duì)紅壤抗侵蝕效應(yīng)影響.pdf

1、我國(guó)南方紅壤丘陵區(qū)土壤侵蝕嚴(yán)重，類型復(fù)雜。紅壤中富含鐵鋁等氧化物，粘粒含量高，土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)特征發(fā)育良好，其穩(wěn)定性被認(rèn)為是調(diào)控土壤侵蝕的主控因子，顯著影響著侵蝕特征。植被措施是防治水土流失最有效的因素，其中草本植物優(yōu)勢(shì)突出，而根系部分起決定性作用。草本植物種類的合理選取，對(duì)紅壤區(qū)水土流失治理有著突出的意義。為選取固坡草本植物，發(fā)揮草本根系的固土護(hù)坡作用優(yōu)勢(shì)，本研究選擇南方丘陵區(qū)第四紀(jì)粘土、泥質(zhì)頁(yè)巖和花崗巖三種典型母質(zhì)發(fā)育紅壤，5種水土保

2、持常用草本植物香根草、百喜草、狗牙根、馬尼拉草和狗尾草為研究對(duì)象，分析3種紅壤團(tuán)聚體和土體土力學(xué)特性隨土壤物理性質(zhì)的變化特征，探討5種根系的抗拉力學(xué)特性與根系主要化學(xué)成分含量隨不同根徑的變化特征及二者的相關(guān)性分析，以期揭示根系固土的內(nèi)在力學(xué)作用機(jī)制;同時(shí)，為明確草本根系特征與根系的抗侵蝕效應(yīng)關(guān)系，根據(jù)前面研究結(jié)論，通過(guò)對(duì)泥質(zhì)頁(yè)巖和花崗巖紅壤以及百喜草的研究，分析不同種植密度和土壤深度下的根系參數(shù)空間分布特征，根系的抗拉力學(xué)特性與主要化學(xué)

3、成分含量關(guān)系，探討2種紅壤的理化性質(zhì)、分離速率、抗剪強(qiáng)度、入滲特性隨根系變化的的變異特征的差異性，評(píng)價(jià)Wu-Waldron模型在百喜草根系對(duì)紅壤固土增強(qiáng)效應(yīng)的實(shí)用性，研究結(jié)果以期為我國(guó)南方紅壤侵蝕成因機(jī)理的闡明和水土流失防治措施的規(guī)劃提供相關(guān)理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)。取得的主要結(jié)論如下:
　　(1)由于穩(wěn)定性機(jī)制，預(yù)處理方法和衡量指標(biāo)的差異，供試土壤的穩(wěn)定性排序不盡相同。濕篩法與LB法測(cè)定團(tuán)聚體穩(wěn)定性結(jié)果均表明:3種供試紅壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性

4、從高到低依次為第四紀(jì)粘土紅壤、花崗巖紅壤、泥質(zhì)頁(yè)巖紅壤。不同破碎機(jī)制中，3種紅壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性排序均為快速濕潤(rùn)(FW)＜預(yù)濕振蕩(WS)＜慢速濕潤(rùn)(SW)。其中，第四紀(jì)粘土紅壤對(duì)消散作用較為敏感;花崗巖紅壤對(duì)機(jī)械破碎作用較為敏感;而泥質(zhì)頁(yè)巖紅壤對(duì)上述兩種作用均很敏感。可見(jiàn)，快速濕潤(rùn)引起的消散作用和外力作用引起的機(jī)械振蕩作用，是紅壤團(tuán)聚體破碎的主要機(jī)制。
　　(2)3種紅壤的ψ值和c值與土壤含水量有著顯著的相關(guān)性(P＜0.05)。不同

5、紅壤的c值曲線峰值以及曲線中存在一個(gè)快速下降點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的含水量有所不同，其大小與土壤的塑限值緊密相關(guān)。土壤ψ值和c值都與土壤容重呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)，而與團(tuán)聚體顆粒粒徑的相關(guān)性中，ψ值并未表現(xiàn)出明顯的變化趨勢(shì)，而c值則表現(xiàn)為先增加后減小，均在0.25-1mm粒徑下達(dá)到最大值。3種紅壤各粒徑下團(tuán)聚體抗張強(qiáng)度與含水量呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），而與團(tuán)聚體粒徑的變化趨勢(shì)，則隨含水量的不同有所差異。當(dāng)含水量相對(duì)較低時(shí)，兩者呈顯著負(fù)相關(guān);

6、當(dāng)含水量相對(duì)較高時(shí)，兩者呈顯著正相關(guān)。
　　(3)在不同含水量、容重和團(tuán)聚體顆粒粒徑處理下，3種紅壤的ψ值和c值變化趨勢(shì)有所不同。當(dāng)含水量較低時(shí)、顆粒粒徑較大時(shí)以及各土壤容重處理下，ψ值表現(xiàn)為花崗巖紅壤＞泥質(zhì)頁(yè)巖紅壤＞第四紀(jì)粘土紅壤，而c值表現(xiàn)為第四紀(jì)粘土＞紅壤花崗巖紅壤＞泥質(zhì)頁(yè)巖紅壤;含水量較高時(shí)，ψ值表現(xiàn)為泥質(zhì)頁(yè)巖紅壤＞第四紀(jì)粘土＞紅壤花崗巖紅壤，而顆粒粒徑較小時(shí)，c值表現(xiàn)為第四紀(jì)粘土＞泥質(zhì)頁(yè)巖紅壤＞紅壤花崗巖紅壤。
　

7、　(4)5種根系4個(gè)徑級(jí)的抗拉力學(xué)特性表現(xiàn)為香根草＞百喜草＞狗牙根＞馬尼拉草＞狗尾草。香根草和百喜草的根系具有較大的抗拉力學(xué)特性，與其他3種植物根系差異顯著。5種根系抗拉力學(xué)特性與根系直徑呈顯著相關(guān)性，兩者均表現(xiàn)為冪函數(shù)關(guān)系(P＜0.05)。根系主要化學(xué)成分中纖維素、綜纖維素、木質(zhì)素含量和木纖比大小與根系直徑呈顯著相關(guān)性，而根系的半纖維素含量與根系直徑并未表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性。根系抗拉力與纖維素、綜纖維素和木纖比相關(guān)性顯著;而抗拉強(qiáng)度則與

8、纖維素、綜纖維素、木質(zhì)素含量和木纖比相關(guān)性顯著。說(shuō)明5種草本植物的纖維素、木質(zhì)素、綜纖維素含量和木纖比與根系的力學(xué)性質(zhì)有較好的相關(guān)關(guān)系，而與半纖維素含量并未表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性。
　　(5)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性與百喜草根系特征參數(shù)大小呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），在各根系處理中，超過(guò)70％的根系特征參數(shù)都分布在兩種土壤的上面20cm，這些參數(shù)隨著土壤深度的增加以及播種密度的減小而顯著降低(P＜0.01)。土壤相對(duì)分離速率（RSD）與根系

9、參數(shù)特征(RAR、RLD、RD、RSAD)和播種密度呈顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01)，與土壤深度、水流剪切力大小呈顯著正相關(guān)(P＜0.05);當(dāng)根系播種密度大于20 g/m2時(shí)，RSD值將維持在一個(gè)較低的水平，并不會(huì)隨著播種密度的繼續(xù)增大而顯著的減小。
　　(6)通過(guò)Wu-Waldron模型計(jì)算得出的根系對(duì)土壤抗剪強(qiáng)度的預(yù)測(cè)增加值(Sr)顯著大于實(shí)測(cè)值，對(duì)于表明20 cm的土層，預(yù)測(cè)值比實(shí)測(cè)值超出幅度范圍達(dá)151.64％-365.53

10、％，而底部20 cm土層，預(yù)測(cè)值比實(shí)測(cè)值超出幅度范圍也達(dá)到11.05％-48.44％，說(shuō)明Wu-Waldron模型在應(yīng)用于本研究中所用的試驗(yàn)土壤和植被根系時(shí)會(huì)過(guò)高的估計(jì)根系對(duì)土壤抗剪強(qiáng)度的增強(qiáng)效應(yīng)，尤其是對(duì)于表層含有大量植被根系的土層，誤差偏大，顯得并不適用。兩種土壤中根系的四種特征參數(shù)與Sr值和RSD值的關(guān)系中，根系RAR值與其相關(guān)性最高。
　　(7)土壤的孔隙度特性（總孔隙度、非毛管孔隙）、入滲特性（初滲速率、穩(wěn)滲速率和累積入