植物籬對紫色土水土特性的效應(yīng)及作用機理.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、紫色土是我國亞熱帶地區(qū)的一種重要的旱作土壤,集中分布在四川盆地。目前,紫色土坡耕地的水土流失極為嚴重,亟需進行有效的防治。植物籬不僅能控制水土流失,還可以改善土壤養(yǎng)分狀況、調(diào)節(jié)農(nóng)田小氣候等,具有良好的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益,是治理紫色土坡耕地水土流失的一種重要的農(nóng)藝生物措施。本研究從植物籬的地上部分到地下部分,群體到個體,宏觀到微觀,較為全面地分析植物籬對紫色土水土特性的影響效應(yīng)及影響機理,國內(nèi)外不多見。研究中,以新銀合歡(Leucaen

2、aleueocephala)和香根草(Vetiveriazizanioides)構(gòu)建植物籬,采用了標準徑流小區(qū)(10°、15°)試驗、室內(nèi)土壤理化性質(zhì)和微生物類群分析,研究了植物籬對紫色土坡耕地水土流失量、微地形、表土機械組成、表土養(yǎng)分分布、表土微生物的影響;以草本植物(紫花苜蓿(Medicagosativa)、香根草(V.zizanioides)、狗牙根(Cynodondactylon)、百喜草(Paspalumnatatu))為目標

3、物種,采用了WinRHIZO根系掃描、土壤理化性質(zhì)分析試驗、直剪試驗和抗沖試驗,分析了草本植物根系對紫色土表土容重、孔隙度、養(yǎng)分分布、抗剪性能、抗沖性能的影響。主要研究結(jié)果如下:
   (1)10°,15°坡耕地上,新銀合歡植物籬和香根草植物籬均表現(xiàn)出一定的水土保持效應(yīng)。據(jù)2010年和2011年徑流小區(qū)的水土流失監(jiān)測數(shù)據(jù)知,植物籬對泥沙的控制效應(yīng)優(yōu)于對徑流的控制效應(yīng);同坡度時,香根草植物籬對徑流泥沙的攔截效應(yīng)優(yōu)于新銀合歡植物籬;

4、定植時間較長時,植物籬的減流減沙效益較好,尤其表現(xiàn)在固土減沙方面;坡度對徑流泥沙的影響顯著于植物籬對徑流泥沙的影響。定植2年后,植物籬改變坡耕地微地形的效應(yīng)開始顯現(xiàn),且15°坡耕地比10°坡耕地、香根草植物籬比新銀合歡植物籬、底行植物籬比中行、頂行植物籬稍明顯。
   (2)10°,15°坡耕地上,新銀合歡植物籬和香根草植物籬小區(qū)表層(0-20cm)土壤機械組成和養(yǎng)分空間分布均發(fā)生變化。2010年,土壤機械組成和養(yǎng)分空間分布呈現(xiàn)

5、一定規(guī)律:土壤細顆粒富集在坡腳、坡腰;養(yǎng)分富集在坡腳,坡頂?shù)牧魇Я繙p少;部分養(yǎng)分富集在籬帶前。有機質(zhì)在坡腳的富集最為明顯,其次是全氮、總磷、有效磷和速效鉀。有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、全鉀和速效鉀在籬帶前均發(fā)生富集。10°坡地,香根草植物籬小區(qū)的細顆粒增量大于新銀合歡植物籬小區(qū),在攔截效果上,兩種植物籬均表現(xiàn)為:砂粒>粉粒>粘粒。對全氮、有效磷、全鉀的影響,新銀合歡植物籬>香根草植物籬;對有機質(zhì)、堿解氮、全磷、速效鉀的影響,香根草植物

6、籬>新銀合歡植物籬。總體上,植物籬對全效養(yǎng)分的影響大于速效養(yǎng)分,香根草對土壤顆粒和養(yǎng)分分布的影響大于新銀合歡。
   2011年,總體上,土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、總磷、有效磷、全鉀均減少,尤其是堿解氮和有效磷大幅度減少,速效鉀則大量增加;植物籬對速效養(yǎng)分的影響大于全效養(yǎng)分。在坡面分布上,僅總磷的分布規(guī)律與2010年的類似,由坡項向坡腳遞增,其余養(yǎng)分的坡面分布規(guī)律與2010的差異較大。2011年的土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)及坡面分布規(guī)律極大異

7、常,需要長期監(jiān)測以探尋原因和正確揭示植物籬對土壤養(yǎng)分的影響規(guī)律及機制。
   (3)10°,15°坡耕地上,新銀合歡植物籬和香根草植物籬均能顯著提高土壤中細菌、真菌和放線菌數(shù)量及微生物量碳氮含量、有機碳含量,其中土壤細菌數(shù)量、土壤微生物量碳氮含量較對照小區(qū)的增幅均在50%以上??傮w上,香根草植物籬對上述各指標的影響大于新銀合歡植物籬,尤其是對土壤微生物量氮含量的影響,10°坡耕地上香根草植物籬小區(qū)的增幅較新銀合歡植物籬小區(qū)高30

8、%余。坡度對上述微生物指標均有顯著影響,10°坡較之15°坡更有利于上述指標的提高。各小區(qū)的上述微生物指標在坡面上呈現(xiàn)一個與2010年土壤養(yǎng)分相似的分布規(guī)律:由坡頂向坡腳遞增,籬帶前發(fā)生富集。其中,土壤真菌、土壤微生物量碳、土壤有機碳的富集較明顯。各微生物指標均與土壤有機質(zhì)、全氮、速效鉀含量顯著正相關(guān),尤其是土壤有機質(zhì)碳含量與土壤有機質(zhì)含量,土壤有機碳含量與土壤全氮含量,土壤真菌數(shù)量與土壤速效鉀含量。
   (4)同一立地條件下

9、,定植1年的紫花苜蓿、香根草、狗牙根、百喜草對紫色土表土(0-30cm)容重、孔隙度影響較顯著且呈現(xiàn)一定規(guī)律性,對表土(0-20cm)機械組成幾乎無影響,對表土(0-20cm)養(yǎng)分影響較弱。較對照小區(qū),4個草本區(qū)表土容重降低,總孔隙度提高,土壤通透性得到改善,其中紫花苜蓿區(qū)最為明顯。草本區(qū),表土容重表現(xiàn)為:0-10cm土層<10-20cm土層<20-30cm土層,與根長密度RLD(rootlengthdensity)的垂直分布相反;總孔

10、隙度表現(xiàn)為:0-10cm土層>10-20cm土層>20-30cm土層,與RLD的垂直分布一致。相關(guān)分析知,L≤0.5mm和L>5mm徑級的根系對降低表土容重,改善土壤孔隙性貢獻最大;全氮、堿解氮與各徑級根長密度RLD顯著(極顯著)相關(guān),其他養(yǎng)分與各徑級根長密度RLD相關(guān)性則不顯著。
   (5)同一立地條件下定植1年后,紫花苜蓿、香根草、狗牙根、百喜草的根系均能顯著增強表土層(0-10,10-20,20-30cm)根-土復(fù)合體的

11、抗剪性能。其中,香根草的增強效果最為顯著:100~400kPa豎向荷載下,抗剪強度較對照提高117%~195%,紫花苜蓿、百喜草和狗牙根的提高幅度分別為:18%~125%,18%~186%,21%~68%。對照小區(qū)、香根草區(qū)、狗牙根區(qū)、百喜草區(qū)的抗剪強度指標(內(nèi)摩擦角(φ)和粘聚力c)表現(xiàn)為:土層越深,值越小;紫花苜蓿區(qū)的趨勢則相反。較之土壤含水率,根系對復(fù)合體抗剪性能的影響更顯著。根本身的抗剪性能是影響復(fù)合體抗剪性能的關(guān)鍵,同徑級百喜

12、草根的抗剪性能優(yōu)于紫花苜蓿根。各徑級RLD與根干重顯著或極顯著相關(guān),但各徑級RLD與內(nèi)摩擦角(φ)、粘聚力c,根干重與內(nèi)摩擦角φ、粘聚力c均無顯著相關(guān)。
   (6)同一立地條件定植1年后,紫花苜蓿、香根草、狗牙根、百喜草的根系均能顯著增強表土層(0-30cm)根-土復(fù)合體的抗沖性能,尤其是香根草和百喜草。沖刷試驗的各特征時刻(1,2,3,4,7,10min),草本區(qū)的徑流含沙量均小于對照小區(qū),且表現(xiàn)為:香根草區(qū)<百喜草區(qū)<狗牙

13、根區(qū)<紫花苜蓿區(qū)。紫花苜蓿區(qū)和香根草區(qū)的徑流含沙量變化過程用二次函數(shù)擬合較好,對照區(qū)和百喜草區(qū)的用冪函數(shù)擬合較好。各試驗小區(qū)的土壤抗沖指數(shù)ANS與沖刷時間t能較好地用用二次多項式進行擬合,香根草區(qū)和百喜草區(qū)的擬合效果最好,狗牙根區(qū)的擬合效果稍差。這4種根系對表土的抗沖性能均有很好的增強效果,其中香根草的增強效果最好,強化百分率高達277.53%,其次是百喜草。相關(guān)分析知:根長密度RLD與抗沖指數(shù)ANS顯著相關(guān),根表面積與抗沖指數(shù)ANS極

14、顯著相關(guān)。
   紫色土區(qū)緩坡地,新銀合歡植物籬和香根草植物籬對表土理化性質(zhì)、微生物學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)等產(chǎn)生有利影響,進而提高了土壤肥力、抗侵蝕能力和潛在生產(chǎn)力,作為一種生態(tài)型的坡耕地治理措施,值得推廣。在定植的初期,香根草植物籬對上述各方面的影響效果較顯著,這是其茂密莖葉、密實籬笆的機械攔截,較多易分解枯落物的腐解,發(fā)達根系的網(wǎng)絡(luò)固持、加筋作用等共同產(chǎn)生的效應(yīng)。紫花苜蓿固持土壤的能力較香根草弱,但其根系較香根草深、發(fā)達,對表土理

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