公路邊坡丁香(Syringa spp.)固土特性的研究

付宏臣 穆立薔 周永青 孫 赫

(1.富錦國家濕地公園管理處;2.東北林業(yè)大學;3國家林業(yè)局)

公路邊坡丁香(Syringa spp.)固土特性的研究

付宏臣1穆立薔2周永青1孫 赫3

(1.富錦國家濕地公園管理處;2.東北林業(yè)大學;3國家林業(yè)局)

研究圓葉丁香、小葉丁香、北京丁香對土壤抗沖性的貢獻大小，提出公路生態(tài)恢復適合的丁香種類，能夠為寒區(qū)高速公路綠化植物的選用和培育提供數(shù)據(jù)資料。利用原狀土沖刷水槽法對三種丁香進行沖刷，研究根系對土壤抗沖性的大小。通過對實驗結果的分析，可以看出三種丁香的抗沖性各不相同，同種丁香隨著坡度的增加抗沖性能力呈減小趨勢；不同丁香在同一坡度下的抗沖性圓葉丁香>小葉丁香>北京丁香。利用水崩解法得到三種丁香的抗蝕指數(shù)，隨著時間的推遲，抗蝕指數(shù)逐漸下降，但是針對于某一時刻，三種丁香抗蝕指數(shù)圓葉丁香>小葉丁香>北京丁香。最后測量三種丁香的根系長度和生物量，用軟件處理分析可知三種丁香的根系長度和質量呈一個趨勢，并且和抗沖指數(shù)、抗蝕指數(shù)的變化趨勢相同。

圓葉丁香 小葉丁香 北京丁香 抗蝕指數(shù) 生物量 抗沖指數(shù)

引言

黑龍江省作為我國高緯度寒冷地區(qū)，溫度低、降雨量少、集中和強度大，造成水土流失嚴重，植物生長季短，生物多樣性低和生態(tài)系統(tǒng)相對脆弱，使得公路路域生態(tài)恢復技術難度變大[1-2]。目前關于植物根系固土效能以及水土保持能力的研究雖然已經開展了一些，但研究的深度和廣度十分有限，且尚未應用到公路水土保持植物篩選研究中，以往植物篩選研究也都沒有考慮植物的固沙效能和水土保持能力的測定[3-9]。其中，針對哈爾濱市市樹—丁香的相關研究十分少見。本研究結合土壤特性及根系特征變化，綜合分析不同種類丁香對土壤抗沖性的增強效應。并對植物根系固土能力進行綜合分析，結合生態(tài)防護功能其他指標的測定結果，篩選出護坡、固土功能較強的植物物種，并進行應用試驗研究。

1 材料與方法

1.1 樣本篩選

通過實驗室栽培得到圓葉丁香、小葉丁香、北京丁香1年苗木，從中選取生長狀態(tài)良好，大小相近的苗木各株。

1.2 試驗方法

1.2.1 土壤抗沖性測定

土壤抗沖性是指土壤抵抗水流的機械破壞和推移能力，主要與土壤的物理性質和外在的生物因素有關。土壤抗沖性測定用原狀土沖刷水槽法，按照所用土樣的形狀及尺寸設計沖刷槽的取樣部分，抗沖水槽的坡度為15°(根據(jù)當?shù)氐匦纹骄露却_定)，出水流速為8L/min(根據(jù)當?shù)貧v年降雨量確定)，最大沖刷歷時30min，若在30min內沖刷完畢則記錄沖刷完成時的時間。沖刷前先將土樣放入墊有海綿的水盆中(水面不能沒過土壤表面)，使土壤吸水至飽和。取出后先靜置去除重力水,直至無明顯滴水現(xiàn)象，稱量后放入沖刷槽內開始沖刷，沖刷結束后先靜置去除重力水，直至無明顯滴水現(xiàn)象然后再次稱量，兩次稱量的結果差值計為沖走土壤的質量，計算方法如下：

C=Q/△W(L·g-1)

(1)

式中：

C——土壤抗沖刷系數(shù);

Q——沖刷量(出水流速恒定);

△W——沖走土壤的飽和含水量。

每株植物的C值與C。(對照土塊得出C值的平均值)之差記為△C。

1.2.2 根系分布特征測定

將做完抗沖刷實驗后的根系土樣，在0.5 mm細篩網中反復沖洗，獲取干凈的植株根。采用游標卡尺測量根系的直徑并將其劃分為D≤1 mm，1mm3 mm 三個級別，與此同時測量根系的長度并做好記錄。在80℃恒溫烘干至恒重，測其生物量(精確至0.0001g)。

1.2.3 土壤抗蝕性測定

土壤抗蝕性測定采用靜水崩解法。通過測定土壤團聚體在靜水中的分散速度，以比較土壤的抗蝕性大小，并用土壤團聚體的抗蝕指數(shù)S表示。具體方法：將植物連根從花盆中取出，抖落根上的土，將花盆中的土壤在無陽光的地方風干。從風干土樣中，選取直徑7～10mm土粒25粒，均勻放在孔徑5mm的金屬網上，然后置于靜水中進行觀測，以1min為間隔，記錄每分鐘分散的土粒的數(shù)量，持續(xù)10min，最后計算土壤抗蝕指數(shù)。抗蝕指數(shù)S(%)=(總土粒數(shù)-崩塌土粒)/土?？倲?shù)×100%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

對土壤根系抗蝕性測定的數(shù)據(jù)、土壤根系抗沖性的數(shù)據(jù)以及土壤根系生物量的數(shù)據(jù)進行不同徑級、不同坡度以及不同種類處理。比較不同坡度、不同徑級以及不同種類丁香對土壤固土性的影響。所有數(shù)據(jù)用Excel、SPSS18.0軟件完成計算，圖表由Excel繪制。

2 研究結果

2.1 根系對土壤固土性的影響

2.1.1 根系對土壤抗沖性的影響

從表1可以看出，三種丁香根系在小雨、大雨沖刷處理下，對土壤抗沖性的增強效應表現(xiàn)出相同的變化趨勢，即在同種丁香當中，土壤抗沖性隨坡度增加而減弱，也就是15°時抗沖性最強，30°次之，45°最弱，其中，圓葉丁香土體在15°時的土壤抗沖性指數(shù)是45°時的1.8倍。這三種丁香，在同一坡度的處理中，圓葉丁香根系對土壤的抗沖增強效應最強，小葉丁香次之，北京丁香最弱。

在同種坡度、同一丁香當中，大雨沖刷后，土壤的抗沖指數(shù)都要比小雨沖刷后的高，其中，圓葉丁香土體在45°的坡度下，大雨沖刷后土壤的抗沖系數(shù)比小雨沖刷增加了76.7%，增幅較大。

表1 不同降雨量條件下三種丁香不同坡度下的土壤抗沖指數(shù) (L·g-1)

注：YY：圓葉丁香，XY：小葉丁香，BJ：北京丁香(下同)

2.1.2 根系對土壤抗蝕性的影響

不同丁香土體的抗蝕性隨時間的推移而下降，在前三分鐘內，下降趨勢明顯，在3-7min之間，土壤的抗蝕性指數(shù)維持在72%左右，之后圓葉丁香與小葉丁香土體的抗蝕性保持不變，而北京丁香土體的抗蝕性繼續(xù)下降。總體來說，圓葉丁香土體的抗蝕性最高，而北京丁香的最低。

表2 不同種類丁香土體抗蝕指數(shù)(%)隨時間變化趨勢及對比

2.2 不同降雨強度下植物根系對土壤抗沖性的影響

從表3可以看出，三種丁香的根系長度和生物量與土壤抗沖指數(shù)的變化趨勢相同，其中圓葉丁香的最大，其次是小葉丁香，最后是北京丁香。對于不同坡度的條件下，15°的最大，其次是45°的，最小的是30°的。其中丁香質量越大，其根系長度也越長。三種丁香的根系長度和生物量與土壤抗沖指數(shù)的變化趨勢相同，其中圓葉丁香的最大，其次是小葉丁香，最后是北京丁香。對于不同坡度的條件下，15°的最大，其次是45°的，最小的是30°的。其中丁香質量越大，其根系長度也越長。通過大雨與小雨的比較，可知大雨的根系生物量和根系長度都比小雨值偏小。

表3 三種丁香不同坡度下的質量、長度比較

3 結論

對北京丁香、小葉丁香、圓葉丁香的根系進行土壤抗沖性的實驗，并對數(shù)據(jù)處理后可以看出，隨著坡度的增加，土壤抗沖指數(shù)呈減小的趨勢，其中圓葉丁香抗沖指數(shù)最大，其次是小葉丁香，最后是北京丁香。

在相同坡度、同種丁香中，大雨沖刷后，土壤的抗沖指數(shù)都要比小雨沖刷后的高，其中，圓葉丁香土體在45°的坡度下，大雨沖刷后土壤的抗沖洗數(shù)比小雨沖刷增加了76.7%，增幅較大。

在對北京丁香、小葉丁香、圓葉丁香土壤抗蝕性的研究中運用水崩解法測定根系對土壤抗蝕性的影響，可以看出不同丁香土體的抗蝕性隨時間的推移而下降，在前三分鐘內，下降趨勢明顯，在3-7分鐘之間，土壤的抗蝕性指數(shù)維持在72%左右，之后圓葉丁香與小葉丁香土體的抗蝕性保持不變，而北京丁香土體的抗蝕性繼續(xù)下降。總體來說，圓葉丁香土體的抗蝕性最高，而北京丁香的最低。

在對北京丁香、小葉丁香、圓葉丁香在不同徑級下的根系長度和生物量的測定結果與土壤抗沖指數(shù)和抗蝕指數(shù)的比較中發(fā)現(xiàn)，在同種丁香不同雨量的情況下，雨量越大其根系長度和生物量越小，根系的抗沖指數(shù)也同樣減?。坏窃谕N雨量和同種坡度下，三種丁香抗沖指數(shù)、根系長度、根系生物量以及抗蝕指數(shù)的大小順序為圓葉丁香>小葉丁香>北京丁香。綜合對三種丁香的抗沖性、土壤抗蝕性、根系生物量以及根系長度的測定的數(shù)據(jù)分析結果可以看出，對土壤固土性的貢獻大小順序為圓葉丁香>小葉丁香>北京丁香。由此可以看出，在這三種丁香中最適合選作邊坡樹種的是圓葉丁香，其次是小葉丁香，最后是北京丁香。

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責任編輯：徐永飛

校 對：王 卉

Highway slope cloves (Syringa SPP.) solid soil characteristic research

Fu Hong-chen Mu Li-qiang Zhou Yong-qing Sun He

(First-author's address:Fujin national wetland park service,Jiamusi 156100,Heilongjiang,China)

In order to finger out the contribution of different cloves’ influence on the soil anticorrosive resilience and the corrosion resistant, studies were carried out on potting plantation, each pot had 1 seedling, including round leaves clove, lobules cloves and Beijing clove to find out the plant root system’ influence on the conservation of soil and water function. In this way, we may provide the data information to afforest the plants for the cold area highway selection and cultivation. It’s important to restore the road ecology. The research took 1 year cloves seedlings as the objects, through the potting experiment to find out the three kinds of different cloves’ impacts on the soil resilience and corrosion resistant. The soil antiscouribilities of different root systems were identified using the undisturbed soil trough scouring method. The experimental results showed, the soil antiscourability for the same species decreased with the increase of the slope and decreased with the increase of the precipitation; at the same slope, the round leaf cloves’ impact is biggest, the second is the lobules clove, the last one is Beijing clove. The soil anti-eclipse of different root systems were identified using the water disintegration law, along with time postponing, the anti-eclipse indexes drops gradually, but in one every minute, the round leaf clove’s anti-eclipse index is biggest is, next is the lobules clove, the smallest is Beijing clove. With the original part processing analysis method, we know the three kinds of clove's assumes have the same changes tendency in diameter level φ≤1 mm scope root system lengths and the biomass. And it is similar with the anti-flushes the index and the anti-eclipse index. In these three kinds of cloves, the round leaf cloves’ impact on the soil resilience and the corrosion resistant enhancement is the obvious, therefore in the highway, of Northeast area, the round leaf clove is the nice choice regarding as main plant to maintenan the road side slope ecological environment, to restore the vegetation and the conservation of soil against erosion.

Round leaves cloves;Lobular cloves;Beijing cloves;The corrosion resistance index;Biomass; anti-scouring index of soil

2017-05-26