植物根系對(duì)土壤侵蝕影響的研究綜述

楊雅婷 吳發(fā)啟

摘要：就我國(guó)植物根系對(duì)土壤抗侵蝕能力、土壤抗剪切能力、土壤入滲能力的影響進(jìn)行綜述，分析了研究中存在的不足，并就今后研究中應(yīng)該注意的問題提出了作者的觀點(diǎn)和看法。

關(guān)鍵詞：植物根系；土壤抗侵蝕能力；土壤滲透能力；土壤抗剪強(qiáng)度

我國(guó)是世界上水土流失最嚴(yán)重的國(guó)家。水土流失是自然界侵蝕力和土壤本身抗侵蝕力相互作用的結(jié)果，屬于自然現(xiàn)象，但人類活動(dòng)加快了這一進(jìn)程，其中最主要的是人類對(duì)于植被的破壞，因此植被保持水土的功能逐漸受到人們的關(guān)注，植物根系對(duì)土壤侵蝕影響的研究也取得了顯著的成果。本文將從植物根系對(duì)土壤抗侵蝕能力、土壤抗剪切能力、土壤入滲能力的影響并結(jié)合國(guó)內(nèi)資料來進(jìn)行綜述，以供研究者參考。

一、植物根系能增強(qiáng)土壤抗侵蝕能力

土壤的抗侵蝕能力[1]是指土體對(duì)于施于其上的侵蝕力的反應(yīng)敏感程度，朱顯謨先生將其明確區(qū)分為土壤抗蝕性和抗沖性。土壤抗蝕性是土壤抵抗徑流對(duì)其分散[2]和懸浮[3]的能力，土壤抗沖性是土壤抵抗徑流對(duì)其機(jī)械破壞[4]和推移[5]的能力。我國(guó)土壤工作者在這一領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究并取得了顯著的成就，但研究區(qū)域以黃土高原為主，并且很少將抗蝕性和抗沖性區(qū)別開同時(shí)進(jìn)行研究。

（一）植物根系能增強(qiáng)土壤抗蝕性

植物根系增強(qiáng)土壤抗蝕性的實(shí)質(zhì)在于其能夠改善土壤的物理性質(zhì)、穩(wěn)定土層結(jié)構(gòu)以及增加土壤中水穩(wěn)性團(tuán)粒和有機(jī)質(zhì)的含量。吳淑安[6]在位于黃土丘陵區(qū)的張家口試驗(yàn)區(qū)通過濺蝕、貫入和崩解試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)根系的多少主要對(duì)土體的崩解起明顯的作用，而濺蝕和貫入主要與土壤的顆粒組成特性有關(guān)，受根系影響不大。鄭子成[7]對(duì)紫色土區(qū)全生長(zhǎng)期玉米坡耕地進(jìn)行研究，分析含根量、根系表面積和根系體積等根系特征參數(shù)與土壤抗蝕性的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)二者呈極強(qiáng)正相關(guān)。在玉米全生育期中，根系提高土壤抗蝕性的作用呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，且增強(qiáng)效應(yīng)主要表現(xiàn)在土壤表層。呂剛[8]對(duì)不同利用類型紫色土的土壤抗蝕性進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)土地利用類型與土壤抗蝕性緊密關(guān)聯(lián)，這主要是其上植物小徑級(jí)根系特別是徑級(jí)<1mm的根系的作用。

（二）植物根系能增強(qiáng)土壤抗沖性

植物根系是影響土壤抗沖性的重要因子。劉國(guó)彬[9]通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)植物根系增強(qiáng)土壤抗沖性的機(jī)理是一方面根系通過纏繞、固結(jié)發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)、根土粘結(jié)作用來改善土壤的水力學(xué)和物理性質(zhì)；另一方面是根系的生物化學(xué)效應(yīng)對(duì)土體構(gòu)型的改變。楊玉梅[10]的研究表明，根系的影響主要體現(xiàn)在30cm的表層土壤，且 根徑<1mm的須根是關(guān)鍵因子。李勇[11]的研究證實(shí)雨強(qiáng)和坡度相同時(shí)，根系減沙效應(yīng)與根密度密切相關(guān)。且細(xì)根隨深度的變化呈指數(shù)分布。曾信波[12]通過實(shí)驗(yàn)推求出根密度及根量與土壤流失量的關(guān)系方程，分別為 lw=106.45e（-0.0366rd）、lw=103.82e（-3.6909rw），式中：lw表示土壤流失量（g/100cm?）；rd表示根密度（個(gè)/100cm?）；rw表示根量（g/100cm?），土壤流失量與二者皆呈負(fù)相關(guān)的指數(shù)關(guān)系，由此可看出植物根系能明顯增強(qiáng)土壤抗沖性。

二、植物根系能增強(qiáng)土壤抗剪強(qiáng)度

土體抗剪強(qiáng)度[13]是指土體抵抗剪切破壞的極限強(qiáng)度，前人通過大量研究發(fā)現(xiàn)[14]植物根系增強(qiáng)土壤抗剪強(qiáng)度的機(jī)制為根系與周圍土壤形成了復(fù)合體，一方面根系自身具備一定的抗拉強(qiáng)度，另一方面大量細(xì)根能增加土壤接觸面積，摩擦力的增大使得根系加筋固土效應(yīng)更加明顯。李建興[14]借助庫倫公式研究發(fā)現(xiàn)，草本植物根系使土壤內(nèi)摩擦角和粘聚力增大越多，土壤抗剪強(qiáng)度增強(qiáng)效果越好；且D≤5 mm徑級(jí)的根長(zhǎng)密度和根表面積密度與土壤抗剪強(qiáng)度間有明顯的相關(guān)性，是反映土壤抗剪強(qiáng)度的良好指標(biāo)。劉秀萍[15]通過研究林木根系與土壤抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)根系直徑相同時(shí)，根系分布方式增強(qiáng)抗剪強(qiáng)度效果為：復(fù)合根系>垂直根系>水平根系。

三、植物根系能增強(qiáng)土壤滲透能力

土壤滲透能力是水在土孔隙中滲透流動(dòng)的能力。研究表明[14]，影響土壤滲透能力最重要的因素是土壤中的大孔隙結(jié)構(gòu)。植物根系增強(qiáng)土壤滲透能力一方面是通過纏繞、網(wǎng)結(jié)作用使得土體能夠抵抗水流沖擊、減少崩解破碎從而防止大孔隙結(jié)構(gòu)堵塞；另一方面植物根系的生長(zhǎng)發(fā)育過程會(huì)促進(jìn)大孔隙結(jié)構(gòu)的形成。李建興、閆東鋒[15][16]分析了初始入滲率、穩(wěn)滲率等土壤入滲特征值與根長(zhǎng)密度、根表面積密度等根系結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，均認(rèn)為植物根系能顯著增強(qiáng)土壤滲透能力，且當(dāng)根系徑級(jí)范圍在0.5～5mm內(nèi)時(shí)，這種增強(qiáng)作用最為明顯。

四、問題與展望

綜上所述，植物根系在防治水土流失方面有重要作用。當(dāng)前關(guān)于植物根系對(duì)土壤侵蝕影響的研究并不夠深入和系統(tǒng)，其中研究區(qū)域主要在黃土高原，研究對(duì)象主要是林草植被，缺少關(guān)于作物根系作用的研究，使得所研究的植物根系特征不具有完全的代表性。研究更側(cè)重于減少侵蝕機(jī)理和保持水土功能的研究，而很少考慮到其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。同時(shí)由于根系的測(cè)定指標(biāo)和方法的不統(tǒng)一，不利于研究資料的整理和交流。未來在研究根系對(duì)土壤侵蝕的影響時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：（1）改善研究方法，統(tǒng)一測(cè)量指標(biāo)，便于數(shù)據(jù)處理和交流；（2）擴(kuò)大研究范圍，為我國(guó)整體的水土流失治理提供依據(jù)；（3）擴(kuò)充研究對(duì)象，使研究更加完善，致力于研究結(jié)果的推廣和應(yīng)用，發(fā)揮植物根系保持水土作用的同時(shí)兼顧其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。關(guān)于植物根系對(duì)土壤侵蝕影響的研究能夠?yàn)橥寥狼治g預(yù)報(bào)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供理論基礎(chǔ)，對(duì)改善生態(tài)環(huán)境有重大意義。

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