程 諒，占海歌，郭忠錄

（1. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水土保持研究中心，湖北 武漢 430070；2. 湖北方源東力電力科學(xué)研究有限公司，湖北 武漢 430062）

土壤侵蝕指的是土壤顆粒的分離、搬運(yùn)和沉積，自然環(huán)境中的侵蝕速率通常很慢，但是由于人類活動(dòng)引起的土地利用變化會加快土壤侵蝕速率[1]，一般情況下，在丘陵地區(qū)水土流失較嚴(yán)重的地區(qū)，地表水流是導(dǎo)致土壤侵蝕的主要原因，而水流侵蝕是指土壤顆粒在集中水流作用下發(fā)生剝離和位移，導(dǎo)致細(xì)溝和溝渠的發(fā)育[2]。植被恢復(fù)是農(nóng)業(yè)區(qū)控制土壤侵蝕最重要且最有效的措施，但是在許多熱帶亞熱帶地區(qū)(特別是在嚴(yán)重侵蝕的地區(qū))，植被恢復(fù)還是存在著許多問題[3]。植被對土壤侵蝕過程的影響主要涉及侵蝕動(dòng)力和土壤抗蝕能力兩個(gè)方面：植被地上部分如冠層、枯落物和生物結(jié)皮等具有攔截降雨、涵養(yǎng)水源、增加入滲、增強(qiáng)土壤水分的蒸發(fā)、增加地表腐殖質(zhì)等作用，影響到土壤理化性質(zhì)，改善土壤質(zhì)量，以減少土壤侵蝕[4-5]；地下根系通過與土壤顆粒的纏繞作用來固結(jié)土壤，以增強(qiáng)土壤抗侵蝕性能，是穩(wěn)定邊坡和控制土壤侵蝕至關(guān)重要的因素，另外還可通過死根與活根的生物化學(xué)過程影響到土壤性質(zhì)[5]。目前大量研究都集中于地上部分[3]，事實(shí)上植被控制土壤侵蝕是其地上、地下部分綜合作用的結(jié)果，地下根系對控制集中水流侵蝕也具有重要作用[4]，但由于根系隱蔽性及在土壤中分布的復(fù)雜性，較地上部分研究相對困難，研究工作進(jìn)展相對緩慢[6-7]。

植物根系可顯著增強(qiáng)土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及土壤抗沖性而減小土壤侵蝕，其作用往往是要明顯強(qiáng)于植被地上部分[8-9]，有研究[10]指出霜凍期后作物根系對控制集中水流的侵蝕具有重要的作用，Zhang等[11]針對兩種草類根系對溝蝕的作用效果研究指出隨著根密度的增加，細(xì)溝可蝕性下降，這是由于植物根系的纏繞作用可以提升土壤孔隙度，增加土壤入滲速率，從而控制了地表徑流的形成[12]。另外，根系作為改善土壤侵蝕環(huán)境最重要的因素，在土壤侵蝕預(yù)報(bào)中也受到越來越多的關(guān)注[7, 9]，Gyssels 等[13]將根系作為 WEPP(water erosion predication project)模型中的參數(shù)與土壤侵蝕相關(guān)聯(lián)，指出WEPP可很好地預(yù)測根系對細(xì)溝侵蝕的作用。

研究區(qū)位于我國南方紅壤丘陵區(qū)，由于頻繁的夏季暴雨、陡峭的丘陵地形、長期不合理的土地開發(fā)利用，導(dǎo)致土壤侵蝕退化嚴(yán)重，是南方水土流失最為嚴(yán)重的區(qū)域[14]。植被以及土壤性質(zhì)與土壤侵蝕的關(guān)系是近些年國內(nèi)外學(xué)者研究較多的領(lǐng)域之一，但在南方紅壤區(qū)的相關(guān)研究較薄弱。目前已有較多研究提出了土壤性質(zhì)及水力特性與土壤分離能力的關(guān)系，王軍光等[15]通過研究8種典型紅壤在集中水流中的分離速率提出了不同破壞機(jī)制下團(tuán)聚體穩(wěn)定性特征參數(shù)預(yù)測土壤細(xì)溝侵蝕速率的預(yù)測方程，還有研究[16]指出相較于雷諾數(shù)和阻力系數(shù)等水動(dòng)力學(xué)參數(shù)，平均流速是預(yù)測土壤分離能力的最佳參數(shù)，但都較少提出根系與土壤分離能力的關(guān)系，因此研究南方紅壤區(qū)草本植物根系對抗侵蝕特征的作用具有重要意義。本研究選取南方紅壤區(qū)3種根系發(fā)達(dá)以及開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目中常用的草本植物香根草(Vetiveria zizanioides)、白三葉(Trifolium repens)和黑麥草(Lolium perenne)，研究其根土復(fù)合體的根系特征以及在集中水流作用下的抗蝕特征，分析比較3種草類根系對土壤抗沖性的影響，利用WEPP模型細(xì)溝侵蝕預(yù)測方程定量描述根系特征與土壤分離能力之間的關(guān)系，旨在為該地區(qū)植被恢復(fù)和建設(shè)提供理論依據(jù)，同時(shí)為開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)及草本植物概況

研究地點(diǎn)位于湖北省武漢市華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和咸寧市賀勝橋鎮(zhèn)。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)位于武漢市東南部(30°29′ N，114°22′ E)，該區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候區(qū)，年均溫約16.9 ℃，年平均降水量約1 260 mm，且主要集中在4-8月，區(qū)域內(nèi)土壤類型為黃棕壤。賀 勝 橋 鎮(zhèn) 位 于 咸 寧 市 咸 安 區(qū) (29°40-30°02' N，114°15'-114°35' E)，該區(qū)域?qū)贌釒Т箨懶约撅L(fēng)濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫16.8 ℃，年均降水量1 577 mm，區(qū)域土壤類型主要有紅壤和紅壤性水稻土。

本研究選取湖北省野外較常見的黃棕壤草地和泥質(zhì)頁巖發(fā)育的紅壤草地，草地內(nèi)3種草本植物為香根草、白三葉和黑麥草。香根草的生物量大，根系發(fā)達(dá)，力學(xué)特性優(yōu)良，抗逆性強(qiáng)，相較于其他兩種植物細(xì)根系較少；白三葉根系較細(xì)，分枝多，生長迅速，適應(yīng)性抗逆性強(qiáng)；黑麥草細(xì)根量大，生長速度快，分蘗能力強(qiáng)。3種草本植物都是水土保持研究常用草種，3種草本植物于2013年春季在研究區(qū)野外種植恢復(fù)，生長期均為3年左右。在試驗(yàn)樣品采集的同時(shí)調(diào)查研究區(qū)內(nèi)3種植物基本特性(表1)，由于白三葉與黑麥草分蘗較多，因此未調(diào)查其密度。

表1 研究區(qū)內(nèi)試驗(yàn)草本植物特征Table 1 Characteristics of tested herbs in the study area

1.2 根土復(fù)合體樣品采集

根土復(fù)合體試驗(yàn)樣品于2016年3-5月份采集，在野外選擇合適的區(qū)域后隨機(jī)取樣，采樣深度為0-10 cm，根土復(fù)合體樣品為直徑14 cm、高10 cm的圓柱體。采樣前先清除地表草本以及覆蓋物，采樣時(shí)，將取樣環(huán)刀(內(nèi)徑14 cm，高10 cm)完全插入土壤中，挖出環(huán)刀后慢慢削除環(huán)刀兩端多余的土壤，密封后小心運(yùn)輸回實(shí)驗(yàn)室，避免破壞根土復(fù)合體。然后進(jìn)行預(yù)處理，將原狀根土復(fù)合體置于水中吸收飽和水分，之后取出放置24 h恢 復(fù) 至 自 然 含 水 狀 態(tài)[1, 3, 15]， 再 進(jìn) 行 沖 刷 試 驗(yàn) 。 共取6種處理和兩種裸地對照(CK)：黃棕壤香根草根土復(fù)合體、黃棕壤白三葉根土復(fù)合體、黃棕壤黑麥草根土復(fù)合體、黃棕壤裸地對照、紅壤香根草根土復(fù)合體、紅壤白三葉根土復(fù)合體、紅壤黑麥草根土復(fù)合體、紅壤裸地對照。每種處理取樣9個(gè)。

同時(shí)在試驗(yàn)樣點(diǎn)分別取兩類土壤中3種草地以及對照裸地的表層(0-10 cm)土壤，測定其基本理化性質(zhì)(表2)，采用常規(guī)方法測定土壤理化性質(zhì)[17]，采用吸管法測定機(jī)械組成(砂粒，0.05～2 mm；粉粒，0.002～0.05 mm；黏粒，＜ 0.002 mm)，采用 LB法中的快速濕潤法測定水穩(wěn)性團(tuán)聚體，采用環(huán)刀法測定容重，采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定有機(jī)質(zhì)，采用電位法測定pH。

1.3 沖刷試驗(yàn)方法

使用可變坡度水槽系統(tǒng)(長4.00 m，寬0.20 m，高0.20 m，環(huán)刀內(nèi)徑14 cm)測定土壤分離能力(圖1)。試驗(yàn)設(shè)計(jì) 3 種坡度和流量組合：5°和 0.4 L·s-1，15°和 0.8 L·s-1，25°和 1.2 L·s-1，設(shè)置不同坡度與流量組合是為了模擬不同水流剪切力，根據(jù)公式(1)和(2)計(jì)算得出對應(yīng)水流剪切力分別為2.41、9.31、15.04 Pa，水流剪切力的范圍選擇參照耿曉東[18]關(guān)于南方紅壤坡面臨界水流剪切力的研究結(jié)論及Baets等[4]的研究，每種處理在不同水流剪切力下做3次重復(fù)。

將根土復(fù)合體樣品置于水槽底部出口處的圓柱形槽子中，之后開始沖刷試驗(yàn)，沖刷持續(xù)2 min，使用集流桶接泥沙樣。隨后將泥沙樣靜止放置一段時(shí)間，倒去上清液并使用濾紙過濾，在 105 ℃下烘干之后稱重得泥沙分離干重。同時(shí)使用高錳酸鉀染色法測定坡面表面水流流速。

根據(jù)流量計(jì)算坡面水流水深，計(jì)算公式：

式中：H為徑流水深(m)；Q為流量(m3·s-1)；v為流速(m·s-1)；B為水槽寬度(m)。

根據(jù)設(shè)置坡度計(jì)算水流剪切力，計(jì)算公式：

表2 供試土壤基本情況Table 2 Basic physico-chemical properties of the test soil

圖1 沖刷試驗(yàn)裝置示意圖Figure 1 Diagram of scouring experiment device

式中：τ為水流剪切力(Pa)；ρ為水的密度(kg·m-3)；S為坡度正弦值。

相對泥沙分離量 (Relative splash detachment, RSD)計(jì)算公式：

式中：RSD為相對泥沙分離量；MT為處理泥沙分離干重(g)；MCK為對照泥沙分離干重(g)。

土 壤 分 離 能 力 (Soil detachment capacity, Dc)計(jì)算公式：

式中：Dc為土壤分離能力 [g·(m2·s)-1]；Mc為泥沙分離干重(g)；A為環(huán)刀面積(m2)；t為沖刷歷時(shí)(s)。

使用WEPP模型方程計(jì)算土壤細(xì)溝可蝕性，公式：

式中：Kr為土壤細(xì)溝可蝕性(s·m-1)，代入Dc和τ，擬合線性方程，其斜率即為Kr；τ0為臨界水流剪切力(Pa)。

1.4 植物根系參數(shù)測定方法

將沖刷后的根土復(fù)合體置于0.01 mm孔徑的土壤篩上小心沖洗，洗出所有根系(死根 + 活根)，再采用Epson掃描儀對根系進(jìn)行灰度掃描(400 dpi)，利用WinRHIZO 2000分析軟件分析掃描圖像，之后將已掃描的根系在105 ℃下烘干后稱重，獲得根系參數(shù)包括總根長、總體積、平均直徑以及烘干根總重等，再根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行以下計(jì)算。

根長密度 (root length density, RLD)是根系總長度除以根土復(fù)合體樣本的體積[4]，計(jì)算公式：

式中：RLD為根長密度 (km·m-3)；L為總根長(km)；V為環(huán)刀容積(m3)。

根重密度 (root mass density, RMD)計(jì)算公式：

式中：RMD為根重密度(kg·m-3)；Mr為烘干根總重(kg)。

根面積比 (root area ratio, RAR)為剪切面上所有根系截面積之和與土體截面積之比[4]，計(jì)算公式：

式中：RAR為根面積比；RCSA為平均單根橫截面積(m2)。

將試驗(yàn)結(jié)果通過回歸分析得到根長密度RLD與兩種土壤的根土復(fù)合體細(xì)溝可蝕性Kr的預(yù)測方程，公式：

式中：a和b為回歸參數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用 Origin 2017 和 Excel 2017 軟件進(jìn)行圖表繪制；采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行成對樣本t檢驗(yàn)分析不同植物之間土壤細(xì)溝可蝕性的差異，對不同處理的根系參數(shù)與相對泥沙分離量進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，對相同剪切力下不同處理的根系參數(shù)進(jìn)行單因素方差分析；使用非線性回歸方程確定土壤分離能力與根系參數(shù)的量化關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤分離能力和泥沙分離量

相同剪切力下3種草本植物的Dc均要顯著(P＜0.05)小于CK，并且6個(gè)處理在3種水流剪切力作用下，RSD均小于0.70(RSD ＜ 1，說明根土復(fù)合體處理抗侵蝕性能強(qiáng)于裸地對照)，Dc和RSD在同一水流剪切力下均表現(xiàn)為：香根草 ＜ 白三葉 ＜ 黑麥草，且具有顯著差異性(P＜0.05)，在兩種土壤中CK的Dc分別為香根草、白三葉和黑麥草的2.85～3.07倍、2.06～2.37倍和1.43～1.56倍，黑麥草的RSD為香根草的2倍左右，而香根草和白三葉的差距較小。在同一處理中，兩種土壤根土復(fù)合體Dc隨水流剪切力的增大而增大，其中黃棕壤黑麥草根土復(fù)合體增長率最小，紅壤白三葉根土復(fù)合體增長率最大，而RSD隨水流剪切力的增大變化不大，處于相對平衡的狀態(tài)(圖2)。

2.2 RSD與根系參數(shù)的關(guān)系

在兩種土壤中，香根草的RLD、RMD以及RAR都要顯著高于白三葉和黑麥草(P＜0.05)，白三葉的RLD顯著高于黑麥草的(P＜0.05)，但RMD和RAR在二者之間差異不顯著(P ＞ 0.05)。兩種土壤間的根系參數(shù)差距不大，總體表現(xiàn)為黃棕壤 ＞紅壤 (圖 3)。

在3種水流剪切力下，RSD與RLD、RMD和RAR相關(guān)性較好，RSD與Stotal在水流剪切力為9.31 和 15.04 Pa時(shí)分別具有顯著 (P＜0.05)和極顯著 (P＜0.01)相關(guān)性，2.41 Pa 時(shí)無相關(guān)性 (P ＞ 0.05)，而與Dmean在3種水流剪切力下都無相關(guān)性。故選擇RLD、RMD和RAR作為代表性參數(shù)表征根系的作用 (圖 4)。

圖2 不同水流剪切力下土壤分離能力和泥沙參數(shù)Figure 2 Soil detachment capacity and sediment parameters under different flow shear stress

圖3 不同根土復(fù)合體根系參數(shù)Figure 3 Parameters of roots in different soil-root composite samples

在兩種土壤中，RLD、RMD與RAR之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系 (P＜0.01)，RSD 與 RLD、RMD 和RAR均呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)，且RSD與RLD相關(guān)性系數(shù)(≥ 0.78)在兩種土壤中均為最大，而 RMD(≥ 0.64)和 RAR(≥ 0.64)次之，說明RLD是影響2種土壤根土復(fù)合體可蝕性最重要因素，因此再對RLD做進(jìn)一步分析(表3)。

圖4 不同水流剪切力下RSD與根系參數(shù)相關(guān)性Figure 4 Correlation between RSD and parameters of roots under different flow shear stress

表3 不同根土復(fù)合體RSD與根系參數(shù)相關(guān)性Table 3 Correlation between RSD and parameters of roots in different soil-root composite samples

白三葉和黑麥草的根系主要集中在0～1.0 mm徑級內(nèi)，占比為44.71%～69.79%，而香根草細(xì)根系較少，主要集中于 ＞ 2 mm徑級內(nèi)，占比為42.94%～45.40%。在 0～0.5 mm 以及 0.5～1.0 mm徑級，兩種土壤中香根草根長百分比均顯著低于白三葉和黑麥草 (P＜0.05)，在直徑 1.0～2.0 mm 的區(qū)間內(nèi)3種植物的差異不大，在直徑 ＞ 2.0 mm區(qū)間則表現(xiàn)為香根草 ＞ 白三葉 ＞ 黑麥草，且具有顯著性差異 (P＜0.05)。結(jié)合圖 3根長密度參數(shù)計(jì)算，兩種土壤內(nèi) 0～0.5 mm以及 0.5～1.0 mm徑級根長密度均表現(xiàn)為香根草 ＞ 白三葉 ＞ 黑麥草 (圖 5)。通過相關(guān)性分析，RSD與0～0.5 mm和0.5～1.0 mm根長百分比極顯著相關(guān) (P＜0.01)，其中 0.5～1.0 mm根長百分比的相關(guān)系數(shù)(0.85)最大，RSD與1.0～1.5 mm 和 ＞ 2.0 mm 徑級的根長百分比無顯著相關(guān)性 (P ＞ 0.05)。

2.3 土壤細(xì)溝可蝕性(Kr)分析

圖5 各徑級根長百分比Figure 5 Percentage of root length in each diameter

在兩種土壤中3種草本類型的根土復(fù)合體土壤細(xì)溝可蝕性均表現(xiàn)為香根草 ＜ 白三葉 ＜ 黑麥草，黃棕壤中香根草和白三葉根土復(fù)合體細(xì)溝可蝕性分別比黑麥草低56%和50%，在紅壤中分別低50%和29%，因此3種草本植物在兩種土壤中抗侵蝕性能均表現(xiàn)為香根草 ＞ 白三葉 ＞ 黑麥草。植物根系對兩種土壤根土復(fù)合體作用效果差異均不大(圖 6)。

圖6 不同根土復(fù)合體土壤細(xì)溝可蝕性Figure 6 Soil rill erodibility in different soil-root composite samples

2.4 建立根系預(yù)測土壤分離能力模型

將土壤細(xì)溝可蝕性試驗(yàn)結(jié)果與方程(5)和(9)結(jié)合進(jìn)行回歸分析，得出RLD與兩種土壤根土復(fù)合體Dc的預(yù)測方程和決定系數(shù)(圖7)。

由關(guān)系式可知RLD能解釋兩種土壤根土復(fù)合體細(xì)溝可蝕性93.0%和94.8%的變量，表明RLD可較好地模擬Dc的變化。將上述關(guān)系式的預(yù)測值與試驗(yàn)中的實(shí)測值進(jìn)行比較，結(jié)果顯示擬合度很高，該方程能較為準(zhǔn)確地預(yù)測兩種土壤根土復(fù)合體在不同水流剪切力下的土壤分離能力(圖7)。

圖7 土壤分離能力預(yù)測值與實(shí)測值比較Figure 7 Predicted soil detachment capacity versus measured values

3 討論

3.1 根系對不同草地抗侵蝕性能的影響機(jī)制

植被可通過地表覆蓋攔截降雨、增加土壤肥力與水分入滲、攔截地表徑流以及根系固持土壤，改良土壤性狀來減少水土流失，除了通過地下根系的作用降低土壤的可蝕性外，植被還會通過土壤水分的變化來影響土壤抗侵蝕能力[19]。在本研究中，3種草本植物根系均能有效增強(qiáng)兩種土壤的抗侵蝕性能，根系通過在土體中的交叉穿插在淺層土壤中形成穩(wěn)定的根系網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)土壤抵抗徑流沖刷的能力[20]，另外根系還可通過根際分泌物的生物和化學(xué)作用來改善土壤質(zhì)量，最主要的表現(xiàn)是通過各種過程提升土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性和有機(jī)質(zhì)含量，這是改善土體構(gòu)型的關(guān)鍵因素，可增強(qiáng)土壤抗侵蝕能力[13]。

本研究對根系參數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，根長密度是提升土壤抗侵蝕性能最重要的因子，根長密度可以較好地模擬土壤細(xì)溝可蝕性的變化(R2≥ 0.930)，這與Gyssels等[13]、Zhang等[11]研究結(jié)論一致。徐少君和曾波[21]針對5種耐水淹植物的研究發(fā)現(xiàn)土壤抗蝕性的增強(qiáng)系數(shù)、抗沖性增強(qiáng)值與根長密度之間均呈極顯著的線性關(guān)系，其中植物本身發(fā)達(dá)的根量是關(guān)鍵，根長密度是反映根系的纏繞和穿插能力的關(guān)鍵指標(biāo)[22]。本研究3種植物都具有較大的根長密度，能有效地形成固土網(wǎng)絡(luò)，提升了根土復(fù)合體的抗沖性與抗剪性能，可有效降低土壤細(xì)溝可蝕性。其中，不同植物中直徑小于1.0 mm根系百分比含量都為最高，其對根土復(fù)合體泥沙分離能力作用明顯，能極顯著(P＜0.01)提升土壤抗侵蝕性能，這與Li等[9]、Gyssels等[13]相關(guān)的研究結(jié)論一致。根系主要是通過增加黏聚力來幫助提升土壤力學(xué)性能[23]，土壤顆粒的粘結(jié)性能往往受到細(xì)根系的影響，這種性能促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體的形成[24-25]；一般認(rèn)為直徑小于3.0 mm的細(xì)根比粗根更重要，尤其是在水蝕過程中，細(xì)根的根網(wǎng)絡(luò)控制水蝕最為有效[13]，也有研究[26-27]指出直徑小于1.0 mm的細(xì)根系會表現(xiàn)出很強(qiáng)的抗拉能力，細(xì)根系由于具有更大的表面積，所以與土壤之間的接觸面積會更大，這是提高土壤抗剪強(qiáng)度的關(guān)鍵，使土體足以抵抗徑流的沖刷作用；另外，細(xì)根通過與菌根和真菌的相互作用產(chǎn)生滲出物和結(jié)合劑，可幫助提升土壤有機(jī)質(zhì)含量以及土壤大顆粒團(tuán)聚體的形成[28]，而土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性是提升土壤抗侵蝕能力以及土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)鍵[24]。

不同植物根系增強(qiáng)土壤抗侵蝕能力表現(xiàn)為香根草 ＞ 白三葉 ＞ 黑麥草，這是由于香根草速生快長、生物量大、根系發(fā)達(dá)，具有優(yōu)良的力學(xué)特性，而白三葉與黑麥草根系較細(xì)，生長速度快，分蘗能力強(qiáng)，因此其直徑小于1.0 mm的細(xì)根系根長百分比較高，但是香根草的根長密度和直徑小于1.0 mm的細(xì)根系根長密度則更大，使得根系與土壤間的接觸面積提升，固結(jié)土壤能力強(qiáng)，增強(qiáng)了根土復(fù)合體抗侵蝕性能，香根草是區(qū)域內(nèi)更為理想的水土保持植物，這與前人關(guān)于香根草的固土護(hù)坡效益的研究結(jié)果相似[29-30]。

3.2 根系對不同類型土壤抗侵蝕性能增強(qiáng)效應(yīng)

研究結(jié)果表明，3種植物根系對兩類土壤抗侵蝕性能均有增強(qiáng)效應(yīng)，其效果存在差異但差異不大，但在總體上黃棕壤較紅壤更容易被侵蝕，這是由于根土復(fù)合體是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其土壤可蝕性除植物根系的影響外，也受到土壤自身性質(zhì)，如土壤類型、土壤粘結(jié)力、容重、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)、土壤含水量、團(tuán)聚體等的影響[31]，這與李強(qiáng)[32]針對紫花苜蓿(Medicago sativa)根系與沙黃土和黃綿土抗沖性的研究結(jié)論相似。Wynn等[19]研究指出，土壤容重可能是影響土壤分離能力最重要的土壤參數(shù)，容重的增加會導(dǎo)致土壤可蝕性降低，因?yàn)槿葜鼐C合了土壤理化性質(zhì)、根密度和土壤有機(jī)質(zhì)含量等多種土壤特性，也有研究[33]指出，土壤粘聚力隨著沙粒含量的增加而降低，而土壤細(xì)溝可蝕性與砂粒和粘粒極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，本研究中兩種土壤的土壤分離能力的差異與土壤自身理化性質(zhì)有關(guān)，還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

根系的存在是提升土壤抗侵蝕性能的關(guān)鍵，根長密度是影響土壤細(xì)溝可蝕性最為關(guān)鍵的根系參數(shù)，其可較好預(yù)測(R2≥ 0.930)兩種土壤根土復(fù)合體的分離能力，其中直徑小于1.0 mm的細(xì)根系提升土壤抗侵蝕性效果最為顯著(P＜0.01)。

本研究選取的3種草本植物中，香根草相較于其他兩種草類具有更為發(fā)達(dá)的地下根系，根系參數(shù)更優(yōu)，而白三葉與黑麥草的根系參數(shù)較為接近。根據(jù)對其根土復(fù)合體抗侵蝕性的探討，3種草本植物都能較好地提升土壤抗侵蝕性能，其效果表現(xiàn)為香根草 ＞ 白三葉 ＞ 黑麥草。由此可知，香根草在區(qū)域內(nèi)水土保持工程中是一種更為優(yōu)良的固土護(hù)坡草類。3種植物根系對兩類土壤抗侵蝕性能均有增強(qiáng)效應(yīng)，效果不一，而根據(jù)細(xì)溝可蝕性模擬方程中的臨界剪切力發(fā)現(xiàn)，區(qū)域內(nèi)黃棕壤較紅壤更容易被侵蝕，其作用機(jī)理還需進(jìn)一步研究。