几种灌藤植被根系分布与固持土壤效果评价

2015-03-22苗晓靖陈赫男郭莹莹

中国水土保持 2015年2期

关键词：葛藤紫穗槐酸枣

苗晓靖，陈赫男，马睿，宋元，郭莹莹

(泰安市水土保持生态环境监测站，山东泰安 271000)

几种灌藤植被根系分布与固持土壤效果评价

苗晓靖，陈赫男，马睿，宋元，郭莹莹

(泰安市水土保持生态环境监测站，山东泰安 271000)

灌藤植被；根系分布；固持土壤效果；土石山区；山东

为优化水土保持植被配置，对山东土石山区11种灌藤林地的根系分布和土壤侵蚀模数进行了测定，结果表明：11种灌藤植被中，紫穗槐根系水平和垂直分布的根幅最大，在相同降雨条件下葛藤林防止土壤侵蚀效果最佳。通过综合评价和聚类分析，选择出了6种适宜干旱瘠薄区域、生长良好、水土保持功能较强的灌藤植被：葛藤、紫穗槐、胡枝子、多花蔷薇、黄荆、山楂叶悬钩子。

我国是世界上水土流失最严重的国家之一。多年的理论研究和生产实践证明，生物措施是防治水土流失的重要措施之一，改善生态环境的核心是恢复和建设植被[1]。灌藤植被生长能力强，枝叶稠密，树冠紧贴地表，能有效防止雨滴击溅侵蚀，起到分散、滞缓、过滤地表径流，拦蓄降雨，促进地表径流下渗的作用，同时具有适应性强、耐干旱、耐瘠薄、生长稳定、耗水少等特点，是干旱瘠薄山区造林的先锋树种。多数灌木根系发达，根系在土体中穿插、缠绕，新陈代谢旺盛，周围的生物活动频繁，增加了土壤的孔隙度，降低了土壤容重，使土壤形成良好的理化性状[2]；根系生长过程中的分泌物及枯落物和死亡根系腐烂分解形成的腐殖质，提高了土壤有机质含量，使土壤形成良好的结构体；穿插在土体中的细小根系可防止土体在水中分散破碎，在相同的土壤中，土壤根系含量越多，其抗蚀性越强，地表径流对土壤的冲刷程度越低[3]。根系在土壤中的分布特征随植被类型、种植密度及立地条件的不同表现出很大的差异，而对同一植被类型来说它的根系分布特征是相似的[4]。本研究旨在通过对山东土石山区11种灌藤植被根系分布和土壤侵蚀模数的测定，评价其固持土壤效果，提出具有较高水土保持效益的灌藤植被配置，为水土流失区灌藤植被的营造提供借鉴。

1 研究区概况

研究区泰山罗汉崖林场海拔400—700 m，总面积127.6 hm2，其中林地面积125.9 hm2，占总面积的98.67%，无林地面积1.7 hm2。岩石为花岗片麻岩，土壤为粗骨棕壤，坡位为山坡中部。多年平均气温12.1 ℃，极端最低气温-28 ℃，极端最高气温40.3 ℃，多年平均降水量690.3 mm，≥10 ℃积温4 300 ℃，无霜期198 d 。林场树种有黑松、赤松、侧柏、刺槐、黄连木、五角枫、麻栎、栓皮栎等，其中针叶林占总面积的34.48%。在土壤瘠薄或造林困难的地区，灌藤植被有胡枝子、山楂叶悬钩子、柘树、酸枣、黄荆、杠柳、杜梨、紫穗槐、葛藤、多花蔷薇、连翘等。草本植物主要有白羊草、黄背草、鬼针草等。

2 研究方法

2.1 根系生物量及其长度的测定

根系生物量及其长度的调查采用整株挖掘法。在胡枝子、山楂叶悬钩子、柘树、酸枣、黄荆、杠柳、杜梨、紫穗槐、葛藤、多花蔷薇、连翘这11种灌藤植被林分中各选一个标准地，在每个林分的标准地内选取3株标准木，于2008年9月，以标准木为中心，布设与每株平均所占面积相等的样方，每10 cm为一层分别挖掘土壤，深至基岩层。用水冲法把每一土层内的根系冲出，在清水中洗净，用游标卡尺度量，按φ<1、1≤φ<3、3≤φ<5、φ≥5 mm 4个径级分类，测量每一层内各径级根系的总长度，然后放置烘箱中烘干(85 ℃)，称量，计算根系生物量。

2.2 土壤侵蚀模数的测定

2007年12月，在每个林分内选取3个标准地(10 m×10 m)，在每个标准地内均匀布设500个标尺，共计16 500个标尺。2008年12月，只测量因径流冲刷而裸露的标尺深度，不测量因淤积而掩埋的标尺厚度，可用的标尺为7 500个，计算各林地土壤侵蚀模数。

3 结果与评价

3.1 不同灌藤植被类型根系分布

灌藤植被具有强大的根系，垂直分布深，水平分布广，对保持水土、涵养水源、固结土壤和母岩、防治水土流失起着重要的作用。不同灌藤植被类型的根系结构见表1。

根系的水平分布范围：灌木林以紫穗槐为最大，单株根幅3.56 m；藤本植物以葛藤为最大，单株根幅为2.65 m。根系的垂直分布深度：灌木林以紫穗槐根最深，为0.86 m；藤本植物以葛藤根最深，为0.75 m。

表1 不同水土保持灌藤植被的根系分布

3.2 不同灌藤植被类型防止土壤侵蚀效应

不同水土保持灌藤植被土壤侵蚀测定结果见表2。在相同降雨条件下，土壤侵蚀模数以葛藤林最小，为270 t/km2，酸枣林最大，为1 755 t/km2。酸枣林、杜梨林、柘树林、杠柳林、连翘林、山楂叶悬钩子林、黄荆林、胡枝子林、紫穗槐林、多花蔷薇林的土壤侵蚀量分别是葛藤林的6.5、6.15、5.0、4.0、3.5、3.0、2.5、2.0、2.0、1.6倍，水土保持的减蚀效益以葛藤林最好。

表2 不同水土保持灌藤植被土壤侵蚀测定

3.3 不同灌藤植被类型的保土功能综合评价

利用极差标准化消除量纲，公式为(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)。通过专家打分法确定各指标的权重，土壤容重、土层厚度、根颈直径、水平根幅、垂直根幅、根系含量、根干重、年生物量、土壤侵蚀模数9项指标的权重分别为0.1、0.2、0.1、0.1、0.2、0.2、0.1、0.2、-0.2。根据各指标的测定值及权重，得出不同水土保持灌藤植被类型保土功能的综合评价结果，见表3。

由表3可以看出，土石山区水土保持灌藤植被类型以葛藤的保土功能最强，评价结果为 0.77，酸枣的最小，为0.13。11种灌藤植被的蓄水保土功能按大小排序为：葛藤>紫穗槐>胡枝子>多花蔷薇>黄荆>山楂叶悬钩子>连翘>杜梨>柘树>杠柳>酸枣。

对土石山区不同水土保持灌藤植被类型保土功能进行系统聚类法分析归类，11种林分的保土功能从大到小可分为：第一类，葛藤、紫穗槐、胡枝子；第二类，多花蔷薇、黄荆、山楂叶悬钩子；第三类，连翘、杜梨、杠柳；第四类，柘树、酸枣。