公路边坡丁香(Syringa spp.)固土特性的研究
2017-07-19付宏臣穆立蔷周永青
付宏臣 穆立蔷 周永青 孙 赫
(1.富锦国家湿地公园管理处;2.东北林业大学;3国家林业局)
公路边坡丁香(Syringa spp.)固土特性的研究
付宏臣1穆立蔷2周永青1孙 赫3
(1.富锦国家湿地公园管理处;2.东北林业大学;3国家林业局)
研究圆叶丁香、小叶丁香、北京丁香对土壤抗冲性的贡献大小，提出公路生态恢复适合的丁香种类，能够为寒区高速公路绿化植物的选用和培育提供数据资料。利用原状土冲刷水槽法对三种丁香进行冲刷，研究根系对土壤抗冲性的大小。通过对实验结果的分析，可以看出三种丁香的抗冲性各不相同，同种丁香随着坡度的增加抗冲性能力呈减小趋势；不同丁香在同一坡度下的抗冲性圆叶丁香>小叶丁香>北京丁香。利用水崩解法得到三种丁香的抗蚀指数，随着时间的推迟，抗蚀指数逐渐下降，但是针对于某一时刻，三种丁香抗蚀指数圆叶丁香>小叶丁香>北京丁香。最后测量三种丁香的根系长度和生物量，用软件处理分析可知三种丁香的根系长度和质量呈一个趋势，并且和抗冲指数、抗蚀指数的变化趋势相同。
圆叶丁香 小叶丁香 北京丁香 抗蚀指数 生物量 抗冲指数
引言
黑龙江省作为我国高纬度寒冷地区，温度低、降雨量少、集中和强度大，造成水土流失严重，植物生长季短，生物多样性低和生态系统相对脆弱，使得公路路域生态恢复技术难度变大[1-2]。目前关于植物根系固土效能以及水土保持能力的研究虽然已经开展了一些，但研究的深度和广度十分有限，且尚未应用到公路水土保持植物筛选研究中，以往植物筛选研究也都没有考虑植物的固沙效能和水土保持能力的测定[3-9]。其中，针对哈尔滨市市树—丁香的相关研究十分少见。本研究结合土壤特性及根系特征变化，综合分析不同种类丁香对土壤抗冲性的增强效应。并对植物根系固土能力进行综合分析，结合生态防护功能其他指标的测定结果，筛选出护坡、固土功能较强的植物物种，并进行应用试验研究。
1 材料与方法
1.1 样本筛选
通过实验室栽培得到圆叶丁香、小叶丁香、北京丁香1年苗木，从中选取生长状态良好，大小相近的苗木各株。
1.2 试验方法
1.2.1 土壤抗冲性测定
土壤抗冲性是指土壤抵抗水流的机械破坏和推移能力，主要与土壤的物理性质和外在的生物因素有关。土壤抗冲性测定用原状土冲刷水槽法，按照所用土样的形状及尺寸设计冲刷槽的取样部分，抗冲水槽的坡度为15°(根据当地地形平均坡度确定)，出水流速为8L/min(根据当地历年降雨量确定)，最大冲刷历时30min，若在30min内冲刷完毕则记录冲刷完成时的时间。冲刷前先将土样放入垫有海绵的水盆中(水面不能没过土壤表面)，使土壤吸水至饱和。取出后先静置去除重力水,直至无明显滴水现象，称量后放入冲刷槽内开始冲刷，冲刷结束后先静置去除重力水，直至无明显滴水现象然后再次称量，两次称量的结果差值计为冲走土壤的质量，计算方法如下：
C=Q/△W(L·g-1)
(1)
式中：
C——土壤抗冲刷系数;
Q——冲刷量(出水流速恒定);
△W——冲走土壤的饱和含水量。
每株植物的C值与C。(对照土块得出C值的平均值)之差记为△C。
1.2.2 根系分布特征测定
将做完抗冲刷实验后的根系土样，在0.5 mm细筛网中反复冲洗，获取干净的植株根。采用游标卡尺测量根系的直径并将其划分为D≤1 mm，1mm
1.2.3 土壤抗蚀性测定
土壤抗蚀性测定采用静水崩解法。通过测定土壤团聚体在静水中的分散速度，以比较土壤的抗蚀性大小，并用土壤团聚体的抗蚀指数S表示。具体方法：将植物连根从花盆中取出，抖落根上的土，将花盆中的土壤在无阳光的地方风干。从风干土样中，选取直径7～10mm土粒25粒，均匀放在孔径5mm的金属网上，然后置于静水中进行观测，以1min为间隔，记录每分钟分散的土粒的数量，持续10min，最后计算土壤抗蚀指数。抗蚀指数S(%)=(总土粒数-崩塌土粒)/土粒总数×100%。
1.3 数据处理
对土壤根系抗蚀性测定的数据、土壤根系抗冲性的数据以及土壤根系生物量的数据进行不同径级、不同坡度以及不同种类处理。比较不同坡度、不同径级以及不同种类丁香对土壤固土性的影响。所有数据用Excel、SPSS18.0软件完成计算，图表由Excel绘制。
2 研究结果
2.1 根系对土壤固土性的影响
2.1.1 根系对土壤抗冲性的影响
从表1可以看出，三种丁香根系在小雨、大雨冲刷处理下，对土壤抗冲性的增强效应表现出相同的变化趋势，即在同种丁香当中，土壤抗冲性随坡度增加而减弱，也就是15°时抗冲性最强，30°次之，45°最弱，其中，圆叶丁香土体在15°时的土壤抗冲性指数是45°时的1.8倍。这三种丁香，在同一坡度的处理中，圆叶丁香根系对土壤的抗冲增强效应最强，小叶丁香次之，北京丁香最弱。
在同种坡度、同一丁香当中，大雨冲刷后，土壤的抗冲指数都要比小雨冲刷后的高，其中，圆叶丁香土体在45°的坡度下，大雨冲刷后土壤的抗冲系数比小雨冲刷增加了76.7%，增幅较大。
表1 不同降雨量条件下三种丁香不同坡度下的土壤抗冲指数 (L·g-1)
注：YY：圆叶丁香，XY：小叶丁香，BJ：北京丁香(下同)
2.1.2 根系对土壤抗蚀性的影响
不同丁香土体的抗蚀性随时间的推移而下降，在前三分钟内，下降趋势明显，在3-7min之间，土壤的抗蚀性指数维持在72%左右，之后圆叶丁香与小叶丁香土体的抗蚀性保持不变，而北京丁香土体的抗蚀性继续下降。总体来说，圆叶丁香土体的抗蚀性最高，而北京丁香的最低。
表2 不同种类丁香土体抗蚀指数(%)随时间变化趋势及对比
2.2 不同降雨强度下植物根系对土壤抗冲性的影响
从表3可以看出，三种丁香的根系长度和生物量与土壤抗冲指数的变化趋势相同，其中圆叶丁香的最大，其次是小叶丁香，最后是北京丁香。对于不同坡度的条件下，15°的最大，其次是45°的，最小的是30°的。其中丁香质量越大，其根系长度也越长。三种丁香的根系长度和生物量与土壤抗冲指数的变化趋势相同，其中圆叶丁香的最大，其次是小叶丁香，最后是北京丁香。对于不同坡度的条件下，15°的最大，其次是45°的，最小的是30°的。其中丁香质量越大，其根系长度也越长。通过大雨与小雨的比较，可知大雨的根系生物量和根系长度都比小雨值偏小。
表3 三种丁香不同坡度下的质量、长度比较
3 结论
对北京丁香、小叶丁香、圆叶丁香的根系进行土壤抗冲性的实验，并对数据处理后可以看出，随着坡度的增加，土壤抗冲指数呈减小的趋势，其中圆叶丁香抗冲指数最大，其次是小叶丁香，最后是北京丁香。
在相同坡度、同种丁香中，大雨冲刷后，土壤的抗冲指数都要比小雨冲刷后的高，其中，圆叶丁香土体在45°的坡度下，大雨冲刷后土壤的抗冲洗数比小雨冲刷增加了76.7%，增幅较大。
在对北京丁香、小叶丁香、圆叶丁香土壤抗蚀性的研究中运用水崩解法测定根系对土壤抗蚀性的影响，可以看出不同丁香土体的抗蚀性随时间的推移而下降，在前三分钟内，下降趋势明显，在3-7分钟之间，土壤的抗蚀性指数维持在72%左右，之后圆叶丁香与小叶丁香土体的抗蚀性保持不变，而北京丁香土体的抗蚀性继续下降。总体来说，圆叶丁香土体的抗蚀性最高，而北京丁香的最低。
在对北京丁香、小叶丁香、圆叶丁香在不同径级下的根系长度和生物量的测定结果与土壤抗冲指数和抗蚀指数的比较中发现，在同种丁香不同雨量的情况下，雨量越大其根系长度和生物量越小，根系的抗冲指数也同样减小；但是在同种雨量和同种坡度下，三种丁香抗冲指数、根系长度、根系生物量以及抗蚀指数的大小顺序为圆叶丁香>小叶丁香>北京丁香。综合对三种丁香的抗冲性、土壤抗蚀性、根系生物量以及根系长度的测定的数据分析结果可以看出，对土壤固土性的贡献大小顺序为圆叶丁香>小叶丁香>北京丁香。由此可以看出，在这三种丁香中最适合选作边坡树种的是圆叶丁香，其次是小叶丁香，最后是北京丁香。
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责任编辑：徐永飞
校 对：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
