紫色土坡耕地地埂草篱根系土壤抗蚀与抗冲性能特征研究

doi:10.11686/cyxb2023006

摘要/Abstract

摘要：

为探明紫色土坡耕地不同地埂草篱根系土壤抗蚀和抗冲性的差异，以拉巴豆和紫花苜蓿地埂草篱为研究对象，以未种植草篱地埂为对照（CK），系统性地研究了土壤抗蚀和抗冲性能对草篱种类的响应，阐明了二者与根系形态特征及土壤理化性质间的耦合关系。结果表明：1）拉巴豆整株根系长度、根表面积和土壤有机质含量显著高于紫花苜蓿，且土壤含水率、总孔隙度和非毛管孔隙度显著高于紫花苜蓿和CK（P<0.05）；2）土壤水稳性团聚体平均质量直径、平均几何直径及微团聚体团聚度大小表现为拉巴豆>紫花苜蓿，水稳性团聚体结构破坏率和微团聚体分散系数大小表现为紫花苜蓿>拉巴豆； 3）拉巴豆土壤抗冲指数及抗冲指数变化值均大于紫花苜蓿，抗冲指数是冲刷时间的对数函数，抗冲指数变化值是冲刷时间的二次函数；4）冗余分析的结果表明整株分叉数、根尖数、土壤有机质及非毛管孔隙度对土壤抗蚀和抗冲性能的影响较大，逐步回归的结果表明>0.5 mm的水稳性团聚体结构破坏率是影响土壤抗冲指数的决定因子。综上，拉巴豆地埂草篱土壤抗蚀和抗冲性能优于紫花苜蓿。本研究可为紫色土坡耕地地埂草篱技术的推广应用提供理论依据。

关键词: 拉巴豆, 地埂草篱, 团聚体, 抗冲指数, 土壤侵蚀

Abstract:

The purpose of this study was to investigate the differences in soil resistance to erosion and scouring for two different bank hedgerow species in purple soil sloping cropland. A systematic study was conducted to investigate the resistance of soil to erosion and scouring for two hedgerow species （Dolichos lablab and Medicago sativa）， and to elucidate the coupling relationship between soil erosion and scouring， root parameters and soil physicochemical properties. Unplanted hedge ridges were used as an experiment control （CK）. It was found that： 1） The root length， root surface area and soil organic matter content of D. lablab were significantly higher than those of M. sativa， and the soil moisture content， total porosity and non-capillary porosity were significantly higher than those of M. sativa and CK （P<0.05）. 2） The mean weight diameter and geometrical mean diameter of water stability aggregate and agglomeration degree of microaggregates ranked D. lablab>M. sativa. Conversely， the percentage of aggregate disruption and dispersive coefficient of microaggregates was greater for M. sativa than for D. lablab. 3） The scouring-resistance index and the change in the scouring-resistance index were greater in D. lablab than in M. sativa. Logarithmic functions could be used to describe the relationships between the scouring-resistance index and time. Quadratic functions could be used to describe the relationships between the change in the scouring-resistance index with time. 4） The results of a redundancy analysis showed that root branches， root tips， soil organic matter and non-capillary porosity had the greatest effect on soil erosion-resistance and scouring resistance. The results of a stepwise regression showed that the percentage of aggregate disruption of water-stable aggregates >0.5 mm was the most influential factor in soil scouring-resistance. In conclusion， soil erosion-resistance and scouring-resistance of D. lablab hedgerows were better than those of M. sativa. Our results provide technical information for the effective establishment of bank hedgerows in purple soil sloping cropland.

Key words: Dolichos lablab, bank hedgerows, aggregate, anti-scourability index, soil erosion

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图/表 12

图1 试验小区示意a为对照地埂未种植草篱小区，b为紫花苜蓿地埂草篱小区，c为拉巴豆地埂草篱小区。a is the control plots with no bank hedgerows， b is the plots with M. sativa bank hedgerows and c is the plots with D. lablab bank hedgerows.

Fig.1 Schematic of test plots

表1 不同地埂草篱根系形态特征

Table 1 Root parameters of different bank hedgerows

地埂草篱种类

Types of grasses hedgerows

根系长度

Root length （cm）

根系表面积

Root surface area （cm²）

根系体积

Root volume （cm³）

根尖数

Root tips

根分枝数

Root forks

根分叉数

Root crossings

表2 不同地埂草篱土壤理化性质

Table 2 Soil physicochemical properties of different bank hedgerows

地埂草篱种类

Types of grasses hedgerows

土壤含水率

Soil moisture （%）

土壤容重

Bulk density （g·cm^-3）

总孔隙度

Total porosity （%）

毛管孔隙度

Capillary porosity （%）

非毛管孔隙度

Noncapillary

porosity （%）

田间持水量

Field capacity （%）

有机质

Organic matter （g·kg^-1）

图2 地埂草篱土壤水稳性团聚体含量不同小写字母表示不同地埂草篱间存在显著差异（P<0.05），n=3，下同。Different small letters indicate that there is significant difference between different bank hedgerows （P<0.05）， n=3， the same below.

Fig.2 Soil water-stable aggregates content of bank hedgerows

图3 地埂草篱土壤水稳性团聚体平均质量直径、几何平均直径、>0.5 mm结构破坏率、>0.25 mm结构破坏率

Fig.3 MWDb， GMDb，PAD0.25 and PAD0.5 of soil water-stable aggregates affected by bank hedgerows

图4 地埂草篱土壤微团聚体含量

Fig.4 Soil microaggregates content of bank hedgerows

图5 地埂草篱土壤微团聚体平均质量直径、几何平均直径、分散系数和团聚度

Fig.5 MWDs， GMDs，K and K’of soil microaggregates affected by bank hedgerows

图6 地埂草篱土壤平均抗冲指数和抗冲指数变化值

Fig.6 The average ASI and △ASI affected by bank hedgerows

图7 地埂草篱土壤抗冲指数和抗冲指数变化值的动态变化

Fig.7 Dynamic changes of ASI and △ASI affected by bank hedgerows

图8 地埂草篱根系特性与土壤抗蚀、抗冲性的冗余分析L: 拉巴豆D. lablab; Z: 紫花苜蓿M. sativa.下同The same below.

Fig.8 Redundancy analysis among soil anti-erodibility and anti-scouribility of root parameters of bank hedgerows

图9 土壤理化性质与土壤抗蚀、抗冲性的冗余分析

Fig.9 Redundancy analysis among soil anti-erodibility and anti-scouribility of soil physicochemical properties

表3 土壤抗冲指数与土壤抗蚀指标间的逐步多元回归模型参数

Table 3 Stepwise multiple regression models for ASI and soil anti-erodibility properties

变量

Variable

非标准化模型

Nonstandardized coefficient model

标准化模型

Standardized coefficient model

显著性

P-level

非标准化回归系数Nonstandardized regression coefficient

标准误Standard error

标准化回归系数Standardized regression coefficient

T检验结果值Resulting value of t-test

>0.5 mm结构破坏率Percentage of aggregate disruption of >0.5 mm

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