3種草本植物根系特征及與徑流泥沙關(guān)系

楊慶楠，徐金忠，樊 華，李志飛

(黑龍江省水利科學(xué)研究院 水土保持研究所/黑龍江省水土保持重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150070)

草本植物根系與土壤抗蝕性密切相關(guān)，具體表現(xiàn)在根系對(duì)土壤的加筋作用和改良土壤理化性質(zhì)方面。草本植物根系數(shù)量眾多、密度大、具有一定的抗拉能力，有效增強(qiáng)了根系對(duì)土體的加筋和抗剪作用，提高了含根土體的抗沖抗蝕性，同時(shí)根系分泌物和死根分解后可增加土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒與有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤顆粒抵抗徑流分散的能力[1-2]。此外，草本植物根系還可改善土壤孔隙度，提升土壤降雨入滲能力，進(jìn)而削減地表徑流和降低產(chǎn)沙量[3]。程洪等[4-5]研究表明，香根草等草本植物根系抗拉強(qiáng)度為40～180 mPa，甚至高于柳樹、楊樹、銀槭等喬灌木根系，說(shuō)明草本植物根系有顯著的固土護(hù)坡能力；萬(wàn)海霞等[6]對(duì)百里香、星毛委陵菜、豬毛蒿、長(zhǎng)芒草等4種草本植物根系分布特征及根土結(jié)合體固土效果進(jìn)行了定量分析，結(jié)果表明百里香、星毛委陵菜、長(zhǎng)芒草3種草本植物固結(jié)表層土壤效果較好；李洪勛[7]研究表明，坡地種草可減少47%的產(chǎn)流量和77%的產(chǎn)沙量。

近年來(lái)東北黑土區(qū)推行的植物柔性治溝方法受到歡迎和重視。在侵蝕溝道邊坡治理初期，草本植物與喬灌木相比，具有迅速提高地表覆蓋度，有效減少降雨擊濺侵蝕等優(yōu)勢(shì)[8]。但在實(shí)際侵蝕溝治理時(shí)，草本植物措施卻鮮有實(shí)施，因?yàn)閷?shí)施草本植物措施先要削坡整地，而削坡會(huì)占用一定面積的耕地，不易被農(nóng)民接受。相比1∶1.5坡比(侵蝕溝治理削坡常用穩(wěn)定坡比)削坡，1∶1.2坡比削坡因少占用0.3倍溝深寬度的耕地，在個(gè)別占地問(wèn)題難以解決的侵蝕溝已有實(shí)施。治溝植物方面，無(wú)芒雀麥根徑細(xì)小，減少土壤分離效果好，有助于土壤保持水分[9]；早熟禾和紫花苜蓿作為良好的水土保持草種，常應(yīng)用于邊坡防護(hù)植被配置中[10-11]。為探索東北黑土區(qū)1∶1.5坡比穩(wěn)定邊坡和1∶1.2坡比陡坡上的草本植物根系生長(zhǎng)特征、產(chǎn)流產(chǎn)沙量及兩者的相關(guān)性，本研究以二年生無(wú)芒雀麥(BromusinermisLeyss.)、紫花苜蓿(MedicagosativaL.)和一年生冬性早熟禾(PoaannuaL.)3種東北黑土區(qū)生態(tài)適應(yīng)性較強(qiáng)的草本植物為研究對(duì)象，分析1∶1.5和1∶1.2坡比徑流小區(qū)上草本植物根系根長(zhǎng)密度、平均直徑、表面積密度、根尖數(shù)密度等特征及其與徑流量、泥沙量的相關(guān)關(guān)系，研究揭示草本植物根系與坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的關(guān)系，為東北黑土區(qū)1∶1.5穩(wěn)定坡比邊坡和1∶1.2坡比陡坡侵蝕溝綜合治理植被選擇及土壤侵蝕基礎(chǔ)研究提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)選在黑龍江省水土保持科技示范園。園區(qū)位于黑龍江省賓縣賓州鎮(zhèn)城西4.5 km處，地理位置為E127°24′47″、N45°44′57″，地貌類型為丘陵漫崗；據(jù)賓縣孫家溝國(guó)家監(jiān)測(cè)點(diǎn)資料，土壤類型為白漿土，0～20 cm土壤容重1.10 g/cm3，有機(jī)質(zhì)含量26.42 g/kg，全氮含量1.43 g/kg，pH值6.07；屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水量590 mm，年均蒸發(fā)量910 mm，降雨主要集中在7—9月份，期間降水量占全年降水量的70%以上，年平均氣溫3.5 ℃，年均日照時(shí)數(shù)2 732 h，≥10 ℃積溫2 400 ℃，年均風(fēng)速3.1 m/s，年無(wú)霜期128 d；位于松嫩平原羊草草原區(qū)和小興安嶺張廣才嶺完達(dá)山闊葉紅松林區(qū)，草本優(yōu)勢(shì)科有菊科、禾本科、毛茛科、薔薇科、百合科、傘形科、唇形科、石竹科、莎草科、蓼科及豆科等。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

無(wú)芒雀麥和紫花苜蓿為多年生草本植物，早熟禾為冬性禾草，根系發(fā)達(dá)，耐寒，耐瘠薄，適應(yīng)性較好，抗逆性強(qiáng)。在野外一自然邊坡上，通過(guò)人工修整建成2個(gè)人工坡比邊坡，分別為1∶1.5(34°)和1∶1.2(40°)，利用噴漆鐵板布設(shè)成為永久微型徑流小區(qū)(長(zhǎng)2 m×寬1 m)。坡面修整前剝離10 cm厚表土，表土混合均勻于修整結(jié)束后回覆至坡面，保持坡面表土理化性質(zhì)基本一致。每一坡比坡面設(shè)置3個(gè)草種處理和1個(gè)空白對(duì)照，即無(wú)芒雀麥、早熟禾、紫花苜蓿和裸地，共8個(gè)小區(qū)。無(wú)芒雀麥、早熟禾、紫花苜蓿在1∶1.5和1∶1.2坡比邊坡依次標(biāo)記為W1.5、Z1.5、X1.5和W1.2、Z1.2、X1.2。草本植物于2018年5月按照50 g/m2等質(zhì)量撒播方式播種，2019年5月清理坡面覆蓋物，采取常規(guī)管護(hù)措施。測(cè)試時(shí)無(wú)芒雀麥和紫花苜蓿生長(zhǎng)期為2年，早熟禾為當(dāng)年自然萌發(fā)。

2.2 樣品采集與數(shù)據(jù)處理

2019年7月底，在1∶1.5和1∶1.2坡比邊坡徑流小區(qū)采集土樣。2019年降雨量較大，草本植物生長(zhǎng)初期即達(dá)到雨熱同期而生長(zhǎng)迅速，植物生長(zhǎng)中期差異微小，取樣時(shí)目測(cè)植被蓋度均在85%～90%。每個(gè)徑流小區(qū)按照坡上、中、下確定采樣點(diǎn)，除去地上植株部分，挖深25 cm剖面，小心挖掘出長(zhǎng)10 cm、寬5 cm、深20 cm的含根土樣放入保鮮袋內(nèi)，每個(gè)小區(qū)3個(gè)樣品(上、中、下取樣)，共18個(gè)樣品。當(dāng)天帶回實(shí)驗(yàn)室，浸泡含根土樣一段時(shí)間至根土分離后，置于網(wǎng)篩內(nèi)以適當(dāng)流量自來(lái)水沖洗根系。用EPSON LA在400dpi下進(jìn)行草本植物根系灰度掃描，通過(guò)WinRHIZ2004/a根系分析系統(tǒng)分析草本植物根長(zhǎng)密度、平均直徑、表面積密度和根尖數(shù)密度等根系特征。同時(shí)，監(jiān)測(cè)2019年7—8月份徑流小區(qū)自然降雨事件，觀測(cè)到產(chǎn)流產(chǎn)沙事件22次，人工測(cè)量徑流收集桶中收集的徑流量，攪拌均勻后取含泥沙徑流樣帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過(guò)濾、烘干、稱量。采用Excel、SPSS 18.0和SigmaPlot 14.0等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 3種草本植物根系特征

1∶1.5坡比邊坡上3種草本植物的主要根系特征(圖1)：①根長(zhǎng)密度為2.42～5.92 cm/cm3，早熟禾根長(zhǎng)密度顯著大于無(wú)芒雀麥和紫花苜蓿，無(wú)芒雀麥和紫花苜蓿根長(zhǎng)密度相近且無(wú)顯著差異。根長(zhǎng)可以反映根系在土體中穿插、纏繞的程度，根系愈長(zhǎng)，固結(jié)土壤范圍愈廣，可提高含根土體的抗剪強(qiáng)度。②根系平均直徑為0.25～0.54 mm，早熟禾根系平均直徑顯著大于紫花苜蓿和無(wú)芒雀麥。根系直徑是影響根系抗拉力和抗拉強(qiáng)度的重要指標(biāo)[12]，苑淑娟等[13-15]試驗(yàn)證明，草本根系在一定范圍內(nèi)根徑越粗單根抗拉力越大，但單根抗拉強(qiáng)度隨根徑的增加呈現(xiàn)不同程度的下降趨勢(shì)。劉國(guó)彬等[16-17]研究表明，直徑小于1.0 mm的根系抗拉能力較強(qiáng)，可增強(qiáng)土體的抗剪強(qiáng)度。③根系表面積密度為0.15～0.39 cm2/cm3，早熟禾根系表面積密度顯著大于無(wú)芒雀麥和紫花苜蓿。根系表面積密度是根系形態(tài)與生理特性的重要指標(biāo)，表面積密度大，根系與土壤顆粒表面的摩擦力和與土壤顆粒間鑲嵌的咬合力就大[18]。相關(guān)研究表明，抗沖指數(shù)也與根系表面積呈極顯著相關(guān)[19]。④根尖數(shù)密度為15～32個(gè)/cm3，早熟禾根尖數(shù)密度顯著高于無(wú)芒雀麥和紫花苜蓿。根尖數(shù)量可反映根系快速生長(zhǎng)的潛力，根尖數(shù)越多，根系生長(zhǎng)越旺盛。整體來(lái)說(shuō)，3種草本植物根系根長(zhǎng)密度、表面積密度和根尖數(shù)密度數(shù)值大小排序均為早熟禾>無(wú)芒雀麥>紫花苜蓿，平均直徑大小排序?yàn)樵缡旌?紫花苜蓿>無(wú)芒雀麥。綜上，3種草本植物中早熟禾根系平均直徑、根長(zhǎng)密度、表面積密度和根尖數(shù)密度均最大，這是因?yàn)樵缡旌淘?∶1.5坡比邊坡下根尖數(shù)量多，根系生長(zhǎng)最為旺盛，吸收水分、無(wú)機(jī)鹽、養(yǎng)分較多，根系發(fā)達(dá)，使得早熟禾的根長(zhǎng)密度、根系平均直徑、根系表面積密度等根系特征值也最大，且與無(wú)芒雀麥和紫花苜蓿相應(yīng)根系特征值呈顯著差異，而無(wú)芒雀麥和紫花苜蓿根長(zhǎng)密度、根系平均直徑、根系表面積密度和根尖數(shù)密度等特征值相近，無(wú)明顯差異。

1∶1.2坡比邊坡上3種草本植物的主要根系特征(圖1)：①根長(zhǎng)密度為2.15～3.31 cm/cm3，無(wú)芒雀麥根長(zhǎng)密度最大，早熟禾根長(zhǎng)密度最小，兩者間存著顯著差異；②根系平均直徑為0.22～0.26 mm，早熟禾平均直徑稍大，其次是無(wú)芒雀麥和紫花苜蓿，三者均無(wú)顯著差異；③根系表面積密度為0.17～0.25 cm2/cm3，無(wú)芒雀麥根系表面積密度較大，早熟禾和紫花苜蓿根系表面積密度較小且相近，三者間均無(wú)顯著差異；④根尖數(shù)密度為8～14個(gè)/cm3，其中無(wú)芒雀麥根尖數(shù)密度最大，其次是紫花苜蓿，無(wú)芒雀麥和早熟禾根尖數(shù)密度有顯著差異。在1∶1.2坡比邊坡上，無(wú)芒雀麥根系的根長(zhǎng)密度、表面積密度、根尖數(shù)密度最大，早熟禾根系的平均直徑最大，且無(wú)芒雀麥根系根長(zhǎng)密度、根尖數(shù)密度與早熟禾相應(yīng)根系特征值有顯著差異，無(wú)芒雀麥根系表面積密度、平均直徑與早熟禾無(wú)顯著差異，紫花苜蓿根長(zhǎng)密度、平均直徑、表面積密度、根尖數(shù)密度與無(wú)芒雀麥和早熟禾均無(wú)顯著差異。

注：不同大寫字母表示不同草種、同一坡度下差異顯著；不同小寫字母表示同一草種、不同坡度下差異顯著圖1 3種草本植物根系特征

總體上，1∶1.5和1∶1.2坡比邊坡無(wú)芒雀麥和紫花苜蓿各根系特征值均無(wú)顯著差異。早熟禾根系在1∶1.5坡比邊坡上的根長(zhǎng)密度、根系平均直徑、根系表面積密度和根尖數(shù)密度均大于其在1∶1.2坡比邊坡上的相應(yīng)值，且均呈顯著差異。坡度變大，立地條件發(fā)生變化，對(duì)植物根系特征產(chǎn)生影響[20]，對(duì)早熟禾根系生長(zhǎng)發(fā)育的阻礙作用大于無(wú)芒雀麥和紫花苜蓿，但其根系平均直徑仍大于另外2個(gè)草種，這可能與其草種本身特性有關(guān)。紫花苜蓿在1∶1.5坡比邊坡根系根長(zhǎng)密度、平均直徑和根尖數(shù)密度雖大于1∶1.2坡比邊坡相應(yīng)根系特征值，但均無(wú)顯著差異。無(wú)芒雀麥在1∶1.5坡比邊坡根系根長(zhǎng)密度、平均直徑和表面積密度均稍小于1∶1.2坡比邊坡相應(yīng)根系特征值，也無(wú)顯著差異。

3.2 3種草本植物徑流小區(qū)的徑流產(chǎn)沙特征

2019年7—8月共觀測(cè)到自然降雨條件下徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙22次。3種草本植物徑流小區(qū)7—8月總產(chǎn)流產(chǎn)沙情況見(jiàn)圖2。1∶1.5坡比邊坡，草本植物徑流小區(qū)產(chǎn)流量為127.86～153.02 L，裸地小區(qū)產(chǎn)流量為214.95 L。早熟禾徑流小區(qū)產(chǎn)流量最少，紫花苜蓿和無(wú)芒雀麥徑流小區(qū)產(chǎn)流量相近，三者分別比裸地小區(qū)少40.52%、30.60%和28.81%。1∶1.2坡比邊坡，草本植物徑流小區(qū)產(chǎn)流量為148.11～170.33 L，裸地小區(qū)產(chǎn)流量為234.93 L。紫花苜蓿徑流小區(qū)產(chǎn)流量最少，無(wú)芒雀麥徑流小區(qū)次之，早熟禾徑流小區(qū)最多，分別比裸地小區(qū)少36.95%、31.33%和27.50%。坡度變陡后，早熟禾和無(wú)芒雀麥徑流小區(qū)產(chǎn)流量分別增大了33%和5%，而紫花苜蓿徑流小區(qū)產(chǎn)流量幾乎不受影響。

圖2 3種草本植物徑流小區(qū)7—8月總產(chǎn)流產(chǎn)沙情況

2019年7—8月，1∶1.5坡比邊坡徑流小區(qū)產(chǎn)沙量為10.08～12.55 g，裸地小區(qū)產(chǎn)沙量為33.28 g。草本植物徑流小區(qū)產(chǎn)沙量由少到多依次為早熟禾、無(wú)芒雀麥和紫花苜蓿徑流小區(qū)，分別比裸地小區(qū)產(chǎn)沙量少69.71%、63.19%和62.29%，草本植物的減沙百分比高于減流。1∶1.2坡比邊坡，草本植物徑流小區(qū)產(chǎn)沙量為12.95～13.76 g，裸地小區(qū)產(chǎn)沙量為34.45 g。紫花苜蓿徑流小區(qū)產(chǎn)沙量最少，其次是無(wú)芒雀麥和早熟禾徑流小區(qū)，分別比裸地小區(qū)少62.41%、62.32%和60.06%。隨著坡度變大，早熟禾、無(wú)芒雀麥和紫花苜蓿徑流小區(qū)產(chǎn)沙量分別增加了37%、6%和3%。

整體上，草本植物徑流小區(qū)在1∶1.5和1∶1.2坡比邊坡產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量走勢(shì)一致。坡度變陡，草本植物徑流小區(qū)減流比例由28%～41%降至27%～37%，減沙比例由62%～70%降至60%～63%。可見(jiàn)，草本植物的減流作用弱于減沙作用，且減流作用受坡度影響較大，減沙作用受坡度影響較小。坡度變陡后，早熟禾徑流小區(qū)產(chǎn)流和產(chǎn)沙量有較大幅度增加，無(wú)芒雀麥徑流小區(qū)呈小幅度增加，紫花苜蓿徑流小區(qū)則較為穩(wěn)定。

3.3 3種草本植物根系特征與徑流泥沙的關(guān)系

3.3.1 草本植物根系特征與徑流小區(qū)徑流量的關(guān)系

3種草本植物根系特征與徑流小區(qū)產(chǎn)流量關(guān)系見(jiàn)圖3。草本植物根長(zhǎng)密度與徑流小區(qū)徑流量回歸函數(shù)為y=-0.790 5x+176.57，R2=0.607 5，P=0.068>0.05，根長(zhǎng)密度與徑流量呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)較小，相關(guān)性不顯著，其中Z1.5小區(qū)早熟禾根長(zhǎng)密度最長(zhǎng)，與其他處理差距懸殊。根系愈長(zhǎng)，吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分的范圍愈廣，耐貧瘠和抗旱性越強(qiáng)，越有利于植物的生長(zhǎng)，提高地上生物量、減緩徑流的能力越強(qiáng)[21-22]，因此Z1.5小區(qū)徑流量也最小。草本植物根系平均直徑與徑流小區(qū)徑流量回歸函數(shù)為y=-97.986x+181.49，R2=0.642 7，P=0.055>0.05，根系平均直徑與徑流量呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)較小，相關(guān)性不大。草本植物根系表面積密度與徑流小區(qū)徑流量回歸函數(shù)為y=-0.102 3x+174.07，R2=0.417 1，P=0.166>0.05，相關(guān)系數(shù)小，相關(guān)性不大。根系表面積密度越大，根系與土壤的接觸面積越大，有利于根系改善土體的孔隙度等理化性質(zhì)，進(jìn)而增強(qiáng)土壤的滲透性，提高徑流入滲量[23]。草本植物根系根尖數(shù)密度與徑流小區(qū)徑流量回歸函數(shù)為y=-0.001 5x+174.86，R2=0.744 6，P=0.027<0.05，相關(guān)系數(shù)較大，呈顯著負(fù)相關(guān)。根尖數(shù)間接反映根的伸長(zhǎng)、對(duì)水分和養(yǎng)料的吸收、成熟組織的分化等能力，根尖數(shù)越多，根系生長(zhǎng)越旺盛，改良土壤效果越好，吸收水分和養(yǎng)分能力越強(qiáng)，地上生物量越大，徑流就地入滲和機(jī)械阻擋擊濺侵蝕能力越強(qiáng)，徑流量越小。

注：*表示在0.05水平下顯著相關(guān)圖3 3種草本植物根系特征與徑流小區(qū)產(chǎn)流量關(guān)系

徑流小區(qū)產(chǎn)流量隨植物根系根長(zhǎng)密度、平均直徑、表面積密度、根尖數(shù)密度的增大而降低。根系特征與徑流量相關(guān)性大小排序?yàn)楦鈹?shù)密度>根系平均直徑>根長(zhǎng)密度>根系表面積密度，根尖數(shù)密度與徑流量呈顯著相關(guān)，即根尖數(shù)密度與徑流量有較好的線性關(guān)系。根系平均直徑、根長(zhǎng)密度、根系表面積密度與徑流量表現(xiàn)出不同程度的相關(guān)關(guān)系，但均不顯著。

3.3.2 草本植物根系與徑流小區(qū)泥沙量的關(guān)系

3種草本植物根系特征與徑流小區(qū)產(chǎn)沙量關(guān)系見(jiàn)圖4。草本植物根長(zhǎng)密度與徑流小區(qū)泥沙量回歸函數(shù)為y=-0.081 8x+15.008，R2=0.846，P=0.009<0.01，相關(guān)系數(shù)較高，呈極顯著負(fù)相關(guān)。根系在土體里穿插、纏繞，網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)固持土壤[24-25]，根長(zhǎng)越長(zhǎng)，說(shuō)明根系在土體里交錯(cuò)的范圍越廣，或者土體單位體積內(nèi)根系含量高，兩種情況均有利于形成抗沖性強(qiáng)的土體結(jié)構(gòu)，減少降雨徑流帶走的泥沙。草本植物根系平均直徑與徑流小區(qū)泥沙量回歸函數(shù)為y=-9.691 4x+15.381，R2=0.817 9，P=0.013<0.05，呈顯著負(fù)相關(guān)，與相關(guān)研究認(rèn)為直徑為0.1～0.4 mm的毛根對(duì)于團(tuán)聚體的形成具有纏繞、串聯(lián)和根土黏結(jié)作用，能有效減少?gòu)搅鲙ё吣嗌沉康慕Y(jié)果較為一致[16]。草本植物根系表面積密度與徑流小區(qū)泥沙量回歸函數(shù)為y=-0.011 4x+14.919，R2=0.669，P=0.047<0.05，相關(guān)系數(shù)較高，呈顯著負(fù)相關(guān)。劉國(guó)彬[16]研究表明，根系參數(shù)對(duì)土壤抗沖性影響大于土壤抗剪強(qiáng)度，有效根面積可作為水土保持草種選擇的重要因子之一。草本植物根系根尖數(shù)密度與徑流小區(qū)泥沙量回歸函數(shù)為y=-0.000 1x+14.741，R2=0.960 8，P=0.001<0.01，呈極顯著負(fù)相關(guān)。

注：*表示在0.05水平下顯著相關(guān)，**表示在0.01水平下極顯著相關(guān)圖4 3種草本植物根系特征與徑流小區(qū)產(chǎn)沙量關(guān)系

草本植物根系的平均直徑、表面積密度與泥沙量呈顯著線性負(fù)相關(guān)，根長(zhǎng)密度、根尖數(shù)密度與泥沙量呈極顯著線性負(fù)相關(guān)，根系特征越好，產(chǎn)沙量越少。根系特征與泥沙量相關(guān)性大小排序?yàn)楦鈹?shù)密度>根系根長(zhǎng)密度>根系平均直徑>根系表面積密度，根尖數(shù)密度和根長(zhǎng)密度對(duì)產(chǎn)沙量影響較大。根尖數(shù)密度、根長(zhǎng)密度、根系平均直徑、根系表面積密度與泥沙量的相關(guān)系數(shù)分別大于與徑流量的相關(guān)系數(shù)，說(shuō)明根系特征對(duì)產(chǎn)沙量的影響大于對(duì)徑流量的影響。

4 結(jié) 論

(1)1∶1.5坡比邊坡下，早熟禾根系根長(zhǎng)密度、平均直徑、表面積密度和根尖數(shù)密度等特征值最高；1∶1.2坡比邊坡下，無(wú)芒雀麥根系根長(zhǎng)密度、表面積密度和根尖數(shù)密度等特征值最高，其根系平均直徑與早熟禾相近。1∶1.2陡坡較1∶1.5穩(wěn)定邊坡早熟禾根系特征值降低幅度為51%～75%，無(wú)芒雀麥和紫花苜蓿特征值變化幅度為1%～40%，說(shuō)明早熟禾根系生長(zhǎng)受坡度的影響大于無(wú)芒雀麥和紫花苜蓿，不適宜在陡坡立地條件生長(zhǎng)。

(2)3種草本植物徑流小區(qū)與裸地小區(qū)相比，產(chǎn)流產(chǎn)沙量分別降低27%～41%和60%～70%，草本植物減沙效果是減水的近2倍。1∶1.2與1∶1.5坡比相比，早熟禾徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙量增加了33%和37%，無(wú)芒雀麥和紫花苜蓿徑流小區(qū)的增加比例在6%以內(nèi)。隨著坡度變大，早熟禾根系特征值大幅度降低，其徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙也明顯增加。早熟禾在1∶1.5坡比邊坡和紫花苜蓿在1∶1.2坡比邊坡減流減沙效果最好。

(3)3種草本植物根系根長(zhǎng)密度、平均直徑、表面積密度和根尖數(shù)密度等特征值與徑流泥沙均表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)線性函數(shù)關(guān)系，根系特征與泥沙量的相關(guān)性均高于根系特征與產(chǎn)流量的相關(guān)性。根尖數(shù)密度與徑流量呈顯著相關(guān)，各根系特征與泥沙量均呈顯著及以上相關(guān)性。根系根尖數(shù)密度與徑流、泥沙量相關(guān)系數(shù)最大，根系表面積密度與徑流、泥沙量相關(guān)系數(shù)最小。

(4)草本植物莖葉只能截流小部分自然降雨或降低雨滴動(dòng)能，徑流減少量與土體孔隙度、入滲能力關(guān)系更加密切，但土壤飽水量是有限的，因此降低產(chǎn)流量也是有限的。植物抵抗土壤侵蝕主要依靠根系固結(jié)土壤，根系密度越大，根系范圍越廣、越深，土體加筋作用越強(qiáng)，改良土壤能力越好，越有利于增強(qiáng)土壤顆粒抵抗徑流分散的能力，進(jìn)而提高抗侵蝕能力。因此，根系特征與泥沙量的相關(guān)系數(shù)更大，相關(guān)性更強(qiáng)。目前學(xué)術(shù)研究多集中于根系宏觀幾何特征與抗拉力學(xué)性能的關(guān)系，但卻鮮有植被根系特征與產(chǎn)流產(chǎn)沙相關(guān)性的直接研究，特別是根系的化學(xué)組成、微觀結(jié)構(gòu)與抗拉抗剪性能和產(chǎn)流產(chǎn)沙間的關(guān)系、不同根系徑級(jí)與產(chǎn)流產(chǎn)沙的關(guān)系還需進(jìn)一步考究。