全 文 ：百喜草对红粘土性红壤抗冲性的研究＊
吴蔚东　郑诗樟　卢志红　王景明　陈淑珍　徐琴珠　董闻达
(江西农业大学国土资源与环境学院 ,南昌　330045)
摘要　研究表明:(1)百喜草下表层土壤的冲刷量和抗冲性动态过程可用对数方程 y =aln(x)+b 进行拟
合 ,但土壤冲刷量和抗冲性的剖面分布不表现出规律性。(2)与裸地和农地比较 , 百喜草可明显提高表层土壤
的抗冲性能 ,但百喜草下土壤抗冲性的剖面分布与剖面中根系的分布之间无明显的相关性。(3)由于百喜草
的葡匐生长习性 ,使其在径流的冲刷过程中 , 一方面使径流的侵蚀力下降;另一方面提高了表土的抗冲性。这
使百喜草在低丘红粘土性红壤地区可以作为一种较理想的水土保持植物。
关键词　百喜草;红粘土性红壤;土壤抗冲性
分类号　S157.2
0　前　　言
江南的低丘红壤地区是我国土壤侵蚀最严重的地区之一 ,由于自然和人为的原因 ,水土流失在不断
加剧和恶化 。据赵其国院士的研究资料 ,我国红壤地区的土壤侵蚀由 50 年代的 7.1万 km2 增加到 80
年代的 20万 km2[ 1] 。就江西省而言 , 60年代全省的水土流失面积为 1.8 万 km2 , 70年代发展到 2.15
万 km2 ,而到 1988年全省的水土流失面积剧增到了 4.62万 km2(肖荣诂 ,1994)[ 2] 。土壤侵蚀会引起土
壤的薄层化 、土壤养分循环失衡 、土壤性质劣质化和贫瘠化以及土壤砂质化和逆向发育过程 ,从而导致
土壤退化(史德明等 ,1996)[ 3] 。土壤侵蚀引起的土壤退化是土壤资源退化的主要原因之一。研究红壤
的侵蚀与抗侵蚀机制是采取科学合理的水土保持措施 ,防治土壤资源进一步退化 ,建立可持续生态系统
的基础。
土壤抗冲性是土壤抗侵蚀性能的重要方面 ,研究植物对土壤抗冲性的作用及其机制是土壤抗侵蚀
研究领域的重要课题 ,李勇等人研究黄土高原植物根系对土壤抗冲性的作用后认为 , <1 mm 的植物须
根能够显著增强黄土的土壤抗冲性 ,而植物地上部分对土壤抗冲性却无显著效果[ 4] 。但是 ,对红壤丘
陵地区植物对土壤侵蚀和抗冲性作用的研究尚鲜见报道。
百喜草是一种从台湾引进的禾本科水保植物 。本文将就百喜草根系及其地上部分对低丘红壤抗冲
性的作用进行讨论 ,这对揭示草本植被对红壤抗冲性的作用机制 ,提出合理的水土流失生物调控对策有
着重要意义。
1　材料与方法
1.1　供试土壤及取样方法
1.1.1　供试土壤　取样地点为江西省南昌市昌北梅岭下江西农业大学试验站 ,土壤类型为第四纪红色
粘土母质上发育的红壤。
1.1.2　供试植物　供试的植物为人工种植的二年生百喜草 。为了了解百喜草对土壤抗冲性的影响 ,选
择了裸地和农地(所种植的作物为花生)作为对照 。
1.2　取样和测定方法
1.2.1　土壤抗冲性样品的采集　首先选取不同处理的典型样地 ,挖掘大型土壤剖面(2 m×2 m×1 m)。
收稿日期　1998-06-28
＊　国家自然科学基金资助项目(49561005)和国家重点科技攻关项目
第 21卷第 1期 江 西 农 业 大 学 学 报 Vol.21 ,No.1
1999年 3月 Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis M ar.,1999
　　然后 ,在取样部位铲去地上部分的植被 ,用大型原状土取土器(20 cm ×10 cm×10 cm)从地表开
始 ,每 10 cm 取一个土壤抗冲性原状土样品;为了研究百喜草地上部分对土壤抗冲性的作用 ,同时在同
一土壤剖面上采一个保留 1 cm 植株茎茬的表层土壤样品 。
1.2.2　土壤抗冲性的测定方法　采用大型原状土冲刷水槽装置 ,按当地中等雨量暴雨在标准小区的单
宽流量(4 L /min)作为冲刷流量 ,冲刷坡度为15°,冲刷时间为平均暴雨历时 15 min ,在冲刷过程中每个
冲刷土样于冲刷开始后的 0.5 ,1 ,3 ,4 ,7 ,9 ,11 , 13 ,15 min取水样测定土壤的冲刷量 。
1.2.3　植物根系参数的测定方法　不同根茎的植物根系密度的调查在大型原状土样上进行 ,不同根径
的植物根系的重量测定在大型原状土样品完成土壤抗冲性之后 ,将其洗出 ,60 ℃烘干 ,称重 。
2　结果与分析
2.1　百喜草根系在土壤剖面中的分布
2.1.1　百喜草根系的根径分布特征　百喜草是一种禾本科草本植物 ,从表 1可见 ,其根系的根径均小
于 2.5 mm 。在 100 cm 土层以内 ,100 cm2根径<1 mm 的须根平均根数为 32.6 ,而根径 1 ～ 2.5 mm
的须根平均根数为 1.1 ,前者是后者的 29.64倍;在 100 cm3 土壤中根径<1 mm 的须根平均重为 1.
71 g ,而根径 1 ～ 2.5 mm 的须根平均重为 0.39 g ,前者是后者的 4.38倍 ,可见 ,百喜草的根系主要以根
径<1 mm 的须根为主。
表 1　百喜草根系在土壤剖面中的分布状况
根　径
土层深度
/cm
<1 mm 1 ～ 2.5 mm 2.5 ～ 5 mm 5～ 10 mm
根系数
/根
根重
/g
根系数
/根
根重
/ g
根系数
/根
根重
/ g
根系数
/根
根重
/ g
10 98.0 11.08 8.0 2.43 0.0 0.00 0.0 0.00
20 56.0 1.33 2.0 0.25 0.0 0.00 0.0 0.00
30 37.0 1.66 0.0 0.00 0.0 0.00 0.0 0.00
40 29.0 0.44 1.0 0.12 0.0 0.00 0.0 0.00
50 26.5 0.54 0.0 0.23 0.0 0.00 0.0 0.00
60 24.0 0.50 0.0 0.90 0.0 0.00 0.0 0.00
70 19.6 0.58 0.0 0.00 0.0 0.00 0.0 0.00
80 17.0 0.45 0.0 0.00 0.0 0.00 0.0 0.00
90 10.0 0.27 0.0 0.00 0.0 0.00 0.0 0.00
100 5.0 0.10 0.0 0.00 0.0 0.00 0.0 0.00
平均 32.2 1.71 1.1 0.39 0.0 0.00 0.0 0.00
　　注:根系数为 100 cm2内的须根的数量 , 根重为 100 cm3 土壤内须根的重量。
2.1.2 。百喜草<1 mm 的根系密度在土壤剖面中的分布　从表 1可见 ,在 10 cm 以内的表土中百喜草
<1 mm 的须根 100 cm2 内为 98.0根 ,向下逐减 ,其中 , 30 cm 以内土层中根密度占整个剖面总根密度
的 58.68%,可见 ,百喜草<1 mm 的须根主要分布在 30 cm 以内的表土中 。
对不同深度土层内百喜草和花生<1 mm 的须根与土层深度进行回归 ,分别得出其回归方程见表
2。
表 2　百喜草和花生<1 mm的须根密度在土壤剖面中的分布曲线
百　　喜　　草 花　　　　生
回归方程　y=1 376.7 x -1.0624 y=983.4x -1.470 6
R
2　　　　0.864 0.931 9
·72· 　江 西 农 业 大 学 学 报 第 21卷
图 1　百喜草与花生<1 mm 根系数(100 cm2 内)　　　　　图 2　百喜草和花生<1 mm 根系重量(100 cm3 土壤内)
　　　　　　在土壤剖面中的分布　　　　　　　　　　　 在土壤剖面中的分布
图 1结果表明 ,百喜草在土壤剖面中<1 mm的须根数量明显高于花生 ,其 30 cm 以内须根数是花
生的 3.8倍 ,100 cm 以内根系数是其 4.8倍 。
2.1.3。百喜草<1 mm 的须根重量在土壤剖面中的分布　百喜草<1 mm的须根重量在土壤剖面中的
分布状况与其密度分布极为相似。表1表明 ,在 10 cm以内的 100 cm3表土中百喜草<1 mm 的须根重
量为11.08 g ,向下呈乘幂曲线(见表 3)下降 。从图 2可见 ,百喜草在土壤剖面中<1 mm 的须根重量明
显高于花生 ,其 30 cm 以内根重是花生的 7.50倍 ,100 cm 以内根重是花生的 8.25倍 。
表 3　百喜草和花生<1 mm的须根重量在土壤剖面中的分布曲线
百　　喜　　草 花　　　　生
回归方程　y=216.21 x -1.507 6 y=163.34 x-2.103 4
R2　　　　0.884 4 0.947
2.2　百喜草对表层土壤冲蚀量和冲蚀动态过程的影响
土壤冲蚀是土壤在流水动能的作用下从土体分离悬浮 ,并被水流搬运出一定土壤区域的过程 。土
壤的冲刷量或一定时间内的径流侵蚀量决定于径流的冲刷力和搬运能力 ,以及土壤抵抗径流分散和搬
运的性能 ,即土壤的抗冲性。本试验的设计采用相同的冲刷条件 ,冲刷试验的测定结果反映不同处理的
土壤冲蚀量和冲蚀动态过程之间的差异 。
2.2.1。百喜草对表层土壤冲蚀量的影响　从表 4可以看到 ,不同处理的表层土壤冲刷量有着明显的差
异 ,表现出:百喜草(留茬)<百喜草(不留茬)<裸地<花生地 ,15 min冲刷之后 ,它们之间的总冲刷量
之比为 1∶1.79∶1.92∶8.37。
表 4　百喜草对表层土壤侵蚀量的影响 g
冲刷历时/min 0.5 1 3 5 7 9 11 13 15
百喜草(不留茬) 0.105 0.141 0.189 0.263 0.299 0.433 0.481 0.497 0.513
百喜草(留茬) 0.092 0.098 0.124 0.138 0.150 0.184 0.220 0.266 0.286
花　　生 0.756 0.973 1.287 1.649 1.931 2.099 2.189 2.275 2.395
裸　　地 0.145 0.177 0.269 0.345 0.411 0.457 0.501 0.529 0.549
2.2.2　百喜草对表层土壤冲蚀动态过程的影响　将不同处理的表层土壤的冲刷量与冲刷历时进行曲
线拟合 ,得到的回归方程为对数方程 y =aln(x)+b(见表 5)。
·73·第 1 期 吴尉东等:百喜草对红粘土性红壤抗冲性的研究
图 3　不同处理的表层土壤的冲刷动态
　　　　　　　　　　　　　　　表 5　不同处理的表层土壤的冲刷动力学方程
处理 回归方程 R 2
百喜草(不留茬) y=0.051 4 ln(x)+0.094 1 0.745 1
百喜草(留茬) y=0.125 6 ln(x)+0.131 5 0.865 6
裸　地 y=0.123 9 ln(x)+0.185 5 0.953 2
花　生 y=0.493 9 ln(x)+0.969 3 0.967 4
图 3直观地显示了不同处理的表层土壤在径流冲刷过程中冲刷量随冲刷历时变化的动力学过程。
从图中可以看出 ,在整个试验过程中 ,冲刷量均表现出:百喜草(留茬)<百喜草(不留茬)<裸地<花生
地。
2.2.3　百喜草对表层土壤抗冲性的影响　土壤的抗冲性是土壤抵抗径流分散与搬运的能力 ,它可用冲
刷单位重量(g)的土壤所需的水量(L)表示。从表 6可见 ,不同处理的表层土壤的抗冲性表现出明显的
差异:百喜草(留茬)>百喜草(不留茬)>裸地>花生地 ,15 min的冲刷试验结果显示 ,它们之间土壤抗
冲性的比值为 8.37:4.67∶4.36∶1。
表 6　百喜草对表层土壤抗冲性的影响 L·g-1
冲刷历时/min 0.5 1 3 5 7 9 11 13 15
百喜草(不留茬) 19.05 28.35 63.50 76.05 93.65 83.15 91.48 104.43 116.96
百喜草(留茬) 21.74 40.82 96.77 144.93 186.67 195.65 200.00 195.49 209.79
花　生 2.65 4.11 9.32 12.13 14.50 17.15 20.10 22.86 25.05
裸　地 13.79 22.60 44.61 57.97 68.13 78.77 87.82 98.30 109.29
2.2.4　百喜草对冲刷进程中表层土壤抗冲动态过程的影响　不同表层土壤的抗冲性随冲刷历时变化
的动力学过程可用对数方程 y =aln(x)+b 时行拟合(见表 7)。
图 4　不同处理的表层土壤抗冲性动态
表 7　不同处理表层土壤的抗冲性动力学方程
处理 回归方程 R 2
百喜草(不留茬) y=60.302ln(x)+50.883 0.969
百喜草(留茬) y=27.274ln(x)+33.292 0.960
裸地 y=26.882ln(x)+23.282 0.942
花生 y=6.370ln(x)+4.419 0.918
红粘土性红壤的抗冲性动态过程显示(见表 7和图 4),土壤在冲刷过程中其抗冲性随冲刷历时依
对数方程增加;同时 ,在整个冲刷过程之中不同处理之间土壤抗冲性表现出极大的差异 ,表现为:百喜草
(留茬)>百喜草(不留茬)>裸地>花生地。且从动态曲线可以看出 ,不同处理表层之间抗冲性的差异
随冲刷历时而增大。
2.3　百喜草下土壤冲刷的剖面特征及其与根系之间的关系 。
百喜草下土壤冲刷量的剖面特征曲线(见图 5)表明 ,在土壤剖面的不同土层中它们的冲刷量随剖
面深度的增加并不表现出明显的分布规律。将不同土层土壤的冲刷量与相应土层的<1 mm 须根的根
系密度和重量作相关分析 ,发现冲刷量与根量之间并显著的相关性。
·74· 　江 西 农 业 大 学 学 报 第 21卷
图 5　百喜草下土壤冲刷的剖面特征　　　　　　　　　　图 6　百喜草下土壤抗冲性的剖面特征
2.4　百喜草下土壤抗冲的剖面特征及其与根系的关系
图 6表明 ,与土壤剖面冲刷的剖面特征相似 ,百喜草下土壤抗冲性的剖面分布亦不表现出明显的规
律分布 ,土壤抗冲的剖面变化与百喜草根系之间无显著的相关性 。
3　结论与讨论
3.1　百喜草的根系特征
上述研究结果表明 ,百喜草根系的根径均小于 2.5 mm ,且以根径<1 mm 的须根为主 。其根系在
土壤剖面中主要分布在 30 cm以内的表土中 ,百喜草的根系密度和根系重量在土壤中的分布方程分别
为y =1 376.7 x -1.0624和 y =216.21 x-1.507 6 。
3.2　百喜草下第四纪红色粘土性红壤的冲刷与抗冲特征
百喜草表层土壤的冲刷量和抗冲性过程可用对数方程 y =aln(x)+b拟合 ,与裸地和花生地比较 ,
百喜草可明显提高土壤的抗冲性能 。但土壤冲刷量和抗冲性的剖面分布不表现出规律性 。
3.3　百喜草根系与土壤抗冲性的关系
百喜草下土壤的抗冲性与剖面中根系的分布之间无明显的相关性。这与李勇等人发现的黄土高原
<1 mm 的植物根系可以极显著强化土壤的抗冲性的结果截然不同 ,这可能是红粘土性红壤土壤极为
粘重 ,土壤本身的抗冲性很强 ,同时 ,土壤中分布的根系数量远远少于李勇等人报道的黄土中根系分布
的数量 ,因而抗冲性效果并不明显 。
3.4　百喜草地上部分对土壤抗冲性的影响
百喜草是一种匍匐生长的植物 ,其宽扁的匍匐茎及其生长的叶片对地表的被覆率达 95%以上 ,即
使其地上 1 cm 以上部分植株被人为割去 ,其对土壤表面的覆盖也>80%。同时 ,葡匐茎上生长出的侧
根又对葡匐茎起固定作用 ,这使百喜草地上部分对土壤表面起着极好的保护作用:在径流冲刷过程中 ,
一方面 ,它的地上部分减缓了水流速度 、降低了径流的动能 ,使径流对土壤的分散和输送能力降低 ,从而
使径流的侵蚀力下降;另一方面 ,它的地上部分避免了流水对大部分土壤表面的直接冲刷 ,增强了土壤
抵抗径流对土粒分离出土体的能力 ,也增加了径流输沙过程中的阻力 ,提高了表土的抗冲性。由于这种
双重作用 ,使保留一定地表覆盖的百喜草表层的土壤冲刷量大大低于不留覆盖的表土层 ,更高于裸地和
农用花生地。这一结果表明 ,在低丘第四纪红粘土性红壤上 ,百喜草是一种有效的水土保持植物。
致谢　本项研究工作得到江西农业大学季梦成副教授的热情帮助 ,谨致感谢!
参　考　文　献
1　赵其国.我国红壤的退化问题.土壤 , 1991(4):179 ～ 182
2　肖荣诂.江西省水土流失现状及其防治对策 ,水土保持通报 , 1994 , 14(3):39～ 43
·75·第 1 期 吴尉东等:百喜草对红粘土性红壤抗冲性的研究
3　史德明 , 韦启　,梁音.关于侵蚀土壤退化及其机理.土壤 , 1996(3):140 ～ 144
4　李勇 , 徐晓琴 ,朱显谟 , 等.植物根系与土壤的抗冲性.水土保持学报 , 1993 , 7(3):11 ～ 18
A Study on the Effects of Paspalum notatum Flugge on the
Anti-Scouribility of Red Earth Formed From Red Clay
Wu Weidong　Zheng Shizhang　Lu Zhihong　Wang Jinming
Cheng Suzheng　Xu Qingzhu　Dong Wengda
(College of Land Resource and Environment , JAU , Nanchang 330045)
Abstract　It is reported that:(1)The dynamic processes of the scouring loss and the anti-scouribili-
ty of soil under the g rass Paspalum notatum f lug ge can be recovered using the log arithmic equation y =a ln
(x)+b , but no correlations can be built between soil loss and soil anti-scouribility w ith soil depth.(2)
Remarkable intensifying ef fect of the grass on the surface soil anti-scouribility is found when compared
w ith bare soil and/or farm land.But no correlations are found betw een soil anti-scouribility w ith the g rass
root.(3)The grass Paspalum notatum flugge can decrease the erosivity of runoff , and increase the anti-
scouribility of surface soil when runoff scouring occurs due to i ts characterist ic of craw ling g row th.And this
makes it an optimum grass for soil conservation in the hilly red-clayed red earth region.
Key words　Paspalum notatum Flugge;red earth fo rmed from red clay ;anti-scouribili ty
上　网　信　息
科技期刊上网是衡量科技期刊实现网络化 、数字化和现代化的重要标志 ,
拟将作为期刊评价指标之一 。为适应现代化科技期刊电子化 、信息化发展的
需要 , 《江西农业大学学报》根据国家科委“国科发信[ 1997] 199号《国家科委
关于加强信息资源建设的若干意见》文件精神 ,接中国科学技术信息研究所
《关于中国科技论文统计源期刊上网的通知》 ,及时争取加入了由万方数据网
络中心制作的万方数据(ChinaInfo)系统科技期刊群网络 ,从而提高了科技论
文统计分析的自动化水平 ,扩大学报传播范围 ,加快发行速度 ,实现现代科技
期刊电子化 、信息化的要求 。
·76· 　江 西 农 业 大 学 学 报 第 21卷