全 文 ：黄土性土壤固化对黑麦草生长和根系活力的影响*
刘月梅1,2 摇 张兴昌3* *摇 王丹丹1
( 1西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100; 2延安职业技术学院, 陕西延安 716000; 3中国科学院 /水利部水土保
持研究所水利部水土保持生态工程技术研究中心, 陕西杨凌 712100)
摘摇 要摇 采用盆栽试验,研究了安塞黄绵土不同容重、不同固化剂(路邦 EN鄄1 固化剂)掺量对
黑麦草生长和根系活力的影响.结果表明: 黄绵土容重在 1郾 2 ~ 1郾 4 g·cm-3范围内,随土壤容
重的增加,黑麦草叶绿素含量、根系活力、根冠比、根生物量和植株生物量均降低;各土壤容重
条件下,黑麦草叶绿素含量、根系活力、根冠比、根生物量和植株生物量均高于对照,且随着固
化剂掺量的增加均呈先增加后降低的趋势.土壤容重和固化剂掺量交互作用对根生物量和总
生物量的影响均显著(P<0. 05) . 总体来看,土壤容重 1郾 3 g·cm-3、固化剂掺量 0郾 15%处理
下,各指标值均最高.
关键词摇 土壤固化剂摇 根系活力摇 叶绿素摇 根冠比摇 生物量摇 黑麦草
文章编号摇 1001-9332(2011)10-2604-05摇 中图分类号摇 S156. 2,S311摇 文献标识码摇 A
Effects of loess soil stabilization on Lolium perenne L. growth and root activity. LIU Yue鄄
mei1,2, ZHANG Xing鄄chang3, WANG Dan鄄dan1 (1College of Resources and Environment, Northwest A
& F University, Yangling 712100, Shaanxi, China; 2Yanan Vocational and Technical College, Yan爷
an 716000, Shaanxi, China; 3Ministry of Water Resources Research Centre on Soil and Water Conser鄄
vation, Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water
Resources, Yangling 712100, Shaanxi, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(10): 2604-2608.
Abstract: Taking the loess soils with bulk density 1郾 2 g·cm-3, 1郾 3 g·cm-3, and 1郾 4 g·cm-3
from Ansai, Shaanxi Province as test objects, a pot experiment was conducted to study the effects of
different amendment amount of soil stabilizer (EN鄄1 stabilizer) on the growth and root activity of
ryegrass (Lolium perenne L. ). Within the range of the bulk densities, the leaf chlorophyll content,
root activity, root / shoot ratio, root biomass, and plant biomass of L. perenne all decreased with in鄄
creasing soil bulk density, and were higher under the amendment of EN鄄1 stabilizer, as compared
with the control. With increasing amendment amount of EN鄄1 stabilizer, the leaf chlorophyll con鄄
tent, root activity, root / shoot ratio, root biomass, and plant biomass had a trend of increased first
and decreased then. Soil bulk density and stabilizer amendment amount had significant interactive
effect on the root biomass and plant biomass. Overall, the values of the test indices were the highest
under 1郾 3 g·cm-3 soil bulk density and 0. 15% EN鄄1 stabilizer amendment amount.
Key words: soil stabilizer; root activity; chlorophyll; root / shoot ratio; biomass; ryegrass (Lolium
perenne L. ).
*中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2鄄YW鄄441)资助.
**通讯作者. E鄄mail: zhangxc@ ms. iswc. ac. cn
2011鄄03鄄31 收稿,2011鄄07鄄23 接受.
摇 摇 随着经济的发展,人们对环境保护和交通安全
的观念发生了转变,由高速公路工程建设引发的边
坡防护问题越来越受到人们的关注[1] . 土壤本身的
渗透性、抗冲蚀性决定了边坡坡面抵抗冲刷的能力.
黄土的母质较为松散,具有大孔性的基本结构[2],
在一定的雨强条件下,其土壤入渗量大,抗蚀性较
低.土壤固化剂是一种性能优良的土工复合材料,由
多种无机和有机材料配制而成,在常温下能与土壤
发生一系列的物理化学反应,可胶结土粒、填充土壤
空隙,从而改善土壤的强度、耐久性等[2-3] .目前,固
化剂的研究主要集中在交通道路、环保工程、水土保
持及水利工程的护坡、防渗、集流面等领域[4-8] . 研
究表明,EN鄄1 固化剂可以显著增大黄土干密度,提
高土壤抗剪强度、抗渗性、水稳性团聚体含量及土壤
结构体的稳定性[9-11] .
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 10 月摇 第 22 卷摇 第 10 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2011,22(10): 2604-2608
植物与边坡土体的作用是相互的,植物的生存
离不开土体环境,植物又可以通过力学效应和水文
效应增加坡面的稳定性[12-15] .黄土边坡的生态防护
应兼顾土壤抗蚀与植被生长,将边坡土壤固化与植
被建设有机地结合起来,既提高边坡土质的稳定性
又能实现边坡的生态防护,达到“生态、环保、绿色、
高效冶的效果.因此,探讨固化土壤条件下边坡植被
生长调控机制对边坡生态防护具有重要意义. 本文
以陕北高速公路黄土边坡常用的植物黑麦草(Loli鄄
um perenne L郾 )为对象,研究黄土高原典型土壤黄绵
土不同容重和不同固化剂掺量对黑麦草叶绿素含
量、根系活力、根冠比和生物量的影响,为黄土边坡
生态防护中固化剂的应用提供科学依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验材料
供试黑麦草为丹麦丹农种子有限公司生产的
“玲珑冶坪用品种. 试验前对种子进行品质鉴定:种
子的发芽率为 76郾 3% ,纯净度为 98% ,千粒重为
3郾 76 g.
供试土样为陕西省安塞地区的黄绵土,属弃耕
地耕层土壤,质地为粉壤土,有机质 3郾 08 g·kg-1,
总氮 0郾 37 g·kg-1,pH 8郾 58,含粘粒 12郾 0% 、粉粒
55郾 5% 、砂粒 32郾 5% .
供试固化剂为美国 CSS 技术公司生产的路邦
EN鄄1 土壤固化剂,是一种高浓缩的酸性酱棕黑色有
机溶液,可将土壤中的矿物质和土壤分子分解,使其
重新结晶形成金属盐,保持土壤持久稳定.它在浓缩
状态下无挥发性,不燃烧,有强烈的刺激性酸味,稀
释后无任何危害,对生态无破坏、对环保无影响[9] .
1郾 2摇 试验设计
2010 年 4 月—2011 年 3 月,试验在陕西杨凌中
国科学院水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地
农业国家重点实验室 ( 108毅 4忆 33郾 59义 E, 34毅 16忆
31郾 30义 N)防雨棚下进行.试验采用完全随机区组设
计,设 3 个土壤容重为 1郾 2、1郾 3、1郾 4 g·cm-3 [11,16];5
个固化剂掺量为 0、0郾 05% 、0郾 1% 、0郾 15% 、0郾 2%
(以干土质量计),分别记作 CK、G0郾 05、G0郾 1、G0郾 15、
G0郾 2,5 次重复.
土壤风干后过 2 mm 筛,按 16%质量含水率[5]
取一定体积的水,在水中加入一定比例的固化剂,搅
拌均匀后用撒壶分层撒入土中拌匀,用塑料防水布
盖好密闭 24 h,待土壤水分分布均匀后,按照设计容
重分层装入塑料桶,所用塑料桶规格为 29 cm 伊
22 cm伊26 cm (上径伊下径伊高).盖上塑料防水布于
室温下养护 10 d 后播种[9,11] . 播种采用穴播,每盆
固定 34 穴,每穴 4 粒.在苗期保持充足的水分供应,
待出苗整齐后,每穴固定 2 株,土壤含水量控制在田
间持水量的 80% .
1郾 3摇 测定方法
2010 年 8 月 20 日,黑麦草生长旺盛并渡过高
温季节后,取植株地上部在 105 益下杀青 30 min,
80 益下烘干 48 h 后称量;将整盆根系取出冲洗,称
取 5 g 鲜根低温保存,采用 TTC 法[17]测定根系活
力,再将其余根系烘干,测干质量. 参照 Arnon[18]的
方法测定叶绿素含量.
1郾 4摇 数据处理
采用Microsoft Excel 2003和 SAS 9郾 0软件对数据
进行统计分析和绘图,采用 Duncan法进行多重比较.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同处理对叶绿素含量的影响
叶绿素是反映植物叶片光合能力的重要指标,
其含量高低对光合速率有直接影响. 由图1可以看
图 1摇 不同处理下黑麦草叶片的叶绿素含量和根系活力
Fig. 1 摇 Chlorophyll content and root activity of ryegrass under
different treatments.
不同小写字母表示相同土壤容重下不同固化剂掺量处理间差异显著
(P<0郾 05) Different small letters indicated significant difference in the
same soil bulk density among different soil stabilizer content treatments at
0郾 05 level郾 不同大写字母表示相同固化剂掺量下不同土壤容重处理
间差异显著 ( P < 0郾 05 ) Different capital letters indicated significant
difference in the same soil stabilizer content among different soil bulk
density treatments at 0郾 05 level郾
506210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘月梅等: 黄土性土壤固化对黑麦草生长和根系活力的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
出,各固化剂掺量条件下,1郾 2 和 1郾 3 g·cm-3土壤
容重处理下黑麦草叶绿素含量均高于土壤容重
1郾 4 g·cm-3 .其中,土壤容重 1郾 3 g·cm-3条件下,
CK、G0郾 05、G0郾 1、G0郾 15和 G0郾 2处理下叶绿素含量比容重
1郾 4 g·cm-3 分别增 高 32郾 0% 、 31郾 4% 、 21郾 4% 、
33郾 1%和 31郾 8%,反映出土壤中无论是否加入固化
剂,土壤紧实都会影响叶片的光合能力.各固化剂掺
量条件下,叶绿素含量在土壤容重 1郾 2 与 1郾 3
g·cm-3处理之间的差异不显著,这可能是由于黄绵
土土质松散并且孔隙较大,在黑麦草种植管理过程
中,低容重(1郾 2 g·cm-3)的土壤在盆栽管理过程中
受土壤和水自身重力的影响而下陷,部分土层土壤变
得紧密,土壤容重增大,从而影响了叶片的光合能力.
各土壤容重条件下,黑麦草叶绿素含量随着固
化剂掺量的增加均呈先增加后减小的趋势,但土壤
容重 1郾 2 和 1郾 3 g·cm-3条件下各固化剂掺量处理
间差异不显著;添加固化剂处理的黑麦草叶绿素含
量均高于对照,说明土壤中添加一定比例的固化剂
能够促进黑麦草叶片的光合作用(图 1).
2郾 2摇 不同处理对根系活力的影响
根系活力是指根系新陈代谢的活动能力,是反
映根系吸收功能的重要指标. 根系活力越大,其代
谢、吸收矿物营养和水分的能力越强.由图 1 可以看
出,同一固化剂掺量条件下,黑麦草根系活力随土壤
容重的增大逐渐减弱. 其中,除 G0郾 1外,各固化剂掺
量条件下根系活力在土壤容重 1郾 2 与 1郾 3 g·cm-3
处理间差异均不显著,但二者均显著高于土壤容重
1郾 4 g·cm-3处理(P<0郾 05). 这说明土壤中无论是
否添加固化剂,高容重(1郾 4 g·cm-3)土壤对黑麦草
根系活力的抑制作用均大于中(1郾 3 g·cm-3)、低容
重土壤.
各土壤容重条件下,根系活力随固化剂掺量的
增加均呈先增大后减小的趋势. 同一土壤容重条件
下,各固化剂掺量处理下根系活力均大于对照,其
中,土壤容重 1郾 3 和 1郾 4 g·cm-3条件下,G0郾 05、G0郾 1
和 G0郾 15处理下差异达显著水平(P<0郾 05),这反映
出添加固化剂可以增大黑麦草的根系活力,促进其
对土壤水分和养分的吸收.
2郾 3摇 不同处理对根冠比的影响
由表 1 可以看出,各土壤容重条件下,添加固化
剂处理的黑麦草根冠比均大于未添加固化剂处理,
而且根冠比随固化剂掺量的增加均呈先增大后减小
的趋势.综合来看,各固化剂掺量条件下,根冠比在
土壤容重 1郾 3 g·cm-3处理下最大,1郾 4 g·cm-3处理
下最小;在土壤容重 1郾 2、1郾 3 和 1郾 4 g·cm-3条件
下,固化剂掺量分别为 0郾 1% 、0郾 15%和 0郾 15%处理
下,根冠比达最大值.
2郾 4摇 不同处理对生物量的影响
由表 2 可知,除 G0郾 15外,各固化剂掺量条件下,
黑麦草根生物量在土壤容重 1郾 2 和 1郾 3 g·cm-3处
理下均大于容重 1郾 4 g·cm-3,其中,G0郾 05、G0郾 15、G0郾 2
条件下不同容重处理间差异显著(P<0郾 05),这说明
土壤紧实制约黑麦草根系生长. 各固化剂掺量条件
下,不同容重对黑麦草总生物量的影响规律不同,但
总生物量在土壤容重 1郾 3 g·cm-3处理下均大于容
重 1郾 4 g·cm-3,其中,G0郾 15、G0郾 2条件下不同容重处
理间差异显著(P<0郾 05).
各土壤容重处理下,黑麦草根生物量和总生物
量随固化剂掺量的增加均呈先增大后减小的趋势;
而且添加固化剂处理的根生物量和总生物量均显著
大于未添加固化剂处理(P<0郾 05),这说明固化剂对
黑麦草的生长有促进作用.
土壤容重 1郾 4 g·cm-3、固化剂掺量为 0 条件下,
黑麦草根生物量和总生物量在各处理中均最小(表
2).方差分析表明,土壤容重和固化剂掺量交互作用
对根生物量和总生物量的影响均显著(P<0郾 05),说
明在合适的土壤容重和固化剂掺量条件下,黑麦草能
够生长良好,根系和植株生物量达到最大.
表 1摇 不同处理下黑麦草的根冠比
Table 1摇 Root / shoot ratio of ryegrass under different treatments (mean依SD)
土壤容重
Soil bulk density
(g·cm-3)
固化剂掺量 Stabilizer content (% )
0 0郾 05 0郾 1 0郾 15 0郾 2
1郾 2 1郾 50依0郾 03Ac 1郾 56依0郾 02Aab 1郾 57依0郾 02Ba 1郾 52依0郾 01Cbc 1郾 52依0郾 02Bbc
1郾 3 1郾 50依0郾 05Ac 1郾 56依0郾 03Ac 1郾 69依0郾 03Ab 1郾 78依0郾 03Aa 1郾 69依0郾 06Ab
1郾 4 1郾 32依0郾 03Bd 1郾 45依0郾 01Bc 1郾 55依0郾 01Bb 1郾 61依0郾 02Ba 1郾 45依0郾 03Bc
同行不同小写字母表示相同土壤容重下不同固化剂掺量处理间差异显著 (P<0郾 05) Different small letters in the same row indicated significant
difference in the same soil bulk density among different soil stabilizer content treatments at 0郾 05 level郾 同列不同大写字母表示相同固化剂掺量下不同
土壤容重处理间差异显著 (P<0郾 05) Different capital letters in the same column indicated significant difference in the same soil stabilizer content
among different soil bulk density treatments at 0郾 05 level郾 下同 The same below郾
6062 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
表 2摇 不同处理下黑麦草的生物量
Table 2摇 Biomass of ryegrass under different treatments (mean依SD)
项目
Item
土壤容重
Soil bulk density
(g·cm-3)
固化剂掺量 Stabilizer content (% )
0 0郾 05 0郾 1 0郾 15 0郾 2
根生物量 1郾 2 9郾 17依0郾 21Ac 10郾 54依0郾 20Ab 11郾 17依0郾 16Aa 10郾 15依0郾 26Cb 10郾 23依0郾 16Bb
Root biomass 1郾 3 9郾 29依0郾 42Ac 9郾 65依0郾 43ABc 11郾 22依0郾 28Ab 13郾 52依0郾 37Aa 11郾 15依0郾 76Ab
(g) 1郾 4 8郾 67依0郾 35Ac 9郾 25依0郾 44Bb 10郾 93依0郾 20Aa 11郾 10依0郾 22Ba 9郾 76依0郾 19Bb
总生物量 1郾 2 15郾 29依0郾 25Ac 17郾 30依0郾 36Ab 18郾 28依0郾 24Aa 16郾 82依0郾 47Cb 16郾 96依0郾 31ABb
Total biomass 1郾 3 15郾 49依0郾 55Ac 15郾 85依0郾 59ABbc 17郾 88依0郾 48Ab 21郾 10依0郾 50Aa 17郾 76依1郾 00Ab
(g) 1郾 4 15郾 27依0郾 57Ab 15郾 62依0郾 78Bb 17郾 97依0郾 28Aa 18郾 02依0郾 29Ba 16郾 47依0郾 44Bb
3摇 讨摇 摇 论
高速公路边坡土壤侵蚀的内在机制是土体的分
解和土粒的搬移. 土壤容重越大,入渗速率越小,抗
蚀性越强.同时,土壤容重作为土壤的物理特性之
一,是表征土壤肥力的重要标志,与根系的穿透阻
力、土壤含水量、凋萎系数、土壤通气性以及水肥的
利用率等密切相关[20-21],影响植物根系细胞和组织
呼吸及养分吸收量[19] . 容重大表明土壤紧实板硬,
妨碍根系伸展,从而导致根系活力[19-20,22]和根系生
物量下降[23-26] . Houlbrooke 等[23]研究表明,牧草地
上部生物量随土壤容重的增加而降低,增大土壤容
重不利于植物生长. 本研究也表明,土壤容重在
1郾 2 ~ 1郾 4 g·cm-3范围内,根系活力和根生物量随
土壤容重的增加均下降(图 1 和表 2),同时说明土
壤中加入 EN鄄1 固化剂并没有改变因土壤紧实植物
生长受到影响这一规律. 根冠比随土壤容重的增加
而减小(表 1),表明容重的增加对根的抑制作用大
于植株地上部分,这一结果与宋家祥等[22]研究不同
土壤紧实度对棉花根系生长影响的结果一致.因此,
考虑到 EN鄄1 固化剂对植物生长的影响,要使黄土
边坡生态防护具有土壤抗蚀和植物生长良好的双重
作用,不能完全按照最大干密度和最优含水率来设
计土壤紧实度.另外有研究表明,土壤磷和钾流失量
随土壤容重的增大而增大[27-28];适当紧实的土壤能
增加根系与土壤的密接度,提高根系对水肥的利用
率[25] .因此,固化黄土边坡生态防护时应选择合适
的土壤容重.
有研究表明,EN鄄1 离子固化剂有利于改善土壤
结构、增加土壤的饱和导水率和有机质含量;但是随
着固化剂掺量的增大,土壤水分有效性和 pH 值降
低,而且固化剂掺量越大影响越大[8-11] . 因此,不同
掺量固化剂可以通过影响土壤理化性质,最终影响
植物的生长.本研究中,各土壤容重条件下,黑麦草
叶片叶绿素含量、根系活力、根冠比、根生物量和总
生物量均随固化剂掺量的增加呈先增加后降低趋
势,反映出土壤中加入适量固化剂可以促进黑麦草
的光合作用、根系的吸收功能及生物量的累积.综合
考虑,在黄土边坡进行生态防护时,为了兼顾土壤抗
蚀[10]与植物生长,建议土壤容重为 1郾 3 g·cm-3、固
化剂掺量为 0郾 15% .
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作者简介 摇 刘月梅,女,1971 年生,博士研究生,副教授. 主
要从事生态环境工程研究. E鄄mail: yameilin@ 126. com
责任编辑摇 孙摇 菊
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