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［作者简介］莫明浩(1981—) ，男，江西抚州市人，工程师，博
士，主要从事水土保持与流域生态环境研究工作。
［收稿日期］2012 － 03 － 30
(责任编辑 李杨杨)
水分胁迫及土壤质地对新银合欢
幼苗根系生长的影响
陈 东1，2，3，王道杰1，2，郭灵辉1，2，陈晓艳1，2，3
(1．中国科学院 水利部 成都山地灾害与环境研究所，四川 成都 610041;
2．中国科学院 山地灾害与地表过程重点实验室，四川 成都 610041;
3．中国科学院 研究生院，北京 100049)
［关键词］新银合欢;幼苗;根系;土壤质地;水分胁迫
［摘 要］新银合欢是生物措施治理泥石流的重要树种，但在金沙江干热河谷的泥石流源区，干旱少雨和土壤砾石含量
高已成为新银合欢生长的主要限制因子。为揭示新银合欢幼苗在生境中的抗逆特性，利用盆栽模拟试验，从水分胁迫和
土壤质地的角度研究了非生物因素对新银合欢幼苗根系生长的影响，结果表明:对根系生长的影响水分胁迫程度大于土
壤质地状况;在相同土壤质地条件下，水分胁迫程度与根系长度、累积表面积及根尖数量均呈负相关;在相同土壤水分条
件下，低砾石含量的土壤对根系生长的促进作用总体优于高砾石含量的，但在极端水分条件下这种差异不明显;低砾石
组和高砾石组对根系生长构成限制条件的土壤水分含量分别在 8． 25%、11． 46%以下。
［中图分类号］S793 ［文献标识码］B ［文章编号］1000 － 0941(2012)06 － 0034 － 04
研究区位于中国科学院东川泥石流观测站所在的蒋家沟
流域(103°06—103°13E，26°13—26°17N) ，属于中山地貌。
区内多年平均气温 20． 2 ℃，极端最高气温 40． 9 ℃，极端最低气
温 － 6． 2 ℃，年活动积温 7 177 ℃，年日照时数 2 292． 4 h，年太
阳辐射总量 138． 8 kJ /cm2，干湿季分明，88%的降雨集中在雨季
(8—10 月) ，年均降水量 691． 3 mm，年均蒸发量 3 752． 17 mm，
相对湿度 54%，属于半干旱气候区［1］。区内老构造错综复杂，
［基金项目］国家“973”计划项目(2011CB409903) ;中国科学院知识工
程重要方向项目(KZCX2 － YW － 332) ;国家自然科学基金
资助项目 (40771025)
新构造运动剧烈，加之人类不合理的经济活动，使得该区域成
为我国泥石流最为发育的代表区［2］。
新银合欢是生物措施治理泥石流的重要树种之一，通过其
根系固土效应和对土壤结构的改良效应，能有效地抑制灾害的
发生。目前生物抑灾林多种植在坡脚与海拔较低的坡中部位，
在泥石流物源区，尤其是坡顶及海拔比较高的山地，由于水土
组合条件较差，往往导致生态修复时物种成活率低［3 － 4］。一般
情况下，植物生长受到多重因素胁迫的影响［5 － 7］，而其中抑制
生态修复植物成活的主要因素是来自外界的非生物胁迫作用，
如温度、水分、光照、土壤质地等。多重胁迫效应机理比较复
杂，不能简单地从其所面临的各个单一胁迫效应的角度来度
·43· 中国水土保持 SWCC 2012 年第 6 期
DOI:10.14123/j.cnki.swcc.2012.06.032
量［8 － 9］，通常比单一胁迫危害性更大［10 － 11］。
云南蒋家沟位于金沙江流域干热河谷区，降雨量少、蒸发
量大，水分胁迫是新银合欢生态功能发挥的重要影响因子;同
时，泥石流源区土壤质地中大于 2 mm的颗粒质量占 50%以上，
土壤质地较差，保肥保水功能较弱，严重抑制了生物措施生态
功能的正常发挥。干旱少雨和高砾石含量是影响研究区内新
银合欢正常生长的重要因子，严重地影响了新银合欢防治泥石
流灾害的生态功能。结合植物学原理，在植物个体发育过程中
幼苗对水分胁迫的敏感性最高，随着年龄的增长，植株逐渐变
大，对水分胁迫的敏感性逐渐降低［12 － 13］。因此，为探讨泥石流
源区新银合欢在生境中的抗逆特性，本文重点分析了土壤质地
和水分条件对其幼苗根系生长的影响，以期为泥石流源区生态
修复和减灾技术提供理论参考。
1 试验材料与方法
1． 1 试验概况
2010年 5 月在云南蒋家沟采集泥石流堆积物原状土，带回
实验室风干过筛，分析其机械组成。将泥石流堆积物过筛后，
按砾石含量配成高砾石土壤和低砾石土壤，每种土壤分装 12
个试验盆，共 24 盆，每盆约 4． 7 kg土。土壤级配及水分状况见
表 1。用 TDR水分仪进行水分校正，并以饱和含水量为参考标
准来确定水分胁迫程度。低水分胁迫组、中水分胁迫组、高水
分胁迫组含水量分别为饱和含水量的 75% ～ 85%、45% ～
55%、15% ～25%。由此构成两个试验因素的 2 × 3 析因设计，
每组 3 个重复。试验土样配置完成后，将试验盆置于室外搭建
好的试验棚内。为确保试验中除土壤水分和土壤质地以外其
他所有因子与室外生境条件相同，试验棚顶设计为活动型的，
可自由盖上和打开，即在天晴时揭开试验棚的顶部，下雨时将
棚顶盖上。在盆中央分别种 3 ～ 5 粒新银合欢种子，待幼苗出
土后，只留一株健壮的新银合欢苗进行试验测试，其他的苗全
部拔除。每隔 1 天用 TDR水分测试仪测定土壤含水量，然后
表 1 土壤级配及水分状况
土壤质地
各粒级土壤质量百分比(%)
2—
20 mm
1—
2 mm
0． 5—
1 mm
0． 25—
0． 5 mm
＜0． 25
mm
水分状况(g /kg)
风干
含水量
饱和
含水量
低砾石土壤 39． 00 12． 00 16． 00 15． 00 18． 00 6． 7 183． 4
高砾石土壤 59． 00 8． 00 10． 00 10． 00 13． 00 6． 16 152． 8
根据不同土壤质地下土壤水分设计标准，及时补充所缺水分，
以保证土壤含水量在试验设计标准范围内。
1． 2 试验样品采集
2010 年 9 月中旬，分别采集新银合欢地上部分和地下部分
试验样品。地下根系样品采集过程为:将试验盆中加满水，浸
泡 2 h后倒扣花盆，然后用水小心地冲洗新银合欢根系，以保证
根系的完整性。
1． 3 试验方法
将采集的全部根样带回实验室，用根系扫描分析系统
(WinRHIZO)进行测试，获得根系长度(累积长度)、根系表面积
(累积表面积)、根尖数量等参数(表 2)。采用析因设计定量资
料方差分析法，分析土壤质地和水分及其交互作用对新银合欢
幼苗根系生长的影响。
表 2 不同试验组根系根尖总量、表面积和长度
试验组
每个重复根系长度(cm)
1 2 3
每个重复根系表面积(cm2)
1 2 3
每个重复根尖总量(个)
1 2 3
低砾石低水分胁迫 269． 97 293． 92 251． 15 19． 84 20． 35 18． 23 985 880 756
低砾石中水分胁迫 272． 39 285． 17 268． 62 19． 25 19． 63 19． 92 590 1 432 826
低砾石高水分胁迫 166． 56 197． 80 167． 65 14． 68 15． 03 14． 72 360 272 321
高砾石低水分胁迫 250． 37 279． 25 251． 68 18． 57 19． 33 18． 10 737 741 1 014
高砾石中水分胁迫 226． 21 195． 53 238． 91 17． 43 16． 16 17． 34 440 483 285
高砾石高水分胁迫 183． 13 239． 64 184． 82 15． 94 17． 66 14． 76 434 498 287
2 试验结果分析
2． 1 土壤质地及水分胁迫对新银合欢根系长度的影响
以各试验组指标值的均值为参考，土壤根系长度分布状况
见图 1。从根系平均长度来看，在低水分胁迫条件下，低砾石组
图 1 不同因素作用下根系累积长度分布状况
根系长度比高砾石组大 4． 32%;在中水分胁迫条件下，低砾石
组根系长度比高砾石组大 25． 05%;而在高水分胁迫条件下，低
砾石组根系长度反而比高砾石组小 12． 44%。
从统计分析结果(表 3)可知，土壤质地总体上对新银合欢
根系长度影响不显著(P = 0． 190 3)。但在相同水分条件下，比
较低砾石组根系长度与高砾石组根系长度，得出在中等水分胁
迫条件下土壤质地对新银合欢幼苗根系长度存在显著影响(P
= 0． 007 4 ＜ 0． 05) ，而低水分胁迫和高水分胁迫条件下这种影
响不显著(P = 0． 524 3，P = 0． 167 5)。在中水分胁迫条件下，低
砾石组根系长度的生长状况显著优于高砾石组 25． 05%，即在
中等水分胁迫条件下，低砾石组新银合欢根系长度大于高砾石
组，而在极端水分条件下土壤质地对根系生长的抑制作用差异
不显著。
土壤水分含量显著影响根系长度(P = 0． 000 1)。在低砾
石组中，高水分胁迫组根系长度只有低、中水分胁迫组的 65%
左右，它与低、中水分胁迫组之间的差异显著(P 均小于
·53·陈东等:水分胁迫及土壤质地对新银合欢幼苗根系生长的影响
0. 001) ，而低水分胁迫组和中水分胁迫组根系长度差异不显著
表 3 不同因素对根系长度、表面积及根尖数量影响的分析结果
项目
根系长度
检验统计量 P值
根系表面积
检验统计量 P值
根尖数
检验统计量 P值
JP 1． 930 0 0． 190 3 3． 070 0 0． 105 1 2． 990 0 0． 109 2
SF 21． 490 0 0． 000 1 29． 500 0 ＜ 0． 000 1 8． 820 0 0． 004 4
JP* SF 5． 510 0 0． 020 1 7． 950 0 0． 006 3 4． 020 0 0． 046 0
Dd* Dz 0． 216 6 0． 832 2 0． 181 4 0． 859 1 0． 452 7 0． 658 9
Dd* Dg 5． 502 1 0． 000 1 6． 678 3 ＜ 0． 000 1 3． 326 1 0． 006 0
Dz* Dg 5． 718 7 ＜ 0． 000 1 6． 859 8 ＜ 0． 000 1 3． 778 7 0． 002 6
Gd* Gz 2． 345 4 0． 037 0 2． 420 2 0． 032 3 2． 560 4 0． 025 0
Gd* Gg 3． 377 0 0． 005 5 3． 647 1 0． 003 3 2． 538 4 0． 026 0
Gz* Gg 1． 031 5 0． 322 7 1． 226 8 0． 243 4 0． 021 9 0． 982 9
Dd* Gd 0． 655 9 0． 524 3 1． 155 2 0． 270 5 0． 257 2 0． 801 4
Dz* Gz 3． 217 9 0． 007 4 3． 756 8 0． 002 7 3． 270 2 0． 006 7
Dg* Gg 1． 469 3 0． 167 5 1． 876 1 0． 085 2 0． 530 4 0． 605 5
注:JP代表土壤质地，SF 代表水分，“* ”表示交互作用，D 表示低砾
石含量，G表示高砾石含量，d 表示低水分胁迫，z 表示中水分胁
迫，g表示高水分胁迫;表中前 3 行检验统计量为 F 值，其他各行
为 t值。
(P = 0． 832 2 ＞ 0． 05)。说明泥石流堆积物在颗粒较细的情况
下，土壤含水量在 8． 25%(饱和含水量的 45%)以下时才对新
银合欢根系长度的生长构成限制因子。在高砾石组中，高水分
胁迫和中水分胁迫对新银合欢根系长度的生长影响不显著(P
=0． 322 7 ＞ 0． 05) ，低水分胁迫组根系长度显著高于高、中胁迫
组。说明在泥石流堆积物颗粒较粗的情况下，土壤的保水性差
或者持水时间短，土壤含水量在 11． 46%(饱和含水量的 75%)
以下时就开始显著地影响新银合欢根系长度的生长;而含水量
在 2． 29% ～ 8． 40%(为饱和含水量的 15% ～ 55%)之间变化时
对新银合欢根系生长的抑制作用差异不明显。由此可见，在相
同的土壤质地条件下，新银合欢根系的累积长度随水分胁迫程
度的加剧而变短。
土壤质地不同，土壤的孔隙度、通气状况等均会明显不同，
相应地对土壤水分的调节状况也不同。对本试验数据进行的
分析表明，土壤质地和水分胁迫之间的交互作用也显著影响新
银合欢根系长度的生长(P = 0． 020 1 ＜ 0． 05)。这可能主要是
因为土壤的物理结构影响了土壤的保水性和持水时间，从而影
响了植物水分利用效率，或者土壤的物理结构对水分的蒸散作
用产生了重要影响，间接影响了植物根系有效水的可获得性。
2． 2 土壤质地及水分胁迫对新银合欢根系表面积的影响
从表 3 和图 2(试验组均值)可知，在低水分胁迫和高水分
胁迫条件下，高砾石组根系表面积分别约为低砾石组的 95%、
108%，而统计分析表明差异不显著(P = 0． 270 5，P = 0． 085 2) ;
在中水分胁迫条件下，低砾石组根系表面积大于高砾石组
15. 43%，差异显著(P = 0． 002 7 ＜ 0． 05)。即在极端水分条件
下，土壤质地对新银合欢根系表面积的抑制作用差异不明显，
而在中水分胁迫条件下低砾石组根系表面积的生长显著优于
高砾石组。
在相同的土壤质地条件下，根系表面积与水分胁迫程度呈
负相关。在低砾石条件下，中水分胁迫组和低水分胁迫组新银
合欢根系面积差异不显著(P = 0． 859 1 ＞ 0． 05) ，而高水分胁迫
组与低、中水分胁迫组之间的面积差异显著 (均为 P
＜ 0． 000 1) ，只有中、低水分胁迫组的根系表面积值的 76%左
右。在高砾石条件下，高水分胁迫组与中水分胁迫组的根系表
面积差异不明显(P = 0． 243 4 ＞ 0． 05) ，低水分胁迫组根系表面
积显著大于高、中水分胁迫组(P = 0． 003 3，P = 0． 032 3)。此
外，土壤质地和水分胁迫的交互作用对根系面积也有重要影响
(P = 0． 006 3 ＜ 0． 05)。
图 2 不同因素作用下根系累积面积分布状况
2． 3 土壤质地和水分胁迫对根系根尖数目的影响
从表 3 和图 3(实验组均值)可以看出，在中水分胁迫条件
下，低砾石组根系根尖总量与高砾石组存在显著差异(P =
0. 006 7) ，高砾石组根尖数只有低砾石组的 42%左右。而在低
水分胁迫条件下，高砾石组根尖数约为低砾石组的 95%;在高
水分胁迫条件下，高砾石组根尖数约为低砾石组的 128%;但二
者的差异均不显著(P = 0． 801 4，P = 0． 605 5)。即中等水分胁
迫条件下，新银合欢幼苗根系根尖的生长受土壤质地的影响显
著，而在极端水分胁迫条件下这种影响作用不显著。
图 3 不同因素作用下根系根尖数量分布状况
水分胁迫(P = 0. 004 4 ＜ 0． 05)显著影响新银合欢根系的
根尖数量。在高砾石条件下，高水分胁迫组和中水分胁迫组根
尖数量差异不显著(P = 0. 982 9) ，二者的根尖数量只有低水分
胁迫组的 50%左右;而在低砾石条件下，中水分胁迫组和低水
分胁迫组新银合欢根系根尖数量差异不显著(P = 0． 658 9) ，高
水分胁迫组根尖数量只有中、低水分胁迫组的 35%左右。由此
表明新银合欢根系根尖数量与水分胁迫程度呈负相关，胁迫程
度越深根系根尖数目就越少。此外，土壤质地与水分的交互作
用也会影响新银合欢根系的根尖数量(P = 0． 046 0)。
3 结论与讨论
3． 1 土壤质地对新银合欢根系生长的影响
土壤质地对新银合欢根系长度、根系表面积及根尖总量的
影响在极端水分状况下差异不明显，而在中等水分胁迫条件下
·63· 中国水土保持 SWCC 2012 年第 6 期
低砾石组指标值均大于高砾石组。但整体分析结果均表明，土
壤质地对根系长度、根系表面积和根尖数量的影响不显著(P =
0． 190 3，P = 0． 105 1，P = 0． 109 2)。这可能是因为土壤质地对
植物根系的影响是间接的或者是次要的，当其他条件尚不足以
产生限制作用时，它的影响才能体现出来。长期试验研究表
明，甜菜、大豆、番茄、玉米、向日葵、马铃薯等作物生长在沙土
中的水分利用效率比其在壤土中低 22% ～ 25%［14］。在本试验
中除试验因素外其他外界条件均相同，土壤质地也可能通过影
响植物水分利用效率来影响植物生长。
3． 2 土壤水分对新银合欢根系生长的影响
水分胁迫程度与新银合欢根系长度、累积表面积及根尖数
量均呈负相关。在高砾石条件下，高水分胁迫与中水分胁迫组
中三项指标值差异不显著，但与低水分胁迫组差异显著;在低
砾石条件下，低水分胁迫组与中水分胁迫组中指标值差异不明
显，但与高水分胁迫组存在显著差异，表明土壤中水分状况严
重影响植物根系的生长。Whalley等［15］的研究也表明土壤水分
降低时，根际土壤强度增加会严重制约根尖的生长。
3． 3 土壤水分和土壤质地交互作用对新银合欢根系生长的影响
土壤水分和土壤质地的交互作用对新银合欢根系长度、累
积表面积、根尖数量均有影响。在相同的外来水源补给下，可
能是不同质地的土壤的保水性和持水时间不同、蒸散强度不
同，导致了植物根系对水分吸收的难易程度不同，并且由于水
分引起的土壤强度的变化可能也影响了植物生长。在低砾石
条件下，水分胁迫程度的影响小于高砾石组，主要是因为土壤
颗粒较细有利于对水分的保蓄，同时可提供给植物更多的土壤
有效水。而在高砾石组，高水分胁迫条件下新银合欢根系生长
状况优于低砾石组，可能是因为土壤质地较粗时土壤孔隙较
大，削弱了水分毛管蒸发作用，反而在极端水分胁迫条件下更
有利于保存植物生长所需的水分。故在蒋家沟流域，影响新银
合欢在海拔较高的坡顶和坡中部位分布的因素，除土壤水分限
制以外，人为因素的干扰和破坏可能是最主要的不利因素。因
此，加大生态保护力度、减轻人为因素干扰对蒋家沟流域的生
态恢复和水土流失治理意义重大。
(本研究得到了中国科学院东川泥石流观测研究站全体工
作人员的大力支持，在此表示衷心的感谢!)
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［作者简介］陈东(1985—) ，男，陕西安康市人，硕士，主要从事
生态修复研究;通信作者王道杰(1968—) ，男，四
川成都市人，研究员，博士，主要从事水土保持及
生态修复等研究工作。
［收稿日期］2011 － 10 － 15
(责任编辑 徐素霞)
·73·陈东等:水分胁迫及土壤质地对新银合欢幼苗根系生长的影响
SOIL AND WATER
CONSERVATION IN CHINA
No． 6(363)2012
Abstracts
Influence of Moisture Stress and Soil Texture to Root Growth of Leucaena Leucocephala Seedlings
CHEN Dong1，2，3，WANG Dao-jie1，2，GUO Ling-hui1，2，et al．……………………………………………………………………………
(1． Institute of Mountain Hazards and Environment，CAS，Chengdu，Sichuan 610041，China;
2． Key Laboratory of Mountain Hazards and Surface Process，CAS，Chengdu，Sichuan 610041，China;
3． Graduate School of The Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China) (34)
Leucaena leucocephala is an important tree species of ecological measures for debris flow control． While in the source area of debris flow
in the dry-hot valley of Jinsha River，aridity and high gravel content in soil have become the main limiting factors to the growth of Leucaena
leucocephala． The paper studied the influence of non-biological factors to the growth of root system from the point of moisture stress and soil
texture by simulation tests of potted plant for revealing the characteristic of anti-adversity of seedlings in habitat． The outcomes show that:a)
the influence of moisture stress to root growth is greater than that of soil texture;b)the degree of moisture stress is in negative correlation
with the length of root system，accumulated surface area and amount of root tips，under the same conditions of soil texture;c)under the
same conditions of soil texture，the soil in low gravel content is better for the growth of root system than that of high gravel content，but the
difference is not obvious under the conditions of extreme moisture conditions;d)the limiting conditions of soil moisture content of low-gravel-
content group and high-gravel-content group to the root system growth are smaller than 8． 25% and 11． 46% respectively．
Key words:Leucaena leucocephala，seedling;root system;soil texture;moisture stress
Observation of Subterranean Soil and Water Loss of Karst Area LI Jin1，2，XIONG Kang-ning1，2，WANG Xian-pan1，2………………
(1． Institute of South China Karst，Guizhou Normal University，Guiyang，Guizhou 550001，China;
2． The State Key Laboratory Incubation Base for Karst Mountain Ecology
Environment of Guizhou Province，Guiyang，Guizhou 550001，China) (38)
Taking the period from September 2009 to August 2010 as a hydrological year and small watershed as spatial scale for studying soil and
water loss，through continuous position monitoring of outlet sections of an underground stream of Wangjiazhai small watershed in karst area，
the paper obtained the discharge and sediment concentration of the underground stream after each rainfall． The outcomes show that only when
the rainfall reaches to a certain value，water rising and sediment production will obviously respond to the rainfall． The calculated soil loss of
the underground stream in the small watershed of the hydrological year is 519． 29 kg and the underground soil erosion modulus is 0． 42
t /(km2·a)by initial estimation，only making up 0． 81% of the total annual superficial-subterranean soil loss rate． The proportion of under-
ground soil loss in total soil loss of drainage basin of karst area needs to be decided by long-term monitoring data of various geomorphologic
types．
Key words:small watershed;underground stream;soil and water loss monitoring;underground soil erosion modulus;karst area
Effectiveness of Soil Moisture Keeping Under Different Gravel Cover Conditions QIN Bai-shun1，LI Bin-bin1，2……………………
(1． Key Lab of Northwest Water Resources and Environment Ecology of MOE at XAUT，Xi’an，Shaanxi 710048，China;
2． Beijing Soil Conservation and Ecology Engineering Consulting Company Limited，Beijing 100055，China) (46)
The conditions of soil moisture are main factors to constrain the restoration of vegetation and afforestation in the dry-hot valley of Jinsha
River and improving soil moisture is an inevitable approach for ecological restoration and sustainable development of agriculture in this re-
gion． In order to provide practical methods for afforestation and crop cultivation in the dry-hot valley，it conducted experimental study on ef-
fectiveness of soil moisture keeping under different gravel cover conditions． The outcomes show that:a)under the same initial conditions，
the moisture content is different at the different depth of the same plot and the moisture content increase with the increase of soil depth;b)
the moisture content and the thickness of gravel cover are in positive correlation under the different thickness of gravel cover conditions;c)
under the conditions of same thickness of coverage，the smaller particle size of gravels，the better effect to control the soil evaporation and the
higher moisture content will be．
Key words:dry-hot valley;ecological restoration;soil moisture;gravel cover
Experimental Study on Method of Propagation by Layering of Black Berry REN Ye，HE Qian，YAO Jin-xia，et al．………………
(Pingliang Institute of Soil and Water Conversation，Pingliang，Gansu 744000，China) (48)
It initially ascertained basic concept and intension of the method of propagation by layering of black berry and understood the basic char-
acteristic of growing process of propagation by layering，through observing the process of growth and development of underground seedlings
and rooting in different layering periods of the new branches of propagated maternal plants in different ages． The outcomes show that:a)the
influence of maternal plants in different ages to the natural production of new branches of black berry is not great，but is greater to the
growth;b)3-year maternal plant is more suitable to propagation by layering，comparing with 2-year maternal plant;c)the influence of dif-
ferent layering periods to the root formation，new root and the growth and development of underground seedlings is greater and not great to the
formation of underground seedlings;d)the propagation by layering in July is more suitable to the growth and development of seedlings com-
paring with that in August．
Key Words:black berry;propagating method;method of propagation by layering;layering period