植物根系對土壤侵蝕影響的研究綜述

楊雅婷 吳發啟

摘要：就我國植物根系對土壤抗侵蝕能力、土壤抗剪切能力、土壤入滲能力的影響進行綜述，分析了研究中存在的不足，并就今后研究中應該注意的問題提出了作者的觀點和看法。

關鍵詞：植物根系；土壤抗侵蝕能力；土壤滲透能力；土壤抗剪強度

我國是世界上水土流失最嚴重的國家。水土流失是自然界侵蝕力和土壤本身抗侵蝕力相互作用的結果，屬于自然現象，但人類活動加快了這一進程，其中最主要的是人類對于植被的破壞，因此植被保持水土的功能逐漸受到人們的關注，植物根系對土壤侵蝕影響的研究也取得了顯著的成果。本文將從植物根系對土壤抗侵蝕能力、土壤抗剪切能力、土壤入滲能力的影響并結合國內資料來進行綜述，以供研究者參考。

一、植物根系能增強土壤抗侵蝕能力

土壤的抗侵蝕能力[1]是指土體對于施于其上的侵蝕力的反應敏感程度，朱顯謨先生將其明確區分為土壤抗蝕性和抗沖性。土壤抗蝕性是土壤抵抗徑流對其分散[2]和懸浮[3]的能力，土壤抗沖性是土壤抵抗徑流對其機械破壞[4]和推移[5]的能力。我國土壤工作者在這一領域進行了大量研究并取得了顯著的成就，但研究區域以黃土高原為主，并且很少將抗蝕性和抗沖性區別開同時進行研究。

（一）植物根系能增強土壤抗蝕性

植物根系增強土壤抗蝕性的實質在于其能夠改善土壤的物理性質、穩定土層結構以及增加土壤中水穩性團粒和有機質的含量。吳淑安[6]在位于黃土丘陵區的張家口試驗區通過濺蝕、貫入和崩解試驗中發現根系的多少主要對土體的崩解起明顯的作用，而濺蝕和貫入主要與土壤的顆粒組成特性有關，受根系影響不大。鄭子成[7]對紫色土區全生長期玉米坡耕地進行研究，分析含根量、根系表面積和根系體積等根系特征參數與土壤抗蝕性的關系，發現二者呈極強正相關。在玉米全生育期中，根系提高土壤抗蝕性的作用呈現先增加后減小的趨勢，且增強效應主要表現在土壤表層。呂剛[8]對不同利用類型紫色土的土壤抗蝕性進行研究后發現土地利用類型與土壤抗蝕性緊密關聯，這主要是其上植物小徑級根系特別是徑級<1mm的根系的作用。

（二）植物根系能增強土壤抗沖性

植物根系是影響土壤抗沖性的重要因子。劉國彬[9]通過大量實驗發現植物根系增強土壤抗沖性的機理是一方面根系通過纏繞、固結發揮網絡串聯、根土粘結作用來改善土壤的水力學和物理性質；另一方面是根系的生物化學效應對土體構型的改變。楊玉梅[10]的研究表明，根系的影響主要體現在30cm的表層土壤，且 根徑<1mm的須根是關鍵因子。李勇[11]的研究證實雨強和坡度相同時，根系減沙效應與根密度密切相關。且細根隨深度的變化呈指數分布。曾信波[12]通過實驗推求出根密度及根量與土壤流失量的關系方程，分別為 lw=106.45e（-0.0366rd）、lw=103.82e（-3.6909rw），式中：lw表示土壤流失量（g/100cm?）；rd表示根密度（個/100cm?）；rw表示根量（g/100cm?），土壤流失量與二者皆呈負相關的指數關系，由此可看出植物根系能明顯增強土壤抗沖性。

二、植物根系能增強土壤抗剪強度

土體抗剪強度[13]是指土體抵抗剪切破壞的極限強度，前人通過大量研究發現[14]植物根系增強土壤抗剪強度的機制為根系與周圍土壤形成了復合體，一方面根系自身具備一定的抗拉強度，另一方面大量細根能增加土壤接觸面積，摩擦力的增大使得根系加筋固土效應更加明顯。李建興[14]借助庫倫公式研究發現，草本植物根系使土壤內摩擦角和粘聚力增大越多，土壤抗剪強度增強效果越好；且D≤5 mm徑級的根長密度和根表面積密度與土壤抗剪強度間有明顯的相關性，是反映土壤抗剪強度的良好指標。劉秀萍[15]通過研究林木根系與土壤抗剪強度之間的關系發現根系直徑相同時，根系分布方式增強抗剪強度效果為：復合根系>垂直根系>水平根系。

三、植物根系能增強土壤滲透能力

土壤滲透能力是水在土孔隙中滲透流動的能力。研究表明[14]，影響土壤滲透能力最重要的因素是土壤中的大孔隙結構。植物根系增強土壤滲透能力一方面是通過纏繞、網結作用使得土體能夠抵抗水流沖擊、減少崩解破碎從而防止大孔隙結構堵塞；另一方面植物根系的生長發育過程會促進大孔隙結構的形成。李建興、閆東鋒[15][16]分析了初始入滲率、穩滲率等土壤入滲特征值與根長密度、根表面積密度等根系結構參數的關系，均認為植物根系能顯著增強土壤滲透能力，且當根系徑級范圍在0.5～5mm內時，這種增強作用最為明顯。

四、問題與展望

綜上所述，植物根系在防治水土流失方面有重要作用。當前關于植物根系對土壤侵蝕影響的研究并不夠深入和系統，其中研究區域主要在黃土高原，研究對象主要是林草植被，缺少關于作物根系作用的研究，使得所研究的植物根系特征不具有完全的代表性。研究更側重于減少侵蝕機理和保持水土功能的研究，而很少考慮到其經濟和社會效益。同時由于根系的測定指標和方法的不統一，不利于研究資料的整理和交流。未來在研究根系對土壤侵蝕的影響時應注意以下幾個方面：（1）改善研究方法，統一測量指標，便于數據處理和交流；（2）擴大研究范圍，為我國整體的水土流失治理提供依據；（3）擴充研究對象，使研究更加完善，致力于研究結果的推廣和應用，發揮植物根系保持水土作用的同時兼顧其經濟和社會效益。關于植物根系對土壤侵蝕影響的研究能夠為土壤侵蝕預報和農業經濟可持續發展提供理論基礎，對改善生態環境有重大意義。

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