植物根系对土壤风蚀影响的实验研究

Vegetation as the main factor to control soil erosion that result from interactions between overground part and root system. Wind erosion and water erosion exist differences in physical mechanism, the effect of vegetation on soil wind and water erosion is different too. The international and domestic study of relationship between vegetation and soil erosion mainly focused on water erosion. The study of wind erosion has more focus on protective effect of plant aerial portion, the impact of plant roots on wind erosion has been ignored. This study intends to use indoor wind tunnel, high-speed digital camera and sand sampler to calculate the power of wind erosion at different heights. The relations between wind speed, root diameter, root weights and wind erosion amount were established by experiment for various roots in soil samples. Objective to reveal the influence of different root diameter and weights on soil anti-erosion ability, through comparing the erosion power of wind with the forms of soil sample vary with time and height. We establish the relationship between the soil anti-erosion ability and plant roots from the process and result of wind erosion. As the complement to vegetation factors of soil wind erosion, the results of this research not only develop theoretic study, but also can provide theoretical guidance and technical support in policy-making.

植被作为抑制土壤侵蚀的主要因素，对土壤侵蚀的控制是通过冠层和根系两部分共同实现。水蚀与风蚀机理过程不同，植被对其控制作用也存在差异。国内外有关植被与土壤侵蚀关系的研究多集中于水蚀方面，对于风蚀，研究关注更多的是植物地上部分对土壤风蚀的防护效应，根系对土壤风蚀影响的研究还较为薄弱。本研究拟通过室内风洞模拟实验，利用数字高速摄像仪和集沙仪获取携沙风床面在不同高度的侵蚀动力；通过对不同根系直径和含量的土壤样品进行风洞试验来建立摩阻风速、根系直径和含量与风蚀量之间的定量关系；通过对照携沙风侵蚀动力和土壤样品风蚀速率随时间和高度的动态变化过程，揭示植物根系直径和含量对土体抗风蚀能力的影响规律，从风蚀结果和过程两方面建立土体抗风蚀能力与植物根系的关系。作为土壤风蚀植被影响因子研究的有力补充，此研究结果不仅能够完善土壤风蚀理论，也将为防沙治沙措施的合理制定提供理论指导和技术支撑。

本研究选择毛乌素沙地的原状风沙土来制作土壤样品，并按照3种含量等级，依次混合3组直径范围的真实植物根系，在4组摩阻风速下开展风洞实验。其目的在于揭示植物根系直径和含量对土体抗风蚀能力的影响规律。主要结果如下：(1)在风速与土壤风蚀速率方面：根系直径最小，且含量最高的样品对于不同风速下土块的风蚀都有较好的抑制作用。反之，当根系直径增大为时，根系含量最高样品风蚀速率也最大，而根系含量较少样品反倒具有较好的抑制风蚀的作用。当土块样品中根系的直径最大时，只有中等根系含(0.005 g/cm3)的土块才具备较好的抗风蚀作用。(2)在根系含量和直径与土壤的风蚀速率方面：不同风速下，根系直径为0.4-0.8mm，且根系含量为0.005g/cm3的土块样品在不同实验阶段的风蚀速率都较为稳定，相比其他根系含量和直径的样品而言其抑制风蚀的效果也最明显。(3)选取同一组含有根系的土壤样品进行两组对照试验，其中一组试验采用连续拍照的形式完整记录土壤样品风蚀形态变化的全过程，另一组对照试验则采取连续称量的方式记录固定间隔样品的风蚀量。选取相同时间节点，对比采用拍照法经图像解译估算土壤风蚀量与间隔称量土壤样品风蚀量的差值，利用SPSS统计软件，对估算风蚀量和称量的土壤风蚀量进行拟合，发现在6、8、10、12m/s的4组不同风速下，估算和称量风蚀量的差值占风蚀样品质量的百分比均小于2%，其中风速为6、10、12m/s时，误差均在1%之内。上述方法的验证间接证明了采用连续拍照法并经过模型修正后来代替间隔称量方法测算土壤风蚀量具有一定可行性。(4)利用计算机对风蚀过程中拍摄照片进行解译后获得不同根系土壤样品风蚀过程中风蚀速率随高度的变化。由数据分析可知：不同根系土壤样品风蚀速率最大值通常都出现在风蚀的初始阶段，但随着风蚀过程的进行，不同根系土壤样品风蚀速率随样品高度的变化存在较大差异。