中草药植物对坡地土壤固碳保水协同作用研究

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wxdong2009
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当前我国坡耕地水土流失问题严重,侵蚀环境下土壤生态系统的保护至关重要,而植被覆盖具有固碳保水的作用,结合北京地区林地环境和我国中草药发展趋势,针对北京林地坡度环境,选取种植5种中草药:板蓝根(Isatis tinctoria)、百合(Lilium brownii var)、桔梗(Platycodon grandiflorus)、薄荷(Mentha canadensis Linnaeus)、蒲公英(Taraxacum mongolicum),通过对中草药生长指标和经济效益分析,选择适合北京地区种植的中草药;利用人工径流设备和人工降雨设备进行模拟试验,研究不同中草药在不同坡度下对土壤的固碳保水能力,利用三维荧光光谱技术耦合平行因子法,分析土壤不同坡位径流液(Dissolved Organic Matter,DOM)的来源和组分结构,探究中草药种植对土壤固碳保水效果的影响关系。实验结果表明:(1)选取北京地区种植常见的中草药作为适种植物,在不同坡度种植中草药后,对其生长指标以及经济效益进行分析,因不同植株生长发育和根系结构特征差异,薄荷的生长发育情况受坡度影响最小,,其它中草药生长指标在6°坡条件下均优于2°坡。5种植株(板蓝根、百合、桔梗、薄荷、蒲公英)的最低成本利润率分别为:29.0%、9.7%、2.3%、10.4%、39.0%,坡耕地下经济效益最高的三种中草药分别为:蒲公英、板蓝根和薄荷。(2)通过中草药对坡地固土保水作用影响的研究发现,CK(裸地自然生杂草)在0-10、10-20cm处土壤含水量相比于其他植株随坡度增加明显,分别为:11.2%、8.9%,种植薄荷在20-30cm处土壤含水量随坡度增加最明显为10.3%,且除薄荷外其余处理随着坡度的增加土壤含水量下降,这因为植被薄荷的植被根系结构相比于其他植株最丰富,随着深度的增加地下部根系起到了保水作用。对不同坡位径流分析发现,板蓝根对地上径流的固定作用在4个处理中效果最明显,减小:0.96%,其次是薄荷流失:12.3%和CK流失:14.8%,蒲公英随坡度增加地上径流流失程度最大:24.3%。薄荷对壤中流流失量最小,减小:8.7%,其次是CK减小:7.5%、板蓝根,蒲公英随坡度增加壤中流成增加趋势。薄荷的地下径流量无论是2°坡还是6°坡均为最小,固定了:7.23%,其次是CK流失:29.4%、蒲公英流失:20.1%,板蓝根流失:4.98%。这表明薄荷对地下径流的固定效果最明显。(3)通过中草药对土壤固碳作用影响的研究发现:(1)随着坡度增加CK在0-10cm处土壤有机碳含量增加明显,增加了3.6%,随着坡度增加薄荷在10-20、20-30cm处土壤有机碳含量增加明显,分别增加了3.6%、8.9%。(2)对不同坡位土壤可溶性有机碳分析发现,随着坡度的增加板蓝根地上径流土壤可溶性有机碳流失最小为:0.96%,薄荷的壤中流可溶性有机碳、地下径流可溶性有机碳流失均为最低:2.2%和3.6%,证明其固碳能力在壤中流和地下径流强于其余处理。(3)不同坡度下土壤径流DOM三维荧光分析:薄荷和板蓝根处理,不同坡度土壤径流的腐值化程度均表现为壤中流>地下径流>地上径流。CK和蒲公英处理不同坡度的土壤径流的腐值化程度均表现为地上径流>壤中流>地下径流。板蓝根对地上径流降低土壤腐殖质随径流流失程度最明显,薄荷对壤中流和地下径流降低土壤腐殖质随径流流失程度最明显。(4)平行因子分析表明,不同径流液DOM包括4种荧光组分:类胡敏酸(C1:Ex/Em=260/455 nm)、紫外类富里酸(C2:Ex/Em=240/395 nm)、类色氨(C3:Ex/Em=230~275/335nm,230~275/400 nm)及类酪氨酸(C4:Ex/Em=215/395 nm)。(5)通过对不同坡度下土壤径流DOM各荧光组分Fmax值分析:土壤地上部DOM由于降雨产生流失,导致地下部土壤DOM累积;板蓝根处理Fmax值表现趋势为:地上径流>壤中流>地下径流,薄荷处理中地下径流>壤中流>地上径流;本试验条件下:板蓝根对地上径流土壤DOM的流失效果明显,薄对壤中流、地下径流土壤DOM的流失具有一定效果。(6)荧光指数与径流指标相关性分析表明:径流量、侵蚀量、泥沙含量相互呈正相关,而C1和C4组分与径流量和侵蚀量呈显著负相关。因此坡面降雨径流DOM荧光光谱特性,中草药通过改变土壤中的有机质组分,类胡敏酸和类蛋白质物质的稳定性和含量,对土壤固土保水有重要作用。
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