植物根系对土壤渗透性的影响

——苏州东山含不同数量植物根部的土壤的比较研究

严童越 顾文婷 叶金京

指导教师：俞梅

内容摘要：中国是世界上水土流失最为严重的国家之一，由于特殊的自然地理和社会经济条件，使水土流失成为主要的环境问题。为了研究植物的根系是否能够减缓水土流失，在苏州当地用室内环刀法取样，并带回实验室作变水头渗透实验，比较不同样品的垂直渗透系数。

关键词：苏州；生化；土壤; 水土流失; 土渗透性；植物根部；对照试验法；变水头渗透实验；达西定律；室内环刀法；渗透系数真空抽气去

研究背景：水土流失是现主要的环境问题，造成了各种不同的危害。例如污染水质：长江水质正在遭受污染就是典型例子；淤积河道、湖泊、水库：湖南省洞庭湖由于风沙太多，洞庭湖水面已高出湖周陆地3米，这就丧失了它应承担的长江的分洪作用。严重的水土流失，甚至造成耕地面积减少、土壤肥力下降、农作物产量降低，人地矛盾突出。当地农民群众为了生存，不得不大量开垦坡地，广种薄收，形成了 “越穷越垦、越垦越穷”的恶性循环，使生态环境不断恶化，制约了经济发展，加剧了贫困。

通过查找资料，我们发现在山区、沙漠地区，植物根系可以保持水土，避免及减少土壤表面层的沙化及流失。在石漠化地区，植被根系的存在可以大大提高土壤的抗侵蚀性能，从而减少及避免土壤被风化、石化。植物的活根提供分泌物，死根提供有机质，作为土壤团粒的胶结剂，同时配合须根的穿插挤压和缠绕的作用，对提高土壤的抗侵蚀性能提供了很好的保证。植物根系分泌物，对难溶磷钾及土壤硒以及重金属具有活化作用。利用植物来改良整治污泥，将污泥中过量的重金属及很多污染元素移出土体，营造良好的生态环境，可以达到综合整治污泥的效果。总之，土壤和植物根系交互作用是土壤圈与生物圈之间的物质循环。它们的相互作用，可以体现为物理作用、化学作用等具体方式。由于土壤和植物根系的交互作用，形成根—土界面特定的微生态环境，它直接决定着植物从土壤中吸收物质的形态、数量、迁移和转化等多种过程。同时，植物根系对土壤的作用，可以保持或改变土壤的物理结构、化学成分等，对优化、改善土壤，保持地球土壤圈的天然、正常环境，有着无可替代的重要作用。因此我们想通过比较苏州东山含不同数量植物根部的土壤，研究植物根系对土壤渗透性的影响。

研究过程：  我们学会了变水头渗透实验：就是试验过程中水头差一直随时间而变化，水从一根直立的带有刻度的玻璃管和U形管自下而上流经土样。试验时，将玻璃管充水至需要高度后，开动秒表，测记起始水头差△h1，经时间 t 后，再测记终了水头差△h2，通过建立瞬时达西定律，即可推出渗透系数 k 的表达式。

（装置图）

    还学会操作室内环刀法：环刀法是测量现场压实密度的传统方法。国内习惯采用的环刀容积通常为200cm3 ，环刀高度通常约5cm。用环刀法测得的密度是环刀内土样所在深度范围内的平均密度。它不能代表整个碾压层的平均密度。由于碾压土层的密度一般是从上到下减小的，若环刀取在碾压层的上部，则得到的数值往往偏大，若环刀取的是碾压层的底部，则所得的数值将明显偏小，就检查路基土和路面结构层的压实度而言，我们需要的是整个碾压层的平均压实度，而不是碾压层中某一部分的压实度，因此，在用环刀法测定土的密度时，应使所得密度能代表整个碾压层的平均密度。

    我们的取样地苏州东山历史文化底蕴深厚，名人辈出，古迹名胜不胜枚举，区域生态环境优越，天天有鱼虾，季季有花果，拥有丰富的地下深层天然矿泉水资源，洞庭山矿泉水主要水源地就坐落于此。我们在同一块地取了四个点，两块有植物的土壤与两块没有植物的土壤进行对比试验。

1.样品采集

苏州东山等丘陵地带，植被丰富、地势平缓、土层较厚，适宜进行土壤采样。选择代表不同植物根部分布程度的土壤，用环刀法进行采集。随后将环刀及样品装入密封袋，贴上标签，注明时间、地点，以及对土壤的粗略描述。（需要工具：竹弓、小木槌、挖土刀、玻璃板）

2.试样制备

1）将土样筒按标明的上下方向放置，开启土样筒取土样。

2）检查土样结构，是否已扰动。

3）在环刀内壁涂一薄层凡士林，然后刃口向下放在土样上，将环刀垂直下压，同时用切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削至土样高出环刀，制样时不得扰动土样。

4）采用钢丝锯或铲土刀平整环刀两侧土样，然后擦净环刀外壁，称环刀和土总质量。

5）对土样的层次、气味、颜色、夹杂物和土类均匀程度进行描述。

3.变水头渗透实验

1）将容器内壁涂一薄层凡士林，然后将盛有试样的环刀推入套筒，并压入止水圈。装好带有透水板的上、下盖，并用螺丝拧紧，确保不漏气漏水。

2）把装好试样的渗透容器与水头装置连通，采用真空抽气饱和法使土壤的孔隙中充满水。

3）用过改变水柱的高度并记录，用秒表记录水通过孔隙的时间，同时测记开始与终止是的水温。

4.计算

按公式计算渗透系数

研究结果与分析：

我们取了四个植物根部分布情况不同的土壤样本，土样一至四的植物根部含量由多至少。从表中可以粗略的看出：在土壤种类和实验条件因素都相同的情况下，含有植物根部多的土壤，土渗透性越小。水土流失的成因有多种因素，在自然因素中，过高的渗透性使土壤无法遭受大量雨水的高强度冲刷从而导致水与土共同流失是原因之一。

由此我们得出，植物根部的数量越多，越可以降低渗水率，从而有效地防止过多水流失，进而减缓水土流失。  由此结论，我们明白，植物根系可以填充土壤中的空隙，使水不易通过土壤空隙流失，从而留主土壤和水。因此减缓水土流失需要多种根系大而多的植物。

研究中的不足及今后方向 ：

首先，我们组确定的课题比较宽，也比较专业，一直找不到切入的方向。我们通过一天查阅各种百科，研究相关的大学论文。了解关于土的基本单位，取土的工具，基本实验的操作。一开始我们很担心实验，但是组员联系到了实验室，也借到了相关的器材，课题前期的准备才完成。

在苏州实施课题的过程是艰辛的，因为预想和现实总有差距。我们原定的课题是植物根部对土渗透性的影响，是想研究完全没有植物根部的土壤和有植物根部的土壤。但是当我们采集土壤的时候发现并没有完全没有根部的土壤。另外，植物根部盘根错节，也无法具体测量植物根部。原定的计划难以完成，我们经过讨论，修改了计划，重新取土。苏州之行抱着遗憾结束了。

从苏州回来后，我们在实验室开始实验。首先我们的取土有些失误，在实验室人员的帮助下，我们调整了土的状态，并做渗透实验。在试验途中，我们发现我们原来的研究目的很难测出，而现在实验已经开始，无法再回头。经过讨论，我们重新将根部数量作为变量，才能得到课题的目的。但是采集的样本土壤较少，实验的数据还远远不够的，我们只能得出一个粗略简单的实验结果，我们还想研究不同种类植物的根系对土壤渗透性的影响，进一步防治水土流失。

总之第一次进行这样的课题研究，我们还存在诸多不足，但过往的经验也是收获，它会铺就通往未来成功的道路。

参考文献：

1.《土工试验与原理 袁聚云编著 同济大学出版社》

2.《土工试验规程 中华人民共和国行业标准 SL237-1999》

实验室：

中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司