摘 要

本文以江苏淮河入海水道大坝护坡草本植物为研究对象，调查了淮河入海水道南北两个大坝护坡草本植物的根系发育情况以及大坝表面草本植物的覆盖度。利用ImageJ软件的分析得到根长密度、根表面积密度以及根重密度三个指标，通过Excel软件进行方差以及相关系数的分析，旨在找到表面的覆盖度与地下根系发育的情况的联系，以便于日后再进行大坝地下根系发育情况的调查时，能够从表面覆盖度的情况直接得到相近的结果。除此以外,根据南北两个大坝的朝向差异，分析三个根系指标以及表面覆盖度，判断两个大坝的水土流失情况，为今后的维护工作提供依据。

关键词：水土流失；根长密度；根表面积密度；根重密度；覆盖度

Use ImageJ software metering herbs root morphology of dams

ABSTRACT

Taking Jiangsu Huaihe Entering Ocean DAMS herb for the study,we investigated the root development as well as coverage of the dam surface herbs Entering Ocean north and south of Huaihe River dam slope herbs.Utilization of ImageJ software to get root length density, root surface area density, and root weight density these three indicators,Analysis of variance and correlation coefficients by Excel software designed to find contact coverage of surface and underground root development of the situation,when the dam to investigate the situation of underground root development in at a later date, similar results can be obtained directly from the surface coverage of the situation.Except that, based on the difference toward the north and south of the dam, analyze the three root surface indicators and coverage ,judging soil erosion case of two dams, provide the basis for future maintenance work.

Key words:Soil Erosion Root length density Root surface area density

Root weight density Coverage

目 录

1文献综述 1

1.1水土流失的现状 1

1.2水土保持措施 1

1.2.1工程措施 1

1.2.2生物措施 2

1.3植物护坡在水土保持措施中的运用 3

1.4 图像技术在植物根系分析的应用 4

2护坡草本植物的根系研究 5

2.1材料与方法 5

2.2根系分析 6

2.2.1根长密度分析 6

2.2.2根表面积密度分析 8

2.2.3根重密度的分析 10

2.3 问题讨论 12

3大坝护坡植物覆盖度的研究 13

3.1材料与方法 13

3.2覆盖度分析 14

3.3问题讨论 15

4根系形态和植物覆盖度的联系 16

4.1分析数据和方法 16

4.2相关系数分析 17

4.2.1 4个指标统计图 17

4.2.2 4个指标相关性分析 17

4.3问题讨论 18

5结论与讨论 19

5.1结论 19

5.2讨论 19

致 谢 22

1文献综述

1.1水土流失的现状

我国被侵蚀的土地面积已经占到国土总面积的三分之一, 有三百多万平方公里,并且水土流失不只是发生在农村, 城市、矿区等也有发生, 概括的说, 每个省、每个城市、每个流域都存在水土流失现象^[1]。 以南方的广东省2010-2012的调查显示，水力侵蚀总面积为21 305 平方公里，其中轻度侵蚀和中度侵蚀占侵蚀总面积的41. 7% 和32. 5%，强烈、极强烈、剧烈侵蚀分别占16. 6%、7. 7%、1. 5%，可见我省水力侵蚀以轻度和中度侵蚀为主。在水土保持措施普查结果表明，植物措施为该省水土保持措施的主要类型^[2]。就是平原地形为主我省，据水土流失遥感调查统计，全省轻度以上水土流失面积6279km²，占全省土地总面积的6.1%，属于轻度、微度流失为主^[3]。吉林省延吉市据2010年的统计资料，延吉市的水土流失面积146 km²，占全市土地面积的11.0%^[4]。

水土流失现象也是全球需要共同面对的问题。据联合国开发计划署统计资料显示，水土流失作为全球性的环境问题，每年损毁耕地高达500-700万hm²，约有2/3的国家和地区深受其危害，受影响面积多达3800万km²，涉及人口达40%以上。

1.2水土保持措施

水土保持措施总的说来有三种：工程措施、生物措施以及农业措施^[5]。在实际建设水土保持措工程中，都是根据具体情况与要求，综合使用各类措施。本文主要介绍工程措施和生物措施。

1.2.1工程措施

水土保持工程措施是指通过改变一定范围内( 有限尺度)小地形( 如坡改梯等平整土地的措施),拦蓄地表径流, 增加土壤降雨入渗,改善农业生产条件,充分利用光、温、水土资源,建立良性生态环境,减少或防止土壤侵蚀,合理开发、利用水土资源而采取的措施^[6]。如辽西地区露天采石场水土保持措施典型设计中采用截洪沟及排水沟工程，挡渣墙工程，表土剥离和覆土等工程措施^[7]。在水利枢纽工程中，对码头通道采取排水沟措施，码头通道两侧修建矩形混凝土排水沟等^[8]。在淮河源头水土保持措施布局中就有加大坡面径流调控工程建设，以截、排、导为主，结合塘堰坝建设，消减洪水下泄速度；在丘陵地带和丘陵向平原过渡地带，以农为主，开展多种经营，加大河道整治力度，防治河岸冲刷和农田的水冲沙压；建立水土保持监测和滑坡、泥石流预警系统等^[9]。在绍兴平原地区，针对梨园的实验表明，工程措施能减少38.3%的泥沙流失^[10]。对土石质山区针对梯田、横垄耕作、水平槽、鱼鳞坑、自然修复等7种不同水土保持措施和对照坡进行降雨量、径流量和泥沙量的观测表明:不同降雨量的坡面措施产流产沙效果各不相同,在降雨量达到一定程度时,不同措施的减水效果依次为:水平槽gt;鱼鳞坑gt;大豆梯田gt;密植横垄耕作gt;水平梯田gt;疏植横垄耕作gt;自然修复坡gt;对照坡;不同措施减沙效果依次为:水平槽gt;鱼鳞坑gt;大豆梯田gt;水平梯田gt;密植横垄耕作gt;自然修复坡gt;疏植横垄耕作gt;对照坡。降雨量和不同水土保持措施的产流产沙量呈显著的线性关系^[11]。

1.2.2生物措施

这是水土保持最普遍使用的一种方法，这种方法也是对环境保护作用最大的方法，其环境效益十分突出。该种水土保持方法就是在水土流失比较严重的地区，栽种树木花草，利用各种植被将其覆盖上，以此防止地表土壤再次受到侵袭，造成更严重的水土流失^[6]。

陈敏全等对坡耕地不同水土保持措施对径流泥沙与土壤碳库的影响的研究表明：与裸露荒地（CK）相比，坡面林草措施和等高反坡阶措施均具有一定的蓄水减流和保土减沙效应，其减流率分别为94.47%、61.70%，减沙率分别为94.81%、64.80%；同时，2 种坡面措施均具有减少土壤有机碳储量损失的作用^[12]。刘海涛等利用遥感影像对陕西省绥德县韭园沟流域王茂沟区域进行分析，治理过的王茂沟植被覆盖度小流域植被覆盖状况明显优于未治理的小流域拓家沟；王茂沟小流域已完全消除了剧烈侵蚀，而拓家沟剧烈侵蚀面积为4.75hm²，占流域面积的0.5%；王茂沟的极强度侵蚀和强度侵蚀面积分别为14.79hm² 和169.57hm2，分别占流域面积的2.5%和28.63%，而拓家沟极强度侵蚀和强度侵蚀面积分别为58.74hm² 和320.79hm²，分别占流域面积的6.18%和33.73%^[13]。高晓明在讨论水利工程水土保持措施和效果时提出通过恢复工程地植被措施，植物覆盖增加了近10%，这样就很大程度上减少了雨水对于裸露地面表层的冲刷，很好的降低了水土流失的程度^[14]。

1.3植物护坡在水土保持措施中的运用

植被护坡是利用植被涵水固土的原理稳定岩土边坡、美化生态环境的一种技术,是一门多学科交叉性的学科，涉及植物学、岩土工程、生态学、园林学、土壤学、水土保持等方面的理论，虽然近几年国内外学者对植被护坡技术的研究较多，特别是植物根系的作用已做了大量研究^[15-21]，但是对植被固土机理的研究还处于探索阶段^[22]。

植被护坡主要是利用其树冠、根系同时改善土壤环境来实现对坡的保护。植物交错纵横的根系、枝叶分别能起到固结坡面土壤和减缓降雨淋蚀的作用, 降低风浪冲淘,增强堤坝防渗透、抗侵蚀的能力。对于提升堤坝的安全性能能起到重要的作用^[23]。土壤有机质增加有利于土壤结构的稳定,可以提高土壤的抗蚀性,降低土壤侵蚀危害。土壤有机质是土壤的重要组成部分,是植物的养分来源和土壤微生物生命活动的能量来源^[24]。同时，植物通过蒸腾作用，吸收坡体内水分，降低土体的孔隙水压力，提高土体的抗剪强度，有利于边坡体的稳定^[25]。

植物茎叶对降雨的截留作用可大量地减少到达坡面的有效降水，所以起到有效降低雨水对土体颗粒的侵蚀与冲刷的作用^[23]。经过大量研究，结果表明: 植物林冠的缓冲作用可有效地降低雨滴的动能，从而能够有效降低因水滴击溅表层而引起的植被覆盖下边坡土体侵蚀的可能性^[23]。坡面植物及其腐殖质可以使降水量被有效吸收，增加地表光滑程度，明显减少地表径流量并且能降低流速削弱径流带走土壤颗粒的能力从而减轻径流对坡面土体的冲刷与侵蚀^[23]。如用草本植物护坡能起到：（1） 草本植物茎叶的护坡作用；（2）草本植物根系的护坡作用和（3）草本植物根系吸水能减小土壤孔隙水压力，从而增加边坡稳定性^[26]。

植物根系在植被护坡中发挥主要的作用。根系是植物直接与土壤接触的器官,是生态系统生物能存在的一种形式。一方面根系不断地从土壤中获得养分和水分,满足植物生长发育:另一方面根系又直接参与土壤中物质循环和能量流动两大生态过程,对土壤的结构改善、肥力的发展和土壤生产力的发挥起着重要的作用^[27]。