根系结构与地上部分冠层的影响决定了纳皮尔草和香根草的防侵蚀能力

《Ecological Engineering》：Root system architecture and shoot canopy effects drive erosion control in Napier and Vetiver grasses

　　摘要：土壤侵蚀威胁着全球的农业可持续性和粮食安全。然而，关于地上部分与根系在控制侵蚀方面的独立作用，很少有实验进行过分离研究，而且在相同条件下，多功能作物与专门的防蚀物种的对比也极为少见。本研究通过在沙质壤土上使用可控降雨模拟（27.3毫米/小时，15度坡度），对比了未种植对照组、仅根系处理组以及完整地上-根系处理组的效果，所用作物包括原产于撒哈拉以南非洲的佩尼塞特姆草（Cenchrus purpureus (Schumach.) Morrone，同义名Pennisetum purpureum Schumach.）和从印度引入的香根草（Chrysopogon zizanioides (L.) Roberty）。这两种作物均使侵蚀量比未种植对照组减少了94%以上，且两种作物之间并无显著差异。地上部分的保留显著提升了侵蚀控制效率，其效果优于仅根系处理组。土壤湿度数据表明，这种地上部分的作用与佩尼塞特姆草的蒸腾作用导致的水分减少有关（p < 0.001），而香根草则无此现象（p = 0.116），这与其更高的地上生物量相符。根系的形态特征为侵蚀控制性能提供了机制上的解释：总根长是侵蚀控制效率的重要预测因子，而根系面积则是近地表土壤抗剪强度的重要预测因子，后者是衡量土壤易被冲刷程度的动态指标。尽管两种作物初始种植密度相差7.8倍，但这更多是由于各自生境的特点而非刻意设计的实验条件，不过两者在侵蚀控制方面的效果在统计上具有可比性。此外，佩尼塞特姆草还表现出更高的根系抗拉强度和更好的土壤加固效果。这些研究结果表明，无论何种作物，地上部分的保留都是决定侵蚀控制性能的关键因素，而佩尼塞特姆草作为一种多功能作物，有望替代传统上常用的香根草，实现防蚀与饲料生产的双重功能。