豆科牧草和灌木在元謀干熱河谷小流域綜合治理的應(yīng)用研究*

龍會(huì)英,金 杰,張 德,史亮濤,張明忠,朱紅業(yè)

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所,云南元謀651300;2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研管理處,昆明650231)

元謀干熱河谷高溫干旱,水土流失嚴(yán)重,生態(tài)環(huán)境退化,生態(tài)環(huán)境的退化造成大量的表土被沖蝕,土層變薄,土地生產(chǎn)力降低,土壤肥力低[1-2],生態(tài)環(huán)境脆弱,不合理的開發(fā)利用使本區(qū)成為土壤退化嚴(yán)重的地區(qū)之一[3]。元謀金雷小流域水土流失嚴(yán)重,水土流失加劇了水土資源的匱乏,旱坡地多,優(yōu)質(zhì)地少,水土資源成為制約本區(qū)發(fā)展的瓶頸。研究結(jié)果表明,該流域治理前部分研究區(qū)年徑流模數(shù)高達(dá)37.88萬m3/(km2?a),土壤侵蝕模數(shù)高達(dá)17 082.1 t/(km2?a),為劇烈侵蝕[4]。小流域綜合治理己成為我國水土保持生態(tài)建設(shè)的一條重要技術(shù)路線,為改善我國水土流失地區(qū)生態(tài)環(huán)境、發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展做出了顯著的貢獻(xiàn)[5],其目標(biāo)建設(shè)生態(tài)良好、生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕的和諧小流域上來[6]。我國對小流域綜合治理的水土保持效果作過較多的研究,利用綜合治理措施進(jìn)行植被恢復(fù),能顯著地減少嚴(yán)重侵蝕地的水土流失。因此,開展小流域綜合治理,實(shí)現(xiàn)小流域的可持續(xù)發(fā)展,是本區(qū)可持續(xù)發(fā)展的選擇。為此,云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所在長期的生態(tài)治理研究中,通過國家“八五”、“九五”、“十五”及“十一五”生態(tài)恢復(fù)與治理項(xiàng)目的實(shí)施,總結(jié)了一些適應(yīng)本區(qū)的生態(tài)綜合治理技術(shù)和模式。草灌植物是元謀干熱河谷的主要自然覆蓋植被[7-8],在本區(qū)乃至整個(gè)長江流域的生態(tài)環(huán)境治理與恢復(fù)及庭院經(jīng)濟(jì)(畜牧業(yè))發(fā)展中占據(jù)一定的地位。利用草被具有飼喂牲畜,保持水土,改善土壤結(jié)構(gòu),增進(jìn)土壤肥力等作用[9],開展熱帶牧草在元謀干熱河谷小流域綜合治理的應(yīng)用研究,為干旱及半干旱地區(qū)的小流域綜合治理提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)對象與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

金雷小流域位于元謀縣黃瓜園鎮(zhèn),屬典型金沙江干熱河谷氣候,海拔1 060 m,年平均氣溫22℃,年日照時(shí)間為 2 670.4 h,最熱月(6月)28.5℃,最冷月(12月)15.9℃,≥10℃年均積溫為8 552.7℃;年均降雨量為645 mm,年降雨量低,但雨季較為集中,5-10月降雨量占全年94.6%,年蒸發(fā)量為降雨量的4倍。流域共有土地面積1 934.67 hm2,其中耕地總面積246.84 hm2,林地1 332.6 hm2,退化荒山荒地170.5 hm2,其他面積184.7 hm2?；纳交钠轮饕脖活愋鸵砸吧荼局脖粸橹?包括扭黃茅(Heteropogon contortus)、三芒草(Aristida adscensionis)、葉下珠(Phyllanthus urinaria)等[10],流域內(nèi)作物種植種類主要是水稻、蔬菜、西瓜、甘薯、花生、玉米和部分果樹。土壤沙性,大多為燥紅土。部分樣地0-20 cm土層有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.838%,全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.072%,速效磷35.9 mg/kg,速效鉀103.0 mg/kg,pH值7.11。20-40 cm土層有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.508%,全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.086%,速效磷40.9 mg/kg,速效鉀132.00 mg/kg,pH 值7.24。干旱缺水,降雨分配不均,水資源總量嚴(yán)重不足。據(jù)初步測算,近似“土林“的嚴(yán)重水土流失區(qū)面積占全流域近60%,生態(tài)環(huán)境退化日趨惡化,土壤退化是小流域目前存在的最大生態(tài)問題。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 果草復(fù)合高效栽培試驗(yàn)區(qū)建植 試驗(yàn)點(diǎn)選在流域內(nèi)羊開窩基地人工生態(tài)恢復(fù)喬草復(fù)合模式示范區(qū)。選用優(yōu)良豆科牧草柱花草(Stylosanthes guianensis),在龍眼(Dimocarpuslonggana Lour.)幼果園行間種植柱花草3行,1行未種植。柱花草距龍眼樹150 cm,株行距50 cm×50 cm。柱花草生長季節(jié)刈割飼喂山羊。

1.2.2 植物籬埂與旱地水土保持試驗(yàn)區(qū)建植 試驗(yàn)點(diǎn)選擇在流域內(nèi)的小新村旱坡地生物籬埂與旱地水土保持種植示范區(qū)。2004-2007年在旱坡地地埂品字型種植速生的豆科灌木南洋櫻[Gliricidia sepium(Jacq.)Steud.]2 000余株作為植物籬,株距40～50 cm。農(nóng)作物(甘薯、花生和玉米等)橫坡種植。

1.2.3 庭院經(jīng)濟(jì)種草養(yǎng)兔試驗(yàn)區(qū)幾種鮮草混合飼喂肉兔效果及經(jīng)濟(jì)效益研究 試驗(yàn)點(diǎn)選擇在流域內(nèi)的小新村村民家。用新羅頓豆(Neonotonia wightii)、熱研2號(hào)柱花草(Stylosanthes guianensis CV.Reyan No.2)、菊苣(Cichorium intybus)、甘薯藤(Ipomoea batatas)鮮草分別與堅(jiān)尼草(Panicum maxiumum)鮮草混合飼喂肉兔效果研究。選擇大小相近、健康的新西蘭肉兔24只,平均體重為3.037 kg。A:堅(jiān)尼草+新羅頓豆;B:堅(jiān)尼草+柱花草;C:堅(jiān)尼草+菊苣;CK:堅(jiān)尼草+甘薯藤4個(gè)處理組。每天分 6:30-7:00、12:30-1:00、18:30-19:00 三個(gè)時(shí)間段飼喂肉兔。試驗(yàn)分預(yù)備試驗(yàn)期和正式試驗(yàn)期,預(yù)試期為10 d,正試期為 30 d。

1.3 觀測指標(biāo)與測試方法

1.3.1 果草復(fù)合高效栽培試驗(yàn)區(qū)

(1)間作柱花草改良土壤效應(yīng)。試驗(yàn)地在種植柱花草前和種植2 a后S型采集土壤樣品,土壤養(yǎng)分測定數(shù)據(jù)由農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心提供。

(2)單作與間作經(jīng)濟(jì)效益分析。重量法測定龍眼和柱花草產(chǎn)量。每公頃單作樣地經(jīng)濟(jì)效益=龍眼產(chǎn)量(kg)×8.00元/kg,每1 hm2間作樣地經(jīng)濟(jì)效益=龍眼產(chǎn)量(kg)×8.00元/kg+柱花草產(chǎn)量(kg)×0.340 3元/kg。

1.3.2 植物籬埂與旱地水土保持試驗(yàn)區(qū)

(1)植物籬埂保持坡地水土效應(yīng)。在旱坡地地埂種植南洋櫻,形成植物籬南洋櫻—農(nóng)作系統(tǒng)和侵蝕溝溝邊模式,農(nóng)作物(甘薯、花生和玉米等)橫坡種植。建立水土流失自動(dòng)監(jiān)測站,采用數(shù)字式浮子水位增量編碼器,全自動(dòng)徑流泥沙水樣取樣器,觀測控制面積為6 hm2。

徑流模數(shù)通過水位儀測出整個(gè)治理區(qū)總徑流量,再根據(jù)匯水面積計(jì)算徑流模數(shù)。

侵蝕模數(shù)通過取樣器,定量收集每次徑流混合泥沙樣,用烘干法測泥沙含量,計(jì)算總泥沙流失量,再根據(jù)水土流失面積折算土壤侵蝕模數(shù)。1年的土壤侵蝕模數(shù)為單次土壤侵蝕模數(shù)之總和。

(2)植物籬埂南洋櫻改良坡地土壤效應(yīng)。在南洋櫻生長超過1.5 m時(shí),離地50 cm刈割,將其葉片從莖上分離,然后將帶葉柄的葉均勻的施在溝里,隨后翻耕入土壤中,入土深10-20 cm,壓青2 a后S型采集土壤樣品,土壤養(yǎng)分測定數(shù)據(jù)由農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心提供。

1.3.3 庭院經(jīng)濟(jì)種草養(yǎng)兔試驗(yàn)區(qū)幾種鮮草混合飼喂肉兔效果及經(jīng)濟(jì)效益 肉兔對各種鮮草的采食率:不同鮮草采食率=(飼喂量-剩余量)/飼喂量×100%、肉兔日飼喂量和實(shí)際采食量、肉兔對各混合飼草的消化率:消化率=(日采食飼草量-日排糞量)/日采食飼草量×100%、肉兔飼料報(bào)酬。

1.3.4 數(shù)據(jù)來源和處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)用Microsoft Excel軟件處理。用手持GPS測定儀測定試驗(yàn)區(qū)海拔、北緯和東徑。試驗(yàn)地種植前的土壤養(yǎng)分測定數(shù)據(jù)由農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心(昆明)提供。氣象要素由元謀縣氣象局提供。

表1 龍眼園間作柱花草樣地與未間作樣地2年后土壤養(yǎng)分比較

表2 龍眼單作與龍眼-柱花草間作經(jīng)濟(jì)效益比較

2 結(jié)果與分析

2.1 果草復(fù)合高效栽培試驗(yàn)區(qū)

2.1.1 種植柱花草改良土壤效應(yīng) 間套作能較好地利用作物的高低、生長期差異,使光、熱、水、土資源得到充分利用,提高復(fù)種指數(shù)和農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)出率,使種植業(yè)向集約經(jīng)營、高效產(chǎn)出方向發(fā)展[12]。龍眼園行間種植柱花草,充分利用了土地,達(dá)到以園養(yǎng)園、減少單作風(fēng)險(xiǎn)的目的。由表1可看出,在龍眼行間種植柱花草2 a后,龍眼園的土壤養(yǎng)分得到提高,種植柱花草樣地0-20 cm土層土壤養(yǎng)分高于未種植樣地分別為:有機(jī)質(zhì)0.427%、堿解氮22.8 mg/kg、速效磷 4.55 mg/kg、速效鉀 11.70 mg/kg。種植柱花草樣地20-40 cm土層土壤養(yǎng)分高于未種植樣地分別是:有機(jī)質(zhì)0.285%、堿解氮23.6 mg/kg、速效磷3.00 mg/kg、速效鉀8.20 mg/kg。說明柱花草其根瘤可以固氮,改良土壤,提高土壤肥力,見表1。

2.1.2 單作樣地與間作樣地經(jīng)濟(jì)效益比較 從表2可看出,作物種植 2年,龍眼單作公頃產(chǎn)值為11 316.0元,龍眼+柱花草復(fù)合模式可實(shí)現(xiàn)公頃產(chǎn)值21 378.0,比龍眼單作提高47.1%。進(jìn)一步說明間作體系一方面有效利用果園光、能及空地,提高了土地單位面積的生產(chǎn)力;另一方面減少作物單作風(fēng)險(xiǎn),達(dá)到土地持續(xù)利用與發(fā)展。

2.2 植物籬埂與旱地水土保持試驗(yàn)區(qū)

2.2.1 種植植物籬埂對旱地保水效應(yīng) 從表3可以看出,監(jiān)測區(qū)建立地埂植物籬-農(nóng)作系統(tǒng)和侵蝕溝邊種植,農(nóng)作物(甘薯、花生和玉米等)橫坡種植,能有效減少監(jiān)測區(qū)土壤水土流失,生態(tài)得到有效恢復(fù),3年能使地表徑流減少了167 470.87 m3,徑流模數(shù)減少了 29.13萬 m3/(km2?a),減少率76.90%。減少土壤流失12 986.8 t/(km2?a),減少率76.02%。

表3 水土流失治理效益

2.2.2 種植植物籬埂對旱坡地改良土壤效應(yīng) 從表4可以看出,在南洋櫻植物地埂圍籬的地塊施入南洋櫻鮮葉1 000 kg/hm2,通過亞青處理 2 a后,與未施入地塊的對此,0-15 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)增加0.22%、水解氮增加1.8 mg/kg、有效磷增加0.12 mg/kg、有效鉀增加7.9 mg/kg;15-20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)增加0.15%、水解氮增加2.2 mg/kg、有效磷增加0.23 mg/kg、有效鉀增加17.3 mg/kg。表明壓青后的枝葉還田及腐根枯落物能改善土壤結(jié)構(gòu),土壤的有機(jī)質(zhì)、有效磷和有效鉀均有所增加,有效提高了土壤肥力。

表4 施入南洋櫻鮮葉1000 kg/hm2的土壤養(yǎng)分增加量

2.3 庭院經(jīng)濟(jì)種草養(yǎng)兔試驗(yàn)區(qū)幾種鮮草混合飼喂肉兔效果及經(jīng)濟(jì)效益

在庭院經(jīng)濟(jì)種草養(yǎng)兔試驗(yàn)區(qū)開展幾種鮮草混合飼喂肉兔效果及經(jīng)濟(jì)效益研究表明:肉兔對不同混合的各飼草的采食率從低到高順序?yàn)閳?jiān)尼草(55.3%)＜柱花草(68.6%)＜新羅頓豆(76.2%)＜甘薯藤(83.0%)＜菊苣(91.5%);肉兔對新羅頓豆+堅(jiān)尼草、菊苣+堅(jiān)尼草、甘薯藤+堅(jiān)尼草混合飼草的消化率間差異不顯著,均與柱花草+堅(jiān)尼草混合飼草消化率差異顯著;菊苣+堅(jiān)尼草混合飼喂肉兔平均日增重及利用率較高,分別與新羅頓豆+堅(jiān)尼草、柱花草+堅(jiān)尼草混合差異顯著,與甘薯藤+堅(jiān)尼草混合差異不顯著,新羅頓豆+堅(jiān)尼草、柱花草+堅(jiān)尼草混合飼喂肉免平均日增重及利用率均與甘薯藤+堅(jiān)尼草混合差異顯著;菊苣+堅(jiān)尼草混合飼喂肉兔在經(jīng)濟(jì)效益方面最佳,比甘薯藤+堅(jiān)尼草高40.68元。飼喂新西蘭肉兔,菊苣的適口性最好,飼喂效果較好,適宜在干熱區(qū)擴(kuò)大種植,發(fā)展肉兔養(yǎng)殖,見表5。

表5 幾種鮮草混合飼喂肉兔效果及經(jīng)濟(jì)效益

3 小 結(jié)

試驗(yàn)表明:在小流域綜合治理中,種植熱帶牧草具有保持水土、改良土壤、增加農(nóng)村經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

(1)在幼齡龍眼行間種植優(yōu)良豆科牧草柱花草2 a,間種樣地土壤的有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀及堿解氮的含量均比單作樣地高,有效的改良了土壤,提高了土壤肥力,同時(shí)也提高了單位面積產(chǎn)量。進(jìn)一步說明在干熱河谷特殊區(qū)域中,進(jìn)行果-草復(fù)合高效栽培是該區(qū)發(fā)展果園經(jīng)濟(jì)的新理念,也是干熱河谷植被恢復(fù)水土保持的重要模式。通過果園果草復(fù)合種植,既提高果園的總經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出,又能保持水土,增加土壤有機(jī)質(zhì)而改良土壤,起到免耕保育土壤的作用。但對于成齡果園內(nèi)熱帶牧草的選擇及果草模式的配置還需要做進(jìn)一步的研究。

(2)地埂是寶貴的土地資源,合理開發(fā)利用地埂,在地埂上因地制宜地種植耐旱、適應(yīng)性強(qiáng)、生長迅速、保持水土的果、飼草等,可以鞏固地埂,減輕侵蝕,提高土地的利用率[13]。有研究表明,營造等高固氮植物籬3 a后,地表徑流、土壤侵蝕得到極大改善[14]。同時(shí)大量的枝葉還田及腐根枯落物有效改善土壤結(jié)構(gòu),提高土壤肥力,能有效提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量、作物普遍增產(chǎn)[15]。在干熱河谷旱地地埂種植南洋櫻為植物籬,農(nóng)作物(甘薯、花生和玉米等)實(shí)行橫坡種植,可有效減少和控制監(jiān)測區(qū)水土流失,保持了水土,監(jiān)測區(qū)地表徑流和徑流模數(shù)減少,與他人的研究相符合。利用新鮮葉片作為綠肥,通過壓青處理,可有效提高土壤肥力。

(3)農(nóng)民利用房前屋后的空閑地從事庭院開發(fā),可以使閑散的勞動(dòng)力和有限的土地資源得到有效利用,做到人盡其才、地盡其力、物盡其用[16]。在區(qū)域庭院間開展種草養(yǎng)兔,可有效利用庭院空間,采取多層籠養(yǎng)飼養(yǎng),飼草科學(xué)配比飼喂,有利提高村民的經(jīng)濟(jì)收入,增加區(qū)域農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)。但是,庭院經(jīng)濟(jì)要實(shí)行集約經(jīng)營,在庭院范圍內(nèi)密集勞力、資金和技術(shù),尤其增加科技含量,提高單位面積產(chǎn)出。在養(yǎng)殖業(yè),宜采取多層籠養(yǎng)等密集飼養(yǎng),科學(xué)配料,精心飼養(yǎng)管理等,提高成活率和出欄率,增加農(nóng)民收入。

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