南方坡耕地種植苧麻水土保持效果和經(jīng)濟(jì)效益研究

康萬利，揭雨成，2，邢虎成，2

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 苧麻研究所，長(zhǎng)沙410128；2.湖南省作物種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙410128）

水土流失是導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化和土地生產(chǎn)力下降的主要原因［1－2］。南方坡耕地，由于降雨量大，各類開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目多，水土流失問題較為嚴(yán)重和復(fù)雜［3］。南方地區(qū)坡耕地約有0.11億hm2，占全國(guó)坡耕地總面積的50%，坡耕地是南方水土流失最嚴(yán)重的地類，也是長(zhǎng)江泥沙的重要來源［4－5］。多年來，由于自然與人為因素的干擾，坡耕地已成為我國(guó)南方水土流失范圍最廣、程度較高的地區(qū)，是我國(guó)治理水土流失的重點(diǎn)區(qū)域之一［6］。而苧麻在南方坡耕地種植已有悠久的歷史，由于其枝繁葉茂、根系發(fā)達(dá)，可有效降低土壤侵蝕量和地表徑流量，治理水土流失的效果顯著，是一種優(yōu)良的水土保持植物［7］。苧麻不僅可以收獲纖維利用，也是一種高蛋白飼料［8－9］。本文研究坡耕地苧麻不同利用方式水土流失規(guī)律，為通過種植苧麻治理坡耕地水土流失提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)選在湖南省常德市桃源縣黃家鋪鄉(xiāng)進(jìn)行，位于（29°6′8.45″N，111°19′0.75″E），海拔87m。土壤為山地紅壤和黃壤。試驗(yàn)區(qū)處于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫16.5℃，降雨量為1 660.2mm，平均相對(duì)濕度為82%，年日照時(shí)數(shù)1 529h。

試驗(yàn)地坡度25°，苧麻為5齡麻。徑流小區(qū)規(guī)格為2.5m×18m，共8個(gè)徑流觀測(cè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)下面建兩個(gè)1m×1m×1m的徑流池。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)三個(gè)處理和一個(gè)CK（玉米），各小區(qū)種植方式相同，苧麻按株行距0.5m×0.5m種植，每個(gè)處理重復(fù)3次：（1）不收獲小區(qū)。冬季枯黃后砍桿，是燒制活性炭的原料。（2）收獲纖維小區(qū)。按照正常的收獲方式和時(shí)間收獲苧麻纖維，一年3次。每年6月上旬收獲頭麻、8月上旬收獲二麻、10月下旬收獲三麻。收獲纖維后的副產(chǎn)物嫩梢和麻葉用作飼料，麻桿是燒制活性炭的原料、麻殼用作培養(yǎng)食用菌的培養(yǎng)基。（3）收獲飼料小區(qū)：當(dāng)苧麻株高達(dá)到60cm，產(chǎn)量和品質(zhì)均優(yōu)時(shí)，進(jìn)行刈割。試驗(yàn)小區(qū)八次收獲時(shí)間為4月14日、5月12日、6月21日、7月10日、8月5日、9月8日、10月11日、11月10日。（4）玉米小區(qū)。4月中旬種植玉米，株行距為30cm×40cm并作為試驗(yàn)對(duì)照（CK）。玉米成熟后收獲籽粒，秸稈可用于養(yǎng)畜。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

株高測(cè)定：每個(gè)小區(qū)選定5株，用卷尺量其自然高度，每個(gè)月一次。覆蓋度測(cè)定是用針刺法，選樣方1m2，借助鋼卷尺和樣方繩上的每隔10cm的標(biāo)記，用粗約2mm的細(xì)針，按照順序在樣方內(nèi)上下左右間隔10cm的點(diǎn)上（共100點(diǎn)）從植被上方垂直插下，如針與植物相接觸，即算一次“有”，不接觸則算“無”，在表上登記最后計(jì)算得出的次數(shù)，算出覆蓋度（%）［10］。

徑流系數(shù)指小區(qū)徑流池內(nèi)雨水體積與小區(qū)降雨總體積（降雨量乘以小區(qū)面積）的比值，即為徑流系數(shù)［11－12］。平均徑流系數(shù)指每個(gè)小區(qū)全年每次降雨的徑流系數(shù)的和除以徑流次數(shù)，即為平均徑流系數(shù)［9－10］。保水能力 ＝1－（處理徑流量／對(duì)照徑流量）［13］。固土能力＝1－（處理侵蝕量／對(duì)照侵蝕量）［13］。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同利用方式小區(qū)生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)

從圖1可知，不收獲、收獲纖維、玉米（CK）三個(gè)小區(qū)植株生長(zhǎng)開始較慢，中間較快，后面又變慢。而收獲飼料小區(qū)在60cm高時(shí)就收獲，所以生長(zhǎng)速度基本上一致，為直線型。各處理苧麻從返青開始，生長(zhǎng)速度基本一致。在株高150cm左右時(shí)，苧麻生長(zhǎng)速度開始變慢，此時(shí)也是纖維工藝成熟期。玉米小區(qū)植株高度可達(dá)260cm，較其它3個(gè)小區(qū)高。

圖1 2010年不同利用方式下株高的動(dòng)態(tài)變化

2.2 不同利用方式小區(qū)覆蓋度動(dòng)態(tài)

植被覆蓋度對(duì)坡地水土流失防治具有顯著作用，尤其雨季植被地表覆蓋度是坡地水土保持效果的直接影響因素之一。由圖2可以看出，覆蓋度總體上為，不收獲小區(qū)＞纖維小區(qū)＞玉米（CK）＞飼用小區(qū)。不收獲小區(qū)覆蓋度大，在雨水較多的春季，可以有效的截留雨水，減少土壤沖刷。不收獲小區(qū)在5月份覆蓋度就在90%以上，但在工藝成熟后，隨時(shí)間推移，下部葉片掉落，覆蓋度開始下降，同時(shí)植株下部開始長(zhǎng)出新的分蘗枝，覆蓋度又上升。纖維小區(qū)在6月初收獲纖維，小區(qū)覆蓋度下降，而新的分蘗枝生長(zhǎng)迅速，在一個(gè)月內(nèi)覆蓋度又達(dá)到70%以上，收獲時(shí)打落的麻葉麻桿可以覆蓋地面，減少雨水對(duì)地面的沖刷。玉米小區(qū)生長(zhǎng)期只有四個(gè)月，最高覆蓋度可達(dá)到90%，到8月份植株開始成熟，葉片枯萎，覆蓋度迅速下降。

圖2 2010年不同利用方式下覆蓋度的動(dòng)態(tài)變化

2.3 不同利用方式對(duì)土壤侵蝕模數(shù)的影響

降雨強(qiáng)度、土壤含水量、土壤孔隙度等是影響水土流失的重要因素，雨強(qiáng)是影響徑流沖刷力的一個(gè)關(guān)鍵因素，雨強(qiáng)增大，徑流沖刷力增大，很容易對(duì)下墊面產(chǎn)生沖刷，導(dǎo)致產(chǎn)沙量增加。降雨歷時(shí)較長(zhǎng)，其雨強(qiáng)較小，雨水有充足的時(shí)間滲入土壤，導(dǎo)致其產(chǎn)沙量較小。對(duì)每次降雨下各草種的侵蝕模數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1，不同降雨量下各利用方式處理侵蝕模數(shù)大小基本規(guī)律：飼料用處理＞玉米（CK）＞纖維用處理＞不利用處理，各處理土壤侵蝕模數(shù)有顯著差異。

表1 不同降雨量各處理土壤侵蝕模數(shù)

2.4 不同利用方式對(duì)徑流系數(shù)的影響

從表2可以看出，不同利用方式小區(qū)的徑流系數(shù)不同，飼用小區(qū)平均徑流系數(shù)是0.53%，玉米小區(qū)平均徑流系數(shù)是0.28%，纖維小區(qū)平均徑流系數(shù)是0.24%，不收獲小區(qū)平均徑流系數(shù)是0.028%。不同小區(qū)處理攔蓄洪水的作用是不同的。在降雨強(qiáng)度較小的情況下，植物對(duì)徑流的影響較大。特別當(dāng)暴雨強(qiáng)度大、歷時(shí)短的情況下，植被能起到顯著的削峰、減洪作用。

表2 不同降雨量下各處理徑流系數(shù)

2.5 不同利用方式小區(qū)保水固土能力

保水能力和固土能力是衡量植物水土保持效果的重要指標(biāo)之一。由表3可知，不收獲小區(qū)保水能力和固土能力為86.5%和89.7%，保水固土能力最好。而飼用小區(qū)保水能力和固土能力分別為－102.9%和－54%，保水固土能力最差。自然降雨條件下，苧麻不同利用方式小區(qū)對(duì)水土流失均有一定的防治效果，但不收獲小區(qū)效果最好，其次是纖維小區(qū)，水土流失防治效果明顯好于玉米（CK）。

表3 不同利用方式小區(qū)保水固土能力

2.6 不同利用小區(qū)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與效益

由表4可知，不利用處理，在冬季枯黃后地上部收獲（是燒制木炭的原料），干物質(zhì)產(chǎn)量10 667kg／hm2，經(jīng)濟(jì)效益為7 466.9元／hm2；纖維用處理每年收獲三季，可產(chǎn)原麻1 944kg／hm2，收獲纖維后剩下的嫩莖和葉片可作為飼料利用，干物質(zhì)產(chǎn)量7 776 kg／hm2，收麻后的麻骨曬干后碳化，麻骨產(chǎn)量4 667 kg／hm2，刮麻后的麻殼可以用作培養(yǎng)食用菌培養(yǎng)基的成分，產(chǎn)量1 557kg／hm2，纖維用處理總經(jīng)濟(jì)效益32 040.8元／hm2；玉米小區(qū)（CK）每年可收獲一季玉米，可產(chǎn)籽粒8 333kg／hm2，秸稈也可作為飼草利用，產(chǎn)量15 410kg／hm2，總經(jīng)濟(jì)效益為19 748元／hm2；飼料用處理，在株高60cm左右時(shí)收獲，干草產(chǎn)量11 064kg／hm2，經(jīng)濟(jì)效益為15 489.6元／hm2。由此可見，在坡耕地種植苧麻，纖維用處理經(jīng)濟(jì)效益比其他處理高。

表4 不同利用方式處理經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與效益

3 結(jié)論

（1）不同利用處理土壤侵蝕模數(shù)大小排序?yàn)轱暳嫌锰幚恚居衩仔^(qū)（CK）＞纖維用處理＞不利用處理；徑流系數(shù)大小排序?yàn)椋猴暳嫌锰幚恚居衩仔^(qū)（CK）＞纖維用處理＞不利用處理。與對(duì)照玉米（CK）小區(qū)相比，保水能力和固土能力不利用處理最好為86.5%和89.7%，飼料用處理最差為－102.9%和－54%。

（2）不同利用處理均可收獲經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)效益纖維用處理最大為32 040.8元／hm2、不利用處理為7 466.9元／hm2、飼料用處理為15 489.6元／hm2、玉米處理為19 748元／hm2。

4 討論

本試驗(yàn)只測(cè)定了一年的降雨與水土流失數(shù)據(jù)，且各處理有明顯水土流失的降雨有六次，主要集中在5—10月，纖維用小區(qū)土壤流失量2 295t／（km2·a），而大竹縣烏木灘水保觀測(cè)點(diǎn)和遂寧水土保持站測(cè)定，種植2a以上的苧麻，無論緩坡和陡坡，年土壤侵蝕強(qiáng)度小于19t／（km2·a）［7，14］，主要是試驗(yàn)當(dāng)年降雨量和降雨強(qiáng)度都較大造成的，且小區(qū)是新建的，土壤人為擾動(dòng)比較大［15］，導(dǎo)致第一年水土流失量比較大。苧麻飼料用處理，由于其頻繁的收獲，徑流量和泥沙量大于對(duì)照種植玉米小區(qū)（CK），但從整個(gè)植物生長(zhǎng)的時(shí)期看，一年中苧麻飼料用處理全生育期有9個(gè)月，玉米小區(qū)全生育期僅四個(gè)月，而飼料用處理水土保持效果比玉米小區(qū)還差。造成這個(gè)結(jié)果的原因可能是，南方降雨主要集中在4—9月，而且易發(fā)生強(qiáng)降水［15］，本試驗(yàn)中產(chǎn)流過程集中在5—8月，這個(gè)階段玉米生長(zhǎng)較快，小區(qū)覆蓋度比飼料用小區(qū)大，且前五次降雨量和降雨強(qiáng)度都較大，導(dǎo)致了飼料用處理水土流失嚴(yán)重。

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