坡耕地苧麻水土保持機理研究

黃承建，趙思毅

(達(dá)州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，四川達(dá)州 635000)

水土流失是中國面臨的重要環(huán)境問題之一，造成水土流失的一個主要原因是坡地耕作(特別是陡坡地耕作)。坡耕地占中國總耕地面積的1/3［1］，每年產(chǎn)生的土壤流失量約為15億t，占全國土壤流失總量的1/3［2］，長江來沙量的 60% ～78% 源于坡耕地［3］。坡耕地是我國重要的耕地資源，如何有效控制坡耕地水土流失、合理利用坡耕地成為生產(chǎn)中面臨的一個重要課題。近年來，在坡耕地種植水土保持植物以防止和減少水土流失成為研究熱點［4－6］。研究表明，種植苧麻能有效地減少和防治坡耕地特別是15°～25°坡耕地的水土流失［7－9］。前人對苧麻的水土保持功能做了較多研究，但對苧麻的水土保持機理研究尚不深入。因此，探討苧麻的水土保持機理對促進苧麻種植、保持坡耕地水土、推動苧麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

1 苧麻的水土保持效果

據(jù)大竹縣水利局烏木灘水土保持觀測點多年連續(xù)觀測，不同坡度的耕地種植苧麻后均可明顯地減少土壤流失(見表 1):移栽苧麻當(dāng)年，5°、15°、25°麻地的土壤侵蝕量比對照分別減少了3 885、10 315、14 196 t/km2;從第二年開始，年土壤侵蝕量都在20 t/km2以下，其保持水土效果已超過5～6年生的幼林和6～7年生的牧草［7－9］。

2 苧麻水土保持機理

2.1 植株形態(tài)特征、生長特性對水土保持的適應(yīng)性

2.1.1 根蔸發(fā)達(dá)，持水性強，具有強大的固土能力

苧麻根系由蘿卜根、側(cè)根、細(xì)根等組成，蘿卜根粗壯，貯藏大量淀粉粒和水分，入土深度50 cm以上，細(xì)根主要分布在35 cm左右的耕作層內(nèi)［8］，根群大部分分布在30—50 cm深的土層中，根系入土深可超過2 m［9］。苧麻還具有發(fā)達(dá)的根狀地下莖，地下莖經(jīng)多次分枝，向四周和上方擴展，并逐漸變粗。苧麻的地下莖具有良好的保護組織——木栓組織，并有豐富的貯藏物質(zhì)，能夠保持高度的持水性和營養(yǎng)穩(wěn)定［10］。苧麻根蔸由根系與地下莖組成，十分發(fā)達(dá)，在土壤耕作層中相互交叉、盤根錯節(jié)，如同一張密集的大網(wǎng)，將麻園內(nèi)分散的土壤連結(jié)成為整體。因此，發(fā)達(dá)的苧麻根蔸具有強大的固土能力，即使在坡地也可抵御一般的雨水沖刷，能有效地防治水土流失。

表1 不同坡度耕地種植苧麻后土壤流失情況比較

2.1.2 植株生長速度快，新陳代謝迅速，生物產(chǎn)量高

苧麻根蔸生長速度快，生物量高，特別是栽植的第一、二年，根蔸生長極快。用傳統(tǒng)的分蔸繁殖法，栽植第二年，根蔸增重6倍;用切芽繁殖法，栽植第二年，根蔸增重達(dá)700～800倍。根生物量越高，保持水分和養(yǎng)分的能力就越強［11］。

苧麻地上莖生長也很快，上季麻打剝5～7天，下季麻就可達(dá)齊苗，15～20天內(nèi)可長到0.8～1.0 m，且分蘗力強，每窩分蘗為10～20株，稀植的可達(dá)數(shù)十株［8］;苧麻可栽植密度高，新栽麻園當(dāng)年植株可超過15萬株/hm2，壯齡麻園植株可達(dá) 30萬株/hm2以上［9］，我國長江流域是苧麻的主產(chǎn)區(qū)，一年收麻3～4次，因而地上部分生物產(chǎn)量大，成齡麻園每年可達(dá)60～90 t/hm2［12］。苧麻地上部分新陳代謝很快，生物產(chǎn)量大，為了維持地上部分的生長，龐大的根蔸新陳代謝迅速，新的根蔸不斷向土壤周圍和深處延伸，壯年根蔸不斷增大，起到了疏松麻地土壤的作用，降雨時能增加滲透量;另外，干旱時根蔸吸水蒸散使土壤水分含量變低，也增加了降雨時的滲透量。新陳代謝過程中腐爛的根蔸除增加土壤有機質(zhì)外，還能增加土壤孔隙率，使降雨時滲透及導(dǎo)水速率加快，滲透量加大，減少地表徑流。

2.1.3 具有“換蔸”的獨特生長特性

苧麻根蔸在其生命周期中存在一種奇特的生理現(xiàn)象——“換蔸”，即某一階段出現(xiàn)衰老的地下根莖大量死亡，新的地下根莖還沒有大量產(chǎn)生的現(xiàn)象。及時采取栽培管理措施后，新根蔸又會大量產(chǎn)生，第二、三年即恢復(fù)正常［10］。大量死亡的根莖增加了土壤有機質(zhì)，并形成土壤大孔隙，增加了土壤孔隙率和土壤透氣性、透水性，降雨時能增加滲透量，減少地表徑流。

2.2 保護性耕作方式對水土保持的適應(yīng)性

保護性耕作技術(shù)是通過對農(nóng)田實行少耕、免耕、休閑、輪作技術(shù)，盡可能用農(nóng)作物或農(nóng)作物秸稈殘茬覆蓋地表，以減少土壤水蝕、風(fēng)蝕，從而達(dá)到保水、保土、保肥、抗旱抑蒸的先進耕作技術(shù)。美國20世紀(jì)30年代的“黑風(fēng)暴”導(dǎo)致了土壤少免耕作等現(xiàn)代意義的保護性耕作技術(shù)應(yīng)運而生，全世界保護性耕作應(yīng)用面積已達(dá)到1.7億km2，占耕地總面積的11%［13］。苧麻在中國至少有5 000年的種植歷史［14］，自古以來苧麻的栽培便充分運用了保護性耕作技術(shù)原理。苧麻栽植一次，可多年受益，長江流域每年可收獲3次，壯齡麻園能持續(xù)收獲10～30年，有些地區(qū)達(dá)40～50年甚至上百年［10］。在長期的苧麻栽培實踐中，形成了一套保護性耕作模式，即覆蓋栽培+少免耕栽培+休閑輪作栽培。

2.2.1 覆蓋栽培

覆蓋栽培即苧麻綠色覆蓋和殘茬覆蓋。苧麻分蘗力強，密度高，而且葉寬大，數(shù)量多，厚重密集，覆蓋度可達(dá)100%;覆蓋時間長，一般為9個月左右［7－9］。苧麻的收獲方式是只從麻株剝走韌皮部，其余95%的生物量就地還田覆蓋［15］，可防止收麻后覆蓋度低時土壤水分和熱量的散失。覆蓋栽培能有效防治水土流失，地表覆蓋達(dá)到20%時可減少土壤流失57%，達(dá)到50%時可減少土壤流失95%［16］。苧麻覆蓋栽培能增加地表的粗糙度，減緩徑流的速度，增加徑流水滯留地表的時間，提高滲透量;防止暴雨直接打擊地表和沖刷表土，減少水土流失;同時截留較大雨量，利于保持土壤水分。研究表明，覆蓋作物能截留相當(dāng)于本身質(zhì)量1.5～2.0倍的雨量［4］，按苧麻地上部分年生物產(chǎn)量60～90 t/hm2計算，栽植苧麻每年能截留雨量90～180 t/hm2。苧麻打剝后麻稈、麻葉還土，與腐敗的根蔸一起，可增加土壤有機質(zhì)含量，增強土壤團粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，降低土壤容重，提高麻地土壤滲透率及抗蝕力。

2.2.2 少免耕栽培

少免耕栽培是利用生物松土替代機械松土和土壤自身的漿融或干濕變化帶來耕層自然疏松［17］，以及土壤自身對容重、養(yǎng)分、土壤微生物和孔隙度的自調(diào)能力［18］以維持土壤的自然結(jié)構(gòu)和孔隙呈有序分布，保持土體的原狀穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定和協(xié)調(diào)土壤肥力，有效地減少水土流失和土壤風(fēng)蝕，改善生態(tài)環(huán)境。苧麻栽培只在栽苗時深翻耕麻地，以利于多年生根系發(fā)展，此后直至麻園衰老、死亡的數(shù)年、數(shù)十年甚至上百年間，每年每季麻收獲后不耕或只進行中耕。中耕一般只除草，不深翻地，并將雜草、麻稈和落葉一道埋入麻地行間，既可提供苧麻生長所需的有機肥料，又能促使土壤疏松透氣，提高保水保肥能力。研究表明，實行少免耕栽培有良好的水土保持效果，可使農(nóng)田揚塵降低60%以上，地表徑流量減少50% ～60%，土壤流失量減少80% ～95%，土壤蓄水能力提高9% ～15%［19－20］。

2.2.3 冬季休閑、輪作栽培

苧麻每年的生長期約9個月，冬季的3個月時間，氣溫較低不利于苧麻生長，苧麻進入休眠狀態(tài)。生產(chǎn)中，一是利用這3個月時間讓麻地休閑，不種植其他作物，給麻地以充分恢復(fù)地力的休養(yǎng)期，并利用這段時間貯存水分。冬季土層比較干燥，有強大的吸收降雨的能力;表土層滲透力較好，不易形成結(jié)皮;雨量小，次數(shù)多，有利于雨水滲透，土壤、氣候條件有助于水分的貯存。休閑種植有利于土壤蓄水，夏季休閑土壤蓄水率可達(dá)22%，冬季休閑效果更加顯著，土壤蓄水率高達(dá)48%［21］。苧麻冬季休閑栽培有利于麻地蓄水保水。二是實行輪作，種植豌豆、紫云英等豆科作物，豆科作物通過與根瘤菌共生固定空氣中游離態(tài)氮，能改善土壤中氮素狀況。以紫云英為例，每1 hm2紫云英可固定45～180 kg氮素;向土壤中翻壓1 000 kg紫云英，可向土壤提供3.3 kg氮素、0.8 kg磷素、2.3 kg鉀和120～150 kg新鮮活性有機質(zhì)［22］。紫云英經(jīng)翻埋腐爛后形成的活性腐殖質(zhì)具很強的膠結(jié)、團聚能力，可使麻地土壤形成良好的團粒結(jié)構(gòu)，提高土壤保水保肥性能。

通過覆蓋栽培+少免耕栽培+休閑輪作栽培技術(shù)的運用，既減少了土壤水分和熱量的散失，又減少了麻園的水土流失，培肥了地力，實現(xiàn)了抑蒸抗旱、保水保肥固土的功能。

3 結(jié)論和建議

坡耕地種植苧麻具有良好的水土保持效果，其原理如下:一是苧麻根蔸發(fā)達(dá)，固土能力強;植株生長速度快，生物產(chǎn)量高，新陳代謝快;根蔸具有“換蔸”的獨特生長特性。二是栽培中廣泛運用覆蓋栽培、少免耕栽培和休閑輪作栽培的保護性耕作技術(shù)。苧麻水土保持效果超過經(jīng)果林、水保林，坡耕地種植苧麻不僅能防止和減少水土流失，而且成本低，見效快，能緩解糧食與天然纖維生產(chǎn)爭地的矛盾［7，9］，經(jīng)濟效益和生態(tài)效益俱佳，對治理坡耕地水土流失具有廣闊的應(yīng)用前景。

在生產(chǎn)中，首先要廣泛推廣坡耕地種植苧麻以防治水土流失。國家已將苧麻列為防治水土流失的作物，計劃在長江流域發(fā)展苧麻400萬hm2［14］。除長江流域外，苧麻在我國分布較廣，凡適宜苧麻生長的地區(qū)都可推廣坡耕地種植苧麻。如果將適宜苧麻生長但不能種植糧食的坡耕地用來種植苧麻，不僅可以解決水土流失問題，還可使苧麻成為一個大產(chǎn)業(yè)。其次要建立坡耕地種植苧麻的水土保持技術(shù)體系，篩選優(yōu)良的水土保持苧麻品種，推廣苧麻保護性耕作技術(shù)，實現(xiàn)苧麻栽培的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益雙贏。

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