五節(jié)芒等植物水土保持效果試驗(yàn)研究

謝金波， 王敬貴

(1.五華縣水土保持試驗(yàn)推廣站， 廣東 五華 514471； 2.珠江水利委員會(huì) 珠江水利科學(xué)研究院，廣東 廣州 510611； 3.珠江水利委員會(huì) 珠江流域水土保持監(jiān)測(cè)中心站， 廣東 廣州 510611)

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于廣東省五華縣，地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫暖濕潤(rùn)，多年平均降雨量1 450 mm，雨量多集中在4—9月，降雨強(qiáng)度大。多年平均氣溫20.5 ℃，最高氣溫37.5 ℃，最低氣溫0 ℃。地貌類型以低山丘陵為主，土壤以赤紅壤為主，崩崗發(fā)育，地形破碎。植被群落以馬尾松殘次林為主，闊葉林多為桉樹(shù)、木荷等人工林，灌草類多為芒萁等。水土流失嚴(yán)重，主要侵蝕類型有崩崗侵蝕和面蝕、溝蝕等。

試驗(yàn)區(qū)設(shè)在五華縣華城鎮(zhèn)烏陂河小流域，該小流域內(nèi)設(shè)有國(guó)家級(jí)水土保持科技示范園。烏陂河是韓江上游的二級(jí)支流，小流域面積23.2 km2，區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜多樣，溝壑密布，山地海撥高程100～200 m；山地坡度較緩，大于25°坡地占19%，其余為緩坡地和水田；植被以馬尾松、濕地松等針葉樹(shù)為主，其次是木荷、桉樹(shù)等闊葉林和針闊混交林，灌木有桃金娘、崗松、芒萁等，植被覆蓋率在50%以下；區(qū)內(nèi)耕地以種植水稻為主，經(jīng)濟(jì)作物有花生、甘蔗等；區(qū)內(nèi)有3個(gè)行政村，總?cè)丝?.45萬(wàn)人，其中農(nóng)業(yè)人口1.03萬(wàn)人。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在烏陂河小流域內(nèi)選擇面蝕最為嚴(yán)重的山坡面布設(shè)試驗(yàn)小區(qū)，分別種植香根草、象草和五節(jié)芒進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析這3種植物的水土保持效果。各試驗(yàn)小區(qū)的土壤類型均為赤紅壤，土壤質(zhì)地均為壤土。

植物種植時(shí)間為2010年3月，種植方式均為穴植，開(kāi)穴規(guī)格30 cm×30 cm，深度20—30 cm，株行距80 cm×80 cm[1]，種后及時(shí)撫育淋水，適當(dāng)施肥1次。

2.2 觀測(cè)方法

植物生長(zhǎng)情況觀測(cè)。主要觀測(cè)株高、覆蓋度、生物量等3個(gè)指標(biāo)[2]。生物量觀測(cè)以2 m×2 m草地樣方為標(biāo)準(zhǔn)，采用刈割方式收集樣方內(nèi)植物的莖和葉(不包括草根)，分別測(cè)其鮮草重量和烘干后的干草重量。每個(gè)草種均設(shè)3個(gè)重復(fù)樣方，對(duì)各觀測(cè)值取其平均值。

土壤理化性狀觀測(cè)。主要觀測(cè)不同試驗(yàn)地的土壤含水量、容重、孔隙度、持水量等物理指標(biāo)，并測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量、全氮、全磷、全鉀含量等化學(xué)指標(biāo)。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)取3個(gè)重復(fù)樣方，取其平均值。

水土流失狀況觀測(cè)。在相同研究時(shí)段內(nèi)，每次侵蝕降雨后分別測(cè)定不同試驗(yàn)地的徑流量、土壤流失量等指標(biāo)。試驗(yàn)小區(qū)按5 m×20 m標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)布設(shè)，周邊用鐵皮圍護(hù)，在小區(qū)下部修筑收集徑流泥沙的集流槽和集流桶，并安裝水位計(jì)等測(cè)量設(shè)備。針對(duì)香根草、象草和五節(jié)芒分別布設(shè)3個(gè)重復(fù)試驗(yàn)小區(qū)，對(duì)相同小區(qū)的觀測(cè)值取其平均值；同時(shí)布設(shè)1個(gè)裸地對(duì)比試驗(yàn)小區(qū)。小區(qū)坡度均為15°。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同植物生長(zhǎng)狀況分析

通過(guò)不同植物生長(zhǎng)過(guò)程和生長(zhǎng)量觀測(cè)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)(表1)：香根草、象草和五節(jié)芒等植物的存活率均較高，都能達(dá)到90%以上；就株高指標(biāo)而言，象草的單株高度最大，生長(zhǎng)9個(gè)月后，象草的株高比香根草、五節(jié)芒高出15～45 cm；就覆蓋度指標(biāo)而言，五節(jié)芒的覆蓋度增長(zhǎng)最快，因其鞭狀莖根分蘗繁殖力強(qiáng)，能夠迅速增加地表覆蓋；從生物量指標(biāo)來(lái)看，當(dāng)年種植當(dāng)年刈割1次情況下，五節(jié)芒最大，象草次之，香根草最小。

表1 不同試驗(yàn)地植物生長(zhǎng)狀況對(duì)比

3.2 土壤理化性狀分析

3.2.1 含水與通氣等土壤物理性狀分析 試驗(yàn)小區(qū)土壤物理性質(zhì)觀測(cè)結(jié)果表明(表2)，與對(duì)比小區(qū)相比，用香根草、象草和五節(jié)芒植物治理后的試驗(yàn)小區(qū)土壤物理狀況均有明顯改善。香根草、象草、五節(jié)芒試驗(yàn)小區(qū)的土壤含水量比對(duì)照小區(qū)分別提高33.5%,22.1%和48.5%，總孔隙度分別提高24.7%,12.9%和30.8%，土壤容重分別降低8.9%,5.9%和11.1%。試驗(yàn)地土壤物理性質(zhì)的明顯改善主要是由于植物根系在土壤中的生長(zhǎng)、延伸疏松了土壤，提高了土壤的蓄水能力[3]。其中五節(jié)芒試驗(yàn)地的各項(xiàng)指標(biāo)均比另外兩種植物高，表明其保水和通氣性能最佳。

3.2.2 養(yǎng)分含量等土壤化學(xué)性狀分析 對(duì)比1 a后各個(gè)試驗(yàn)小區(qū)土壤養(yǎng)分含量數(shù)據(jù)(表3)得出，與對(duì)照小區(qū)相比，香根草、象草和五節(jié)芒試驗(yàn)小區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀含量均有明顯提高，有機(jī)質(zhì)含量分別比對(duì)照小區(qū)提高35.4%,36.9%和44.6%，全氮含量分別提高76.9%,59.6%和82.7%，全磷含量分別提高31.3%,34.4%和46.9%，全鉀含量分別提高33.3%,19.4%和38.9%。其中五節(jié)芒試驗(yàn)地的土壤養(yǎng)分含量增加最明顯，表明五節(jié)芒在改良土壤養(yǎng)分方面具有比較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，能夠使土壤肥力狀況明顯改善。

表2 不同試驗(yàn)地土壤物理性質(zhì)指標(biāo)對(duì)比

表3 不同試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分含量對(duì)比 g/kg

3.3 減蝕效果分析

表4為2010年3月至2012年12月近3 a的試驗(yàn)小區(qū)徑流泥沙觀測(cè)結(jié)果。由表4表明，與對(duì)照小區(qū)相比，香根草、象草、五節(jié)芒均具有比較好的水土保持效果，其中香根草減少年徑流總量為23.7%～41.1%，降低土壤侵蝕模數(shù)44.6%～62.8%；象草減少年徑流總量19.7%～34.8%，降低土壤侵蝕模數(shù)33.3%～49.8%；五節(jié)芒減少年徑流總量為26.9%～44.4%，降低土壤侵蝕模數(shù)44.6%～67.4%。

植物均具有一定程度的攔蓄徑流和減少土壤流失量的功能，特別是草本植物中的禾本科植物由于其須根系特點(diǎn)，根系發(fā)達(dá)，固土作用明顯，可以提高土壤的抗蝕性，其中五節(jié)芒的根鞭更發(fā)達(dá)，固土作用更為明顯。

從試驗(yàn)結(jié)果也可以看出，3種植物中五節(jié)芒攔蓄地表徑流和泥沙的效果最好，減蝕效果最明顯。

表4 不同試驗(yàn)地的產(chǎn)流產(chǎn)沙狀況對(duì)比

此外，土壤流失量大小與侵蝕性降雨總量和雨強(qiáng)有很大關(guān)系。2010年侵蝕性降雨總量雖然比2012年的小，但由于2010年9月有強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“獅子山”登陸帶來(lái)的強(qiáng)降雨，試驗(yàn)區(qū)日降雨量高達(dá)223 mm，最大雨強(qiáng)達(dá)90 mm/h，因此，2010年各試驗(yàn)區(qū)的年徑流總量和土壤侵蝕量都較大。

3.4 改善微地貌效應(yīng)分析

五節(jié)芒等植物在水土流失治理中，不僅具有良好的攔蓄徑流泥沙、改善土壤理化性狀的作用，同時(shí)還可以改善微地貌。

據(jù)3 a來(lái)的觀測(cè)結(jié)果，五節(jié)芒等3種草本植物對(duì)改變崩崗侵蝕及坡腳微地貌作用明顯，其中五節(jié)芒最為顯著，主要表現(xiàn)在五節(jié)芒鞭狀根系的固土攔沙作用，能使被侵蝕的土粒在植株周圍堆積，形成小土堆，日積月累能逐漸抬高溝床，加厚表土層。微地貌的改善又能更好地促進(jìn)其他植物的生長(zhǎng)，從草本過(guò)渡到灌木(桃金娘、崗松、云實(shí)等)進(jìn)而喬木(松樹(shù)、荷樹(shù)、漆樹(shù)、苦楝樹(shù)、鴨腳木等)，使植被生長(zhǎng)朝著良性方向演替。

3.5 種植成本分析

從種植成本來(lái)看，各草本植物之間略有差異：香根草是引進(jìn)草種，其種苗成本相對(duì)較高，而象草、五節(jié)芒均為本地鄉(xiāng)土草種，特別是五節(jié)芒在南方分布極廣，隨處可挖，不需考慮種苗問(wèn)題。據(jù)周婧等[4]的研究，五節(jié)芒根狀莖發(fā)達(dá)，其適生區(qū)域主要集中在浙南山地、華中地區(qū)、嶺南山地和臺(tái)灣地區(qū)，種源隨處可得，易種植，成本較低。

4 結(jié) 論

從近3 a來(lái)香根草、象草和五節(jié)芒3種植物的試驗(yàn)結(jié)果看，與香根草和象草相比，五節(jié)芒在增加地表覆蓋，改善土壤理化性質(zhì)，攔蓄徑流泥沙，改善微地貌，防治水土流失，改善生態(tài)環(huán)境等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，且分布廣，種源多，種植成本低，是優(yōu)良的水土保持草種，而且還是優(yōu)良的多年生草本能源植物[5]。因此，在南方紅壤丘陵區(qū)的水土流失治理生物措施中，可以優(yōu)先考慮五節(jié)芒。

在今后研究中，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)其他植物防治效果的試驗(yàn)觀測(cè)和定量分析研究，并在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)對(duì)水土流失治理中草本植物與喬灌木的配置種類和比例研究，以及與工程措施的搭配，綜合防治效果定量評(píng)價(jià)等方面的深層次試驗(yàn)和科學(xué)研究，從而為防治水土流失提供科學(xué)依據(jù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉金祥,張瑩,曹觀蓉,等.種植密度對(duì)香根草分蘗及腋芽動(dòng)態(tài)的影響[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012,39(17):29-31.

[2]蔡錫安,夏漢平,崔玉炎.廣州流溪河河岸緩沖帶生態(tài)治理的優(yōu)良草種篩選試驗(yàn)[J].生態(tài)環(huán)境,2004,13(3):342-346.

[3]章家恩,段舜山,駱世明,等.赤紅壤坡地幼齡果園間種不同牧草的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[J].土壤與環(huán)境,2000,9(1):42-44.

[4]周婧,李巧云,肖亮,等.芒和五節(jié)芒在中國(guó)的潛在分布[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2012,36(6):504-510.

[5]范希峰,左海濤,侯新村.芒和荻作為草本能源植物的潛力分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2010,26(14):381-387.