水土保持功能型植物保水保土效應(yīng)分析與評價

李偉 李宏鈞 劉濤 寶玉

摘要 [目的]篩選伊犁地區(qū)公路建設(shè)中保水保土效應(yīng)較好的植物。[方法]以裸露邊坡為對照，研究了細莖冰草、高羊茅、披堿草、紅豆草、紫花苜蓿、檸條、紫穗槐7種植物在路基邊坡覆土種植后的保水保土效應(yīng)。[結(jié)果]7種植物在不同配置、不同覆土厚度和不同禾豆比例下的保水保土效果存在顯著差異。通過差異分析和土壤侵蝕模數(shù)對比，發(fā)現(xiàn)紫花苜蓿、紅豆草具有較好的水土保持效果，對新疆伊犁地區(qū)公路工程邊坡綠化適應(yīng)性強。[結(jié)論]最佳保水保土效應(yīng)的植物配置為細莖冰草、高羊茅、披堿草、紫花苜蓿、紅豆草、檸條；覆土厚度10 cm時無論何種配置下的保水保土效應(yīng)表現(xiàn)都為最佳。

關(guān)鍵詞 紫花苜蓿；豆科植物；水土保持效應(yīng)；新疆伊犁地區(qū)

中圖分類號 S157 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）29-0061-04

Analysis and Assessment on Soil and Water Conservation Effect of Several Leguminous Plants——Taking Highway Construction in Yili Area as an Example

LI Wei， LI Hongjun， LIU Tao et al

（China Academy of Transportation Sciences， Beijing 100029）

Abstract [Objective]To screen plants with better water and soil conservation effects in highway construction in Yili. [Method]Taking bare slope as control， the soil and water conservation effect of Agropyron cristatum， Festuca elata， Elymus dahuricus， Onobrychis viciifolia， Medicago sativa， Caragana korshinskii， Amorpha fruticosa seven leguminous herbs that were planted on roadbed slope was analyzed and assessed. [Result]The results showed that there were significant differences in soil and water conversation effect of seven leguminous herbs. By variance analysis of erosion modulus， it was conclued that alfalfa and sainfoin had the best effectiveness of soil and water conversation and growth adaptability on subgrade slope.[Conclusion]The optimum plant allocation of water and soil conservation effect was Agropyron cristatum， Festuca elata， Elymus dahuricus， Onobrychis viciifolia， Medicago sativa， Caragana korshinskii， Amorpha fruticosa；soil thickness of 10 cm regardless of the configuration of the water and soil conservation effect was the best.

Key words Alfalfa；Leguminous plants；Soil and water conservation effect；Yili area of Xinjiang

基金項目 北疆墾區(qū)公路植被生態(tài)修復(fù)與敏感水體保護技術(shù)推廣應(yīng)用（2014 316 T11 040）。

作者簡介 李偉（1983—），男，內(nèi)蒙古通遼人，助理工程師，從事水土保持研究。

收稿日期 2017-08-16

隨著“新絲綢之路經(jīng)濟帶”發(fā)展戰(zhàn)略的推進，新疆公路建設(shè)實現(xiàn)了歷史性飛躍，不僅大大改善了城鄉(xiāng)交通條件，同時也對工程沿線的生態(tài)環(huán)境造成了一定程度的破壞[1-2]。就新疆伊犁河谷地區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境而言，公路建設(shè)誘發(fā)的水土流失問題嚴重，逐漸引起了社會的廣泛關(guān)注，單一景觀功能的植被恢復(fù)建設(shè)已難以滿足公路建設(shè)理念的發(fā)展需要。如何在路基裸露邊坡上建立穩(wěn)定合理的植物群落，營造復(fù)層的植被結(jié)構(gòu)，并將水土保持功能型植物融入路基邊坡綠化，發(fā)揮符合生態(tài)長久的保護效果，是植被恢復(fù)學家的最終目標[3-4]。

本研究針對伊犁地區(qū)公路建設(shè)中存在的水土保持問題，借鑒國內(nèi)外公路建設(shè)水土保持功能型植物配置技術(shù)的經(jīng)驗，從植物篩選、保水保土效應(yīng)等兩方面入手，篩選出生長迅速、抗逆性強、管養(yǎng)方便、經(jīng)濟價值高的植物，以期為新疆伊犁地區(qū)類似環(huán)境區(qū)域的公路工程建設(shè)提供參考。

1 內(nèi)容與方法

1.1 試驗區(qū)自然概況

試驗區(qū)位于新疆伊犁哈薩克自治州境內(nèi)的“S242線鞏留至尼勒克公路工程”，地理坐標為82°15′25″～82°25′33″E，43°35′0.5″～43°49′47″N，屬于天山北麓阿布熱勒山區(qū)，大陸性溫帶半干旱氣候區(qū)，年平均降雨量31655 mm，年平均風速1.14 m/s。土壤以灰鈣土、潮土為主，林草植被覆蓋度30%～60%[5]。

1.2 研究內(nèi)容

1.2.1 伊犁地區(qū)公路工程水土保持功能型植物篩選研究。

在廣泛調(diào)查伊犁地區(qū)植物資源的基礎(chǔ)上，結(jié)合公路工程已有的植物資源保護技術(shù)研究成果，本著“鄉(xiāng)土植物為主，適地適生”的原則，初步選擇具有良好保水保土功能且生長抗逆性強的植物，通過試驗分析對所選植物的固土保水功能進行評價，篩選出適宜伊犁地區(qū)的水土保持植物。

1.2.2 水土保持功能型植物在不同配置情況下水土保持效應(yīng)分析。

通過對試驗區(qū)的水土流失情況進行定位觀測，研究試驗區(qū)的保水保土效應(yīng)分析，為水土保持功能型植物篩選提供依據(jù)。

1.3 研究方法

1.3.1 試驗小區(qū)布設(shè)。

2015年春在“S242線鞏留至尼勒克公路” K29+900～K30+100段布設(shè)試驗小區(qū)，選擇45°～48°的路基邊坡，平整坡面，再按試驗設(shè)計客土回覆5、10、15 cm 3種厚度腐殖土。共布設(shè)30個試驗小區(qū)，小區(qū)面積均為5 m×5 m。具體配置見表1～4。試驗小區(qū)布設(shè)見圖1。

1.3.2 觀測指標與分析方法.

1.3.2.1 觀測指標[6]。

徑流系數(shù)是一定匯水面積內(nèi)總徑流量（mm）與降水量（mm）的比值，是指任意時段內(nèi)的徑流深度y（或徑流總量W）與同時段內(nèi)的降水深度x（或降水總量）的比值，它綜合反映自然地理要素對徑流的影響。計算公式為a=y/x。而其余部分水量則損耗于植物截流、填洼、入滲和蒸發(fā)。徑流系數(shù)越小，說明小區(qū)內(nèi)植物的截流作用越大，土壤入滲能力越明顯。

保水效應(yīng)及保土效應(yīng)是指同一時段相同降雨條件下有植物措施的小區(qū)與對照小區(qū)相比，減少徑流量與侵蝕量占對照小區(qū)徑流量與侵蝕量的百分比。

1.3.2.2 分析方法。

水土流失觀測時段為2015年5月至2016年11月，小區(qū)布設(shè)后每月監(jiān)測1次。降雨量數(shù)據(jù)從中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)獲取，侵蝕量通過侵蝕溝測量確定，共得到18個月的連續(xù)水土流失觀測數(shù)據(jù)。采用對比分析方法，分析不同植物配置、不同覆土厚度及不同禾豆比例下蓄水保土能力的強弱，篩選出水土保持效應(yīng)最顯著的植物配置、覆土厚度及禾豆植物比例。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

利用Office對數(shù)據(jù)進行整理，利用SPSS 200對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下水土保持效果的差異性

2015、2016年觀測期的降雨量分別為107.2和263.4 mm，產(chǎn)流次數(shù)分別為4、6次。

方差分析（ANOVA）表明，不同植物配置試驗區(qū)保水效應(yīng)顯著性Sig值均小于0.05的顯著水平，表明7種植物在不同配置、不同厚度區(qū)及不同禾豆比例情況下保水效應(yīng)存在顯著性差異。

由圖2可知，混播試驗區(qū)與對照小區(qū)之間保水、保土效應(yīng)差異明顯，同時各混播小區(qū)之間也存在差異。從植物配置區(qū)保水保土效應(yīng)均值分布情況了解，各處理的保水保土效應(yīng)從大到小依次為丙、乙、甲、丁、對照；覆蓋厚度區(qū)各處理的保水保土效應(yīng)從大到小依次為丙-b、丙-c、丙-a、對照；禾豆比區(qū)各處理的保水效應(yīng)從大到小為丙-Ⅰ、丙-Ⅱ、對照，保土效應(yīng)從大到小為丙-Ⅱ、丙-Ⅰ、對照。由此得出，篩選的適地適生植物在不同配置和不同厚度覆土層以及不同禾豆比例情況下，保水保土效應(yīng)具有顯著差異。

根據(jù)以上保水保土效應(yīng)分布情況可知，最佳保水保土效應(yīng)的適地適生植物配置為丙配置（細莖冰草、高羊茅、披堿草、紫花苜蓿、紅豆草、檸條）；植物最佳生長覆土厚土為10 cm（丙-b）；最佳禾豆比例為丙-Ⅰ （7∶2）。從試驗區(qū)植被分布調(diào)查了解，長勢最好的植物為紫花苜蓿和紅豆草。

2.2 不同處理的水土流失防治效應(yīng)

土壤侵蝕模數(shù)是單位面積、單位時間內(nèi)侵蝕量的大小，是表征土壤侵蝕強度的指標。根據(jù)水利部最新頒布的《土壤侵蝕分類分級標準SL 190—2007》中關(guān)于水力侵蝕強度分級標準的規(guī)定[8]，2015年試驗區(qū)的對照小區(qū)表現(xiàn)為強烈侵蝕，其他配置小區(qū)表現(xiàn)為輕度侵蝕。2016年對照區(qū)侵蝕強度為輕度至微度，其他配置小區(qū)侵蝕強度降到微度。由此可以得知，在降雨（雨量及強度）條件相當與或低于2016年的年份，不同配置試驗區(qū)供試植物在種植第2年均可以控制種植區(qū)土壤侵蝕量低于第1年土壤侵蝕量，滿足水土保持功能要求。

2.2.1 不同植物配置小區(qū)保水保土效應(yīng)分析。

通過圖3、4可知，由于試驗區(qū)于2015年春季布設(shè)，觀測到的降雨量少，且早期植物未生長成型，植物截流作用弱，表土多裸露，抗沖刷能力小，導(dǎo)致2015年保水效應(yīng)和保土效應(yīng)比2016年度差。丙組試驗區(qū)在觀測期內(nèi)的保水、保土效應(yīng)均比其他試驗區(qū)強，差異性較顯著。

2.2.2 不同覆土厚度小區(qū)保水保土效應(yīng)分析。

通過圖5、6可知，2015年保水、保土效應(yīng)比2016年差。丙-b組試驗區(qū)在觀測期內(nèi)的保水、保土效應(yīng)均比其他試驗區(qū)強，差異顯著。

2.2.3 不同禾豆比例小區(qū)保水保土效應(yīng)分析。通過圖7、8可知，2015年保水、保土效應(yīng)比2016年差。丙-Ⅰ 組試驗區(qū)

保水效應(yīng)略強于丙-Ⅱ 組試驗區(qū)，但丙-Ⅱ 組試驗區(qū)保土效應(yīng)略強于丙-Ⅰ 組試驗區(qū)，檢驗數(shù)據(jù)總體差異不顯著。

由表5可知，2016年植物配置區(qū)供試植物土壤侵蝕模數(shù)從小到大依次為丙、乙、甲、丁、對照；覆蓋厚度區(qū)各供試植物土壤侵蝕模數(shù)從小到大依次為丙-b、丙-c、丙-a、對照；禾豆比區(qū)各供試植物土壤侵蝕模數(shù)從小到大依次為丙-Ⅱ、丙-Ⅰ、對照。

由此可以判斷出，最佳水土流失防治效益的植物配置為丙配置（細莖冰草250 g、高羊茅125 g、披堿草75 g、紫花苜蓿175 g、紅豆草75 g，檸條點播）；植物生長最佳覆土厚土為10 cm（丙-b）；最佳水土流失防治效益的禾豆比例為丙-Ⅱ（7∶4）。

3 結(jié)論

（1）通過對2016年觀測數(shù)據(jù)進行方差分析可知，7種植物不同配置對試驗區(qū)保水保土效應(yīng)存在顯著差異；最佳保水保土效應(yīng)的植物配置為丙配置（細莖冰草250 g、高羊茅125 g、披堿草75 g、紫花苜蓿175 g、紅豆草75 g，檸條點播）；覆土厚度10 cm時無論何種配置下的保水保土效應(yīng)表現(xiàn)均為最佳。

（2）通過禾豆比試驗可知，適當增加豆科植物的配比，可提高早期植被蓋度和生長密度，改變土壤成分結(jié)構(gòu)，提高土壤的抗沖抗蝕性。

參考文獻

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