香根草在丹江口庫區(qū)消落帶治理的應(yīng)用研究

聶天南 張龍沖 杜紅

摘 要：21世紀(jì)初，香根草被引種至北方地區(qū)，并在南水北調(diào)中線工程水源地丹江口水庫消落區(qū)及黃河流域部分地區(qū)種植馴養(yǎng)成功，充分發(fā)揮其生態(tài)學(xué)特性，表現(xiàn)出了很好的水土保持、水質(zhì)凈化和景觀效果。在經(jīng)濟(jì)價值方面開發(fā)了以草代木香菇種植、動物飼料和保健飲品等，具有良好的生態(tài)、環(huán)境、社會和經(jīng)濟(jì)效益，推廣應(yīng)用前景廣闊，是實現(xiàn)“綠水青山就是金山銀山”的重要途徑之一。

關(guān)鍵詞：香根草;丹江口水庫;消落區(qū)治理;效果分析

中圖法分類號：X171.4? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2020.0302

1? 香根草簡介

香根草（學(xué)名：Vetiveria zizanioides （L.）Nash）是禾本科香根草屬多年生粗壯草本植物。原產(chǎn)于非洲、印度，廣泛種植于亞熱帶地區(qū)，是一種非常耐旱、適應(yīng)力強(qiáng)，生長快的叢生草本植物，有著“神奇牧草”和“世界上具有最長根系的草本植物”的稱號。

香根草具有多年生、經(jīng)久不衰、一次栽種多年收益、耐旱澇能力強(qiáng)、適生范圍廣等特點，可在多種貧瘠、嚴(yán)苛的地方生長，且生物護(hù)坡技術(shù)簡單經(jīng)濟(jì)，相較于常規(guī)的混凝土邊坡建設(shè)更為經(jīng)濟(jì)且有實效。香根草具有強(qiáng)大堅韌的須根系，穿透力極強(qiáng)、抗拉力較強(qiáng);須根系可將土壤牢牢鎖住，有效防止土壤裂開和水土流失。

1.1? 香根草的栽植

香根草氣候適應(yīng)性廣，在-10～45℃的地區(qū)均可生長，在我國長江以南海拔2 000m以下的地區(qū)可以安全越冬。當(dāng)日平均溫度10℃時根開始萌發(fā)，隨著氣溫的升高，光合能力強(qiáng)，生長逐漸加快。香根草雖然是旱生植物，但受到季節(jié)性的水淹仍能存活，在年降雨量800～2 000mm的地區(qū)生長較好。香根草耐瘠薄，但施肥能促進(jìn)其長高、增加分蘗數(shù)和積累生物量。香根草在一年中的大多數(shù)時候都能種植成活，北方3月底至5月中旬為最佳栽植季節(jié)，移栽后有15～20天的緩苗期。

1.2? 香根草的功效

（1）水土保持

綜合有關(guān)試驗研究成果，香根草的水土保持功效主要體現(xiàn)在以下方面。

一是保持水土、固土固沙、穩(wěn)定陡坡。適用于高速公路、高等級公路、鐵路、明渠等基礎(chǔ)設(shè)施邊坡和路基的保護(hù)與穩(wěn)固，以及江河湖泊和水庫護(hù)岸護(hù)堤。由于其具有強(qiáng)大的根系，在緩坡上可形成土壤根結(jié)性植物籬，一方面攔截了降雨沖刷的泥土，另一方面可形成等高植物籬笆，根系穿透土壤可增加土壤滲透性，使大部分降雨能更好地滲透到地表之下，減少了地面徑流和土壤養(yǎng)分流失。

二是持久耐用，成本低廉。香根草根系在其縱向生長的同時可以相互交錯形成網(wǎng)狀根，具有強(qiáng)大的固結(jié)能力。試驗表明：香根草具有很強(qiáng)的張力（平均為75MPa），為鋼強(qiáng)張力的1/6，而造價成本僅是傳統(tǒng)工程的1/10左右。香根草在土壤深層的網(wǎng)狀根系與土壤形成一個有機(jī)整體并具有1/6鋼強(qiáng)度的抗拉能力，從而使土壤抗沖擊能力得到加強(qiáng)，大量的根系增強(qiáng)了土壤的抗剪、切力和土體粘附力，提高了斜坡穩(wěn)定性，減輕了侵蝕。塌方的公路護(hù)坡通常要用工程辦法來解決，而種植香根草6個月以后，可以不用石頭水泥，不但成本減少，而且美觀、牢固，使用壽命長達(dá)30～50年以上。

三是恢復(fù)植被、優(yōu)化生態(tài)。主要用于荒山、尾礦場、采石場、垃圾填埋場以及工業(yè)污染區(qū)等惡劣生態(tài)環(huán)境的墾復(fù)與植被覆蓋。香根草強(qiáng)大的根系可達(dá)地下2～5m，可快速生長高達(dá)2～3m，具有極強(qiáng)的抗逆性，并且耐鹽堿、耐旱、耐濕、耐瘠薄和耐熱，在惡劣的土壤條件下能夠正常生長，被農(nóng)學(xué)家稱為“先鋒植物”。

（2）保護(hù)濕地，治理污水

一是治理污水與凈化富營養(yǎng)化水體。有關(guān)研究表明：香根草耐鹽堿，在可交換性鹽濃度達(dá)33%時仍正常生長，pH3.8的酸性土壤，鋁濃度高達(dá)68%情況下仍能正常生長（對一般作物來說鋁濃度15%就相當(dāng)高了），在高濃度的砷、鉛、鎘、鋁等條件下能正常生長，并可用于酸性硫酸鹽土的整治。香根草有能力減少交換性鋁的含量，吸收有毒元素。因此在土壤被重金屬、放射性物質(zhì)污染或因開礦等其它工業(yè)、研究設(shè)施、地下掩埋物、廢棄物污染后，種植香根草極有利于土壤的復(fù)墾。

二是保護(hù)濕地，防治面源污染。庫區(qū)岸線因為水位漲落，長期浸淹沖刷，使消落帶無植物生長，形成大片裸露泥沙的消落效應(yīng)。在低洼沼澤形成的濕地，也成了垃圾、污水的匯集區(qū)。根據(jù)試驗，香根草可在消落帶耐受6個月以上完全淹沒。根據(jù)記錄，其水土保持功能和強(qiáng)大的吸收氮磷能力，對整個水源區(qū)消落帶、對山區(qū)涵養(yǎng)水源、農(nóng)業(yè)面源污染防治、岸線和濕地保護(hù)具有重要意義。

三是涵養(yǎng)水源，保護(hù)水庫、增加供水。大量試驗證明，種草涵養(yǎng)水源的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過種樹。暴雨期間，山區(qū)的大量降雨如果沒有草叢阻攔，90%的雨水會挾帶泥土直接進(jìn)入水庫。在豫鄂陜?nèi)?3個縣（區(qū)、市）、十余萬平方公里的水源區(qū)內(nèi)使用香根草進(jìn)行生態(tài)治理，可以減少、阻止自然與人為造成的水土流失，極大降低泥沙下泄量，有效延長水庫使用壽命，提高供水效益。

（3）開發(fā)利用潛力巨大

香根草的綜合開發(fā)利用前景廣闊，經(jīng)濟(jì)價值可觀，是踐行“綠水青山就是金山銀山”理念的重要體現(xiàn)。

一是綜合利用，幫助當(dāng)?shù)剞r(nóng)民致富。用香根草等莖桿作原料以草代木生產(chǎn)香菇、木耳等40余種食用菌?？蓽p少及停止對大量櫟木等原生樹的砍伐，有效保護(hù)森林資源，解決食用菌生產(chǎn)與林業(yè)生態(tài)平衡之間的“菌林”矛盾，為食用菌產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了一條可靠途徑。

二是香根草莖葉中富含動物所需的蛋白質(zhì)、氨基酸以及脂類、礦質(zhì)元素等，同時具有消炎抗菌作用，可用于制作健康飲品，也可用作牲畜優(yōu)質(zhì)飼料原料。

三是香根草可作為極有潛力的生物質(zhì)能源材料。有關(guān)專家在秸稈類木質(zhì)纖維素為原料的沼氣生產(chǎn)設(shè)備、工藝等方面進(jìn)行了探索，香根草作為生物能源-沼氣發(fā)酵原料，利用微好氧-厭氧發(fā)酵兩相技術(shù)，產(chǎn)氣率為140 434 m3/m3·t，利用率高達(dá)58.46%。

四是香根草還可以用作綠肥、編制工藝品、建筑材料、膠合板和造紙的主要原料等。香根草根系提取精油是很多香水的基礎(chǔ)油，可以開發(fā)出多種護(hù)膚和保健產(chǎn)品，具有巨大的生態(tài)價值和經(jīng)濟(jì)開發(fā)潛力。

2? 香根草的研究與種植

2.1? 試驗引種

河南坤元生態(tài)公司從2003年開始種植香根草，進(jìn)行了大量的引種、馴化、繁殖、功能開發(fā)等一系列研究與實踐，取得了許多重要成果。為有效解決南水北調(diào)中線水源區(qū)水土流失和生態(tài)保護(hù)問題，2003年，科技部主持在北京召開座談會，有關(guān)院士專家建議采用生物治理技術(shù)，將優(yōu)良水土保持植物香根草引入長江以北進(jìn)行試驗。次年起，國家外專局安排南陽市政府負(fù)責(zé)進(jìn)行引種實驗。河南坤元生態(tài)公司實施，完成了耐寒品種馴化育苗等技術(shù)研究。經(jīng)過16年的引種、馴化、試驗、示范，香根草由開始不到5%的成活率達(dá)到現(xiàn)在98%，打破了“香根草不能過長江”的斷言。

2016年與河南黃河河務(wù)局開封局合作，在黃河下游種植香根草，并對其生態(tài)修復(fù)功能進(jìn)行了研究。項目組在開封黃河蘭考蔡集段種植香根草4.7畝近10萬株，成功將香根草引種至北緯34°69′區(qū)域的黃河下游灘區(qū)，拓展了種植范圍。結(jié)合黃河河岸邊坡防止水土流失特殊需求和現(xiàn)有護(hù)坡種植結(jié)構(gòu)單一的實際，課題組開展了香根草和百喜草的適應(yīng)性引種及在黃河中下游的示范推廣研究。

鑒于香根草在固土防沙、涵養(yǎng)水源方面的顯著成效及香根草強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)價值，蘭考縣政府決定引進(jìn)香根草進(jìn)行示范種植，在小宋鄉(xiāng)、孟寨鄉(xiāng)、考城渠道推廣示范種植香根草。到2017年6月底，小宋鄉(xiāng)種植面積10畝約20萬株，孟寨鄉(xiāng)種植約3萬株，考城渠道種植30畝約60萬株。

同期，中國保護(hù)母親河聯(lián)盟（籌）在鄭州花園口旅游區(qū)推廣種植香根草3.4畝約7萬株。本項目前期成果“香根草、百喜草適應(yīng)性引種及在河南黃河的示范推廣研究”于2017年11月通過河南黃河河務(wù)局科技成果評審，其階段性成果已為黃河下游灘區(qū)水土保持治理工作和生態(tài)修復(fù)，帶動沿黃區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了重要的示范引領(lǐng)作用。

2.2? 抗沖刷試驗

本項目在蘭考蔡集段香根草種植區(qū)進(jìn)行香根草抗沖刷試驗，研究分析香根草坡固土護(hù)坡效果，并通過試驗對香根草的生物學(xué)特性展開研究。開展香根草固土護(hù)坡抗雨刷實驗，進(jìn)一步檢驗香根草水土保持功效，為香根草的推廣提供理論數(shù)據(jù)支撐。通過人工模擬強(qiáng)降雨，對比觀察有香根草生態(tài)修復(fù)邊坡與無香根草防護(hù)邊坡的特征并進(jìn)行效果分析，以確定香根草在生態(tài)修復(fù)中的作用。定期分析土體營養(yǎng)元素的變化，觀察香根草對于改良土壤的效果，營養(yǎng)元素的固化或者吸收。

根據(jù)本期試驗，再結(jié)合與其相關(guān)的一些早期完成的試驗發(fā)現(xiàn)，香根草的種植不論生態(tài)效應(yīng)還是工程效應(yīng)都很顯著。通過觀察植被表面的發(fā)展情況以及對比分析種植前后土地表面裂縫狀況，可以看出種植香根草有利于改善土壤條件，豐富土壤元素，增加土壤群落豐富度，有利于群落的自然發(fā)展或者人工演替。從力學(xué)角度來看，香根草對土壤有錨固作用，香根草的根就像鋼筋一樣將土壤牢牢的固定住，并且香根草還有一定的截留雨水的作用，對降雨沖刷泥土有保護(hù)作用。縱向來看，香根草對降雨下滲的深度和速度都有一定的截留作用，對土壤的水土保持有積極作用。

2.3? 水土保持能力分析

通過對土壤的元素分析試驗，可以看出香根草生命力強(qiáng)，在生長的過程中吸收掉土壤中的一些元素。但整體來看，香根草的種植可以增加土壤元素的豐富度。促進(jìn)更多的物種在周圍生長，從而使土壤變得更加肥沃，植物豐富度更好，形成一個水土保持的良性循環(huán)，具有顯著的護(hù)坡固土作用。

實驗結(jié)果還表明，香根草水土保持能力很強(qiáng)。在種植香根草地塊與對比地塊選取相同面積大小的地塊，在相同的時間內(nèi)收集被模擬雨水沖刷的土體，可以發(fā)現(xiàn)種植香根草地塊產(chǎn)生的徑流量遠(yuǎn)小于對比地塊，分別占產(chǎn)水量的35.6%和54.2%，降低徑流量18.5%。徑流泥沙含量分別為12.54%和49.68%，挾帶泥沙降低37.14%。種植區(qū)由于植被作用效果強(qiáng)烈，產(chǎn)流量降低18.5%，抗沖刷能力強(qiáng)，攜帶泥沙量降低37.14%。在種植過香根草地塊的土壤經(jīng)過大水沖刷后被水帶走的泥沙明顯減少，且香根草能夠留住土中粒徑較大的土顆粒，充分證明了香根草在保持水土方面的能力。

香根草對土壤營養(yǎng)元素含量的影響也很顯著。實驗測定數(shù)據(jù)表明，種植香根草后，對土壤中有機(jī)質(zhì)的含量有很大影響，土壤中的有機(jī)質(zhì)含量明顯呈上升趨勢。香根草種植對于土壤中全氮量也有一定維持作用。

3? 丹江口庫區(qū)消落帶治理示范

南水北調(diào)中線水源地河南淅川縣庫區(qū)面積約占丹江水庫總面積的50%，多年來，為了生態(tài)環(huán)境保護(hù)，各級政府已經(jīng)在庫區(qū)投入巨額生態(tài)資金種樹種草。本研究于2008年開始在庫區(qū)消落帶選擇性實驗種植香根草，2009年至2011年主要記錄香根草的生長狀況、耐淹時間以及相關(guān)監(jiān)測。通過實踐總結(jié)，2012年申報了發(fā)明專利。目前在淅川縣的馬蹬、香花、上集、九重、大石橋等鄉(xiāng)鎮(zhèn)水庫消落帶有重點種植區(qū)。同時在西峽縣、內(nèi)鄉(xiāng)縣、鄧州市等河南水源區(qū)四個縣都有種植，總面積達(dá)到了3 000余畝。

丹江口水庫自2014年底中線工程正式通水以來，庫水位一直在150～157m之間變動，對155～168m之間的消落帶植物沒有什么影響。2017年9月以后，庫區(qū)水位開始上升，至10月底水位升至167m左右，達(dá)到歷史最高水位。2018年3月水位開始陸續(xù)退下，到4月底退至160m，這6個月水位落差7m的區(qū)域形成了新的消落帶。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，原有各種樹草被淹后多數(shù)已經(jīng)死亡，而消落帶種植的香根草在經(jīng)過6個月的水淹后，依然成活。

根據(jù)香根草在庫區(qū)消落帶的耐淹記錄表明，在長期水淹的消落帶香根草可以起到生態(tài)保護(hù)的積極作用，對消落帶生態(tài)恢復(fù)十分重要。監(jiān)測結(jié)果顯示，香根草對其生長的介質(zhì)條件適應(yīng)范圍很寬，在沙地、頁巖地、礫石地亦能生長。庫區(qū)無論山區(qū)丘陵或平原，都存在因徑流而引起的侵蝕沖溝，由微溝逐漸成中溝、大溝，在沖溝方向垂直栽植香根草綠籬，可使沖溝穩(wěn)定下來。在水庫消落帶種植香根草，形成生態(tài)防護(hù)綠化隔離帶，不僅可以攔截60%的徑流和90%的泥沙。還能阻攔吸收農(nóng)業(yè)面源污染，凈化水質(zhì)，防止庫外垃圾進(jìn)入庫內(nèi)，更可以改變庫邊消落帶光禿禿的面貌。香根草綠籬建造成本低廉、技術(shù)簡易，生物護(hù)坡的成本僅相當(dāng)于砌石、混凝土護(hù)坡費用的1/10以下，而其綠色、低碳、吸附阻攔污染物、綜合開發(fā)利用等功效卻是工程措施所不具備的。

4? 結(jié)論與展望

香根草分別在2009年、2013年和2014年通過了市、省和國家科技部門組織的三級專家鑒定：香根草是優(yōu)良的水保植物，通過在南水北調(diào)中線工程水源地丹江口庫區(qū)的示范、推廣，取得了明顯的成效。香根草無性繁殖，實踐表明沒有生物入侵現(xiàn)象。耐寒品種“宛香一號”及應(yīng)用技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

香根草在長江以北區(qū)域引種成功，且表現(xiàn)出良好的推廣使用價值。2013年開始，與黃河水利委員會有關(guān)單位合作，先后在甘肅、陜西、河南、山東等地黃河河務(wù)局范圍內(nèi)荒漠化區(qū)域、鹽堿地、河邊沙灘等不同地貌、不同緯度、不同立地條件進(jìn)行了試驗。實踐證明，“宛香一號”耐寒香根草品種在零下20℃依然越冬。

香根草對庫區(qū)消落帶和流域生態(tài)治理提供了技術(shù)選擇，為群眾致富提供了綠色通道，為高質(zhì)量發(fā)展提供了物質(zhì)保證，創(chuàng)新帶動效果好，市場前景廣闊。地方政府和有關(guān)部門應(yīng)將香根草作為新興產(chǎn)業(yè)培育壯大，采取“生態(tài)+香草產(chǎn)業(yè)”的模式，成為推動鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興的突破口，讓綠水青山帶出金山銀山。

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