黃花菜在水土保持中的作用研究

賈立海，張子元，徐淑貞，張立沙

（1.河北省水土保持工作總站，河北 石家莊 050011；2.河北濱豐優(yōu)良種苗科技有限公司，河北 石家莊 050061）

黃花菜（Hemerocallis citrina Baroni）屬百合科、萱草屬，又名萱草、忘憂草、金針菜、萱草花，是一種多年生宿根草本植物。其根近肉質(zhì)，中下部常有紡錘狀膨大，葉子狹長帶狀，花朵漏斗形，花色橙黃。其性味甘涼，有止血、消炎、清熱、利濕、消食、明目、安神等功效，對(duì)吐血、大便帶血、小便不通、失眠、乳汁不下等有療效，可作為病后或產(chǎn)后的調(diào)補(bǔ)品。黃花菜適應(yīng)性強(qiáng)，耐貧瘠、耐旱、抗寒，對(duì)土壤要求不高，適合在海拔300～2 500 m生長，地緣或山坡均可栽植，一經(jīng)栽植可生長多年。黃花菜春季萌發(fā)早，葉子翠綠，觀綠期長，盛花期一片金黃，具有很高的觀賞價(jià)值；新鮮花蕾營養(yǎng)豐富，經(jīng)簡單加工，制成干品耐貯藏便運(yùn)輸，可供人們長期食用；根系發(fā)達(dá)，密集成網(wǎng)格，固持土壤；葉子茂密，可截留雨水，涵養(yǎng)水源，可起到防止水土流失的作用。黃花菜是集經(jīng)濟(jì)、生態(tài)與觀賞價(jià)值于一體的優(yōu)良地被植物。

河北省北部燕山山區(qū)-冀北山區(qū)平均氣溫較低，無霜期短，高寒、干旱、少田，貧困人口多，植被立地條件差、種類少。在冀北山區(qū)小流域和坡耕地水土流失治理、退耕還林還草等生態(tài)建設(shè)工程中，迫切需要生態(tài)防護(hù)作用與經(jīng)濟(jì)效益兼顧的植物品種。以往研究多集中于黃花菜的栽培技術(shù)、組培繁殖、病蟲害防治、貯存、加工利用等方面【1-13】，且黃花菜被引種栽植到新疆、黃土高原、北京等多地進(jìn)行試驗(yàn)研究【3，5，14】。王永峰【15】著重探討了黃花菜在田間地埂的水土保持作用，側(cè)重于效益的分析。2012年《國際沙棘研究與開發(fā)》發(fā)表了一篇關(guān)于黃花菜是一種優(yōu)良的水土保持植物的文章【16】。但至今，還未見到關(guān)于黃花菜的水土保持性能指標(biāo)研究的報(bào)道。本研究主要黃花菜的水土保持性能指標(biāo)進(jìn)行分析研究，旨為黃花菜在冀北山區(qū)的推廣應(yīng)用提供基本依據(jù)，增加冀北山區(qū)小流域、坡耕地治理等生態(tài)建設(shè)工程的生物措施選擇，并進(jìn)一步豐富冀北山區(qū)適宜的植物品種資源。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河北省承德市豐寧滿族自治縣土城鎮(zhèn)四間房村。豐寧縣屬溫帶-中溫帶半濕潤-半干旱大陸性季風(fēng)區(qū)，冬長夏短，春秋天氣復(fù)雜，氣溫變化劇烈，日照充足，大風(fēng)日數(shù)較多，壩上、壩下不同區(qū)域氣候條件差異很大，具有明顯的高原-山地氣候特征：年平均氣溫從2月起逐月增高，7月為最熱月，8月溫度開始下降，1月為最冷月。豐寧縣冬季寒冷干燥少雪；春季干旱多風(fēng)，氣溫回升快；夏季溫暖，6—8月降水量占全年降水量的60%以上；秋季涼爽，晝夜溫差大，易出現(xiàn)低溫霜凍。

豐寧縣地理坐標(biāo)為40°96′N、118°73′E，海拔1 020 m，年均氣溫6.2℃，1月極端最低氣溫-28.6℃，年日照時(shí)數(shù)2 903.6 h，大于10℃年積溫為1 082～1 489℃，無霜期為110～145 d，多年平均年降雨量450 mm；土壤質(zhì)地為壤土，pH為6.99，屬中性土壤，土壤中有機(jī)質(zhì)含量9.101 g/kg、氮0.694 g/kg、速效磷2.9 mg/kg、速效鉀49 mg/kg，地塊平整，向陽，肥力較差，田間管理一般。后期黃花菜生長主要靠自然降雨。

2 試驗(yàn)材料

研究時(shí)間為2018年5月—2019年12月，研究對(duì)象為2 a生黃花菜，試驗(yàn)區(qū)面積667 m2。黃花菜萌蘗叢生，一般按4芽/叢（墩）栽植，行株距50 cm×32 cm，栽植密度4 168叢（墩）/667 m2。

3 試驗(yàn)方法

黃花菜水土保持性能指標(biāo)主要參照《水土保持試驗(yàn)規(guī)程》（SL419—2007）中的相關(guān)規(guī)定方法進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)實(shí)際情況有所調(diào)整。

3.1 枯落物持水性能測(cè)定

在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)按對(duì)角線取樣，樣方大小為1 m×1 m，重復(fù)3次，收集樣方內(nèi)所有枯落物，清除雜質(zhì)，稱重，推算出每公頃枯落物總質(zhì)量；采樣風(fēng)干，測(cè)得枯落物自然含水率和干質(zhì)量；將稱過的枯落物用細(xì)紗布袋包好完全浸泡于水中，24 h后取出稱重，計(jì)算出黃花菜枯落物最大持水量及最大持水率；采用室內(nèi)浸泡法測(cè)定枯落物各時(shí)段的持水量及吸水速率，時(shí)間設(shè)置為0、0.5、1、1.5、2、3、4、6、8、10、24、48 h。

3.2 冠層截留雨水能力測(cè)定

在降雨季節(jié)，隨機(jī)選定試驗(yàn)區(qū)內(nèi)3個(gè)有代表性的0.5 m×0.5 m的樣方，剪取樣方內(nèi)黃花菜所有枝葉，分別稱其重量，浸入盛有清水的容器中讓葉子充分吸水，30 min后取出至葉子不再滴水時(shí)重新稱重。如此，重復(fù)3次，先計(jì)算出葉子最大吸水率P，然后根據(jù)P計(jì)算出冠層截留量H。

式中：P為枝葉最大吸水率（%）；g1為吸水前的枝葉樣品重量（kg）；g2為吸水后的枝葉樣品重量（kg）；H為冠層截留降水量（mm）；G為每個(gè)樣方葉子的平均重量（kg）；W為樣方面積（m2）。

3.3 根系結(jié)構(gòu)研究

在試驗(yàn)區(qū)，隨機(jī)選取3個(gè)具有代表性的面積為50 cm×50 cm的樣方，每10 cm為1層，挖掘垂直剖面0～40 cm內(nèi)的黃花菜土層根系，用布袋包住，用清水沖洗，直至不再有泥土附著，經(jīng)水分控出不再有水珠滴出，再用吸水紙把表層水吸干，及時(shí)稱取鮮重。之后，用直尺分別測(cè)量不同直徑的根系，須根劃分為0～1、1～2、2～3、3～4 mm 4個(gè)等級(jí)，肉質(zhì)根劃分為0～1、1～2 cm 2個(gè)等級(jí)，并及時(shí)記錄數(shù)據(jù)。

3.4 單叢固土能力測(cè)定

選擇試驗(yàn)區(qū)內(nèi)具有代表性的樣株，重復(fù)3次，人工挖取黃花菜的完整根系。挖出后，及時(shí)稱重并記錄數(shù)據(jù)。

4 結(jié)果與分析

4.1 黃花菜的枯落物持水性

黃花菜的枯落物持水性，詳見表1。

表1 黃花菜枯落物持水性

由表1可知，2 a生黃花菜枯落物最大持水率平均值為248.15%，平均每個(gè)樣方枯落物質(zhì)量為0.560 kg，可吸水1.390 kg，從而可以算出每公頃枯落物約有5.60 t，每次降雨最多可吸收13.90 t雨水。這表明，一方面，黃花菜葉子繁茂，生長量大，凋落物較多，茂密的葉子可阻止雨水對(duì)地面的直接侵蝕；另一方面，凋落物形成的枯落物層可以有效地吸收地表水，增加土壤含水量，減少地表徑流量，從而可以在保持水土、涵養(yǎng)水源方面發(fā)揮重要作用。黃花菜枯落物吸水過程，如圖1所示。

圖1 黃花菜枯落物吸水過程

由圖1可知，黃花菜枯落物在最初3 h之內(nèi)吸水速度較快，尤其是0.5 h內(nèi)吸水速度增加迅速。隨著時(shí)間的推移，枯落物吸水速度增加趨勢(shì)逐漸趨于平緩，在吸水48 h之后基本達(dá)到飽和狀態(tài)。此時(shí)，枯落物達(dá)到最大持水量。

4.2 黃花菜冠層截留雨水能力

黃花菜冠層截留雨水能力，詳見表2。

表2 黃花菜冠層截留雨水能力

由表2可知，2 a生黃花菜葉子最大吸水率為12.46%～15.24%，冠層截留降水量為0.65～1.12 mm，這表明黃花菜生長發(fā)育期間，葉子茂盛，在夏季降雨季節(jié)能夠截留雨水，降低雨滴對(duì)地面的擊濺能力，減少地面徑流，涵養(yǎng)水源保持水土。

4.3 黃花菜根系結(jié)構(gòu)分布情況

黃花菜根系分層結(jié)構(gòu)參數(shù)值，詳見表3。

表3 黃花菜根系分層結(jié)構(gòu)參數(shù)值

由表3可知，黃花菜須根系主要分布在0～40 cm土層內(nèi)，直徑主要為0～1、1～2、2～3 mm 3個(gè)范圍。其中，0～1 mm直徑的根系在各土層所占比重最大，在0～10、10～20、20～30、30～40 cm土層內(nèi)長度分別為24 723.9、6 025.8、2 077.7、1 882.3 cm，所占比重分別為69.68%、16.98%、5.86%、5.3%，且在0～20 cm土層內(nèi)占比達(dá)86.66%，長度達(dá)30 749.7 cm。

黃花菜肉質(zhì)根系在0～40 cm土層內(nèi)均有分布，直徑主要在0～1、1～2 cm范圍內(nèi)。其中，0～1 cm直徑的肉質(zhì)根系在0～10、10～20、20～30、30～40 cm土層內(nèi)長度分別為2 168.4、646.4、212.6、297.3 cm，所占比重為61.16%、18.23%、6.00%、8.39%，在0～10 cm土層內(nèi)占比最大，且在0～20 cm土層內(nèi)占比達(dá)79.39%；1～2 cm直徑的根系主要分布在0～10 cm土層內(nèi)，長度為220.6 cm，所占比重為6.22%。因?yàn)橹睆?～1、1～2 cm肉質(zhì)根系在0～20 cm土層內(nèi)占比達(dá)85.61%，所以肉質(zhì)根系主要分布在0～20 cm土層內(nèi)。

4.4 黃花菜單叢固土能力

黃花菜根系固土能力，詳見表4。

表4 黃花菜根系固土能力

由表4可知，黃花菜單叢固土能力平均值為14.00 kg，按種植密度60 000叢/hm2計(jì)算，可固土840 000.00 kg/hm2，從而可算出黃花菜可固土約840.0 t/hm2。黃花菜肉質(zhì)根和須根發(fā)達(dá)，隨著生長，根幅越來越大，2 a生黃花菜根系主要分布在0～40 cm土層內(nèi)。隨著年限的增長，根系會(huì)往更深土壤延伸，根系相互聯(lián)通，形成網(wǎng)絡(luò)，可牢固土體，增加土體穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

（1）栽植2 a的黃花菜枯落物最大持水率平均值為248.15%，枯落物約有5.60 t/hm2，每次降雨最多可吸收13.90 t雨水。

（2）黃花菜葉子最大吸水率為12.46%～15.24%，冠層截留降水量為0.65～1.12 mm。

（3）黃花菜須根系（直徑0～1、1～2、2～3 mm）主要分布在0～40 cm土層內(nèi)，0～1 mm直徑的根系在各土層所占比重最大，主要分布在0～20 cm土層內(nèi)，占比達(dá)86.66%；肉質(zhì)根系（直徑0～1、1～2 cm）主要分布在0～20 cm土層內(nèi)，占比達(dá)85.61%。

（4）黃花菜單叢固土能力平均值為14.00 kg，可固土約840.0 t/hm2。

綜上，黃花菜適應(yīng)性強(qiáng)，耐旱抗寒，花蕾可加工利用，葉子可截留降水，枯落物能夠有效增加土壤入滲、涵養(yǎng)水源，密集的根系固持土壤，可有效防止水土流失，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，建議在水土流失治理區(qū)示范推廣。