降雨量和飼料苧麻對(duì)坡地水流失和生物量的影響

熊 偉，徐 敏，王 維，湯滌洛，汪紅武

（咸寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖北 咸寧 437100）

苧麻根系發(fā)達(dá)，固土能力強(qiáng)，保水效果佳，能緩解與糧油作物爭(zhēng)地的矛盾，適合南方坡耕地種植。發(fā)展苧麻上山，具有良好的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益［1］。苧麻可作為南方地區(qū)優(yōu)質(zhì)的牧草資源被開(kāi)發(fā)利用，其嫩莖葉作為高品質(zhì)的牧草被建議用于家畜飼料［2］。2016 年農(nóng)業(yè)部印發(fā)《全國(guó)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃》將飼用苧麻列為南方地區(qū)飼草作物［2］。苧麻纖維價(jià)格低廉，在平原地區(qū)少有農(nóng)戶選擇在自留地里種植苧麻，這促進(jìn)了苧麻在山坡地的種植發(fā)展［3］。苧麻具有水土保持作用，種植2 年后，種植地水土流失輕微，保持水土效果相當(dāng)于種植5~6 年的疏林、幼林［4］。苧麻莖葉具有降水截留、削弱濺蝕、抑制地表徑流等作用［5］，其枝繁葉茂、根系發(fā)達(dá)，可有效降低土壤侵蝕量和地表徑流量［5］。

在全球氣候逐漸變暖的背景下，極端天氣事件頻繁，短時(shí)期內(nèi)高強(qiáng)度降雨增長(zhǎng)［6］。水土流失是紅壤丘陵區(qū)土地退化的原因，而坡地水土流失占該區(qū)水土流失總量的50% 以上［7］。中國(guó)丘陵山區(qū)面積大，紅壤是長(zhǎng)江流域以南各種紅色或黃色酸性土壤的總稱，面積2.18 億hm2，占全國(guó)土地面積22.7%，水土流失比較嚴(yán)重［8］。苧麻作為優(yōu)質(zhì)牧草開(kāi)發(fā)的潛力主要體現(xiàn)在3 方面，苧麻粗蛋白含量高，營(yíng)養(yǎng)成分與苜蓿相近［2］，在南方地區(qū)種植再生性強(qiáng)，生物產(chǎn)量大。水分是影響植物生存和生長(zhǎng)的重要因子，植物生長(zhǎng)季降雨量的變化是影響植被覆蓋度和高度的主要驅(qū)動(dòng)力［9-15］。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在湖北省咸寧市崇陽(yáng)縣白霓鎮(zhèn)石山村進(jìn)行，該地四面環(huán)山，峰巒疊嶂，地處大幕山、大湖山、大藥姑山之間，屬低山丘陵區(qū)，土壤以山地丘陵紅壤為主，含沙量大，極易產(chǎn)生表土流失。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，日照充足，溫和多雨，無(wú)霜期長(zhǎng)，四季分明。多年平均氣溫17.0 ℃，多年平均降水量1 693.2 mm，多年平均日照時(shí)數(shù)1 350 h，多年平均蒸發(fā)量1 584.5 mm。

1.2 種植材料

苧麻品種選用中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所提供的中飼苧1 號(hào)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)提供的TG6，咸寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供的“0904”；玉米為春玉米。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2012 年6 月選紅壤山坡地建設(shè)了15 個(gè)投影面積為85 m2（17 m×5 m）的小區(qū)，小區(qū)坡度為26°~27°，小區(qū)之間間隔0.5 m，每個(gè)小區(qū)四周用水泥板分隔，下部連接1 m×1 m×1 m 的集流池，用于收集小區(qū)內(nèi)的徑流和泥沙。在每個(gè)集流池安裝了水位計(jì)，在試驗(yàn)小區(qū)周圍布設(shè)雨量計(jì)監(jiān)測(cè)降雨量。設(shè)置了兩個(gè)排水口，一個(gè)為清空排水口，一個(gè)為超位排水口，安裝水表和排水開(kāi)關(guān)，超位排水口在水位超出70 cm 時(shí)自動(dòng)排水，通過(guò)水表讀數(shù)了解超位水量。在每次讀到數(shù)據(jù)后，打開(kāi)清空排水口開(kāi)關(guān)，清空池中水，測(cè)量池中淤沙，然后清空。2017 年7—8 月栽植苧麻，TG6、“0904”、中飼苧1 號(hào)栽植株行距為60 cm×40 cm，在四周栽植中苧2 號(hào)、川苧12 號(hào)和華苧4 號(hào)3 333 m2作比較試驗(yàn)區(qū)和保護(hù)區(qū)。

試驗(yàn)共設(shè)5 個(gè)處理：處理1，種植TG6；處理2，種植“0904”；處理3，種植中飼苧1 號(hào)；處理4，種植農(nóng)作物春玉米，于2018 年3 月底點(diǎn)播；處理5，種植雜草（CK），于種植苧麻時(shí)播撒含雜草種子土層1 cm左右。

水流失量的觀測(cè)時(shí)間是2018 年1—12 月。

1.4 植物觀測(cè)

產(chǎn)草量測(cè)定：試驗(yàn)材料生長(zhǎng)至高70~140 cm 時(shí)測(cè)定鮮草產(chǎn)量，3 次重復(fù)。每小區(qū)內(nèi)刈割30 m2，測(cè)定鮮草產(chǎn)量，刈割5 次，分別在5、7、8、9、11 月。

植株生長(zhǎng)高度測(cè)定：在植株50~100 cm 時(shí)期，每小區(qū)隨機(jī)取10 株，刈割，分別測(cè)量地面至葉心的伸展高度。

1.5 降雨量測(cè)定

采用上海氣象儀器廠SM1型雨（雪）量器記錄降雨量，每次典型降雨后人工測(cè)量降雨量，并進(jìn)行記錄。

1.6 水流失量測(cè)定

每次降雨后對(duì)徑流池進(jìn)行測(cè)量，讀取水位計(jì)，對(duì)水流失量進(jìn)行記錄，并清空積水。

1.7 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 2018 年降雨特征

2018 年，試驗(yàn)區(qū)的實(shí)驗(yàn)期間觀測(cè)總降水量為1 085 mm，主要降水日見(jiàn)表1。4、5、6、7、8、9 、10月是當(dāng)?shù)刂参锏纳L(zhǎng)季，觀測(cè)降水量分別是246.7、175.6、71.9、199.1、138.2、12.8、148.8 mm，占年降水總量的91.94%（圖1）。其中9月降雨最少，4月降雨最多。

表1 全年觀測(cè)降雨量

圖1 全年每月降雨量

2.2 全年不同處理水流失量特征

不同處理水流失量分析見(jiàn)圖2。由圖2 可知，水流失量跟季節(jié)有關(guān)。5 月水流失量最多，4 月次之，7月水流失量排第三，梅雨季節(jié)水流失量較大。3 月水流失量最少，初春雨多降雨量低；9 月次之，7 月水流失量第三，秋季干旱對(duì)水流失量較小。從不同處理看，玉米水流失量最多，“0904”水流失量最少，苧麻減少水流失效果優(yōu)于玉米。

圖2 不同處理的水流失量

2.3 降雨量對(duì)水流失量的影響

降雨量與水流失量情況見(jiàn)圖3。由圖3 可見(jiàn)，隨降雨量增加，水流失增加。降雨量42.0 mm 時(shí)水流失量為3.8 cm，40.0 mm 降雨量為水流失的起點(diǎn)。降雨量58.7~62.3 mm 開(kāi)始出現(xiàn)水流失量猛增，62.3 mm降雨量為水流失的失控點(diǎn)。24 小時(shí)降雨量在0.1~9.9 mm 為小雨，10.0~24.9 mm 為中雨，25.0~49.9 mm為大雨，50.0~99.9 mm 為暴雨，100.0~249.9 mm 為大暴雨，≥250.0 mm 為特大暴雨。可見(jiàn)，水流失起點(diǎn)40.0 mm 為大雨程度。水流失的失控點(diǎn)62.3 mm 為暴雨程度。

圖3 不同降雨量的水流失量

2.4 覆蓋程度對(duì)流失量的影響

覆蓋度對(duì)水流失量影響很大（圖4），但水流失量主要還是受降雨量影響。8 月20 日，覆蓋度達(dá)到90%，降雨量為138.2 mm，水流失量為14.8 cm，覆蓋度增加減少了水流失量。4 月23 日覆蓋度為60%，水流失量大。覆蓋度在60% 以下時(shí)，水流失量隨降雨量增加而增長(zhǎng)。

圖4 覆蓋度、降雨量和水流失量的關(guān)系

2.5 降雨量與苧麻生長(zhǎng)速度的關(guān)系

春季雨水充足，氣溫低，苧麻生長(zhǎng)速度比較慢。5—6 月生長(zhǎng)速度快，此時(shí)日平均降雨量為4.7 mm，6—8 月生長(zhǎng)速度適度，9—11 月生長(zhǎng)速度慢。從圖5可見(jiàn)，3 個(gè)品種的生長(zhǎng)速度與日平均降雨量趨勢(shì)一致，可見(jiàn)降雨量對(duì)苧麻生長(zhǎng)速度影響顯著。3 個(gè)品種生長(zhǎng)速度為中飼苧1 號(hào)>“0904”>TG5。

圖5 生長(zhǎng)速度與平均降雨量之間的關(guān)系

2.6 降雨量與飼用苧麻產(chǎn)量的關(guān)系

春季雨水充足，氣溫低，苧麻日增重較多。5—6月日增重最快，此時(shí)間段日平均降雨量4.7 mm。6—8 月日增重適量，9—11 月增重最低。從圖6 可見(jiàn)，3 個(gè)苧麻品種的日增重與日平均降雨量趨勢(shì)一致，降雨量對(duì)苧麻日增重影響明顯，日增重量為飼苧1號(hào)>“0904”>TG5。

圖6 日增重與平均降雨量之間的關(guān)系

2.7 苧麻與玉米的鮮草重對(duì)比

苧麻與玉米的鮮草重對(duì)比見(jiàn)表2?！?904”產(chǎn)量最高，其次是中飼苧1 號(hào)，再次是TG5，3 個(gè)苧麻品種鮮草重均高于玉米。

表2 不同處理的生物產(chǎn)量（30 m2）

3 結(jié)論

2018 年觀測(cè)總降水量為1 085 mm，4—10 月是苧麻的生長(zhǎng)季。

水流失量跟季節(jié)有關(guān)，5 月水流失量最多，4 月次之，7 月水流失量排第三，梅雨季節(jié)水流失較多。3 月水流失量最少，初春雨多，降雨量小，9 月次之，7月水流失量第三，可以看出秋季干旱對(duì)水流失量的影響。從不同處理看，玉米水流失量最多，“0904”水流失量最少，苧麻的減少水流失效果優(yōu)于玉米。

降雨量42 mm 水流失量為3.8 cm，40 mm 降雨量為水流失的起點(diǎn)，62.3 mm 降雨量為水流失的失控點(diǎn)。水流失的起點(diǎn)在大雨程度。水流失的失控點(diǎn)在暴雨程度。

覆蓋度對(duì)水流失量影響很大，但還是受降雨量影響。覆蓋度達(dá)到90% 減少了水流失量，覆蓋度在60% 以下時(shí)，水流量隨降雨量增加而增加。

3 個(gè)苧麻品種的生長(zhǎng)速度與日平均降雨量趨勢(shì)一致，降雨量對(duì)苧麻生長(zhǎng)速度影響明顯，從生長(zhǎng)速度看，中飼苧1 號(hào)>“0904”>TG5。

3 個(gè)苧麻品種的日增重與日平均降雨量趨勢(shì)一致，降雨量對(duì)苧麻日增重影響明顯。從日增重看，中飼苧1 號(hào)>“0904”>TG5。

“0904”生物產(chǎn)量最高，其次是中飼苧1 號(hào)，然后是TG5，3 個(gè)苧麻品種的生物產(chǎn)量均高于玉米。