隴東高原四翅濱藜水土保持效益研究

劉鎧源，卞義寧

（甘肅省平?jīng)鍪兴帘３挚茖W研究所，甘肅 平?jīng)?744000）

0 引言

1988—1996 年平?jīng)鍪兴帘３挚茖W研究所對隴東黃土高原區(qū)具有植物分布代表性且植被資源相對豐富的崆峒山、關(guān)山、唐冒山、土谷堆、萬寶川等地的灌木種質(zhì)資源進行實地調(diào)查。筆者、卞義寧等在此基礎(chǔ)上，采用樣線技術(shù)調(diào)查方法，按陽坡生境、半陽坡生境、半陰坡生境和陰坡生境4 個生境條件，以灌木樹種分布較為集中的崆峒山為重點，通過2010—2020 年持續(xù)調(diào)查補充豐富得知：平?jīng)鍪鞋F(xiàn)有灌木、亞灌木、木質(zhì)藤本142 種，其中裸子植物門種質(zhì)資源較少，只有1 科1 屬2 種；被子植物門種質(zhì)資源豐富，共計有38 科，74 屬，130 種及10 個變種。其中四翅濱藜，屬藜科、濱藜屬的一種直立生長、多分枝的木本常綠或準常綠（干而不落葉）多年生飼料灌木樹種，其葉、枝、果四季均可供家畜和野生動物食用，具有抗干旱、干冷、耐高寒、耐鹽堿等特性。喜光好氣，不耐遮蔭，不耐潮濕，根系發(fā)達，一年生露地苗根深達3～4 m，二年生根深可達4～6 m。在灌木種質(zhì)資源實地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)四翅濱藜周圍水土流失相對較輕，于是對其形態(tài)特征、生物學特征進一步觀測。查閱文獻得知關(guān)于四翅濱藜的研究，近年來主要集中在引種適應(yīng)性、抗旱耐鹽機理機制、繁育特性等方面[1-5]，但關(guān)于水土保持效益研究相對較少，尤其在水土流失相對嚴重的黃土高原區(qū)。因此，開展隴東黃土高原區(qū)四翅濱藜水土保持效益研究，對量化隴東黃土高原區(qū)四翅濱藜水土保持能力、豐富隴東黃土高原區(qū)水土保持優(yōu)勢灌木種質(zhì)資源具有一定的積極意義。

1 自然地理分布

1.1 引種地自然概況

平?jīng)鍪?，地處西北黃土高原內(nèi)陸地區(qū)，春冬少雨雪，夏秋風大雨多，年內(nèi)降雨時空分布不均，6—9 月占全年降水的75%，有“有夏無酷暑、有冬無嚴寒”之說，是四翅濱藜栽培的適宜地區(qū)。試驗示范地位于甘肅省平?jīng)鍪袥艽h，地形平坦開闊，海拔高度1 050 m，常年平均氣溫10.1℃，極端最高氣溫39.3℃，極端最低氣溫-24℃，≥5℃的積溫3 947.1℃，≥10℃有效積溫3 220℃，無霜期174 d，年平均降雨量553.4 mm，年蒸發(fā)量1 181.6 mm，年相對濕度56%，干燥度0.95，濕潤度0.3～0.5，年日照時數(shù)2 315.4 h，日照百分率52%。試驗園土壤為沙質(zhì)中壤土，pH 值7.5～8.0，土壤有機質(zhì)為1.233%，全氮0.062%，全磷0.023%，氨態(tài)氮3.75～6.25 mg/L，硝態(tài)氮6.5～10.5 mg/L。

1.2 四翅濱藜自然分布

四翅濱藜又稱灰毛濱藜，具有早期生長分蘗快、抗旱耐冷、耐鹽堿等特點，在干旱半干旱、荒漠、高原、鹽堿荒灘上均能成長。現(xiàn)已在寧夏、新疆、甘肅等省、區(qū)引種推廣。據(jù)統(tǒng)計，我國已成為世界上四翅濱藜栽培面積最大的國家之一[6]。

2 樹種特性

2.1 形態(tài)特征

四翅濱藜為常綠或準常綠木本飼料灌木樹種。深根性且根系發(fā)達，根長是植株高度的5 倍左右；樹高90～180 cm，枝條直立生長，樹冠球形，2 年生苗冠幅可達130 cm×110 cm；植株枝葉量大，單株生物量高，莖基部分枝，無明顯主莖，分枝多而密集；葉常綠或準常綠，冬季暗綠色，春季4 月中旬返青，10 月中下旬枝條中下部部分葉片脫落。據(jù)在甘肅省平?jīng)鍪袥艽h定點觀測，四翅濱藜萌芽期從4月上旬至4 月中旬；展葉期從4 月中旬至5 月上旬；現(xiàn)蕾期從5 月上旬至中旬；始花期從5 月中旬至下旬；盛花期從5 月下旬至6 月下旬；結(jié)果期從7 月上旬至8 月中旬；成熟期在9 月下旬；落果期從9 月下旬至翌年4 月。

2.2 生物生態(tài)學特性

四翅濱藜為旱生或中生植物，喜光，不耐遮蔭，不耐潮濕，速生樹種。1a 生苗高可達50 cm，其生長速度與氣候條件密切相關(guān)，在生長高峰期露地苗和大棚苗每天高生長分別可達1.3 cm 和2.8 cm。在年均降雨量小于350 mm，年均溫5℃左右，極端最低溫-40℃，土壤含鹽量1.3%的干旱、半干旱地區(qū)均生長良好。四翅濱藜屬于自由授粉植物，其子代分化十分明顯，形成各種不同的形態(tài)類型，有直立型、匍匐型，春季干梢、不干梢型，葉常綠、準常綠型，速生型、生長緩慢型，雌雄異株、雌雄同株型，大葉型、小葉型等多種類型。四翅濱藜是變異最大、擴散最快的一個物種，其種群和個體的化學成分、繁殖、適口性、種子生長、生長型、抗旱性、耐鹽堿等方面有較大的差異[7-8]。四翅濱藜既可通過種子繁殖，也可通過根蘗或枝條（硬枝、嫩枝）扦插進行營養(yǎng)繁殖，同時在地下莖或根莖處長出不定芽而形成植株個體。四翅濱藜生長季，把從土壤中吸收的鹽積累在體內(nèi)，這些積累在體內(nèi)的鹽分在寒冷氣候下可充當“抗凍劑”或提高抗旱性。

3 水土保持作用

經(jīng)過對四翅濱藜形態(tài)特征、生物生態(tài)學特性進行進一步定點觀測發(fā)現(xiàn)，其在生長前期生長迅速、灌叢郁閉早、郁閉度高，四翅濱藜林地群叢生物量大、更新快、郁閉度大，林地枯落物豐富、側(cè)根茂盛，在其周圍水土流失相對較輕，與其周邊裸地，一陣風一場土形成鮮明的對比，尤其在風蝕相對嚴重的春季，更是明顯。在降雨相對集中的夏秋季，四翅濱藜林地形成地表徑流的時間長、程度小，水蝕溝壑明顯比周圍裸地少、程度輕。基于此，本文從四翅濱藜樹冠截持、枯落物攔蓄、林地土壤滲透、根系固土等方面進行水土保持能力研究。

3.1 樹冠截持作用

四翅濱藜早期生長迅速，群叢生物量大，灌叢群落郁閉相對較早，郁閉度可達0.70～0.82。四翅濱藜茂盛的枝葉，可直接減小和降低雨滴動能，緩沖降雨對地面的直接擊打造成的擊濺侵蝕；此外，由于四翅濱藜枝葉表面短柔毛的特點，對降雨截持也有一定的積極作用[9]。采用浸水法測得，不同林分枝葉持水率為21.4%～26.4%，平均為23.5%，枝葉持水量為0.49～0.63 t/hm2，平均為0.55 t/hm2。四翅濱藜樹冠截流降雨量如表1 所示。

表1 四翅濱藜樹冠截流降雨量表(浸水法)

3.2 枯落物攔蓄作用

水保生態(tài)型四翅濱藜林地群叢生物量大，更新快，郁閉度大，人為破壞較少，枯落物積聚較厚，除本身的枯枝落葉外，還有部分草木及其它枝葉。據(jù)調(diào)查，灌叢內(nèi)枯落物厚1.2～2.6 cm，其中分解層及半分解層占1/3，未分解層占2/3 左右。這些枯落物層對于地表所產(chǎn)生的徑流具有較強的攔蓄、過濾、減緩作用，對防止細溝及淺溝侵蝕具有明顯的作用。通過枯落物水容量測定，可知四翅濱藜林下枯落物豐富，枯落物可達9.17～24.6 t/hm2，平均為16.31 t/hm2；枯落物持水率為130.3%～148.6%，持水量為1.35～2.28 t/hm2，平均為1.67 t/hm2。四翅濱藜林地枯落物持水量如表2 所示。

表2 四翅濱藜林地枯落物持水量表

3.3 林地土壤滲透作用

林地枯落物不僅可以攔蓄、過濾徑流，而且在微生物的作用下熟化分解，形成腐殖質(zhì)層，增加土壤有機物含量，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進地表徑流入滲。采用雙環(huán)滲透儀對生境條件相同的四翅濱藜林地和無林荒地土壤進行滲透測定。結(jié)果表明，四翅濱藜林地的土壤滲透速度始終大于對照荒坡地，開始時滲透速度為無林地的1.86 倍，達到穩(wěn)滲時為無林地的1.96 倍，而且達到穩(wěn)滲所需的時間也較無林地長。經(jīng)點繪時間t與滲透速度v的關(guān)系曲線，可知二者為冪函數(shù)關(guān)系，其關(guān)系式為：v林地＝18.599t-0.3545（r＝-0.997 4）、v無林地＝14.478 6t-0.4848（r＝-0.995 6）。

3.4 根系固土作用

四翅濱藜為淺根植物，側(cè)根豐富，小于3 mm 的細根占根總量的80.3%。水平根幅為1.2 m×1.5 m，分叉多，垂直分布于1.5～2.0 m 土層內(nèi)。采用樣方法對四翅濱藜根系進行稱重測量，其結(jié)果為：0～20 cm的土層根系重55.5 g/m2，20～40 cm 土層根系重24.1 g/m2，40～60 cm 土層根系重14.5 g/m2，60～80 cm 土層根系重9.8 g/m2，80～100 cm 土層根系重1.42 g/m2，100～120 cm 土層根系重0.82 g/m2，根量（0～120 cm 土層）為1.07 t/hm2，根總長380.4 km。通過對四翅濱藜根系的抗拉力測定，結(jié)果表明，四翅濱藜根系的抗拉力較強，根徑增大抗拉力也隨之增大，抗拉力F與根徑D呈冪函數(shù)關(guān)系，其關(guān)系式為：F=1 105.6D1.7891（r=0.965 7）。由于根系的存在，林地土壤抗剪強度比無林地大，兩者的差值既為根系所增加的土壤抗剪強度。通過對四翅濱藜林地土壤進行原位剪切試驗得出，抗剪強度的增值dT（N/cm2）與剪切面上的根截面積率A 呈線性關(guān)系，其關(guān)系式為：dT=0.439+1.619A，（r=0.913 0）。四翅濱藜抗剪強度增值測定如表3 所示。

表3 四翅濱藜抗剪強度增值測定表

4 結(jié)論與討論

四翅濱藜是具有優(yōu)良水土保持特性的植物。樹冠有明顯的截持降水作用。在早期生長速度快，能夠提早郁閉，且群叢生物量大，生長茂盛。而隴東高原汛期4—10 月，降雨主要集中在6—9 月，占全年75%左右。在降雨過程中，其枝葉對降雨具有緩沖作用，枝葉表面的短柔毛對降雨也有一定的吸附作用。從而提高四翅濱藜截持降水作用。四翅濱藜枯落物攔蓄作用明顯。四翅濱藜，因其群叢生物量大，郁閉度大，更新快，地面枯落物積聚迅速、豐富。四翅濱藜林地枯落物，對于地表所產(chǎn)生的徑流具有較強的攔蓄、過濾、減緩作用，對防止細溝及淺溝侵蝕具有明顯的作用。四翅濱藜能明顯的改良土壤。因其林地地面枯落物形成速度遠超熟化分解，形成的腐殖質(zhì)層，能明顯提高土壤有機物，改良土壤結(jié)構(gòu)。四翅濱藜固土作用明顯，其莖葉更新快、根系發(fā)達，能明顯提高土壤抗剪強度，有效固結(jié)土壤。

從以上分析可知，四翅濱藜可作為黃土高原地區(qū)水土保持優(yōu)良灌木樹種，不僅生物量豐富，而且水土保持效益較為明顯，對增大邊坡的穩(wěn)定和生態(tài)環(huán)境改善具有重要作用。但因經(jīng)費有限，未對不同生境條件下的水土保持能力做進一步研究。