草灌比例對(duì)新墾山地田埂邊坡生態(tài)護(hù)坡效果的影響研究

牛天新，陳文岳

(1.杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310024； 2.建德市人民政府，浙江 建德 311600)

耕地是人類賴以生存的基礎(chǔ)資源[1]。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化步伐加速推進(jìn)，耕地流失問題日益凸顯。在耕地資源短缺的大形勢(shì)下，耕地占補(bǔ)平衡是保證耕地資源及我國糧食安全與社會(huì)穩(wěn)定的重要舉措[2-3]。杭州市耕地資源相對(duì)匱乏，為補(bǔ)充耕地新開墾了大面積的山地，但山地開墾過程中形成的裸露邊坡在水力侵蝕和重力侵蝕下易坍塌[4]，直接影響到田地的耕作。因此，在開發(fā)新墾山地的同時(shí)，需對(duì)田埂邊坡采取配套的生態(tài)護(hù)坡措施，才可有效防治水土流失，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

植物生態(tài)護(hù)坡技術(shù)已在我國高速公路邊坡綠化中得到了廣泛的應(yīng)用[5-6]，但是新墾山地的護(hù)坡技術(shù)需要控制成本，并注重生態(tài)保護(hù)，避免侵略性強(qiáng)的植物，因此需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)現(xiàn)有植物護(hù)坡技術(shù)進(jìn)行研究和改進(jìn)。目前高速公路等邊坡防護(hù)一般草本種子用量較大，而新墾山地邊坡防護(hù)在可能的情況下需要降低草本的比例，以保證灌木的生長(zhǎng)。為探索新墾山地田埂邊坡生態(tài)護(hù)坡適合的草灌比例，我們以杭州本地植物種為主進(jìn)行了不同草本比例的草灌混播試驗(yàn)，考察其護(hù)坡效果，以期為新墾山地的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)提供借鑒。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于杭州市富陽區(qū)新登雙江試驗(yàn)基地(119°95′E，30°07′N)，地處中國東部沿海地區(qū)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。土壤耕層質(zhì)地為砂土，容重1.3 g/cm3，厚16～20 cm；土壤呈酸性，pH值為5.25，有機(jī)質(zhì)含量6.9 g/kg，有效磷含量1.5 mg/kg，速效鉀含量75 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用植物種類以本地的草灌木為主，灌木選擇耐寒、適應(yīng)性強(qiáng)的本地常見灌木馬棘、胡枝子、鹽膚木，草本選最具代表性的暖季型草坪草狗牙根。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置四種草本比例進(jìn)行試驗(yàn)：處理1，草本比例為5.0%；處理2，草本比例為9.5%；處理3，草本比例為13.6%；處理4，草本比例為17.4%。處理4為一般公路護(hù)坡所用的草本量，處理1、2、3為減少草本量的處理，各處理植物播種量見表1。試驗(yàn)地邊坡坡度為35°，每個(gè)小區(qū)坡面長(zhǎng)6.9 m、寬4.35 m，每種處理設(shè)3個(gè)重復(fù)小區(qū)。采用客土噴播技術(shù)進(jìn)行施工，噴播后用無紡布覆蓋，未鋪設(shè)椰網(wǎng)。

表1 不同草本比例的植物播種量

試驗(yàn)過程中不施肥，播種初期對(duì)植被覆蓋度進(jìn)行測(cè)定，生長(zhǎng)2 a后，按植物在小區(qū)坡面上的位置分上、中、下3個(gè)部位對(duì)恢復(fù)生長(zhǎng)的植物數(shù)量和覆蓋度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并分別測(cè)定每個(gè)小區(qū)各部位的土壤含水率、抗剪強(qiáng)度、緊實(shí)度并進(jìn)行對(duì)比，考察不同草灌比例的護(hù)坡效果，確定合適的草灌比例。

1.4 檢測(cè)指標(biāo)測(cè)量方法

(1)覆蓋度的測(cè)定。草種出苗之后，在每個(gè)小區(qū)選擇l m×l m的樣方，采用針刺法進(jìn)行植被覆蓋度的測(cè)量。

(2)土壤含水率的檢測(cè)。為了避免天氣原因?qū)е碌耐寥篮鼠E然變化，本試驗(yàn)挑選了連續(xù)5天晴天進(jìn)行土壤含水率檢測(cè)。分別在每個(gè)小區(qū)按三角形取點(diǎn)，用智能土壤水分檢測(cè)儀HZR-SWR來檢測(cè)。

(3)土壤抗剪強(qiáng)度的測(cè)量。采用袖珍土壤剪力測(cè)量?jī)x測(cè)定坡面不同部位植被覆蓋下的淺層土壤抗剪強(qiáng)度，每個(gè)小區(qū)坡面上、中、下3個(gè)部位各取3個(gè)點(diǎn)測(cè)量，取平均值。

(4)土壤緊實(shí)度的測(cè)量。用土壤緊實(shí)度測(cè)定儀測(cè)量坡面不同部位10 cm深度土壤的緊實(shí)度，每個(gè)小區(qū)坡面上、中、下3個(gè)部位各取3個(gè)點(diǎn)測(cè)量，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同草本比例草灌混播植被覆蓋度的變化

植被覆蓋度是衡量植被狀況的一個(gè)最重要的指標(biāo)，又是影響土壤侵蝕的主要因子[7]。試驗(yàn)于2018年8月播種，播種期間溫度在20～28 ℃，播種3 d后狗牙根迅速發(fā)芽，第10天4種處理的植被覆蓋度達(dá)到40%左右，第30天4種處理坡面上植被覆蓋度均達(dá)到90%以上，第40天4種處理坡地上植被覆蓋度均達(dá)到100%(見表2)，馬棘、胡枝子、鹽膚木在草本植物狗牙根的保護(hù)下整體長(zhǎng)勢(shì)良好。試驗(yàn)表明，這4種處理的植被覆蓋度在種植初期均能達(dá)到固土護(hù)坡的要求，可起到防止水土流失的目的。通過本試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)草本比例超過5%時(shí)，在種植初期草灌比例的變化對(duì)植被覆蓋度無明顯影響。

表2 各處理不同時(shí)間的植被覆蓋度

2.2 2 a后植物的生長(zhǎng)數(shù)量統(tǒng)計(jì)情況

2 a 后對(duì)試驗(yàn)地上播種的植物數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。由于草本植物狗牙根數(shù)量太多，難以統(tǒng)計(jì)，因此只統(tǒng)計(jì)其他植物的生長(zhǎng)數(shù)量，具體見表3。

由觀測(cè)可知，2 a后試驗(yàn)坡面上植物的覆蓋率仍高達(dá)100%，4種處理種植的狗牙根、馬棘、胡枝子、鹽膚木大部分能正常生長(zhǎng)，個(gè)別處理的馬棘和胡枝子出現(xiàn)死亡情況。

由表3及觀測(cè)可知，2 a后4種處理坡面上均有鹽膚木生長(zhǎng)，且生長(zhǎng)狀況良好，只有處理4坡面下部的鹽膚木未能恢復(fù)。各處理鹽膚木植株數(shù)量由多到少分別為處理2、處理1、處理4、處理3，其中處理2和處理1的鹽膚木數(shù)量明顯高于處理4和處理3。這可能是因?yàn)樘幚?坡面馬棘和胡枝子不易生長(zhǎng)，所以其坡面上的鹽膚木比其他處理生長(zhǎng)旺盛，植株高大。鹽膚木在坡面的上、中、下三個(gè)部位的總體分布數(shù)量沒有明顯差別，呈平均分布趨勢(shì)，由此可見鹽膚木對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境不挑剔，適應(yīng)能力較強(qiáng)。

表3 2 a后各處理植物的生長(zhǎng)數(shù)量

對(duì)馬棘的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，除了處理3，其余3種處理的坡面都有馬棘分布，但僅草本比例為5%的處理1在坡面的3個(gè)部位都有馬棘恢復(fù)生長(zhǎng)，處理2馬棘僅在坡面上部恢復(fù)生長(zhǎng)，處理4馬棘僅在坡面下部恢復(fù)生長(zhǎng)。各處理馬棘植株數(shù)量由多到少分別為處理1、處理2、處理4、處理3，其數(shù)量隨草本比例的增加大致呈減少趨勢(shì)，由此可見草本比例增加不利于馬棘的生長(zhǎng)。從馬棘在坡面上、中、下部的分布情況來看，馬棘較適合在坡面的上部生長(zhǎng)，此研究結(jié)果同之前新墾山地種子投加量試驗(yàn)中馬棘在坡面的分布情況一致。

從2 a后胡枝子的恢復(fù)情況看，除處理4外，其他處理都有胡枝子分布，處理3的坡面中、下部及處理4的整個(gè)坡面上的胡枝子都已死亡，未能恢復(fù)。各處理胡枝子植株數(shù)量由多到少分別為處理1、處理2、處理3、處理4，其數(shù)量隨草本比例的增加呈減少趨勢(shì)，這可能是因?yàn)椴荼痉N子投加量太高不利于胡枝子的生長(zhǎng)。從胡枝子在坡面上、中、下部的分布情況來看，胡枝子較適應(yīng)在坡面上部生長(zhǎng)，此研究結(jié)果同之前新墾山地種子投加量試驗(yàn)中胡枝子和馬棘在坡面的分布情況完全一致。

統(tǒng)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)地上本土植物蕨類數(shù)量眾多，其生長(zhǎng)適應(yīng)能力較強(qiáng)，在各處理的上、中、下部坡面上都有分布。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，蕨類植株數(shù)量由多到少分別為處理3、處理1、處理4、處理2，處理3和處理1的草本種子投加量并沒有影響本土植物蕨類的生長(zhǎng)。從蕨類在坡面上、中、下部的分布情況來看，其更適合在坡面中、下部生長(zhǎng)。

2.3 2 a后試驗(yàn)地土壤含水率、抗剪強(qiáng)度和緊實(shí)度情況

不同處理土壤含水率測(cè)定結(jié)果(見表4)表明，在坡面中部或下部含水率數(shù)值略高，各處理的坡面平均含水率差異不大。處理1的坡面含水率數(shù)值略低，可能是由于該坡面上的植物數(shù)量較多從而消耗水分較多所致。

表4 不同處理坡面土壤含水率測(cè)定結(jié)果

土壤的抗剪強(qiáng)度和緊實(shí)度是坡面抗侵蝕和保持土壤穩(wěn)定性的重要指標(biāo)[8]，土壤抗剪能力強(qiáng)，說明根系固土效果好[9]。淺層土壤抗剪強(qiáng)度實(shí)際上是土壤與植物根系復(fù)合體的抗剪強(qiáng)度，更能反映植物根系的固土作用[10]。由表5可看出，4種處理的土壤抗剪強(qiáng)度數(shù)值均比較高，表明植物根系的固土能力均較強(qiáng)；整體上坡面中、下部土壤的抗剪強(qiáng)度比坡面上部的大；各處理平均抗剪強(qiáng)度數(shù)值由高到低分別為處理3、處理1、處理4、處理2，其中處理3和處理1的抗剪強(qiáng)度數(shù)值較高，與其坡面上蕨類植物的貢獻(xiàn)密不可分。

表5 不同處理坡面土壤的抗剪強(qiáng)度

土壤緊實(shí)度測(cè)定結(jié)果(見表6)表明，除了處理4的坡面下部，其余處理的土壤緊實(shí)度大體上隨坡面高度的降低呈降低趨勢(shì)，這可能是由于10 cm深度的土壤緊實(shí)度與根系較長(zhǎng)的灌木關(guān)系更大，而生長(zhǎng)在坡面上部的馬棘和胡枝子的根系固土能力更強(qiáng)的緣故。各處理10 cm深度土壤平均緊實(shí)度由高到低分別為處理4、處理1、處理3、處理2，處理4、處理1和處理3分別比處理2的土壤緊實(shí)度高35.03%、34.22%和19.86%。

表6 不同處理坡面土壤的緊實(shí)度

處理1雖然噴播的草本種子量最小，但其坡面10 cm深處土壤緊實(shí)度較高，并且與最高的處理4差異不大，說明處理1的灌木形成的地下根系網(wǎng)絡(luò)改善了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了土壤緊實(shí)度，固土效果顯著；現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)勢(shì)觀察也表明，其各類植物整體生長(zhǎng)情況相對(duì)優(yōu)于其他幾個(gè)處理。處理4的坡面緊實(shí)度雖然最高，但因該處理噴播的馬棘和胡枝子在2 a后未能恢復(fù)生長(zhǎng)，并且坡面上鹽膚木生長(zhǎng)過于旺盛，其株高和直徑均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他3種處理，造成坡面植物比較單一，無法形成豐富的植物群落，故不是最優(yōu)選擇。

3 結(jié) 論

本研究選擇本地草種狗牙根與馬棘、胡枝子、鹽膚木3種灌木，分別設(shè)置17.4%、13.6%、9.5%、5%四種草本比例進(jìn)行新墾山地田埂邊坡生態(tài)護(hù)坡效果研究，以期在可能的情況下降低草本的比例，保證灌木的生長(zhǎng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)草本比例超過5%時(shí)，在種植初期草本比例的變化對(duì)植被覆蓋度無明顯影響；種植2 a后，鹽膚木在整個(gè)坡面上呈平均分布狀態(tài)，馬棘與胡枝子適合在坡面上部生長(zhǎng)，本土蕨類植物適于在坡面中、下部生長(zhǎng)；2 a后草本比例為5%的處理4種植物在坡面上、中、下部位都生長(zhǎng)良好，草本比例為9.5%的處理4種植物在坡面上可恢復(fù)生長(zhǎng)，但在個(gè)別部位未能恢復(fù)，而草本比例17.4%和13.6%的處理僅有部分灌木能恢復(fù)生長(zhǎng)，不少部位的馬棘與胡枝子已經(jīng)死亡，未能恢復(fù)。

不同草本比例的坡面土壤含水率差異不大，坡面中、下部土壤含水率數(shù)值略高。整體上坡面中、下部的抗剪強(qiáng)度比上部大，各處理平均抗剪強(qiáng)度數(shù)值都比較大，由高到低分別為處理3、處理1、處理4、處理2。不同草本比例的坡面緊實(shí)度隨坡面高度降低呈降低趨勢(shì)，10 cm深度土壤的平均緊實(shí)度由高到低分別為草本比例17.4%的處理4、草本比例5%的處理1、草本比例13.6%的處理3、草本比例9.5%的處理2，而草本比例5%的處理1雖然投加的草本種子量最小，但因其坡面緊實(shí)度較高，且植物整體生長(zhǎng)情況相對(duì)優(yōu)于其他幾個(gè)處理，故表現(xiàn)最好。

由此可見，過高的草本比例使植物密度過大，而草本比灌木生長(zhǎng)速度快，會(huì)與灌木競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而影響灌木的生長(zhǎng)，致使部分灌木被淘汰，無法形成豐富的植物群落，不利于邊坡穩(wěn)定。綜合不同比例草灌混播植物的生長(zhǎng)情況、恢復(fù)的植物數(shù)量、土壤含水率、土壤抗剪強(qiáng)度和土壤緊實(shí)度情況來看，以草本比例5%為最優(yōu)比例，此比例既可在噴播初期讓草本快速發(fā)揮護(hù)坡作用，又不影響灌木的生長(zhǎng)，且減少草本比例還可節(jié)省施工時(shí)的材料成本，可為新墾山地的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)提供借鑒。