假儉草不同種植方式在鄱陽湖區(qū)堤防的適宜性實(shí)證研究

李赟璟,肖勝生,劉洪光

(江西省水利科學(xué)院,江西省土壤侵蝕與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,330029,南昌 )

0 引言

堤防工程是防洪體系的基礎(chǔ)和主體。據(jù)第一次水利普查公報(bào)[1],全國堤防總長度為41.4萬km,其中5級以上堤防長度27.5萬km,全國現(xiàn)有40%的人口、35%的耕地和約70%的工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值在堤防的保護(hù)之下。作為水利工作大省,江西省各類堤防總長度也達(dá)到1.30萬公里[2],其中大部分堤防位于鄱陽湖平原,是兩岸防洪保護(hù)區(qū)內(nèi)社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要屏障。

近年來,生態(tài)堤防的理念與實(shí)踐得到了充分的發(fā)展[3-6]。植草護(hù)坡是生態(tài)堤防工程中最常用的一種手段,現(xiàn)有研究在草種篩選[7-8]、種植技術(shù)[9-11]和雜草管理[12-13]等方面取得了重要進(jìn)展。但是,目標(biāo)草種的適宜性問題不僅涉及到其與雜草的競爭情況,而且需要長期監(jiān)測其生物量和優(yōu)勢度等指標(biāo)。

以江西省為例,堤防面貌整體較差,堤身雜草、雜灌生長等問題普遍存在,嚴(yán)重影響了日常河道管理,特別是汛期巡堤查險(xiǎn)和除險(xiǎn)工作[14]。對于人工種植草皮而言,草種選擇常常具有一定盲目性,并未從生態(tài)位的角度考慮所選草種在植物群落中的優(yōu)勢度。由于草種選擇不當(dāng),不具備生態(tài)優(yōu)勢,大部分被野生雜草取代。對于自然植被恢復(fù)而言,植物群落通常具有較高的物種多樣性和生產(chǎn)力,這就容易引起不同植物間競爭加劇,從而增加株高以爭奪陽光。由于缺乏控高除雜的有效手段,造成目前堤防坡面同樣面臨著堤身高稈草本、灌木繁多等生態(tài)問題。因此,常規(guī)植草護(hù)坡帶來繁瑣的堤防日常管理工作,每年需反復(fù)清除高稈雜草,勞動(dòng)強(qiáng)度大,管理者疲于應(yīng)付,管理費(fèi)用較高;另外大面積噴施滅生性除草劑帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

前期研究表明,假儉草(Eremochloaophiuroides(Munro)Hack.)是一種優(yōu)良的堤防護(hù)坡草本植物[15],而且也是江西省乃至長江流域以南的鄉(xiāng)土草本植物。假儉草,又名蜈蚣草,隸屬于禾本科蜈蚣草屬,為C4光合途徑的多年生草本植物,是以耐瘠薄、病蟲害少以及養(yǎng)護(hù)水平低而著稱的世界著名的暖季型草坪草。假儉草具有較強(qiáng)的分枝和蔓延能力,能形成相對低矮、密度較高的草坪?？紤]到假儉草結(jié)實(shí)率和成熟率較低的因素,市場上沒有假儉草種子商品,結(jié)合假儉草自身優(yōu)良的無性繁殖特性,目前在堤防護(hù)坡應(yīng)用中假儉草主要采取3種方式:莖段撒播、莖段條播、草皮移栽。前期本研究團(tuán)隊(duì)針對不同的無性繁殖方式進(jìn)行了小區(qū)尺度的試驗(yàn),提出了假儉草撒莖覆土碾壓的種植方式,為探索低成本、高效率的草莖繁殖方式提供了借鑒。上述3種種植方式之間哪種更有利于搶占生態(tài)位、抑制雜草入侵?哪種更有利于控制草皮整體高度?總體上尚缺乏基于堤防坡面的野外實(shí)證研究。

因此,本研究在江西省成朱聯(lián)圩開展了較大規(guī)模的野外對比監(jiān)測,進(jìn)一步驗(yàn)證了假儉草無性繁殖方式。相關(guān)研究結(jié)果為積極應(yīng)對汛期巡堤查險(xiǎn)意義重大,也是“河長制”和水生態(tài)文明建設(shè)的基本要求。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江西省成朱聯(lián)圩范圍內(nèi),分屬江西省成新農(nóng)場和江西省朱港農(nóng)場所轄堤段。成朱聯(lián)圩地處鄱陽湖濱,是位于贛江北支官港河、三老官河和中支河之間的二個(gè)封閉圩區(qū),由南湖、成新、朱港三段圩堤組成,總長43.2 km。堤頂面寬6 m,圩堤內(nèi)外邊坡比例為1：3,圩堤等級為3級,是江西省重點(diǎn)圩堤。圩內(nèi)圍墾面積5.3萬畝,圩堤保護(hù)農(nóng)田3.6萬畝,圩堤沿線共有排灌站6座。成朱聯(lián)圩是江西省成新農(nóng)場和朱港農(nóng)場的“生命保障線”。

成朱聯(lián)圩5—6月開始漲水,6—8月組織巡堤。但每年夏季汛期來臨前,堤身、堤灘雜草叢生,長勢旺盛。據(jù)前期觀察,圩堤主要雜草大致分為三類。一是嚴(yán)重影響巡堤查險(xiǎn)的蒼耳(XanthiumstrumariumL.)、蘆葦(Phragmitesaustralis(Cav.)Trin.exSteud.)、巴茅(Miscanthusfloridulus(Labill.)Warb.)、加拿大蓬(Conyzacanadensisvar.canadensis(L.)Cronq.)等惡性雜草,植株高度在100 cm以上;二是影響巡堤查險(xiǎn)的牛筋草(Eleusineindica(Linn.)Gaertn.)、碎米莎草(CyperusiriaLinn.)、天蓬(Atropanthesinensis(Hemsl.)Pascher)、馬唐(Digitariasanguinalis(Linn.)Scop.)等,植株高度一般在50 cm以下;三是不影響巡堤查險(xiǎn)的狗牙根(Cynodondactylon(Linn.)Pers.)等草種,高度一般在30 cm以下,植株匍匐生長,莖段交織成網(wǎng),水土保持作用明顯。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目包含原有坡面對照(CK)、假儉草莖段條播(TB)、假儉草莖段撒播(SB)和假儉草草皮間鋪(CP)4種處理方式(圖1)。每個(gè)處理設(shè)計(jì)3個(gè)重復(fù),單個(gè)重復(fù)設(shè)置60 m堤段,堤段坡長為20 m。不同處理間采取隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)(表1)。

表1 堤段試驗(yàn)處理及其主要技術(shù)流程

假儉草材料采集于江西省豐城市贛江大堤背水面生長良好的假儉草草皮。其中莖段條播和撒播主要采集健壯的假儉草莖段作為建坪材料。將假儉草匍匐莖切成8～10 cm長的草段,每段至少含2個(gè)莖節(jié)。為有效地提高假儉草成活生根,種植前對草段經(jīng)4%的尿素溶液浸泡5 min[16]。莖段條播和撒播密度為20根/m2,草皮按照1：2比例間鋪。2020—2022年連續(xù)監(jiān)測小區(qū)內(nèi)覆蓋度、植被高度和植物種類。

1.3 研究方法與數(shù)據(jù)處理分析

1.3.1 覆蓋度 利用植被覆蓋度攝影測量儀JZ-SH11對試驗(yàn)小區(qū)范圍進(jìn)行照片采集和數(shù)據(jù)處理分析覆蓋度。監(jiān)測期從2020年6月15日—7月6日,一周觀測記錄一次,后期觀測間隔適當(dāng)拉長,至2021年9月結(jié)束(此時(shí)2種莖段種植方式的覆蓋度沒有顯著性差異,停止觀測)。開始檢測時(shí),假儉草草皮鋪植時(shí)覆蓋度達(dá)到50%,本研究重點(diǎn)比較莖段條播與撒播的覆蓋度。

1.3.2 草皮自然高度和植物種類 在每個(gè)試驗(yàn)區(qū)中沿對角線建立5處固定觀測樣方(1 m×1 m)(圖2)。每次測定樣方內(nèi)草皮整體自然高度并鑒定植物種類。其中草皮高度監(jiān)測期為從2020年6月中旬開始,前期大約一周觀測記錄一次,后期觀測間隔適當(dāng)拉長,共計(jì)觀測13次;植物種類只監(jiān)測了2020—2021年,共計(jì)5次。

圖2 樣方監(jiān)測

1.3.3 控高效率 先計(jì)算假儉草莖段條播或撒播處理下草皮高度與對照的差值,再將差值與對照進(jìn)行比值。以條播為例,具體公式為:控高效率=(CK-TB)/CK×100%。

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和多重比較(Duncan test)方法檢驗(yàn)不同種植方法之間的上述各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 假儉草覆蓋度的變化

覆蓋度是草坪建植過程中非常重要的指標(biāo)。覆蓋度變化越大,成坪越快越有利于提升假儉草的生態(tài)位,擠占雜草入侵的空間,從而降低后期草坪除雜和水肥管理的成本。監(jiān)測結(jié)果表明(圖3),假儉草莖段條播和撒播2種建植方式下草坪覆蓋度從建植初期的20%左右穩(wěn)步上升,但總體上莖段撒播處理下覆蓋度增長較快,但在2020年9月2種處理之間不存在顯著性差異。至2021年9月,2種建植方式覆蓋度都穩(wěn)定在65%,并與2020年期間的監(jiān)測結(jié)果形成顯著性變化,之后停止監(jiān)測。

圖3 假儉草莖段種植覆蓋度變化

假儉草屬于匍匐莖生長的草本植物,通過分蘗橫向生長,蔓延與繁殖能力較強(qiáng)。前期研究表明,假儉草撒莖覆土碾壓草坪建植方式下分蘗速度平均為達(dá)到0.42個(gè)/天[11],野外調(diào)查也表明1株假儉草幼苗能在3個(gè)月后,覆蓋直徑1 m圓形區(qū)域的50%以上[17],占據(jù)生態(tài)位點(diǎn)的能力極強(qiáng)。

2.2 不同種植方式的控高效果

高度是草坪另外一種非常重要的指標(biāo)。對于絕大多數(shù)草坪而言,高度越低和越平坦,整體景觀效果非常美麗。另外,草坪草自然高度低,利于人們對草坪的管理,對于堤防護(hù)坡這一特殊用途來說就更是如此,低矮的草坪自然高度對汛期查險(xiǎn)除險(xiǎn)非常有利。下面分別從不同處理方式之間的草皮自然高度和控高效率2個(gè)方面展開分析。

監(jiān)測結(jié)果表明(圖4),各年份生長季期間,各處理草皮高度均在逐漸增加?？傮w上,與對照相比,假儉草處理植被高度變幅較小。對照處理堤防坡面,以狗尾巴草為主的植被高度在2020年6月上旬僅為5.7±4.2 cm,但后期生長迅速,至7月初防汛關(guān)鍵期已達(dá)到47.1±23.3 cm,對巡堤查險(xiǎn)除險(xiǎn)帶來較大困擾。而假儉草建植坡面植被高度增長緩慢,7月關(guān)鍵期CP、TB、SB 3種種植方式下自然高度(帶花序高度)分別為13.6±9.1 cm、21.2±19.0 cm和23.6±15.1 cm,與對照坡面相比,控高效率分別為71.03%、54.99%及49.88%。從整個(gè)監(jiān)測期而言,CP、TB和SB3種假儉草處理下坡面植被平均高度分別為32.7±19.6 cm、26.9±16.8 cm和30.3±15.8 cm,均能有效控制大堤坡面植被高度,充分滿足汛期巡堤查險(xiǎn)需求,與CK(47.7±24.9 cm)相比存在顯著性差異(P<0.05),控高效率依次可達(dá)到31.48%、43.44%和37.01%,但3種假儉草處理之間植被高度不存在顯著性差異。

圖4 不同種植方式下草皮自然高度的變化

2.3 假儉草對圩堤植物群落組成的影響

物種分析表明(圖5),假儉草莖段條播和撒播處理下共享的物種最多,但是和對照共享的物種較少,表明假儉草種植大堤坡面的植物種類組成和對照區(qū)顯著不同,假儉草可有效降低大堤坡面雜草種類,抑制高稈草灌的生長,便于堤防坡面日常管理。

3 結(jié)論與展望

堤壩雜草控制的根本是調(diào)控植被朝矮化方向演替,這樣既能實(shí)現(xiàn)養(yǎng)堤、護(hù)堤的目的,同時(shí)有利于巡堤查險(xiǎn)。本研究在鄱陽湖堤防坡面開展了3種建植方式下假儉草覆蓋度、草皮高度和雜草種類的對比研究,為假儉草這一優(yōu)良的水土保持植物在堤防坡面的快速繁殖與大規(guī)模應(yīng)用推廣提供了一定借鑒。總體上,1)假儉草具備強(qiáng)壯的匍匐莖,占據(jù)生態(tài)位點(diǎn)的能力極強(qiáng)。同時(shí),相比于莖段條播,撒播處理下覆蓋度增長較快;2)相比于原始堤防坡面,3種假儉草種植方式均具備很高的控高效率,充分滿足汛期巡堤查險(xiǎn)需求;3)假儉草處理下能有效抑制雜草入侵,提高草皮純度,便于堤防坡面日常管理;4)假儉草草皮間鋪成本最高,不適宜大面積推廣;假儉草草莖撒播的覆蓋速度高于條播,且二者在控高效率和控雜方面無顯著差異,但撒播成本低于條播,可作為主推技術(shù)。

另外,通過野外實(shí)證研究還提出2點(diǎn)建議:1)鄱陽湖區(qū)堤防假儉草草坪建植期正屬于晴熱高濕,與雜草高峰期重疊,極易因雜草滋生而導(dǎo)致建坪失敗。因此必須把握“主動(dòng)除草”和“全過程去除、常年不斷、屢年堅(jiān)持”理念,從土壤處理、建植期養(yǎng)護(hù)管理等過程綜合實(shí)施去除雜草,特別是建植前的土壤處理和建植初期的雜草芽前防除兩個(gè)關(guān)鍵時(shí)期需要投入更多精力。2)假儉草莖段撒播技術(shù)在鄱陽湖區(qū)堤防護(hù)坡上應(yīng)用前景廣闊。項(xiàng)目組已掌握假儉草莖段建植草坪的技術(shù)體系。建議下一步繼續(xù)深化假儉草莖段規(guī)?；a(chǎn)方面的研究和實(shí)踐探索工作,如是否可以利用鄱陽湖區(qū)堤防規(guī)模巨大的自身優(yōu)勢,將堤坡和坡腳平臺建設(shè)成為假儉草采穗園值得探索。