秸稈生物炭對坡面植被生長指標(biāo)的影響

摘要： 基于位于隴中黃土高原區(qū)的甘肅省定西市安家溝小流域植被生長狀況的調(diào)查取樣，對不同處理（施加和未施加秸稈生物炭）的小麥和紫花苜蓿小區(qū)各生長期植被覆蓋度、葉面積指數(shù)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：不同處理小麥和紫花苜蓿小區(qū)植被覆蓋度均呈增大趨勢，且施加秸稈生物炭的小區(qū)植被覆蓋度明顯高于未施加的；不同處理小麥小區(qū)葉面積指數(shù)均呈增大趨勢，不同處理紫花苜蓿小區(qū)葉面積指數(shù)均呈先增后減的變化趨勢?？梢?，施加秸稈生物炭有助于提升試驗小區(qū)植物各生長期的植被覆蓋度、葉面積指數(shù)，改善植物生長的土壤水分、養(yǎng)分環(huán)境，進(jìn)而提升植被生長指標(biāo)，擴大植被生長優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞： 秸稈生物炭；生長指標(biāo)；植物；安家溝流域；隴中黃土高原區(qū)

中圖分類號： S157文獻(xiàn)標(biāo)識碼： ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.04.018

引用格式： 魚海霞，張立靖.秸稈生物炭對坡面植被生長指標(biāo)的影響：以隴中黃土高原區(qū)為例[J].中國水土保持，2025（4）：72-74.

隴中黃土高原區(qū)是我國典型的生態(tài)脆弱區(qū)，一些地區(qū)耕地土壤腐殖質(zhì)層單薄，加之熟化土壤流失和化學(xué)肥料污染等較為嚴(yán)重，造成土壤肥力降低。為改善這些地區(qū)的土壤肥力狀況，本研究選擇位于隴中黃土高原區(qū)的定西市安家溝小流域，對相同耕作條件下施加秸稈生物炭和未施加秸稈生物炭的標(biāo)準(zhǔn)試驗小區(qū)中的小麥、紫花苜蓿生長狀況進(jìn)行調(diào)查取樣，分析小麥和紫花苜蓿生長指標(biāo)——植被覆蓋度及葉面積指數(shù)在不同生長期的變化特征，明確秸稈生物炭對植被生長指標(biāo)的影響機制，以期為后續(xù)該地區(qū)秸稈生物炭底肥施加研究提供數(shù)據(jù)支持。

1研究區(qū)概況

安家溝小流域位于甘肅省定西市安定區(qū)城區(qū)東部，地理位置為35°33′02″～35°35′29″N，104°38′13″～104°40′25″E，屬溫帶半干旱大陸性氣候區(qū)，多年平均降水量427 mm，降水年內(nèi)分布不均，60%以上的降水集中在5—9月。屬黃河流域祖厲河水系，是黃河支流祖厲河一級支流關(guān)川河上游東河右岸的一條支溝，屬于隴中黃土丘陵溝壑區(qū)[1]。區(qū)域內(nèi)土壤主要為黃綿土和溝道鹽漬土，土層厚度40～60 m。屬森林草原帶干草原區(qū)，人工喬木樹種主要有油松、側(cè)柏、楊樹、榆樹、山杏等，灌木樹種有沙棘、檸條、檉柳等，草種以紫花苜蓿為主，主要農(nóng)作物有馬鈴薯、春小麥、玉米、胡麻及豌豆等[2]。

2試驗設(shè)計

2.1試驗條件

本次試驗在安家溝小流域布設(shè)了4個坡度10°的標(biāo)準(zhǔn)試驗小區(qū)，小區(qū)規(guī)格均為20 m×5 m，東西坡向，土壤密度為1.09～1.36 g/cm3；為保證試驗數(shù)據(jù)可靠、免受其他因素影響，對試驗小區(qū)采取不施肥處理，田間管理按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)耕措施（翻耕、播種、中耕、收獲等）正常進(jìn)行。本次試驗植物選取小麥和紫花苜蓿兩種，種植時間按照當(dāng)?shù)卮焊麜r間（4月10—20日），小麥采用播種機播種，紫花苜蓿采用撒播。按照是否施加秸稈生物炭和種植植物不同，4個試驗小區(qū)分別為無秸稈生物炭種植小麥小區(qū)（以下簡稱“無JT小麥小區(qū)”）、施加秸稈生物炭種植小麥小區(qū)（以下簡稱“JT小麥小區(qū)”）、無秸稈生物炭撒播紫花苜蓿小區(qū)（以下簡稱“無JT紫花苜蓿小區(qū)”）、施加秸稈生物炭撒播紫花苜蓿小區(qū)（以下簡稱“JT紫花苜蓿小區(qū)”）。在春耕季節(jié)前后按照農(nóng)田生物改良劑施加量（750 kg/hm2）施加秸稈生物炭，試驗時間是2023年整年。

2.2試驗過程

本次試驗采用調(diào)查研究的方法，分別在不同植物（小麥、紫花苜蓿）的不同生長期（幼苗期、花芽分化期、開花結(jié)果期、鼓粒成熟期）對不同處理（無JT、有JT）的小區(qū)進(jìn)行不同植被生長指標(biāo)（植被覆蓋度、葉面積指數(shù)）測定。

1）植被覆蓋度測定。在植物生長期內(nèi)，按照土壤含水率監(jiān)測頻次，用相機對小區(qū)坡面進(jìn)行影像資料留取，利用ArcGIS軟件對影像圖層色斑進(jìn)行統(tǒng)計[3]，得到不同植物不同生長期的植被覆蓋度。

2）葉面積指數(shù)測定。受經(jīng)費限制，本次試驗采用人工測定和大致估算的方式對葉面積指數(shù)進(jìn)行計算。在植物各個生長期內(nèi)，按照土壤含水率監(jiān)測頻次，在試驗小區(qū)坡上、坡中、坡下不同位置各取樣品10株，對每個樣品自上而下取10片葉片進(jìn)行葉片寬度、長度測量并對樣品進(jìn)行葉片數(shù)量統(tǒng)計，再按照播種密度對小區(qū)內(nèi)植物株數(shù)進(jìn)行大致估算，計算得到小區(qū)內(nèi)植物葉面積總和[4]，最后除以試驗小區(qū)面積得到葉面積指數(shù)。

3結(jié)果與分析

3.1對植被覆蓋度的影響

不同處理條件下小麥、紫花苜蓿各生長期的植被覆蓋度變化趨勢見圖1、圖2。由圖1、圖2可知，小麥和紫花苜蓿的植被覆蓋度隨著生長期延后均呈持續(xù)增大趨勢，且施加秸稈生物炭的植被覆蓋度明顯高于未施加秸稈生物炭的，說明施加秸稈生物炭能有效提升植物生長優(yōu)勢，改善植物生長的土壤環(huán)境，提供更多的營養(yǎng)元素，提高各生長期的植被覆蓋度。

不同處理條件下小麥小區(qū)都存在幼苗期植被覆蓋度差值較小，后續(xù)生長期植被覆蓋度差值較大的情況，這是由于在幼苗期小麥葉片發(fā)育不完全，對土壤養(yǎng)分的吸收程度也不高，因此在幼苗期相比無JT小麥小區(qū)，JT小麥小區(qū)植物生長優(yōu)勢不明顯。之后，花芽分化期至開花結(jié)果期JT小麥小區(qū)植被覆蓋度增大趨勢高于無JT小麥小區(qū)，說明幼苗期后小麥生長對土壤營養(yǎng)吸收程度提高，JT小麥小區(qū)植物生長優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)[5]。

JT紫花苜蓿小區(qū)各生長期植被覆蓋度均高于無JT紫花苜蓿小區(qū)，且兩者差異相比小麥小區(qū)小，但相同處理紫花苜蓿小區(qū)植被覆蓋度數(shù)據(jù)明顯高于小麥小區(qū)，這是由于紫花苜蓿自身葉片枝干生長相對小麥更具優(yōu)勢。紫花苜蓿在花芽分化期至開花結(jié)果期植被覆蓋度增長趨勢明顯加快，這一時期是紫花苜?？焖偕L階段；之后的鼓粒成熟期，紫花苜蓿生長速率減慢，部分黃葉脫落致使植被覆蓋度增速減緩。

3.2對葉面積指數(shù)的影響

不同處理條件下小麥、紫花苜蓿各生長期葉面積指數(shù)變化趨勢見圖3、圖4。由圖3、圖4可知，小麥的葉面積指數(shù)隨生長期延后呈現(xiàn)較為平穩(wěn)的持續(xù)增大趨勢，而紫花苜蓿的葉面積指數(shù)隨生長期延后呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。分析其原因，小麥在生長過程中葉片持續(xù)增長，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，其葉片寬度增長速度為0.2～0.5 cm/生長期，長度增長速度為1～4 cm/生長期， 魚海霞等：秸稈生物炭對坡面植被生長指標(biāo)的影響且隨著生長期的延后其葉片數(shù)量也在逐漸增加，而紫花苜蓿在生長后期有部分黃葉脫落，葉片數(shù)量減少，導(dǎo)致葉面積指數(shù)下降。

同期JT小麥小區(qū)葉面積指數(shù)明顯高于無JT小麥小區(qū)，說明施加秸稈生物炭在整個生長期均能有效提高小麥的葉面積指數(shù)，改善小麥生長的土壤環(huán)境，提升土壤營養(yǎng)程度，提高小麥生長優(yōu)勢。

同期JT紫花苜蓿小區(qū)的葉面積指數(shù)略高于無JT紫花苜蓿小區(qū)。相對小麥，施加秸稈生物碳對紫花苜蓿葉面積指數(shù)的增大效果有限，但整體來說施加秸稈生物炭作為土壤底肥也能有效提高紫花苜蓿的生長優(yōu)勢，改善土壤環(huán)境。

4結(jié)論

1）施加秸稈生物炭有助于提升試驗小區(qū)植物各生長期的植被覆蓋度。隨著小麥和紫花苜蓿的生長期延后，植被覆蓋度均呈增大趨勢，且施加秸稈生物炭的小區(qū)植被覆蓋度明顯高于未施加的。在幼苗期，是否施加秸稈生物碳對于小麥和紫花苜蓿植被覆蓋度的影響較小，這是因為幼苗期植物葉片發(fā)育較為緩慢，對土壤水分和營養(yǎng)需求量較少；之后，隨著生長期的延后，不同處理小麥、紫花苜蓿小區(qū)的植被覆蓋度差距整體增加，但總體來說同期內(nèi)植被覆蓋度差值紫花苜蓿小于小麥，這是因為紫花苜蓿作為草本植物，其葉片枝干發(fā)育更具優(yōu)勢。

2）施加秸稈生物炭有助于提升試驗小區(qū)植物各生長期的葉面積指數(shù)。JT小麥小區(qū)、無JT小麥小區(qū)各生長期葉面積指數(shù)均呈增大趨勢，且同期JT小麥小區(qū)葉面積指數(shù)明顯高于無JT小麥小區(qū)，其原因是小麥對秸稈生物碳底肥吸收效果更佳，營養(yǎng)充足的條件下，其葉片枝干生長優(yōu)勢更為明顯；不同處理紫花苜蓿小區(qū)各生長期葉面積指數(shù)變化趨勢均呈先增大后減小的變化趨勢，其原因主要是紫花苜蓿在鼓粒成熟期，葉片發(fā)黃枯落，造成葉片數(shù)量減少，從而影響葉面積指數(shù)；此外，同期不同處理葉面積指數(shù)差值，小麥小區(qū)大于紫花苜蓿小區(qū)。

綜上，施加秸稈生物炭對試驗小區(qū)小麥和紫花苜蓿的植被生長指標(biāo)均具有正向提升作用，可通過增加土壤肥力、土壤孔隙度，改善植物生長的土壤水分、養(yǎng)分環(huán)境，進(jìn)而提升植被生長指標(biāo)，擴大植被生長優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 石國新.生物炭與耕作措施聯(lián)合調(diào)控對季節(jié)性凍土區(qū)農(nóng)田生境健康及作物生長的影響研究[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2023：38-39.

（責(zé)任編輯 李楊楊）