五節芒等植物水土保持效果試驗研究

謝金波， 王敬貴

(1.五華縣水土保持試驗推廣站， 廣東 五華 514471； 2.珠江水利委員會 珠江水利科學研究院，廣東 廣州 510611； 3.珠江水利委員會 珠江流域水土保持監測中心站， 廣東 廣州 510611)

1 試驗區概況

試驗區位于廣東省五華縣，地處亞熱帶季風氣候區，氣候溫暖濕潤，多年平均降雨量1 450 mm，雨量多集中在4—9月，降雨強度大。多年平均氣溫20.5 ℃，最高氣溫37.5 ℃，最低氣溫0 ℃。地貌類型以低山丘陵為主，土壤以赤紅壤為主，崩崗發育，地形破碎。植被群落以馬尾松殘次林為主，闊葉林多為桉樹、木荷等人工林，灌草類多為芒萁等。水土流失嚴重，主要侵蝕類型有崩崗侵蝕和面蝕、溝蝕等。

試驗區設在五華縣華城鎮烏陂河小流域，該小流域內設有國家級水土保持科技示范園。烏陂河是韓江上游的二級支流，小流域面積23.2 km2，區內地形復雜多樣，溝壑密布，山地海撥高程100～200 m；山地坡度較緩，大于25°坡地占19%，其余為緩坡地和水田；植被以馬尾松、濕地松等針葉樹為主，其次是木荷、桉樹等闊葉林和針闊混交林，灌木有桃金娘、崗松、芒萁等，植被覆蓋率在50%以下；區內耕地以種植水稻為主，經濟作物有花生、甘蔗等；區內有3個行政村，總人口1.45萬人，其中農業人口1.03萬人。

2 試驗方法

2.1 試驗設計

在烏陂河小流域內選擇面蝕最為嚴重的山坡面布設試驗小區，分別種植香根草、象草和五節芒進行試驗研究，分析這3種植物的水土保持效果。各試驗小區的土壤類型均為赤紅壤，土壤質地均為壤土。

植物種植時間為2010年3月，種植方式均為穴植，開穴規格30 cm×30 cm，深度20—30 cm，株行距80 cm×80 cm[1]，種后及時撫育淋水，適當施肥1次。

2.2 觀測方法

植物生長情況觀測。主要觀測株高、覆蓋度、生物量等3個指標[2]。生物量觀測以2 m×2 m草地樣方為標準，采用刈割方式收集樣方內植物的莖和葉(不包括草根)，分別測其鮮草重量和烘干后的干草重量。每個草種均設3個重復樣方，對各觀測值取其平均值。

土壤理化性狀觀測。主要觀測不同試驗地的土壤含水量、容重、孔隙度、持水量等物理指標，并測定土壤有機質含量、全氮、全磷、全鉀含量等化學指標。每個試驗小區內隨機取3個重復樣方，取其平均值。

水土流失狀況觀測。在相同研究時段內，每次侵蝕降雨后分別測定不同試驗地的徑流量、土壤流失量等指標。試驗小區按5 m×20 m標準小區布設，周邊用鐵皮圍護，在小區下部修筑收集徑流泥沙的集流槽和集流桶，并安裝水位計等測量設備。針對香根草、象草和五節芒分別布設3個重復試驗小區，對相同小區的觀測值取其平均值；同時布設1個裸地對比試驗小區。小區坡度均為15°。

3 結果與分析

3.1 不同植物生長狀況分析

通過不同植物生長過程和生長量觀測結果分析發現(表1)：香根草、象草和五節芒等植物的存活率均較高，都能達到90%以上；就株高指標而言，象草的單株高度最大，生長9個月后，象草的株高比香根草、五節芒高出15～45 cm；就覆蓋度指標而言，五節芒的覆蓋度增長最快，因其鞭狀莖根分蘗繁殖力強，能夠迅速增加地表覆蓋；從生物量指標來看，當年種植當年刈割1次情況下，五節芒最大，象草次之，香根草最小。

表1 不同試驗地植物生長狀況對比

3.2 土壤理化性狀分析

3.2.1 含水與通氣等土壤物理性狀分析 試驗小區土壤物理性質觀測結果表明(表2)，與對比小區相比，用香根草、象草和五節芒植物治理后的試驗小區土壤物理狀況均有明顯改善。香根草、象草、五節芒試驗小區的土壤含水量比對照小區分別提高33.5%,22.1%和48.5%，總孔隙度分別提高24.7%,12.9%和30.8%，土壤容重分別降低8.9%,5.9%和11.1%。試驗地土壤物理性質的明顯改善主要是由于植物根系在土壤中的生長、延伸疏松了土壤，提高了土壤的蓄水能力[3]。其中五節芒試驗地的各項指標均比另外兩種植物高，表明其保水和通氣性能最佳。

3.2.2 養分含量等土壤化學性狀分析 對比1 a后各個試驗小區土壤養分含量數據(表3)得出，與對照小區相比，香根草、象草和五節芒試驗小區的土壤有機質和氮、磷、鉀含量均有明顯提高，有機質含量分別比對照小區提高35.4%,36.9%和44.6%，全氮含量分別提高76.9%,59.6%和82.7%，全磷含量分別提高31.3%,34.4%和46.9%，全鉀含量分別提高33.3%,19.4%和38.9%。其中五節芒試驗地的土壤養分含量增加最明顯，表明五節芒在改良土壤養分方面具有比較強的優勢，能夠使土壤肥力狀況明顯改善。

表2 不同試驗地土壤物理性質指標對比

表3 不同試驗地土壤養分含量對比 g/kg

3.3 減蝕效果分析

表4為2010年3月至2012年12月近3 a的試驗小區徑流泥沙觀測結果。由表4表明，與對照小區相比，香根草、象草、五節芒均具有比較好的水土保持效果，其中香根草減少年徑流總量為23.7%～41.1%，降低土壤侵蝕模數44.6%～62.8%；象草減少年徑流總量19.7%～34.8%，降低土壤侵蝕模數33.3%～49.8%；五節芒減少年徑流總量為26.9%～44.4%，降低土壤侵蝕模數44.6%～67.4%。

植物均具有一定程度的攔蓄徑流和減少土壤流失量的功能，特別是草本植物中的禾本科植物由于其須根系特點，根系發達，固土作用明顯，可以提高土壤的抗蝕性，其中五節芒的根鞭更發達，固土作用更為明顯。

從試驗結果也可以看出，3種植物中五節芒攔蓄地表徑流和泥沙的效果最好，減蝕效果最明顯。

表4 不同試驗地的產流產沙狀況對比

此外，土壤流失量大小與侵蝕性降雨總量和雨強有很大關系。2010年侵蝕性降雨總量雖然比2012年的小，但由于2010年9月有強臺風“獅子山”登陸帶來的強降雨，試驗區日降雨量高達223 mm，最大雨強達90 mm/h，因此，2010年各試驗區的年徑流總量和土壤侵蝕量都較大。

3.4 改善微地貌效應分析

五節芒等植物在水土流失治理中，不僅具有良好的攔蓄徑流泥沙、改善土壤理化性狀的作用，同時還可以改善微地貌。

據3 a來的觀測結果，五節芒等3種草本植物對改變崩崗侵蝕及坡腳微地貌作用明顯，其中五節芒最為顯著，主要表現在五節芒鞭狀根系的固土攔沙作用，能使被侵蝕的土粒在植株周圍堆積，形成小土堆，日積月累能逐漸抬高溝床，加厚表土層。微地貌的改善又能更好地促進其他植物的生長，從草本過渡到灌木(桃金娘、崗松、云實等)進而喬木(松樹、荷樹、漆樹、苦楝樹、鴨腳木等)，使植被生長朝著良性方向演替。

3.5 種植成本分析

從種植成本來看，各草本植物之間略有差異：香根草是引進草種，其種苗成本相對較高，而象草、五節芒均為本地鄉土草種，特別是五節芒在南方分布極廣，隨處可挖，不需考慮種苗問題。據周婧等[4]的研究，五節芒根狀莖發達，其適生區域主要集中在浙南山地、華中地區、嶺南山地和臺灣地區，種源隨處可得，易種植，成本較低。

4 結 論

從近3 a來香根草、象草和五節芒3種植物的試驗結果看，與香根草和象草相比，五節芒在增加地表覆蓋，改善土壤理化性質，攔蓄徑流泥沙，改善微地貌，防治水土流失，改善生態環境等方面具有明顯優勢，且分布廣，種源多，種植成本低，是優良的水土保持草種，而且還是優良的多年生草本能源植物[5]。因此，在南方紅壤丘陵區的水土流失治理生物措施中，可以優先考慮五節芒。

在今后研究中，應進一步加強其他植物防治效果的試驗觀測和定量分析研究，并在此基礎上加強對水土流失治理中草本植物與喬灌木的配置種類和比例研究，以及與工程措施的搭配，綜合防治效果定量評價等方面的深層次試驗和科學研究，從而為防治水土流失提供科學依據。

[參考文獻]

[1]劉金祥,張瑩,曹觀蓉,等.種植密度對香根草分蘗及腋芽動態的影響[J].廣東農業科學，2012,39(17):29-31.

[2]蔡錫安,夏漢平,崔玉炎.廣州流溪河河岸緩沖帶生態治理的優良草種篩選試驗[J].生態環境,2004,13(3):342-346.

[3]章家恩,段舜山,駱世明,等.赤紅壤坡地幼齡果園間種不同牧草的生態環境效應[J].土壤與環境,2000,9(1):42-44.

[4]周婧,李巧云,肖亮,等.芒和五節芒在中國的潛在分布[J].植物生態學報,2012,36(6):504-510.

[5]范希峰,左海濤,侯新村.芒和荻作為草本能源植物的潛力分析[J].中國農學通報,2010,26(14):381-387.