山毛豆在巖溶區石漠化治理中的作用

蔡小艷，鄧素媛，賴志強，陳遠榮，易顯鳳，姚 娜，韋錦益

（1.廣西壯族自治區畜牧研究所，廣西 南寧 530001；2.桂林礦產地質研究院，廣西 桂林 541004）

山毛豆在巖溶區石漠化治理中的作用

蔡小艷1，鄧素媛1，賴志強1，陳遠榮2，易顯鳳1，姚 娜1，韋錦益1

（1.廣西壯族自治區畜牧研究所，廣西 南寧 530001；2.桂林礦產地質研究院，廣西 桂林 541004）

為探討山毛豆對巖溶區石漠化治理的作用，在廣西凌云縣典型的石漠化治理示范點閣樓村和加尤鎮，在椿樹和板栗樹林下種植山毛豆和合萌，以坡地種植山毛豆作對照，通過定點監測植被多樣性和土壤中養分的變化情況。結果顯示，巖溶區種植山毛豆后第1年，植被蓋度達到20%～70%，第2年提高到95%～100%，水涵養性提高了3.85%～10.3%，野生物種有害數減少20%～30.7%，土壤有效氮提高6.14%～14.61%，全磷提高23.02%～51.66%，全鉀提高38.10%～45.24%，有機質提高6.28%；86.7%的區域土壤有機質屬于中等及以上等級，必需微量元素Cu、Mn、Ni、Mo、Sn等有益元素得到提高，有害金屬元素中除了Cr外Pb、Ag、As、Hg等均明顯減少，其中Hg由原來的三級標準提高到二級標準；閣樓對照區土壤pH值第2年比第1年降低6.47%～10.59%，而山毛豆種植區提高0.40%～6.63%。表明種植山毛豆可以提高石漠化地區植被蓋度，提高土壤水涵養性、有效氮和pH值，可以減少野生有害物種的數量和土壤中有害金屬元素的含量，具有強大的保持水土和恢復生態環境的作用，可促進石漠化地區土壤和植被正向恢復的演替。

山毛豆；石漠化；土壤養分；微量元素；環境質量

我國貴州、云南、廣西、湖南、湖北、重慶、四川、廣東8省（區、市）巖溶面積44.99萬km2，占其土地總面積的42.30%，其中石漠化土地面積達12.96萬km2。石漠化已經成為我國巖溶地區最為嚴重的生態問題，嚴重制約了該地區經濟社會可持續發展。據2005年開展的廣西壯族自治區全區76個縣（區）石漠化監測結果顯示，廣西是世界上最典型、最重要的巖溶區之一［1］，巖溶地區土地總面積833萬hm2，居全國第2位，占全區總面積的35.3%，覆蓋80個縣市，其中有283萬hm2已發生了石漠化，占巖溶面積的28.97%，另有潛在石漠化土地180多萬hm2。石漠化治理成為目前廣西急需解決的生態問題。凌云縣是廣西28個國家級貧困縣之一［2］，屬典型的喀斯特地貌，石漠化土地面積分布廣，由此導致水土流失、畜牧養殖效益低等一系列問題。

山毛豆是廣西畜牧研究所2005—2010年選育并獲得國家草品種審定委員會審定登記為國家優良的豆科牧草品種，在南方的適應性強，在巖溶地區亦能生長良好，并且豆科牧草根系發達，可以保持水土，其根部又含有豐富的根瘤菌，可以固定空氣中的游離氮，對土質的改良和提高作用也很強［3］，為了探明其生長對巖溶區石漠化治理的作用，在凌云縣典型的石漠化治理示范點閣樓村和加尤鎮，在坡地種植山毛豆作對照，在椿樹和板栗樹林下種植山毛豆和合萌，通過定點監測植被多樣性和土壤中養分的變化情況，探討山毛豆對巖溶區石漠化治理的作用。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

種植山毛豆的閣樓村和加尤鎮共4塊試驗地進行生態監測，其中，閣樓村3塊試驗地面積分別為1.67 hm2（閣樓1區）、1.8 hm2（閣樓2區）、0.04 hm2（閣樓3區），加尤鎮隴光區的實驗地面積為0.6 hm2（加尤區）。

1.2 試驗地分布區域及采樣點監控

為了弄清山毛豆種植對照不同牧草品種種植后對巖溶山區生態環境的生物多樣性和植被生長的影響，種植山毛豆后，分別于種植后第1、第2年對各試驗點進行監測。

試驗地的分布區域和監控采樣點見表1、表2及圖1、圖2。閣樓1區的海拔從784 m到808m，相差不太大；經度為106°45.878′～106° 45.935′E，緯度為24°14.866′～24°14.957′N，相差也不是很大，從中在不同高度隨機各個監控點，其中2GL1-6為對照區監控點，2GL1-5未取土樣。閣樓2區的海拔從742 m到761 m；加尤區海拔從775 m到799 m，相差不大，經度為106°38.620′～106°38.667′E，緯度為24° 29.505′～24°29.601′N，相差也不大，從中在不同高度隨機選出各個監控點，其中2JY-5為對照區監控點。由于海拔、經緯度在測量點各區內相差不太大，因此圖1、圖2分別用平面相對位置圖表示閣樓1、2、3區和加尤區的相對取樣點位。

表1 第1年監控點信息

表2 第2年監控點信息

2 結果與分析

2.1 植被蓋度變化

從表3可以看出，不同地點種植山毛豆，種植第1年蓋度達到20%～70%，第2年提高到95%～100%，而其他牧草種植區的植被蓋度只提高到60%以上。

2.2 生物多樣性

從表3可以看出，種植牧草前，林下的野草主要有飛機草、稗草和三葉鬼針草等，種植不同牧草后，對比蟛蜞菊、合萌、拉巴豆等，山毛豆適生性最強，山毛豆套種椿樹和板栗對試驗區的生物多樣性有一定的影響，在閣樓地區第2年比第1年野生物種數減少了22.2%～30.7%，在加尤地區，野生有害植物種類比對照組減少了20%，這說明種植山毛豆可有效地控制雜草野草的生長，并促進植被的正向演替過程。

圖1 閣樓試驗區地塊及監控采樣點相對位置

圖2 加尤試驗區地塊及監控采樣點相對位置

2.3 山毛豆對巖溶區土壤養分的影響

種植山毛豆1年后，由于閣樓地區為山毛豆與喬木樹套種，全氮處于消耗狀態，降低了39.75%，有效氮則得到了明顯提高，第1年提高了8.55%，第2年提高了14.61%；加尤地區由于是坡地，全氮提高了23.63%，速效氮提高了6.14%，全磷提高了23.02%，速效磷提高了51.66%，全鉀提高了45.24%，速效鉀提高了38.10%，有機質提高了6.28%。

表3 試驗地生態監測結果

在閣樓以種植豆科和喬木為主體的第一試驗區（閣樓1區），在種植開始階段，與對照區相比各項土壤養分指標均有不同程度的下降，表明該類植物在生長初期由于生命力旺盛會消耗一部分營養元素。因此，這個階段適當地進行一些人工施肥更有利于植物的生長，并有利于生態體系的恢復和構建。

2.4 種植牧草后土壤質量評價

依據土壤養分分級標準（表4），各監控點的土壤養分等級統計結果見表5。從表5可以看出，試驗區種植山毛豆后，86.7%的區域土壤有機質屬于中等及以上等級，而有機質缺乏、很缺乏的各占6.7%。與對照區相比，土壤有機質有明顯提高，表明種植山毛豆對土壤有機質具有良好的積累效應。

表4 土壤養分分級標準

表5 試驗區各監測點土壤養分狀況

2.5 試驗區土壤微量元素變化特征與評價

從表6、表7可以看出，試驗區土壤Cu、Mn、Ni、Mo、Sn含量明顯增大，說明種植山毛豆可有效提高土壤中所必須微量元素的含量；有害金屬元素除了Cr有較明顯的增加外，Pb、W、Ag、As、Hg等均明顯減少，說明山毛豆的種植總體上可以減少土壤中有害金屬元素的含量。

依據土壤質量環境（微量元素）標準（表8），各試驗點土壤經過兩年的牧草種植后，其特點見表9。在閣樓區，總體上各種植區土壤微量元素未得到明顯改善，表明山毛豆種植對大多數金屬的轉化作用是一個長期的過程；但汞的減低較明顯，多數種植區壤中汞由原來的三級標準提高到二級標準，表明種植山毛豆對土壤中汞的分解作用較明顯。在加尤地區，山毛豆對重金屬分解作用也不明顯；但是在灌木（銀合歡、香桂）種植區，砷、鉻、鎳三個元素含量明顯降低，其土壤質量等級都有不同程度的提高，顯示了灌木的種植更有利于清理土壤中的重金屬元素。

2.6 土壤水涵養性監測與分析

各試驗點不同牧草區種植牧草后，其含水率以及相對于對照區增幅或減幅變化特征見表10。從表10可以看出，無論是閣樓實驗區還是加尤區，山毛豆+合萌+椿樹種植后第1年土壤含水率提高0.8個百分點，第2年（2010年）提高3.85個百分點；在坡地上種植山毛豆，兩年后土壤含水率提高10.3個百分點，表明種植山毛豆可以使土壤水涵養性增高，對于坡地、石漠化地區效果尤其明顯。

表6 第1年各取樣點牧草種植區土壤中微量元素含量（mg/kg）

表7 2010年各取樣點牧草種植區土壤中微量元素含量（mg/kg）

表8 土壤環境質量（微量元素）標準（mg/kg）

2.7 土壤酸度監測與分析

從表11可以看出，各試驗地的酸堿度大多表現為弱酸性至弱堿性，閣樓對照區pH第2年比第1年降低10.59%，山毛豆種植區提高0.4%～3.02%；坡地對照土壤pH降低6.47%，種植山毛豆提高6.63%，可見對石漠化土壤不采取措施，土壤pH會降低，呈現酸性越來越強，而種植山毛豆后，土壤pH逐步提高，亦即可以得到逐漸的恢復。

表9 各試驗點不同牧草種植區土壤質量評價

表10 種植牧草后的年度土壤水涵養性及與對照區的相對關系

3 結論與討論

監測結果表明，巖溶區種植山毛豆第1年蓋度達到20%～70%，第2年提高到95%～100%，而其他牧草種植區的植被蓋度只提高到60%；山毛豆適生性最強，在閣樓地區第2年比第1年野生物種有害數減少22.2%～30.7%，說明種植山毛豆可有效地控制雜草野草的生長，并促進植被的正向演替過程；種植山毛豆1年后，閣樓地區為山毛豆與喬木樹套種，全氮處于消耗狀態，降低39.75%，有效氮則是得到明顯的提高，第1年提高8.55%，第2年提高14.61%；加尤地區由于是坡地，全氮提高23.63%，速效氮提高6.14%，全磷提高23.02%，速效磷提高51.66%，全鉀提高45.24%，速效鉀提高38.10%，有機質提高6.28%。

試驗區種植山毛豆后，86.7%的區域土壤有機質屬于中等及以上等級。缺乏、很缺乏的各占6.7%，與對照區相比，土壤有機質有明顯提高，表明山毛豆種植對土壤有機質具有良好的積累效應。土壤中Cu、 Mn、Ni、Mo、Sn明顯增大，說明種植山毛豆可以有效提高土壤中必須微量元素的含量；有害的金屬元素中除了Cr有較明顯的增加外，Pb、W、Ag、As、Hg等均明顯減少，說明山毛豆的種植總體上可以減少土壤中有害金屬元素的含量。

表11 各試驗地pH值監測參數

依據土壤質量環境（微量元素）標準，在閣樓區，總體上各種植區土壤微量元素未得到明顯改善，表明山毛豆種植對大多數金屬的轉化作用是一個長期的過程；但汞的減低較明顯，多數種植區壤中汞由原來的三級標準提高到二級標準，顯示了山毛豆種植對土壤中汞的分解作用較明顯。

在閣樓試驗區，山毛豆+合萌+椿樹種植后第1年土壤水涵養性提高0.8個百分點，第2年提高3.85個百分點；在坡地上（加尤區）種植山毛豆，兩年后土壤水涵養性提高10.3個百分點，表明種植山毛豆可以使土壤水涵養性增高，對于坡地、石漠化地區尤其明顯。

各試驗地的酸堿度大多表現為弱酸性至弱堿性，閣樓對照區第2年比第1年pH降低10.59%，而山毛豆種植區提高0.4%～3.02%；坡地對照土壤pH降低6.47%，種植山毛豆后提高6.63%，可見對石漠化土壤不采取措施，土壤pH會降低，呈現酸性越來越強，而種植山毛豆后，土壤pH逐步提高，亦即可以得到逐漸的恢復。說明山毛豆具有保持水土和恢復生態環境的作用，可促進石漠化地區土壤和植被的正向演替。

［1 蔣忠誠. 廣西巖溶及其生態環境領域近十年來的主要研究進展［J］. 南方國土資源，2004（11）：19-22.

［2］李小紅，孔令孜，覃澤林. 廣西貧困縣農民收入現狀及可持續增長路徑分析［J］. 南方農業學報，2013，44（7）：1225-1232.

［3］賴志強. 廣西飼用植物志［M］. 南寧：廣西科學技術出版社，2011：300-357.

（責任編輯 鄒移光）

Role of Tephrosia candida DC. in rocky desertification in Karst areas

CAI Xiao-yan1，DENG Su-yuan1，LAI Zhi-qiang1，CHEN Yuan-rong2，YI Xian-feng1，YAO Na1，WEI Jin-yi1
（1.Guangxi Institute of Animal Sciences，Nanning 530001，China；2. Guilin Research Institute of Geology for Mineral Resources，Guilin 541004，China）

In order to understand the role of Tephrosia candida DC. in rocky desertification management in Karst areas，we conducted the program in Gelou village and Jiayou town，typical pilot sites of rocky desertification management in Guangxi，planted T. candida and Aeschynomene indica L. under Cedrela wood and Chestnut wood，while planted T. candida on slope as control group，and detected the vegetation diversity and changes in soil nutrients. The results showed that，by planting T. candida in Karst areas，the vegetation coverage reached 20%-70% in the first year，and increased to 95%-100% in the second year；water conservation increased by 3.85%-10.3%；harmful wild species in the second year decreased by 20%-30.7% over the first year；soil available nitrogen was remarkable improved by 6.14%-14.61%，total phosphorus and potassium content increased by 23.02%-51.66% and 38.10%-45.24% respectively，organic matter raised by 6.28%，soil organic matter of 86.7% of the area belongedto medium and higher grade；essential trace elements in the soil，such as Cu，Mn，Ni，Mo，Sn content increased；the harmful metal elements except Cr，Pb，Ag，As，Hg content decreased obviously，and Hg was taken to the second standard from third standard；soil pH of Gelou village，the control group，in the second year decreased by 6.47%-10.59% over the first year，but that of T. candida area increased by 0.4%-6.63%. The result revealed that，planting T. candida in rocky desertification area could increase vegetation coverage，improve soil available nitrogen content，water conversation and soil pH，could decrease harmful wild species and harmful metal elements，played a powerful role in soil conversation and renovating ecologic environment，facilitated positive evolution of soil and vegetation in rocky desertification area.

Tephrosia candida DC.；rocky desertification；soil nutrients；trace elements；environmental quality

S541+.9

A

1004-874X（2016）11-0078-08

2016-08-19

廣西水產畜牧科技推廣應用項目（桂漁牧科201528033）；廣西水產畜牧科技計劃項目（桂漁牧科1304558）；國家現代農業產業技術體系廣西創新團隊建設專項經費（nycytxgxcxtd-09-04）；廣西科學技術廳“廣西工程研究技術中心組建”項目（2015GCZX014）；廣西科學研究與技術開發計劃項目（桂科合14125008-2-13）

蔡小艷（1982-），女，博士，副研究員，E-mail：caixiaoyan282@163.com

韋錦益（1969-），男，副研究員，E-mail：jinyiwei118@sohu.com

蔡小艷，鄧素媛，賴志強，等. 山毛豆在巖溶區石漠化治理中的作用［J］.廣東農業科學，2016，43（11）：78-85.