鄱陽湖沙區香根草生長差異及環境效應

張 英, 鄭 林,2, 黃佳超, 李 生

(1.江西師范大學 地理與環境學院, 江西 南昌 330022; 2.鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點實驗室, 江西 南昌 330022)

中國學者朱震達等[1]根據荒漠化防治國際公約并結合中國區域的特點和實際，提出荒漠化還應包括“濕潤及半濕潤地區由于人為活動所造成環境向著類似荒漠景觀的變化過程”,即在南方湖濱及河流下游沖積平原的沙質階地基礎上形成的土地沙化也應歸屬于荒漠化范疇[2]。江西省的江、河、湖濱地區分布有282.47 km2風沙化土地，主要分布在江西省北半部的贛江、撫河中下游，鄱陽湖周邊、長江沿岸及修水、信江沿岸的河漫灘、河流階地及古河床上[3]。鄱陽湖沙區土地沙化屬于南方荒漠化的一種典型類型,是在湖濱沙質階地的基礎上形成的,它既有別于北方的土地沙漠化,又區別于南方其他類型的荒漠化[2]。新中國成立以來，鄱陽沙化土地問題日益得到了政府和學者的高度關注，圍繞沙化土地的災害及對區域生態環境、可持續發展的影響展開了一系列理論與實踐探索，包括沙化土地的特征和成因、沙化土地的遙感調查、沙地的生態修復等[4-8]。其中，對沙地進行生態恢復的植被先后采用了單葉蔓荊和濕地松，取得了一定的效果，但也存在相應的問題，單葉蔓荊與濕地松均表現出隨沙化程度增加存活率降低的趨勢[9-10]，本研究試圖在重度沙化區引種香根草解決這一問題。

香根草(Vitiveriazizanioides)又叫巖蘭草,為禾本科香根草屬的一種多年生草本植物，具有較強的再生和分蘗能力,生產上通常靠分株或根分蘗進行繁殖[11]。香根草具有耐旱、耐澇、耐高溫的特性，任何類型的土壤上皆可生長。香根草具有較強的抗逆性，能在不同環境條件下生長[11]，常被用作防止水土流失、保持水土的理想作物。當前，國內外對香根草的研究多集中在北方牧草繁殖[12]、重金屬及高溫脅迫[13-18]和公路護坡[19-22]等方面，在鄱陽湖沙化土地區，香根草的研究基本空白。因此，本研究擬通過引種香根草，分析其在鄱陽湖沙化嚴重區域下生長狀況及對生態環境的效應，為南方治沙工作提供參考。

1 研究地區與研究方法

1.1 研究區概況

試驗地設置在江西省都昌縣多寶鄉沙山，位于江西省北部(29°21′22″—29°27′18″N，116°3′—116°7′42″E)，屬亞熱帶濕潤性季風氣候[2]。多寶沙山氣溫較高,雨量充沛,日照充足,無霜期長,總的氣候特征可概括為“春季寒潮大風,夏季悶熱多雨,秋季高溫干旱,冬季寒冷加劇”[23]。全年無霜期260 d,年平均氣溫17.5 ℃,平均地表溫度21.3 ℃,年降雨量1 310 mm,年蒸發量1 883.1 mm,最高氣溫42 ℃,最高地表溫度69.5 ℃,全年5級以上大風21 d[23]。多寶沙山土壤結構松散,養分含量低,保水保肥能力差[23]。多寶鄉共有沙地1 304.54 hm2[24]，給當地居民的生產和生活帶來不便，為改善當地的生態環境，近年來，該地區一直在開展植樹造林工程，樹種以濕地松為主，由于自然環境惡劣，濕地松存活率較低，生長緩慢，特別是在重度沙化區。本研究在鄱陽湖沙山重度沙化區栽植香根草，旨在探究香根草的生長差異及對當地環境的影響。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗設計 調查采用樣方法，2015年在研究區沙山平行于湖岸線方向沿沙化梯度，每隔50 m距離在重度沙化區設置N，M，F，Z，C樣方(N位于重度沙化區,<50 m; M位于重度沙化區,50～100 m; F位于重度沙化區,100～150 m; Z位于重度沙化區,100～150 m; C位于重度沙化區,>150 m; N,M,F均進行刈割處理,C進行分蘗處理,Z為對照組)，試驗設計8個采樣點，每個采樣點設置3個重復。各采樣點挖80 cm深剖面，以10 cm的間隔從0—80 cm按層次測量土壤溫度和土壤含水量，并取樣測量香根草樣品的生長高度和分蘗數。各指標測定均為2～3次重復。

1.2.2 測定項目與方法 香根草高度(cm)測量采取卷尺測量，分蘗數(蘗)為累加記數，數據采集周期大致每月1次。香根草生長周期末，對香根草進行取樣并觀測各項生長指標，統計樣本株高、葉寬、新根長、最長根、新根數/每蘗、分蘗數等直接計量指標，并測量地上部分干重、地下部分干重，計算根冠比。

1.2.3 數據處理 采用Excel 2007和Origin 8軟件處理數據并繪制圖表；采用SPSS 18.0統計分析軟件進行單因素方差分析(one-way ANOVA)和Pearson相關性分析。

2 結果和分析

2.1 香根草生高度長差異分析

2.1.1 不同距湖距離對香根草生長的影響 不同距湖距離對香根草生長高度的影響見表1。對N，M，F樣方中獲得的數據做單因素方差分析，結果表明距湖距離對香根草生長高度影響不顯著(p>0.05)。不同距湖距離的香根草的生長趨勢基本一致：N，M，F樣方中，3.19～4.20，5.16～6.27，7.26～9.4等3個時間段生長高度的增幅最大，其中，N樣方中香根草在這3個時間段中生長高度的增量分別占其生長高度總增量的31.92%，25.91%，20.92%，M樣方中香根草在這3個時間段中生長高度的增量分別占其生長高度總增量的26.46%，25.09%，26.94%，F樣方中香根草在這3個時間段中生長高度的增量分別占其生長高度總增量的23.94%，25.66%，23.67%。N，M，F樣方香根草年內平均高度分別為62.28，61.59，63.55 cm，差異不顯著。

N，M，F樣方香根草逐月生長高度的變異系數分別為0.39，0.42，0.46，皆位于0.1～1，屬中等變異。

2.1.2 不同處理方式對香根草生長的影響 不同處理方式對香根草的生長高度的影響見表1。刈割組中的F樣方和分蘗組C及對照組Z距湖的距離基本一致，通過分析F，C，Z樣方中香根草逐月生長高度探索不同處理方式對香根草生長高度的影響。對F，C，Z樣方中獲得的數據做單因素方差分析，結果表明不同處理方式對香根草生長高度影響不顯著(p>0.05)。F，C與Z各月份香根草平均生長高度分別為63.55，65.98和51.86 cm，與對照組相比，刈割和分蘗處理的香根草高度分別增加了11.69，14.12 cm，增長了22.54%，27.23%。

F，C，Z樣方香根草逐月生長高度的變異系數分別為0.46，0.44，0.46，均位于0.1～1之間，屬中等變異。

橫向分析香根草生長高度的變異系數，N，M，F，C，Z不同月份生長高度的變異系數分別為0.03，0.19，0.13，0.06，0.08，0.09，其中4.20，5.16時間測得數據的變異系數在0.1～1之間，屬中等變異，其他時間測得的數據的變異系數<0.1，屬弱變異。

表1 鄱陽湖沙區不同距湖距離香根草逐月生長高度

2.2 香根草分蘗差異分析

2.2.1 不同距湖距離對香根草分蘗的影響 不同距湖距離對香根草分蘗的影響見表2。距湖距離不同，香根草每月的分蘗數差異顯著：香根草各月的分蘗數均呈F>M>N，F的平均分蘗數分別比N，M增加12.90，10.80株，分別增長了90.83%，66.32%。N，M，F的變異系數分別為0.29，0.21，0.32，均在0.1～1之間，屬中等變異。

2.2.2 不同處理方式對香根草分蘗的影響 不同處理方式對香根草分蘗產生的影響見表2。刈割組中的F樣方和分蘗組C及對照組Z距湖的距離基本一致，通過分析F，C，Z樣方中香根草逐月分蘗數探索不同處理方式對香根草分蘗數的影響。F，C的香根草平均分蘗數分別為27.10，14.23株，與Z(22.50株)相比，刈割處理的香根草的平均分蘗數增加了4.6株，增長了20.44%；分蘗處理的香根草平均分蘗數減少了8.27株，降低了36.76%。刈割處理可以促進香根草的分蘗，分蘗處理不利于香根草的分蘗。不同處理方式的香根草分蘗數的變異系數位于0.29～0.46，屬中等變異。橫向分析香根草分蘗數的變異系數，N，M，F，C，Z不同月份分蘗數的變異系數位于0.27～0.35，屬中等變異。

2.3 香根草生長末期各指標差異分析

香根草生長末期各指標值見表3。香根草生長末期，根冠比N>M>F,隨著距湖距離的增大，根冠比不斷減小。植物根冠比受水分、氮素等因素的影響：地上部分依靠根系供給水分，因其枝葉進行蒸騰作用，地上部水分容易虧缺，故而土壤中水分含量少時對地上部分的影響比對根系的影響更大，使根冠比增大。距湖越近，受湖面吹來的風的影響越大，砂質流動越嚴重，土壤含水量相對較少，根冠比呈N>M>F；土壤中氮素少時，首先滿足根的生長，運到冠部的氮素就少，使根冠比增大。土壤中氮素充足時，大部分氮素與光合產物用于枝葉生長，供應根部的數量相對較少，根冠比降低。隨著距湖距離增加，土壤中氮素含量增加，香根草的根冠比呈N>M>F。由香根草的根冠比N>M>F得出距湖越遠，氮素越多，此結論與胡啟武[8]等對鄱陽湖沙山土壤N的觀測結果一致。

表2 鄱陽湖沙區距湖距離上香根草逐月分蘗

刈割處理(N，M，F)的香根草的株高、葉寬、新根長、最長根等指標均大于分蘗處理(Z)的香根草。其中，N，M，F株高分別比Z增加了10.72，15.32，20.43 cm，增長了12.88%，18.41%，24.55%；葉寬分別增加了1.01，0.73，0.93 cm，增長了23.33%，16.86%，21.48%；新根長分別增加了5.56，4.4，1.84 cm，增長了17.81%，14.09%，5.89%；最長根分別增加了11.8，10，7.1 cm，增長了36.31%，30.77%，21.85%。但分蘗處理的香根草每蘗生長的新根數大于刈割處理的香根草，Z組每蘗生長的新根數分別比N，M，F增加了1.08，3.27，3.92根，增長了9.10%，33.78%，43.41%。

總的來看，刈割、分蘗處理對香根草的生長高度影響不顯著，分蘗處理能夠促進香根草每蘗新根數的增加，刈割處理對香根草的其他指標有促進作用。

表3 鄱陽湖沙區香根草生長末期各指標值

2.4 香根草對環境的影響分析

2.4.1 香根草對土壤溫度的影響 香根草及裸地土壤溫度隨時間變化的結果見圖1。結果表明，各樣方土壤均溫年內變化均呈先增加后減少的趨勢，在7月出現最大值，L(裸地)，N，M，F分別為35.83，34.84，34.90，34.89 ℃。各月份的土壤溫度均表現為N，M，F

2.4.2 香根草對土壤含水量的影響 香根草及裸地土壤含水量隨時間變化的結果見圖2。結果表明，各樣方土壤含水量年內變化呈先增加后減少再增加的趨勢，5和10月土壤含水量出現峰值。香根草的生長期在3—9月，10月香根草生長已經結束，土壤水分得到保存，土壤含水量增加。N，M，F的土壤含水量均大于裸地L的土壤含水量，且隨著距湖距離的增大，土壤含水量也逐漸增大。各月份的土壤含水量均表現為:F>M>N>L，最大值與最小值差值范圍在0.13～2.50。其中，3月差值最大，為2.50；5月差值最小，為0.13。

注：N位于重度沙化區，<50 m； M位于重度沙化區50～100 m； F位于重度沙化區，100～150 m； N，M，F均進行刈割處理； L為裸地。下同。

圖2 2015年鄱陽湖沙區香根草及裸地土壤含水量年內變化

2.5 各指標相關性分析

鄱陽湖沙化地區香根草生長因子與環境因子的Pearson相關性分析結果見表4—5。結果表明：距湖尺度、香根草生長高度均與香根草分蘗數呈顯著正相關(p<0.05)；土壤溫度與土壤含水量呈極顯著負相關(p<0.01)；距湖尺度與土壤溫度、土壤含水量、香根草生長高度均沒有相關性，土壤溫度、土壤含水量均與香根草分蘗數沒有相關性。

總體上看，鄱陽湖沙化地區土壤溫度、土壤含水量對香根草的分蘗數影響不大，香根草的分蘗數受距湖距離、香根草生長高度的影響，土壤溫度與土壤含水量之間亦相互影響。

表4 距湖距離及香根草生長因子的相關性分析

表5 各環境因子及香根草分蘗數的相關性分析

3 結 論

香根草生長高度受距湖距離和不同處理方式影響不顯著，但不同處理方式對香根草生長高度有促進作用。對香根草進行刈割處理，割掉的部分被掩埋或就地堆放，在一定程度影響香根草生存的微環境，割掉的部分通過分解者的分解作用，可以增加土壤有機質、降低地表風速、增加土壤含水量，環境因子的改善有利于香根草的生長。香根草分蘗數受距湖尺度和不同處理方式的影響較大。

生長期末，香根草各指標有差異。受水分及氮素的影響，根冠比呈N>M>F，該結論與胡啟武等的研究結論一致，胡啟武等[8]指出鄱陽湖沙化地區，隨著沙化程度的降低，土壤全氮呈增加的態勢；刈割、分蘗處理對香根草的生長高度影響不顯著，分蘗處理促進香根草每蘗新根數的增加，刈割處理對香根草的其他指標有促進作用。

香根草栽植的區域各月土壤溫度均小于裸地的土壤溫度，香根草對土壤有一定的降溫作用；香根草栽植的區域各月土壤含水量均大于裸地的土壤含水量，香根草對土壤有一定的儲藏水分的作用。綜上，香根草在改善土壤物理性質方面起到一定的作用。夏漢平等[25]通過比較純果園(純沙田柚園)和復合園(沙田柚—香根草復合園)小氣候觀測值，發現復合園土溫降低，土壤含水量增加，得出香根草可以有效調節農田小氣候的結論，與本文在鄱陽湖沙化地區觀測香根草所得結論一致。

Pearson相關性分析結果表明，鄱陽湖沙化地區土壤溫度、土壤含水量對香根草的分蘗數影響不大，香根草的分蘗數受距湖尺度、香根草生長高度的影響。

本文僅觀測了香根草一年內的生長變化情況，而香根草連續幾年的變化在生長高度和分蘗數等方面也會有所不同，香根草的時間分異將在進一步的研究中討論。