降雨量和飼料苧麻對坡地水流失和生物量的影響

熊 偉，徐 敏，王 維，湯滌洛，汪紅武

（咸寧市農業科學院，湖北 咸寧 437100）

苧麻根系發達，固土能力強，保水效果佳，能緩解與糧油作物爭地的矛盾，適合南方坡耕地種植。發展苧麻上山，具有良好的生態、經濟、社會效益［1］。苧麻可作為南方地區優質的牧草資源被開發利用，其嫩莖葉作為高品質的牧草被建議用于家畜飼料［2］。2016 年農業部印發《全國種植業結構調整規劃》將飼用苧麻列為南方地區飼草作物［2］。苧麻纖維價格低廉，在平原地區少有農戶選擇在自留地里種植苧麻，這促進了苧麻在山坡地的種植發展［3］。苧麻具有水土保持作用，種植2 年后，種植地水土流失輕微，保持水土效果相當于種植5~6 年的疏林、幼林［4］。苧麻莖葉具有降水截留、削弱濺蝕、抑制地表徑流等作用［5］，其枝繁葉茂、根系發達，可有效降低土壤侵蝕量和地表徑流量［5］。

在全球氣候逐漸變暖的背景下，極端天氣事件頻繁，短時期內高強度降雨增長［6］。水土流失是紅壤丘陵區土地退化的原因，而坡地水土流失占該區水土流失總量的50% 以上［7］。中國丘陵山區面積大，紅壤是長江流域以南各種紅色或黃色酸性土壤的總稱，面積2.18 億hm2，占全國土地面積22.7%，水土流失比較嚴重［8］。苧麻作為優質牧草開發的潛力主要體現在3 方面，苧麻粗蛋白含量高，營養成分與苜蓿相近［2］，在南方地區種植再生性強，生物產量大。水分是影響植物生存和生長的重要因子，植物生長季降雨量的變化是影響植被覆蓋度和高度的主要驅動力［9-15］。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗在湖北省咸寧市崇陽縣白霓鎮石山村進行，該地四面環山，峰巒疊嶂，地處大幕山、大湖山、大藥姑山之間，屬低山丘陵區，土壤以山地丘陵紅壤為主，含沙量大，極易產生表土流失。屬亞熱帶季風氣候，日照充足，溫和多雨，無霜期長，四季分明。多年平均氣溫17.0 ℃，多年平均降水量1 693.2 mm，多年平均日照時數1 350 h，多年平均蒸發量1 584.5 mm。

1.2 種植材料

苧麻品種選用中國農業科學院麻類研究所提供的中飼苧1 號、華中農業大學提供的TG6，咸寧市農業科學院提供的“0904”；玉米為春玉米。

1.3 試驗設計

2012 年6 月選紅壤山坡地建設了15 個投影面積為85 m2（17 m×5 m）的小區，小區坡度為26°~27°，小區之間間隔0.5 m，每個小區四周用水泥板分隔，下部連接1 m×1 m×1 m 的集流池，用于收集小區內的徑流和泥沙。在每個集流池安裝了水位計，在試驗小區周圍布設雨量計監測降雨量。設置了兩個排水口，一個為清空排水口，一個為超位排水口，安裝水表和排水開關，超位排水口在水位超出70 cm 時自動排水，通過水表讀數了解超位水量。在每次讀到數據后，打開清空排水口開關，清空池中水，測量池中淤沙，然后清空。2017 年7—8 月栽植苧麻，TG6、“0904”、中飼苧1 號栽植株行距為60 cm×40 cm，在四周栽植中苧2 號、川苧12 號和華苧4 號3 333 m2作比較試驗區和保護區。

試驗共設5 個處理：處理1，種植TG6；處理2，種植“0904”；處理3，種植中飼苧1 號；處理4，種植農作物春玉米，于2018 年3 月底點播；處理5，種植雜草（CK），于種植苧麻時播撒含雜草種子土層1 cm左右。

水流失量的觀測時間是2018 年1—12 月。

1.4 植物觀測

產草量測定：試驗材料生長至高70~140 cm 時測定鮮草產量，3 次重復。每小區內刈割30 m2，測定鮮草產量，刈割5 次，分別在5、7、8、9、11 月。

植株生長高度測定：在植株50~100 cm 時期，每小區隨機取10 株，刈割，分別測量地面至葉心的伸展高度。

1.5 降雨量測定

采用上海氣象儀器廠SM1型雨（雪）量器記錄降雨量，每次典型降雨后人工測量降雨量，并進行記錄。

1.6 水流失量測定

每次降雨后對徑流池進行測量，讀取水位計，對水流失量進行記錄，并清空積水。

1.7 數據分析

采用Excel 2003 進行數據分析，并繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 2018 年降雨特征

2018 年，試驗區的實驗期間觀測總降水量為1 085 mm，主要降水日見表1。4、5、6、7、8、9 、10月是當地植物的生長季，觀測降水量分別是246.7、175.6、71.9、199.1、138.2、12.8、148.8 mm，占年降水總量的91.94%（圖1）。其中9月降雨最少，4月降雨最多。

表1 全年觀測降雨量

圖1 全年每月降雨量

2.2 全年不同處理水流失量特征

不同處理水流失量分析見圖2。由圖2 可知，水流失量跟季節有關。5 月水流失量最多，4 月次之，7月水流失量排第三，梅雨季節水流失量較大。3 月水流失量最少，初春雨多降雨量低；9 月次之，7 月水流失量第三，秋季干旱對水流失量較小。從不同處理看，玉米水流失量最多，“0904”水流失量最少，苧麻減少水流失效果優于玉米。

圖2 不同處理的水流失量

2.3 降雨量對水流失量的影響

降雨量與水流失量情況見圖3。由圖3 可見，隨降雨量增加，水流失增加。降雨量42.0 mm 時水流失量為3.8 cm，40.0 mm 降雨量為水流失的起點。降雨量58.7~62.3 mm 開始出現水流失量猛增，62.3 mm降雨量為水流失的失控點。24 小時降雨量在0.1~9.9 mm 為小雨，10.0~24.9 mm 為中雨，25.0~49.9 mm為大雨，50.0~99.9 mm 為暴雨，100.0~249.9 mm 為大暴雨，≥250.0 mm 為特大暴雨?？梢?，水流失起點40.0 mm 為大雨程度。水流失的失控點62.3 mm 為暴雨程度。

圖3 不同降雨量的水流失量

2.4 覆蓋程度對流失量的影響

覆蓋度對水流失量影響很大（圖4），但水流失量主要還是受降雨量影響。8 月20 日，覆蓋度達到90%，降雨量為138.2 mm，水流失量為14.8 cm，覆蓋度增加減少了水流失量。4 月23 日覆蓋度為60%，水流失量大。覆蓋度在60% 以下時，水流失量隨降雨量增加而增長。

圖4 覆蓋度、降雨量和水流失量的關系

2.5 降雨量與苧麻生長速度的關系

春季雨水充足，氣溫低，苧麻生長速度比較慢。5—6 月生長速度快，此時日平均降雨量為4.7 mm，6—8 月生長速度適度，9—11 月生長速度慢。從圖5可見，3 個品種的生長速度與日平均降雨量趨勢一致，可見降雨量對苧麻生長速度影響顯著。3 個品種生長速度為中飼苧1 號>“0904”>TG5。

圖5 生長速度與平均降雨量之間的關系

2.6 降雨量與飼用苧麻產量的關系

春季雨水充足，氣溫低，苧麻日增重較多。5—6月日增重最快，此時間段日平均降雨量4.7 mm。6—8 月日增重適量，9—11 月增重最低。從圖6 可見，3 個苧麻品種的日增重與日平均降雨量趨勢一致，降雨量對苧麻日增重影響明顯，日增重量為飼苧1號>“0904”>TG5。

圖6 日增重與平均降雨量之間的關系

2.7 苧麻與玉米的鮮草重對比

苧麻與玉米的鮮草重對比見表2?！?904”產量最高，其次是中飼苧1 號，再次是TG5，3 個苧麻品種鮮草重均高于玉米。

表2 不同處理的生物產量（30 m2）

3 結論

2018 年觀測總降水量為1 085 mm，4—10 月是苧麻的生長季。

水流失量跟季節有關，5 月水流失量最多，4 月次之，7 月水流失量排第三，梅雨季節水流失較多。3 月水流失量最少，初春雨多，降雨量小，9 月次之，7月水流失量第三，可以看出秋季干旱對水流失量的影響。從不同處理看，玉米水流失量最多，“0904”水流失量最少，苧麻的減少水流失效果優于玉米。

降雨量42 mm 水流失量為3.8 cm，40 mm 降雨量為水流失的起點，62.3 mm 降雨量為水流失的失控點。水流失的起點在大雨程度。水流失的失控點在暴雨程度。

覆蓋度對水流失量影響很大，但還是受降雨量影響。覆蓋度達到90% 減少了水流失量，覆蓋度在60% 以下時，水流量隨降雨量增加而增加。

3 個苧麻品種的生長速度與日平均降雨量趨勢一致，降雨量對苧麻生長速度影響明顯，從生長速度看，中飼苧1 號>“0904”>TG5。

3 個苧麻品種的日增重與日平均降雨量趨勢一致，降雨量對苧麻日增重影響明顯。從日增重看，中飼苧1 號>“0904”>TG5。

“0904”生物產量最高，其次是中飼苧1 號，然后是TG5，3 個苧麻品種的生物產量均高于玉米。