金銀花植物籬在紅壤果園水土流失治理中的水土保持效益研究

胡 松,張 杰

(1.江西省水利科學院，江西 南昌 330029； 2.鄱陽湖流域生態水利技術創新中心，江西 南昌 330029；3.江西省土壤侵蝕與防治重點實驗室，江西 南昌 330029)

果樹種植是江西省坡地農業的主要模式與鞏固脫貧攻堅成果的有效措施之一，但由于在開發與生產過程中農戶缺乏水土保持意識及相應的水保措施，因此近70%的果園都存在不同程度的水土流失[1]。嚴重的水土流失導致果園土壤有機質含量降低，果樹產量低且不穩，果園經濟效益低下，直接影響土地利用的效益[2]。同時，流失的水土將土壤中的無機氮、磷、鉀帶入地表水體中，還造成了水體的富營養化[3]。

大部分果園進行坡改梯后雖一定程度上減輕了水土流失[4]，但傳統清耕果園的裸露地塊仍存在較為嚴重的水土流失，其中坡改梯后形成的裸露梯壁水土流失尤為嚴重[5]。目前針對果園水土流失的治理措施，主要包括工程措施、耕作措施及生物措施等。植物籬作為水土保持生物措施中的一種，可緩解農業面源污染，攔蓄坡面地表徑流、泥沙，減緩坡度，形成生物梯田，并增強土壤抗蝕性，從而控制水土流失[6-7]。植物籬生長需要一定的水肥條件，不合適的植物籬與農作物搭配會導致種間抑制而減產[8]，因此植物籬的品種及種植部位也非常關鍵。金銀花是較為常用的植物籬品種，生活力、適應性均很強，匍匐莖可攀爬纏繞于梯壁之上起到固持土壤、減少侵蝕的作用[9]，同時其花為傳統的大宗中藥材，管理簡單、效益高，種植3 a后即進入豐產期，且豐產期長達30 a，一次種植多年收益，是集藥用經濟型與水保生態型于一體的多功能植物[10]，享有“國寶一枝花”的美譽。因此，研究金銀花植物籬在果園梯壁上的應用具有重要意義。本研究以江西省寧都縣紅壤丘陵果園為研究區域，結合前人關于植物籬等方面的相關研究，探討金銀花植物籬在水土流失治理方面的效益，以期為我國南方紅壤地區的植物籬運用提供理論和實踐基礎。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

研究區位于江西省寧都縣水土保持科技示范園(以下簡稱“示范園”)內(116°02′40″～116°02′55″E，26°37′03″～26°37′34″N)。示范園位于贛江(鄱陽湖水系五大河流之一)的一級支流梅江流域中下游，屬亞熱帶濕潤季風氣候區，具有氣候溫和、光照充足、雨量充沛、四季分明、無霜期長等特點。多年平均氣溫18.3 ℃，極端最高氣溫38.4 ℃，極端最低氣溫-6.2 ℃，無霜期279 d；多年平均降水量1 691 mm，年內分配不均，集中在4—6月，期間降水量占全年降水量的48%，多以暴雨形式出現。土壤主要為紅砂巖及花崗巖發育的紅壤，風化顆粒較粗，滲水量大且快，加之降水集中、沖刷力大，對土壤的溶解作用強、侵蝕力大，在植被破壞區易發生嚴重的水土流失。

1.2 試驗設計

在示范園的臍橙園建立2個臨時徑流收集小區，每個小區種有3棵臍橙樹，其中一個小區為傳統臍橙園小區，梯壁裸露，另一個小區梯壁種植金銀花。將每個小區用防水布進行隔離，收集小區的雨水，并用PVC管導入到徑流桶內，定期開展相關試驗觀測。

1.3 樣品采集及測定

1.3.1 樣品采集

對不同措施小區土壤進行一次取樣。土壤樣品采集方法：采用土鉆取樣，在距金銀花主根10～20 cm處隨機選取2個點，每個點取0～20 cm土層土樣進行混合。

1.3.2 樣品測定

土壤物理指標：土壤容重及田間持水量測定方法采用環刀法；團聚體測定方法采用干濕篩機械篩分法[11]。其中，水穩性團聚體質量百分數(WSA)=(>0.25 mm濕篩團聚體質量/干篩團聚體總質量)×100%，結構體破壞率(SPBR)=(>0.25 mm干篩團聚體質量->0.25 mm濕篩團聚體質量)/>0.25 mm干篩團聚體質量。

土壤化學指標：土壤有機質含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；土壤全氮含量采用凱氏定氮法測定；土壤全磷含量采用硫酸-高氯酸-鉬銻抗比色法測定。

水樣化學指標：總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，氨態氮及硝態氮采用紫外分光光度法；總磷采用硫酸鉀消解-鉬藍比色法測定，可溶性磷采用鉬酸銨分光光度法。

2 結果分析

2.1 土壤抗侵蝕效益

對試驗開始2 a后的臍橙園梯壁裸露小區及梯壁種植金銀花小區土壤分別取樣并進行干篩分析其機械穩定性(見表1)，可以發現：梯壁裸露小區土壤干篩條件下>0.25 mm的大團聚體比例為76.24%，梯壁種植金銀花小區土壤干篩條件下>0.25 mm的大團聚體比例為81.24%；與梯壁裸露小區土壤對比，梯壁種植金銀花小區土壤>10 mm、5～10 mm、2～5 mm三個粒級團聚體比例均有不同程度上升。這說明臍橙園梯壁種植金銀花可以有效提升土壤大團聚體比例，增加土壤的機械穩定性。

表1 臍橙園梯壁不同措施干、濕篩下團聚體粒級分布

通過濕篩分析其水穩定性后，與干篩相比，梯壁裸露小區及梯壁種植金銀花小區土壤>2 mm團聚體比例分別由33.17%及42.44%下降至13.71%及17.90%，說明臍橙園梯壁土壤仍然存在隨徑流流失的可能。

由表2可知，梯壁種植金銀花小區1 a后土壤SPBR值為0.26，比梯壁裸露小區1 a后的土壤SPBR值0.24增加了8.33%，說明種植金銀花植物籬初期反而使土壤結構體破壞率有所增加；與梯壁裸露小區1 a后土壤對比，梯壁裸露小區2 a后土壤SPBR值下降到0.17，下降比例為29.16%，說明不采取植物籬等水保措施，只要不擾動，梯壁土壤結構體破壞率就會隨年限增加而有所降低；梯壁種植金銀花小區2 a后土壤SPBR下降至0.07，與梯壁種植金銀花小區1 a后土壤相比降低了73.08%，與梯壁裸露小區2 a后土壤相比降低了58.82%，說明梯壁種植金銀花小區的土壤結構體破壞率也隨年限增加而降低，并且遠低于梯壁裸露小區。

表2 臍橙園梯壁不同措施下土壤抗蝕性指標

由表2還可知，臍橙園梯壁種植金銀花小區1 a后土壤WSA比同年限梯壁裸露小區提高了4.03%，說明梯壁種植金銀花可以提高土壤水穩性團聚體比例；梯壁種植金銀花小區2 a后土壤WSA比同年限梯壁裸露小區提高了19.63%，比梯壁種植金銀花小區1 a后土壤提高了17.74%，說明梯壁種植金銀花小區的土壤水穩性團聚體比例隨年限增加逐漸提高，且明顯高于梯壁裸露小區。

2.2 減沙效益

由圖1可知，在不同降雨量下，梯壁裸露小區泥沙流失量均大于梯壁種植金銀花小區，并且梯壁裸露小區泥沙流失量隨降雨量增大而增大，而梯壁種植金銀花小區泥沙流失量隨降雨量的增大呈減小趨勢。與梯壁裸露小區對比，梯壁種植金銀花小區在中雨條件下減沙效益為20.89%，在大雨條件下的減沙效益可達73.49%，說明金銀花植物籬對減少果園土壤流失有較好的效果。

圖1 臍橙園小區泥沙流失量

2.3 減少養分流失效益

由圖2可知，兩種措施下臍橙園小區總氮流失量均隨降雨量增大而增大，但不同降雨量下梯壁種植金銀花小區總氮流失量均小于梯壁裸露小區，在中雨條件下梯壁種植金銀花小區比梯壁裸露小區總氮流失量減少30.49%，在大雨條件下總氮流失量減少15.97%。在不同降雨量下，梯壁裸露小區均是硝態氮流失量大于氨態氮流失量，而梯壁種植金銀花小區則是在大雨下氨態氮流失量大于硝態氮流失量；硝態氮流失量是梯壁裸露小區大于梯壁種植金銀花小區，而氨態氮流失量則是梯壁種植金銀花小區大于梯壁裸露小區。

圖2 臍橙園梯壁不同措施下氮素流失量

由圖3可知，在不同降雨量下，兩種措施下臍橙園小區總磷流失量趨勢與總氮有所不同，梯壁裸露小區總磷流失量隨降雨量增大而增大，但梯壁種植金銀花小區總磷流失量隨降雨量增大而略有減小；與梯壁裸露小區相比，梯壁種植金銀花小區在中雨條件下總磷流失量減少35.00%，在大雨條件下總磷流失量減少59.78%。兩種措施下臍橙園小區可溶性磷流失量都隨降雨量的增大而減小，在中雨條件下梯壁種植金銀花小區可溶性磷流失量小于梯壁裸露小區，在大雨條件下則略大于梯壁裸露小區。

圖3 臍橙園梯壁不同措施下磷素流失量

2.4 土壤肥力提升效益

對臍橙園梯壁附近土壤進行采樣分析，結果見表3。由表3可知，臍橙園梯壁種植金銀花小區土壤有機質含量大于梯壁裸露小區，并且隨著種植年限增加，土壤有機質含量增加。與同年限梯壁裸露小區相比，梯壁種植金銀花小區1 a后土壤有機質含量提高8.97%，2 a后土壤有機質含量提高16.59%。

表3 臍橙園梯壁不同措施下土壤養分含量 g/kg

由表3還可知，兩種措施下梯壁土壤總氮、總磷含量均隨年限增加而有所增加，但相同年限梯壁種植金銀花小區土壤總氮、總磷含量均大于梯壁裸露小區，其中梯壁種植金銀花小區1 a后土壤總氮、總磷含量分別比同年限梯壁裸露小區提高27.78%、133.33%，2 a后土壤總氮、總磷含量分別比同年限梯壁裸露小區提高25.71%、20.00%。

3 討 論

地表徑流是引起果園梯壁水土流失的主要原因。金銀花植物籬能通過莖葉攔截雨水減少徑流量、減輕雨滴擊濺侵蝕，通過根系穿插固持土壤，增強土壤抗沖性，改善土壤理化性質，提高土體抗剪強度[12]，通過機械攔擋作用減緩徑流速度、降低徑流攜帶泥沙能力[13]，進而有效減少徑流和侵蝕。土壤中養分的流失與水土流失呈顯著正相關[14]，減少了水土流失也就減少了土壤養分的流失。本研究中梯壁裸露小區土壤流失的可溶性氮素以硝態氮為主，而梯壁種植金銀花小區土壤流失的可溶性氮素以氨態氮為主，這一點與相關研究結論[15]有所不同，可能與土壤所施氮肥是硝酸鹽類肥料還是銨態氮類肥料有關，也有可能與種植作物類型是固氮類植物或非固氮類植物有關。磷素主要隨泥沙流失[16]，通過對比不同措施小區泥沙流失量也可以看出，梯壁種植金銀花小區在大雨條件下泥沙流失量反而比中雨條件下小，所以導致其在大雨條件下的總磷流失量也比中雨條件下略小。

4 結 論

(1)在土壤物理性質方面，梯壁種植金銀花之后土壤>0.25 mm的水穩性大團聚體比例上升，而<0.25 mm的水穩性團聚體有明顯下降，說明種植金銀花之后，梯壁土壤水穩性有較大提升，土壤結構有所改善。梯壁種植金銀花2 a后土壤SPBR下降至0.07，與梯壁種植金銀花1 a后相比降低了73.08%，與梯壁裸露2 a后土壤相比降低了58.82%，說明種植金銀花植物籬的梯壁土壤結構體破壞率隨年限增加而降低，并且其結構體破壞率遠低于裸露梯壁。梯壁種植金銀花2 a后土壤WSA與梯壁種植金銀花1 a后土壤相比，提高了17.74%，與梯壁裸露2 a后土壤相比提高了19.63%，說明種植金銀花植物籬的土壤抗蝕性逐漸增強。

(2)在減蝕效益方面，與梯壁裸露小區相比，梯壁種植金銀花小區在中雨條件下減沙效益為20.89%，在大雨條件下可達73.49%，說明金銀花植物籬對減少果園土壤侵蝕有較好的效果。

(3)在削減面源污染方面，與梯壁裸露小區相比，梯壁種植金銀花小區在中雨條件下總氮流失量減少30.49%、總磷流失量減少35.00%，在大雨條件下總氮流失量減少15.97%、總磷流失量減少59.78%，說明金銀花植物籬可以有效減少臍橙園氮磷流失，并且減磷效果要優于減氮效果。

(4)在土壤化學性質方面，臍橙園梯壁種植金銀花小區1 a后土壤有機質、總氮、總磷含量分別比同年限梯壁裸露小區提高8.97%、27.78%、133.33%，2 a后土壤有機質、總氮、總磷含量分別比同年限梯壁裸露小區提高16.59%、25.71%、20.00%，說明金銀花植物籬對改良土壤有較好的效果。