秸稈生物炭對(duì)坡面植被生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

摘要： 基于位于隴中黃土高原區(qū)的甘肅省定西市安家溝小流域植被生長(zhǎng)狀況的調(diào)查取樣，對(duì)不同處理（施加和未施加秸稈生物炭）的小麥和紫花苜蓿小區(qū)各生長(zhǎng)期植被覆蓋度、葉面積指數(shù)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：不同處理小麥和紫花苜蓿小區(qū)植被覆蓋度均呈增大趨勢(shì)，且施加秸稈生物炭的小區(qū)植被覆蓋度明顯高于未施加的；不同處理小麥小區(qū)葉面積指數(shù)均呈增大趨勢(shì)，不同處理紫花苜蓿小區(qū)葉面積指數(shù)均呈先增后減的變化趨勢(shì)。可見(jiàn)，施加秸稈生物炭有助于提升試驗(yàn)小區(qū)植物各生長(zhǎng)期的植被覆蓋度、葉面積指數(shù)，改善植物生長(zhǎng)的土壤水分、養(yǎng)分環(huán)境，進(jìn)而提升植被生長(zhǎng)指標(biāo)，擴(kuò)大植被生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞： 秸稈生物炭；生長(zhǎng)指標(biāo)；植物；安家溝流域；隴中黃土高原區(qū)

中圖分類號(hào)： S157文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.04.018

引用格式： 魚(yú)海霞，張立靖.秸稈生物炭對(duì)坡面植被生長(zhǎng)指標(biāo)的影響：以隴中黃土高原區(qū)為例[J].中國(guó)水土保持，2025（4）：72-74.

隴中黃土高原區(qū)是我國(guó)典型的生態(tài)脆弱區(qū)，一些地區(qū)耕地土壤腐殖質(zhì)層單薄，加之熟化土壤流失和化學(xué)肥料污染等較為嚴(yán)重，造成土壤肥力降低。為改善這些地區(qū)的土壤肥力狀況，本研究選擇位于隴中黃土高原區(qū)的定西市安家溝小流域，對(duì)相同耕作條件下施加秸稈生物炭和未施加秸稈生物炭的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)小區(qū)中的小麥、紫花苜蓿生長(zhǎng)狀況進(jìn)行調(diào)查取樣，分析小麥和紫花苜蓿生長(zhǎng)指標(biāo)——植被覆蓋度及葉面積指數(shù)在不同生長(zhǎng)期的變化特征，明確秸稈生物炭對(duì)植被生長(zhǎng)指標(biāo)的影響機(jī)制，以期為后續(xù)該地區(qū)秸稈生物炭底肥施加研究提供數(shù)據(jù)支持。

1研究區(qū)概況

安家溝小流域位于甘肅省定西市安定區(qū)城區(qū)東部，地理位置為35°33′02″～35°35′29″N，104°38′13″～104°40′25″E，屬溫帶半干旱大陸性氣候區(qū)，多年平均降水量427 mm，降水年內(nèi)分布不均，60%以上的降水集中在5—9月。屬黃河流域祖厲河水系，是黃河支流祖厲河一級(jí)支流關(guān)川河上游東河右岸的一條支溝，屬于隴中黃土丘陵溝壑區(qū)[1]。區(qū)域內(nèi)土壤主要為黃綿土和溝道鹽漬土，土層厚度40～60 m。屬森林草原帶干草原區(qū)，人工喬木樹(shù)種主要有油松、側(cè)柏、楊樹(shù)、榆樹(shù)、山杏等，灌木樹(shù)種有沙棘、檸條、檉柳等，草種以紫花苜蓿為主，主要農(nóng)作物有馬鈴薯、春小麥、玉米、胡麻及豌豆等[2]。

2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1試驗(yàn)條件

本次試驗(yàn)在安家溝小流域布設(shè)了4個(gè)坡度10°的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)小區(qū)，小區(qū)規(guī)格均為20 m×5 m，東西坡向，土壤密度為1.09～1.36 g/cm3；為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠、免受其他因素影響，對(duì)試驗(yàn)小區(qū)采取不施肥處理，田間管理按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)耕措施（翻耕、播種、中耕、收獲等）正常進(jìn)行。本次試驗(yàn)植物選取小麥和紫花苜蓿兩種，種植時(shí)間按照當(dāng)?shù)卮焊麜r(shí)間（4月10—20日），小麥采用播種機(jī)播種，紫花苜蓿采用撒播。按照是否施加秸稈生物炭和種植植物不同，4個(gè)試驗(yàn)小區(qū)分別為無(wú)秸稈生物炭種植小麥小區(qū)（以下簡(jiǎn)稱“無(wú)JT小麥小區(qū)”）、施加秸稈生物炭種植小麥小區(qū)（以下簡(jiǎn)稱“JT小麥小區(qū)”）、無(wú)秸稈生物炭撒播紫花苜蓿小區(qū)（以下簡(jiǎn)稱“無(wú)JT紫花苜蓿小區(qū)”）、施加秸稈生物炭撒播紫花苜蓿小區(qū)（以下簡(jiǎn)稱“JT紫花苜蓿小區(qū)”）。在春耕季節(jié)前后按照農(nóng)田生物改良劑施加量（750 kg/hm2）施加秸稈生物炭，試驗(yàn)時(shí)間是2023年整年。

2.2試驗(yàn)過(guò)程

本次試驗(yàn)采用調(diào)查研究的方法，分別在不同植物（小麥、紫花苜蓿）的不同生長(zhǎng)期（幼苗期、花芽分化期、開(kāi)花結(jié)果期、鼓粒成熟期）對(duì)不同處理（無(wú)JT、有JT）的小區(qū)進(jìn)行不同植被生長(zhǎng)指標(biāo)（植被覆蓋度、葉面積指數(shù)）測(cè)定。

1）植被覆蓋度測(cè)定。在植物生長(zhǎng)期內(nèi)，按照土壤含水率監(jiān)測(cè)頻次，用相機(jī)對(duì)小區(qū)坡面進(jìn)行影像資料留取，利用ArcGIS軟件對(duì)影像圖層色斑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[3]，得到不同植物不同生長(zhǎng)期的植被覆蓋度。

2）葉面積指數(shù)測(cè)定。受經(jīng)費(fèi)限制，本次試驗(yàn)采用人工測(cè)定和大致估算的方式對(duì)葉面積指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。在植物各個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，按照土壤含水率監(jiān)測(cè)頻次，在試驗(yàn)小區(qū)坡上、坡中、坡下不同位置各取樣品10株，對(duì)每個(gè)樣品自上而下取10片葉片進(jìn)行葉片寬度、長(zhǎng)度測(cè)量并對(duì)樣品進(jìn)行葉片數(shù)量統(tǒng)計(jì)，再按照播種密度對(duì)小區(qū)內(nèi)植物株數(shù)進(jìn)行大致估算，計(jì)算得到小區(qū)內(nèi)植物葉面積總和[4]，最后除以試驗(yàn)小區(qū)面積得到葉面積指數(shù)。

3結(jié)果與分析

3.1對(duì)植被覆蓋度的影響

不同處理?xiàng)l件下小麥、紫花苜蓿各生長(zhǎng)期的植被覆蓋度變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1、圖2。由圖1、圖2可知，小麥和紫花苜蓿的植被覆蓋度隨著生長(zhǎng)期延后均呈持續(xù)增大趨勢(shì)，且施加秸稈生物炭的植被覆蓋度明顯高于未施加秸稈生物炭的，說(shuō)明施加秸稈生物炭能有效提升植物生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，改善植物生長(zhǎng)的土壤環(huán)境，提供更多的營(yíng)養(yǎng)元素，提高各生長(zhǎng)期的植被覆蓋度。

不同處理?xiàng)l件下小麥小區(qū)都存在幼苗期植被覆蓋度差值較小，后續(xù)生長(zhǎng)期植被覆蓋度差值較大的情況，這是由于在幼苗期小麥葉片發(fā)育不完全，對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收程度也不高，因此在幼苗期相比無(wú)JT小麥小區(qū)，JT小麥小區(qū)植物生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)不明顯。之后，花芽分化期至開(kāi)花結(jié)果期JT小麥小區(qū)植被覆蓋度增大趨勢(shì)高于無(wú)JT小麥小區(qū)，說(shuō)明幼苗期后小麥生長(zhǎng)對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)吸收程度提高，JT小麥小區(qū)植物生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)[5]。

JT紫花苜蓿小區(qū)各生長(zhǎng)期植被覆蓋度均高于無(wú)JT紫花苜蓿小區(qū)，且兩者差異相比小麥小區(qū)小，但相同處理紫花苜蓿小區(qū)植被覆蓋度數(shù)據(jù)明顯高于小麥小區(qū)，這是由于紫花苜蓿自身葉片枝干生長(zhǎng)相對(duì)小麥更具優(yōu)勢(shì)。紫花苜蓿在花芽分化期至開(kāi)花結(jié)果期植被覆蓋度增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯加快，這一時(shí)期是紫花苜蓿快速生長(zhǎng)階段；之后的鼓粒成熟期，紫花苜蓿生長(zhǎng)速率減慢，部分黃葉脫落致使植被覆蓋度增速減緩。

3.2對(duì)葉面積指數(shù)的影響

不同處理?xiàng)l件下小麥、紫花苜蓿各生長(zhǎng)期葉面積指數(shù)變化趨勢(shì)見(jiàn)圖3、圖4。由圖3、圖4可知，小麥的葉面積指數(shù)隨生長(zhǎng)期延后呈現(xiàn)較為平穩(wěn)的持續(xù)增大趨勢(shì)，而紫花苜蓿的葉面積指數(shù)隨生長(zhǎng)期延后呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)。分析其原因，小麥在生長(zhǎng)過(guò)程中葉片持續(xù)增長(zhǎng)，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，其葉片寬度增長(zhǎng)速度為0.2～0.5 cm/生長(zhǎng)期，長(zhǎng)度增長(zhǎng)速度為1～4 cm/生長(zhǎng)期， 魚(yú)海霞等：秸稈生物炭對(duì)坡面植被生長(zhǎng)指標(biāo)的影響且隨著生長(zhǎng)期的延后其葉片數(shù)量也在逐漸增加，而紫花苜蓿在生長(zhǎng)后期有部分黃葉脫落，葉片數(shù)量減少，導(dǎo)致葉面積指數(shù)下降。

同期JT小麥小區(qū)葉面積指數(shù)明顯高于無(wú)JT小麥小區(qū)，說(shuō)明施加秸稈生物炭在整個(gè)生長(zhǎng)期均能有效提高小麥的葉面積指數(shù)，改善小麥生長(zhǎng)的土壤環(huán)境，提升土壤營(yíng)養(yǎng)程度，提高小麥生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。

同期JT紫花苜蓿小區(qū)的葉面積指數(shù)略高于無(wú)JT紫花苜蓿小區(qū)。相對(duì)小麥，施加秸稈生物碳對(duì)紫花苜蓿葉面積指數(shù)的增大效果有限，但整體來(lái)說(shuō)施加秸稈生物炭作為土壤底肥也能有效提高紫花苜蓿的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，改善土壤環(huán)境。

4結(jié)論

1）施加秸稈生物炭有助于提升試驗(yàn)小區(qū)植物各生長(zhǎng)期的植被覆蓋度。隨著小麥和紫花苜蓿的生長(zhǎng)期延后，植被覆蓋度均呈增大趨勢(shì)，且施加秸稈生物炭的小區(qū)植被覆蓋度明顯高于未施加的。在幼苗期，是否施加秸稈生物碳對(duì)于小麥和紫花苜蓿植被覆蓋度的影響較小，這是因?yàn)橛酌缙谥参锶~片發(fā)育較為緩慢，對(duì)土壤水分和營(yíng)養(yǎng)需求量較少；之后，隨著生長(zhǎng)期的延后，不同處理小麥、紫花苜蓿小區(qū)的植被覆蓋度差距整體增加，但總體來(lái)說(shuō)同期內(nèi)植被覆蓋度差值紫花苜蓿小于小麥，這是因?yàn)樽匣ㄜ俎Ｗ鳛椴荼局参铮淙~片枝干發(fā)育更具優(yōu)勢(shì)。

2）施加秸稈生物炭有助于提升試驗(yàn)小區(qū)植物各生長(zhǎng)期的葉面積指數(shù)。JT小麥小區(qū)、無(wú)JT小麥小區(qū)各生長(zhǎng)期葉面積指數(shù)均呈增大趨勢(shì)，且同期JT小麥小區(qū)葉面積指數(shù)明顯高于無(wú)JT小麥小區(qū)，其原因是小麥對(duì)秸稈生物碳底肥吸收效果更佳，營(yíng)養(yǎng)充足的條件下，其葉片枝干生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)更為明顯；不同處理紫花苜蓿小區(qū)各生長(zhǎng)期葉面積指數(shù)變化趨勢(shì)均呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，其原因主要是紫花苜蓿在鼓粒成熟期，葉片發(fā)黃枯落，造成葉片數(shù)量減少，從而影響葉面積指數(shù)；此外，同期不同處理葉面積指數(shù)差值，小麥小區(qū)大于紫花苜蓿小區(qū)。

綜上，施加秸稈生物炭對(duì)試驗(yàn)小區(qū)小麥和紫花苜蓿的植被生長(zhǎng)指標(biāo)均具有正向提升作用，可通過(guò)增加土壤肥力、土壤孔隙度，改善植物生長(zhǎng)的土壤水分、養(yǎng)分環(huán)境，進(jìn)而提升植被生長(zhǎng)指標(biāo)，擴(kuò)大植被生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孛永明.定西市水土保持科技示范園建設(shè)構(gòu)想[J].中國(guó)水土保持，2022（5）：49-51.

[2] 王可壯，姚西文，汝海麗，等.隴東黃土高塬溝壑區(qū)歐李引種栽植花期凍害調(diào)查研究[J].中國(guó)水土保持，2019（5）：50-52.

[3] 衛(wèi)偉，陳利頂，傅伯杰，等.半干旱黃土丘陵溝壑區(qū)降水特征值和下墊面因子影響下的水土流失規(guī)律[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，4（11）：3847-3853.

[4] 黃欣宇，黃春暉，聶錦燕，等.馬尾松-濕加松混交林與馬尾松純林生長(zhǎng)量及林下植被特征分析[J].浙江林業(yè)科技，2022，42 （4）：30-36.

[5] 石國(guó)新.生物炭與耕作措施聯(lián)合調(diào)控對(duì)季節(jié)性凍土區(qū)農(nóng)田生境健康及作物生長(zhǎng)的影響研究[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2023：38-39.

（責(zé)任編輯 李楊楊）