五节芒等植物水土保持效果试验研究

谢金波， 王敬贵

(1.五华县水土保持试验推广站， 广东 五华 514471； 2.珠江水利委员会 珠江水利科学研究院，广东 广州 510611； 3.珠江水利委员会 珠江流域水土保持监测中心站， 广东 广州 510611)

1 试验区概况

试验区位于广东省五华县，地处亚热带季风气候区，气候温暖湿润，多年平均降雨量1 450 mm，雨量多集中在4—9月，降雨强度大。多年平均气温20.5 ℃，最高气温37.5 ℃，最低气温0 ℃。地貌类型以低山丘陵为主，土壤以赤红壤为主，崩岗发育，地形破碎。植被群落以马尾松残次林为主，阔叶林多为桉树、木荷等人工林，灌草类多为芒萁等。水土流失严重，主要侵蚀类型有崩岗侵蚀和面蚀、沟蚀等。

试验区设在五华县华城镇乌陂河小流域，该小流域内设有国家级水土保持科技示范园。乌陂河是韩江上游的二级支流，小流域面积23.2 km2，区内地形复杂多样，沟壑密布，山地海拨高程100～200 m；山地坡度较缓，大于25°坡地占19%，其余为缓坡地和水田；植被以马尾松、湿地松等针叶树为主，其次是木荷、桉树等阔叶林和针阔混交林，灌木有桃金娘、岗松、芒萁等，植被覆盖率在50%以下；区内耕地以种植水稻为主，经济作物有花生、甘蔗等；区内有3个行政村，总人口1.45万人，其中农业人口1.03万人。

2 试验方法

2.1 试验设计

在乌陂河小流域内选择面蚀最为严重的山坡面布设试验小区，分别种植香根草、象草和五节芒进行试验研究，分析这3种植物的水土保持效果。各试验小区的土壤类型均为赤红壤，土壤质地均为壤土。

植物种植时间为2010年3月，种植方式均为穴植，开穴规格30 cm×30 cm，深度20—30 cm，株行距80 cm×80 cm[1]，种后及时抚育淋水，适当施肥1次。

2.2 观测方法

植物生长情况观测。主要观测株高、覆盖度、生物量等3个指标[2]。生物量观测以2 m×2 m草地样方为标准，采用刈割方式收集样方内植物的茎和叶(不包括草根)，分别测其鲜草重量和烘干后的干草重量。每个草种均设3个重复样方，对各观测值取其平均值。

土壤理化性状观测。主要观测不同试验地的土壤含水量、容重、孔隙度、持水量等物理指标，并测定土壤有机质含量、全氮、全磷、全钾含量等化学指标。每个试验小区内随机取3个重复样方，取其平均值。

水土流失状况观测。在相同研究时段内，每次侵蚀降雨后分别测定不同试验地的径流量、土壤流失量等指标。试验小区按5 m×20 m标准小区布设，周边用铁皮围护，在小区下部修筑收集径流泥沙的集流槽和集流桶，并安装水位计等测量设备。针对香根草、象草和五节芒分别布设3个重复试验小区，对相同小区的观测值取其平均值；同时布设1个裸地对比试验小区。小区坡度均为15°。

3 结果与分析

3.1 不同植物生长状况分析

通过不同植物生长过程和生长量观测结果分析发现(表1)：香根草、象草和五节芒等植物的存活率均较高，都能达到90%以上；就株高指标而言，象草的单株高度最大，生长9个月后，象草的株高比香根草、五节芒高出15～45 cm；就覆盖度指标而言，五节芒的覆盖度增长最快，因其鞭状茎根分蘖繁殖力强，能够迅速增加地表覆盖；从生物量指标来看，当年种植当年刈割1次情况下，五节芒最大，象草次之，香根草最小。

表1 不同试验地植物生长状况对比

3.2 土壤理化性状分析

3.2.1 含水与通气等土壤物理性状分析 试验小区土壤物理性质观测结果表明(表2)，与对比小区相比，用香根草、象草和五节芒植物治理后的试验小区土壤物理状况均有明显改善。香根草、象草、五节芒试验小区的土壤含水量比对照小区分别提高33.5%,22.1%和48.5%，总孔隙度分别提高24.7%,12.9%和30.8%，土壤容重分别降低8.9%,5.9%和11.1%。试验地土壤物理性质的明显改善主要是由于植物根系在土壤中的生长、延伸疏松了土壤，提高了土壤的蓄水能力[3]。其中五节芒试验地的各项指标均比另外两种植物高，表明其保水和通气性能最佳。

3.2.2 养分含量等土壤化学性状分析 对比1 a后各个试验小区土壤养分含量数据(表3)得出，与对照小区相比，香根草、象草和五节芒试验小区的土壤有机质和氮、磷、钾含量均有明显提高，有机质含量分别比对照小区提高35.4%,36.9%和44.6%，全氮含量分别提高76.9%,59.6%和82.7%，全磷含量分别提高31.3%,34.4%和46.9%，全钾含量分别提高33.3%,19.4%和38.9%。其中五节芒试验地的土壤养分含量增加最明显，表明五节芒在改良土壤养分方面具有比较强的优势，能够使土壤肥力状况明显改善。

表2 不同试验地土壤物理性质指标对比

表3 不同试验地土壤养分含量对比 g/kg

3.3 减蚀效果分析

表4为2010年3月至2012年12月近3 a的试验小区径流泥沙观测结果。由表4表明，与对照小区相比，香根草、象草、五节芒均具有比较好的水土保持效果，其中香根草减少年径流总量为23.7%～41.1%，降低土壤侵蚀模数44.6%～62.8%；象草减少年径流总量19.7%～34.8%，降低土壤侵蚀模数33.3%～49.8%；五节芒减少年径流总量为26.9%～44.4%，降低土壤侵蚀模数44.6%～67.4%。

植物均具有一定程度的拦蓄径流和减少土壤流失量的功能，特别是草本植物中的禾本科植物由于其须根系特点，根系发达，固土作用明显，可以提高土壤的抗蚀性，其中五节芒的根鞭更发达，固土作用更为明显。

从试验结果也可以看出，3种植物中五节芒拦蓄地表径流和泥沙的效果最好，减蚀效果最明显。

表4 不同试验地的产流产沙状况对比

此外，土壤流失量大小与侵蚀性降雨总量和雨强有很大关系。2010年侵蚀性降雨总量虽然比2012年的小，但由于2010年9月有强台风“狮子山”登陆带来的强降雨，试验区日降雨量高达223 mm，最大雨强达90 mm/h，因此，2010年各试验区的年径流总量和土壤侵蚀量都较大。

3.4 改善微地貌效应分析

五节芒等植物在水土流失治理中，不仅具有良好的拦蓄径流泥沙、改善土壤理化性状的作用，同时还可以改善微地貌。

据3 a来的观测结果，五节芒等3种草本植物对改变崩岗侵蚀及坡脚微地貌作用明显，其中五节芒最为显著，主要表现在五节芒鞭状根系的固土拦沙作用，能使被侵蚀的土粒在植株周围堆积，形成小土堆，日积月累能逐渐抬高沟床，加厚表土层。微地貌的改善又能更好地促进其他植物的生长，从草本过渡到灌木(桃金娘、岗松、云实等)进而乔木(松树、荷树、漆树、苦楝树、鸭脚木等)，使植被生长朝着良性方向演替。

3.5 种植成本分析

从种植成本来看，各草本植物之间略有差异：香根草是引进草种，其种苗成本相对较高，而象草、五节芒均为本地乡土草种，特别是五节芒在南方分布极广，随处可挖，不需考虑种苗问题。据周婧等[4]的研究，五节芒根状茎发达，其适生区域主要集中在浙南山地、华中地区、岭南山地和台湾地区，种源随处可得，易种植，成本较低。

4 结 论

从近3 a来香根草、象草和五节芒3种植物的试验结果看，与香根草和象草相比，五节芒在增加地表覆盖，改善土壤理化性质，拦蓄径流泥沙，改善微地貌，防治水土流失，改善生态环境等方面具有明显优势，且分布广，种源多，种植成本低，是优良的水土保持草种，而且还是优良的多年生草本能源植物[5]。因此，在南方红壤丘陵区的水土流失治理生物措施中，可以优先考虑五节芒。

在今后研究中，应进一步加强其他植物防治效果的试验观测和定量分析研究，并在此基础上加强对水土流失治理中草本植物与乔灌木的配置种类和比例研究，以及与工程措施的搭配，综合防治效果定量评价等方面的深层次试验和科学研究，从而为防治水土流失提供科学依据。

[参考文献]

[1]刘金祥,张莹,曹观蓉,等.种植密度对香根草分蘖及腋芽动态的影响[J].广东农业科学，2012,39(17):29-31.

[2]蔡锡安,夏汉平,崔玉炎.广州流溪河河岸缓冲带生态治理的优良草种筛选试验[J].生态环境,2004,13(3):342-346.

[3]章家恩,段舜山,骆世明,等.赤红壤坡地幼龄果园间种不同牧草的生态环境效应[J].土壤与环境,2000,9(1):42-44.

[4]周婧,李巧云,肖亮,等.芒和五节芒在中国的潜在分布[J].植物生态学报,2012,36(6):504-510.

[5]范希峰,左海涛,侯新村.芒和荻作为草本能源植物的潜力分析[J].中国农学通报,2010,26(14):381-387.