水库消落带百喜草单混种植适应性研究

李建生，郑悦华，杨宪杰，郑国权，陈知送，李启聪，靳阿亮

(广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510635)

水库消落带是指水库由于季节性水位消涨和周期性蓄水在最高水位线与最低水位线之间形成的消涨区域[1]。消落带处于水陆生态系统的过渡地带，长期为水分梯度所控制，具有陆地和水域的双重属性，周期性水位涨落且人为控制性较强是其显著特点[2]。多数植物无法适应这种水陆交替生境，使得消落带区域地表裸露，容易发生水土流失和塌岸，泥沙淤积侵占库容。消落带形成还带来了其他生态环境问题，如影响水库旅游景观、形成库岸水陆交叉区环境污染带等。因此，库区消落带植被群落的恢复重建研究受到了科研工作者的关注。

目前，国内对消落带的研究集中于三峡库区，且多为室内种植或消落带引种试验[3- 7]，谌芸等还开展了抗冲性能研究[8]，试验草种均含有百喜草，但三峡库区紫色土及其气候条件下研究结果对其它地区应用的指导可能存在差异。杨洁、喻荣岗、王昭艳、林桂志、王超等分别在江西、福建红壤侵蚀区开展了百喜草生长指标、土壤理化性质分析研究，表明百喜草对控制南方红壤坡地及果园水土流失及氮磷等养分的流失更为有效，水土保持及土壤改良效果良好[9- 12]，但未见有相关在红壤区水库消落带上研究的文献报道。徐泽荣等综述表明迄今少有与百喜草共生的草种成功事例报道[13]。本研究拟通过野外建立试验水库，模拟周期性水位变化下百喜草单混种植的生长状况，试验红壤区水库消落带生境下百喜草的适应性及其响应。

1 材料和方法

1.1 研究地点

试验基地位于广州市增城市中兴镇联丰村第一经济社(N23°14′46″，E113°36′34″)，该地区属亚热带季风气候，年平均气温24℃，总日照2000h，年降雨量1900mm，无霜期达365d。

1.2 场地建设

模拟水库位于联丰村内山沟处，租用农地约667m2，山沟内流水常年不断，方便排灌，沟内东侧已有农耕路经过，交通便利。利用挖掘机开挖土方并将开挖方碾压形成坝体，形成小水库，边坡比约1∶1；开挖时，在上游东南角预埋1根φ10cm的PVC管闸作引水入口，下游东北角预埋2根φ10cm的PVC管闸作排水出口，并配套安装电动排灌设备一套备用。模拟水库坝体高3m，设计最大水深2.5m，固定水深1m；消落带高度1.5m，总面积约564m2。模拟水库情况如图1所示。

图1 模拟水库图

1.3 供试植物

百喜草(Paspalum natatu)，别称巴哈雀稗，有粗壮多节的匍匐茎，根系发达，叶片扁平，枝条高15～80cm。原产于美洲，适宜于北纬30°～南纬30°、海拔高度小于2000m的广大热带、亚热带地区。贺康宁、李建生、史玉虎等总结与研究，认为百喜草是耐旱、耐盐、耐高温、耐水淹、耐荫、耐贫瘠而不耐寒、抗逆性强的多年生草本植物，适于温暖湿润气候，浅根发达、速生易管理，耐修剪耐践踏，萌生能力强，固土保水显著，改土增肥效果好，主要分布台湾、广东、江西等华南及西南、中部地区[7- 12,14- 15]。本次试验研究以百喜草及其混种香根草(Vetiveria zizanioides)作供试植物，模拟水库消落带水位变化对其适生性能的影响研究。

1.4 试验设计

1.4.1 种植设计

在模拟水库的坡面种植不同的草种样方，每种草种或混种组合种植面积不少于50m2。种植施工作业标准参照普通绿化护坡工程，种植前对坡面进行松土、平整，按一定行距开挖种植槽，种植槽规格15cm×15cm(深×宽)。施加基础复合肥用量为10g/m2。种植采用沿等高线“品”字形配置种植，株行距为20cm×20cm；3～10株为一丛，种苗保留地上部分5cm，地下部分为5cm。栽后覆土压实，及时浇水。种植施工完成后，按普通边坡(水不淹没)绿化工程标准养护60d，定期浇水使植物生长发育正常。

1.4.2 水位变化设计

模拟周调节水库消落带水位的消涨规律，每隔7d蓄/排水一次，蓄水时蓄到设计最大水位2.5m，维持7d；排水时将水位降至固定水深1.0m，维持7d；持续6个月(2014年9月～2015年3月)。

1.4.3 数据采集

(1)种植养护60d后、试验水淹前，记录各植物品种的基本形态，包括植被覆盖度、存活率、植株高度、分蘖数、叶片平均长度及宽度等。随机挑选5株长势良好，能代表该品种生长状况的植株进行测定，记录其平均数。各项指标见表1。

表1 试验前百喜草的各指标值

(2)试验前后，用“五点法”分别采集各坡面的土壤混合样各1kg，标记保存，供送检测机构化验土壤pH值、有机质、N、P、K等指标。指标见表2。

(3)试验期间，每7d观测一次，记录各坡面岸坡(不淹)和消落带的植被覆盖度、存活率、植株高度、分蘖数、叶片平均长度及宽度等。各区挑选5株长势良好，能代表该品种生长状况的植株进行测定，记录其平均数。

(4)覆盖率=植物茎叶地面投影面积÷样方面积×100%；随机选定3个1 m2的样方，分别计算其覆盖率，求出平均值。成活率=成活株数÷试验开始时植物总株数×100%。

养护60d后，试验水淹前的百喜草株高、叶宽、成活率等。

2 结果与分析

2.1 百喜草单种对水位变化的适应性

2.1.1 对成活率的影响

由图2可知，试验期间岸坡上种植的百喜草成活率前期保持在100%，仅在第20周下降至95%，消落带上则提前在第18周开始由100%下降至20周稳定在90%左右[16]。说明百喜草能较好地适应短时间的水淹环境，冬季可能是受气温下降的原因，成活率略有提前下降，但仍在85%以上。这与杨洁等2009年在德安、宁都红壤区坡地研究分别为90%、98%是基本一致的，尤其德安更加靠近本次试验区。

表2 试验前土壤指标值

2.1.2 对覆盖率的影响

由图3可知，试验期间岸坡和消落带上种植的百喜草覆盖率均呈现先下降稳定后又上升的趋势，但消落带上比岸坡下降的影响表现要提前6周且下降稍大。说明经过一段适应期后，百喜草生长稳定，覆盖率保持在一定的水平；随着冬季的到来，百喜草的生长速度变缓，覆盖率逐渐降低，但仍然保持在30%～40%左右，并且能在春季重新发芽生长。而杨洁等2009年在德安、宁都红壤区坡地研究均达到100%存在较大差异，说明消落带生境下百喜草虽然可以成活，但生长受抑使覆盖率下降较多。

2.1.3 对株高的影响

如图4所示，随实验时间的延长，岸坡与消落带的百喜草株高均呈现下降并至第14周开始稳定在30cm左右，两者间无显著性差异。

2.1.4 对叶长和叶宽的影响

如图5、6所示，随实验时间的延长，岸坡与消落带的百喜草叶长均呈现下降并至第18周开始稳定在20～30cm[16]，叶宽则呈现稍微减小后13～24周稳定0.6～0.64cm，之后再增大趋势，并且消落带上较岸坡指标值高0.05～0.1cm。说明百喜草叶长在岸坡与消落带无显著性差异变化，叶宽则显示消落带上表现出适应性较岸坡稍显著。

2.1.5 对分蘖数的影响

如图7所示，随着试验延长，百喜草在岸坡与消落带的分蘖数基本在6～10之间，而且两者间无显著性差异。说明消落带对百喜草分蘖无显著影响。

图2 消落带水位变化对百喜草成活率的影响

图3 消落带水位变化对百喜草覆盖率的影响

图4 消落带水位变化对百喜草株高的影响

图5 消落带水位变化对百喜草叶长的影响

图6 消落带水位变化对百喜草叶宽的影响

图7 消落带水位变化对百喜草分蘖数的影响

2.2 消落带上百喜草混种香根草对水位变化的适应性

2.2.1 对成活率的影响

由图8可知，试验期间消落带上单种及混种香根草的百喜草成活率均在第15周后呈现下降，单种下降至90%左右后基本趋于稳定，混种的下降较明显至55%～60%，之后呈现逐步回升的趋势，第26周达到70%。说明消落带上百喜草单种的成活率受水位变化的影响不显著，水位变化对混种的成活率有短期抑制影响但表现出了较好的适应性。也可能是冬季水温较低影响了混种成活率先期的较明显下降。

2.2.2 对覆盖率的影响

由图9可知，试验期间消落带上单种及混种香根草的百喜草覆盖率呈现平缓下降后再上升的趋势，第20～23周覆盖率降到最低分别为30%和15%，之后随着气温回升而有所升高，但总体来看，消落带上混种的百喜草覆盖率比单种的覆盖率均要高10%～15%左右。

2.2.3 对株高的影响

如图10所示，消落带上百喜草单种的株高与混种香根草的百喜草株高的变化趋势表现一致，单种和混种的百喜草株高差别不大。

2.2.4 对叶长和叶宽的影响

如图11、12所示，消落带上混种香根草的百喜草叶长与单种的均表现为逐渐降低并趋于稳定趋势，指标值基本接近。叶宽则呈现平缓过渡并第15周后上升的趋势，第19周后混种的百喜草叶宽比单种的约宽0.06～0.13cm。说明消落带上与香根草混种对百喜草的叶宽生长有利。

2.2.5 对分蘖数的影响

如图13所示，随着试验延长，消落带上单种、混种的百喜草分蘖数均呈现平稳至第20周后上升趋势，但混种百喜草的分蘖数平均比单种的要少1～3株。说明消落带上与香根草混种对百喜草有一定抑制影响。

图8 消落带水位变化对百喜草(混植香根草)成活率的影响

图9 消落带水位变化对百喜草(混植香根草)覆盖率的影响

图10 消落带水位变化对百喜草(混植香根草)株高的影响

图11 消落带水位变化对百喜草(混植香根草)叶长的影响

图12 消落带水位变化对百喜草(混植香根草)叶宽的影响

图13 消落带水位变化对百喜草(混植香根草)分蘖数的影响

2.3 百喜草对消落带土壤养分变化的影响

分别对种植百喜草前、后各试验处理的土壤肥力进行检测，结果见表3。

从表3可以看出，pH值表现为单种百喜草区>百喜草(混植香根草)区>对照区，对照区呈强酸性，两个处理区均呈微酸性，分别比对照区显著提高1.3、1.1个单位，表明种植百喜草有利于缓和土壤酸度，与林桂志的试验结果一致。

土壤中有机质表现为单种百喜草区>对照区>百喜草(混植香根草)区，其中单种区比对照区提高了1.06倍，与林桂志、李新虎等分别在厦门集美、江西德安的试验结果一致，说明百喜草对提高消落带土壤有机质含量同样起关键作用；但百喜草(混植香根草)区降低为对照区的0.76倍，可能是混植方式引起的。

土壤中氮含量整体偏低，全氮含量表现为百喜草(混植香根草)区>对照区>单种百喜草区，速效氮含量表现为百喜草(混植香根草)区>单种百喜草区>对照区，处理区分别比对照提高2.25倍和1.20倍，说明百喜草生长对氮肥消耗较大，活化速效态氮作用显著。与有机质变化情况相对比，单种百喜草促进了有机质分解和活化速效态氮，混植后有机质分解可能赶不上植物生长所需养分，出现了一定下降，这也恰好说明土壤有机质是一种稳定而长效的氮源物质。

表3 不同处理土壤化学养分特征表

土壤中磷含量整体偏低，全磷含量较稳定，表现为单种百喜草区>对照区>百喜草(混植香根草)区之间的略高差异，但并不显著，说明百喜草各处理对土壤全磷含量影响不大，主要与土壤母质有关。土壤速效磷和有机质的变化基本一致，其中单种区比对照区提高了1.12倍，百喜草(混植香根草)区比对照区、单种区分别降低为0.83倍和0.74倍，表明百喜草有利于提高土壤速效磷含量，但混植香根草后会使土壤速效磷含量与土壤有机质降低变化相一致，可能是香根草生物量大、生长快消耗养分引起的。

土壤中全钾、速效钾含量较高，全钾含量表现与有机质变化基本一致，速效钾含量为百喜草(混植香根草)区>单种百喜草区>对照区，处理区分别比对照提高3.85倍和3.58倍，说明百喜草生长对土壤全钾影响不大，主要与土壤母质有关，但活化速效态钾作用显著。

3 结论

(1)消落带上单种百喜草的各项形态指标与岸坡上的无显著差异，消落带混种与单种的百喜草各项形态指标中仅有分蘖数差异较明显。试验结果表明百喜草对周调节水库消落带的水淹环境有较好的适应能力，可作为红壤区周调节水库消落带植被恢复备选草种。

(2)混种香根草后百喜草比单种的指标呈现更加稳定甚至叶宽、分蘖数有一定升高的趋势，混种香根草对提升百喜草各项指标具有积极的影响，是对百喜草共生草种研究的突破，可推荐作为红壤区周调节水库消落带植被恢复的植物组合。后续仍需进一步对其机理开展深入研究等。

(3)冬季低温与水淹的叠加效应，对消落带单种百喜草生长会产生短期较大的抑制影响。因此消落带单种百喜草要避开冬季种植，最好稳定生长期以后才越冬。后续还可进一步研究水淹低温条件下百喜草驯化及耦合响应。

(4)消落带种植百喜草可改善土壤酸碱度，提高或稳定有机质、P、N、K含量，尤其是速效K、速效N、有效P含量的提高，说明百喜草对土壤速效养分具有一定的活化性能。