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五节芒等植物水土保持效果试验研究



全 文 :第34卷第1期
2014年2月
水土保持通报
Buletin of Soil and Water Conservation
Vol.34,No.1
Feb.,2014
 
  收稿日期:2013-01-22       修回日期:2013-04-16
  资助项目:水利部公益性行业科研专项经费项目“岩溶地区水土资源保护及利用研究”(201101019)
  作者简介:谢金波(1976—),男(汉族),福建省漳平市人,学士,工程师,主要从事水土保持试验研究。E-mail:jboxie@163.com。
五节芒等植物水土保持效果试验研究
谢金波1,王敬贵2,3
(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)
摘 要:选取香根草、象草和五节芒3种植物在中国南方红壤丘陵区山坡进行水土保持成效试验。对不同
试验小区的土壤理化性状、径流量与水土流失量等指标进行了近3a的观测,结果表明,3种植物均有较好
的水土保持效果。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,改良
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,是一种优良的
水土保持草种。在南方红壤丘陵区水土流失治理生物措施中,可以优先选用五节芒。
关键词:五节芒;香根草;象草;南方红壤丘陵区;水土保持效果
文献标识码:A      文章编号:1000-288X(2014)01-0051-03  中图分类号:S157
Experimental Study of Miscanthus Floridulus on
Soil and Water Conservation Effects
XIE Jin-bo1,WANG Jing-gui 2,3
(1.Experimental Station of Soil and Water Conservation of Wuhua County,Wuhua,Guangdong,
514471,China;2.Pearl River Water Resources Research Institute,Guangzhou,Guangdong510611,China;
3.Monitoring Center for Soil and Water Conservation in the Pearl River Basin,Guangzhou,Guangdong510611,China)
Abstract:Three kinds of herbs Vetiveria zizanioides,Pennisetum purpureumSchum and Miscanthus florid-
ulus were selected for an experiment of soil and water conservation in the red soil hily region of Southern
China.Observations of soil physiochemical properties,runoff and soil erosion were made in runoff plots for
nearly three years.Results show that compared with Vetiveria zizanioides and Pennisetum purpureum
Schum,Miscanthus floridulus has obvious advantages on increasing surface coverage,improving soil physio-
chemical properties,reducing and retaining surface runoff,improving micro-landform,controling and reduc-
ing soil erosion,and improving ecological environment.Furthermore,Miscanthus floridulus are widely dis-
tributed,the seeds can be obtained easily,and the cost of planting is very low.Therefore,Miscanthus flo-
ridulus is a good grass for soil and water conservation.Miscanthus floridulus should be selected firstly in
projects of soil and water conservation in the ed soil hily region of Southern China.
Keywords:Miscanthus floridulus;Vetiveria zizanioides;Pennisetum purpureumSchum;red soil hily region
of southern China;soil and water Conservation effect
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 450mm,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23.2km2,区内地形
复杂多样,沟壑密布,山地海拨高程100~200m;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
DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2014.01.035
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30cm×30cm,深度20—30cm,株行距
80cm×80cm[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2m×2m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5m×20m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15~45cm;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
试验地 草 种
生长期/

生长状况
株高/
cm
覆盖度/

生物量/(t·hm-2)
鲜重 干重
生长率/

生态特征及表现
3  49  35
1 香根草 6  135  43  21.6  9.5  92
分蘖能力强,前期长势好,不耐寒,冬季叶茎
干枯,再生能力较弱,每年至少需刈割1次,
否则容易退化枯死9  215  55
3  58  28
2 象 草 6  165  35  23.4  12.1  90
扦插种植,前期生长迅速,根系发达,再生能
力强;对肥分要求较高,不耐寒,霜冻时有枯
死现象,需刈割才能保证来年抽芽更新9  230  48
3  52  42
3 五节芒 6  153  48  27.1  12.7  96
生长迅速,分蔸和再生能力极强,常年保持叶
茎绿色;覆盖率高,叶量多,湿润和肥沃的坡
脚生长更佳;耐低温9  185  59
  注:生物量测量时间为2010年12月。
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1a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。
25                    水土保持通报                     第34卷
表2 不同试验地土壤物理性质指标对比
试验地 草种
含水量/

土壤容重/
(g·cm-3)
总孔隙
度/%
毛管孔隙
度/%
非毛管孔
隙度/%
毛管持水
量/%
最大持水
量/%
对照 无 12.56  1.35  38.42  36.59  1.83  27.11  29.23
1 香根草 16.77  1.23  47.92  45.58  2.34  37.06  39.52
2 象 草 15.34  1.27  43.41  41.37  2.04  32.57  34.68
3 五节芒 18.65  1.20  50.26  47.01  3.25  39.18  43.26
  注:土壤物理化学性状观测时间为2011年3月。
表3 不同试验地土壤养分含量对比 g/kg
试验地 草种 有机质 全氮 全磷 全钾
对照 无 6.5  0.52  0.32  3.6
1 香根草 8.8  0.92  0.42  4.8
2 象 草 8.9  0.83  0.43  4.3
3 五节芒 9.4  0.95  0.47  5.0
3.3 减蚀效果分析
表4为2010年3月至2012年12月近3a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
小区 草种 观测时段
侵蚀降雨量/
mm
年径流量/
(m3·km-2)
径流系数/

侵蚀模数/
(t·km-2·a-1)
201003—201012  1 153.4  492 501.8  42.7  6 678.5
对照 无 201101—201112  973.2  315 316.8  32.4  4 049.1
201201—201212  1 256.2  458 513.0  36.5  4 564.3
201003—201012  1 153.4  376 008.4  32.6  3 680.5
1 香根草 201101—201112  973.2  230 648.4  23.7  2 241.3
201201—201212  1 256.2  270 083.0  21.5  1 695.7
201003—201012  1 153.4  395 616.2  34.3  4 456.8
2 象 草 201101—201112  973.2  252 058.8  25.9  2 575.4
201201—201212  1 256.2  298 975.6  23.8  2 293.2
201003—201012  1 153.4  359 860.8  31.2  3 270.4
3 五节芒 201101—201112  973.2  215 077.2  22.1  2 244.9
201201—201212  1 256.2  255 008.6  20.3  1 490.1
  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223mm,最大雨
强达90mm/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3a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。
(下转第57页)
35第1期       谢金波等:五节芒等植物水土保持效果试验研究
仅为6mm,而当I30<6mm/30min时,产流比例较
低。I30是否大于6mm/30min是衡量该地区产流与
否的重要判断依据。对于布设秸秆还田和地埂植物
带的小区,降雨强度对产流起主导作用。
表2 2012年6-9月降雨中I30>5mm/30min的降雨场次及各小区产流情况
序号
降雨
日期
降雨量/
mm
I30/
(mm·30-1 min-1)
I60/
(mm·60-1 min-1)
8°横垄
玉米
8°横垄玉米+秸秆
还田+地埂植物带
8°横垄玉米+秸秆
还田+地埂植物带
1  0605  15  6  11 未产流 未产流 未产流
2  0610  7  5  8 未产流 未产流 未产流
3  0617  12  8  11 产 流 未产流 未产流
4  0622  30  7  12 产 流 未产流 未产流
5  0624  6  7  10 产 流 未产流 未产流
6  0703  19  8  14 产 流 未产流 未产流
7  0704  75  10  16 产 流 产 流 产 流
8  0710  41  5  7 产 流 未产流 未产流
9  0728  9  10  10 产 流 未产流 未产流
10  0804  33  9  14 产 流 未产流 未产流
11  0815  11  11  13 产 流 产 流 产 流
12  0818  34  8  12 产 流 未产流 未产流
14  0828  76  6  8 产 流 未产流 未产流
[ 参 考 文 献 ]
[1] 张海林,高旺盛,陈阜,等.保护性耕作研究现状、发展趋
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66-69.
  (上接第53页)
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3a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
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75第1期       许晓鸿等:暗棕壤坡耕地水保耕作保水保土效益分析