全 文 ：文章编号:1001 - 4829(2007)03 -0439 - 04
　　收稿日期:2006 - 08 - 28
　　基金项目:国家 “十五 ”科技攻关计划项目 (项目编号:
2001BA508B16;2001BA606A-06-5);国家 863项目(项目编号:
2002AA6Z4263);四川省科技厅应用基础项目(编号:04JY029-
041-1)资助
作者简介:刘定辉(1969 -),男 ,硕士 ,副研究员 ,主要从事土壤
侵蚀环境 、水土保持 、节水农业与区域农业发展研究。
紫色丘陵区蓑草植物篱的减流减沙效应及其机理
刘定辉 1 ,赵燮京 1 ,曹均城 2 ,刘　敏3 ,王昌桃1 ,毛仕昌 2
(1.农业部 “长江上游农业资源与环境 ”重点实验室 ,四川省农业科学院土壤肥料研究所 ,四川 成都　 610066;2.三台县农业局土
肥站 ,四川 三台 , 621100;3.四川农业大学资源环境学院 ,四川 雅安　625014)
摘　要:四川盆地紫色丘陵区位于长江上游,是我国土壤侵蚀最重要的地区之一 ,土壤侵蚀速率高达每平方公里每年 3200 ～ 7900
t。该区域是四川省和重庆市的重要粮食生产基地 ,人口密集 ,高垦殖 、高复种 ,高强度的土地利用不仅造成严重的水土流失 ,而且
制约了区域农业和农村经济的可持续发展。应用植物篱农作系统改善土壤抗侵蚀环境 , 减少水土流失是紫色丘陵高垦殖生态脆
弱区生态环境建设的重要内容。蓑草根系发达 ,地上部生物量大 ,对土壤的覆盖保护好 ,且其生长盛期与降雨高峰同步 ,具有显著
的水土流失防治效果。在 120 cm × 90 cm土体内 ,蓑草根系总长 98 714. 8 cm ,相当于缠绕整个土体 235圈 ,正是根系的这种缠绕
固结作用显著提高了土壤抗侵蚀的能力。蓑草根系平均直径 0. 20 ～ 0. 50mm , 95 %的根系平均直径小于 0. 40 mm ,根系总表面积
10 139. 68 cm2 ,在土壤表层根系表面积高达土体表面积的 2～ 3倍 ,根系表面对土壤颗粒的巨大吸附作用是蓑草显著提高土壤抗
侵蚀能力的另一个重要原因。 2003～ 2004年的监测结果表明 ,在 12度坡度情况下 ,坡改梯后净作蓑草(PECC)年径流量仅为 49.
90m 3 /hm 2 ,年土壤流失量为 155. 78 kg /hm2 ,而未坡改梯且农作(FNC)情况下 , 年径流量 314. 29 m3 /hm2 为前者的 6. 30倍 ,年土
壤流失量 3322. 50 kg /hm2为前者的 21. 33倍;在 24度坡度情况下 ,坡改梯后土埂及边坡种植蓑草 、坡面农作 (PERBC)年径流量
248. 04 m3 /hm2 ,年土壤流失量 612. 00 kg /hm2 ,坡改梯后净作蓑草(PECC)径流量 42. 44 m3 /hm2 ,土壤流失量 153. 75 kg /hm2 ,而未
坡改梯且农作(FNC)情况下年径流量高达 785. 73 m3 /hm2 ,分别为处理 1的 3. 17倍 ,处理 2的 18. 52倍 ,年土壤流失量高达 37503
kg /hm2 ,分别为处理 1的 61. 33倍 ,处理 2的 244. 12倍。
关键词:蓑草植物篱农作系统;根系;水土流失防治;机理
中图分类号:S157. 2　　　文献标识码:A
Impacts and m echan ism ofEulaliopsis B inata hedgerow system on
soil and water losses con trol in purple h illy area in Sichuan basin
LIU Ding-hui1 , ZHAO Xie-jing1 , CAO Jun-cheng2 , LIU M in3 ,WANG Chang-tao1 , MAO Shi-chang2
(1. Key Laboratory ofAgricu ltura lResou rces and Environm en t of th eUpper Reach ofYangtz River ofN ationalA gricu ltu ralM inistry, Soil and
Fertilizer Inst itu te, S ichuan Academ y of Agricu ltural Sciences, S ichuan Chengdu 610066, Ch ina;2. So il and Fertilizer S tation, Ag ricu ltu ral
Bureau of San tai C ounty, S ichuan S an tai 621100, C hina;3. Co llege of resources and env ironment, S ichuan agricu ltu ral university, S ichuan
Ya’ an 625014, C hina)
Abs tract:The purp le h il ly area of S ichuan basin, located in the upper reach of th e Yangtze River, is one of the m ost severe soil erosion in
C hina, w here th ree quarters of its land su rface are seriou sly affected by soil erosion and the average erosion rate can reach 3200 - 7900 t /
km2 /a. Th is area is them ost important ag ricu ltu ral section ofS ichuan prov ince and Chongqingm unicipa.l E xtensively cu ltivat ion, dense popu-
lation and heavy soi landw ater losses is noton ly a severe environm en ta lp rob lem bu ta lso an ob stacle to agricu ltural sus tainab le deve lopm en.t
To imp rove soil erosion envi ronm ent, redu ce soil and water losses u sing hedgerow system is one of the most im portan t issues in over - farm ing
land and eco logica l fragi le area. E u la liopsisb inata(Retz. )G. E. Hubb h as abundant roots and h igh yield, and the tim ew henE u la liopsisbina-
ta(Retz. )G. E. H ubb grow ths fas t is as the sam e as the tim e of th e rainy season in this area, so Eu la liopsis bina ta(Retz. )G. E. hubb can
mu lch soil su rface we ll and redu ce soil and w ater losses signif icant ly. The total length of roots in a 120 cm w ide and 90 cm deep soil p rofile
is 98714. 8 cm , wh ich can en lace soil abou t 235 circles. The
average d iameter ofEu la liopsis bina ta (Retz. )G. E. Hubb root is
from 0. 20 mm to 0. 50 mm , and 95% roots, d iameter is th inner
than 0. 40 mm. The total surface areas of roots is 10139. 68 cm2 ,
and th e su rface areas of roots is about 2 to 3 times to soil su rface
areas in the su rface layer. En lacing and concret ion to soil p rofile of
E u la liopsis bina ta(Retz. )G. E. H ubb root and the gigan tic adsorp-
439
2007年 20卷 3期
Vo l. 20　　No. 3　　　　　　　　　　　　　　
西　南　农　业　学　报
Southw est Ch in a Journal ofAgricu ltu ral S ciences
tion to soil grain s of root su rface are the m echan ism w hy Eu la liopsis binata(Retz. )G. E. Hubb can reduce soil and w ater loss s ign ifican tly.
The m on itoring result from 2003 to 2004 ind icates that, w hen the grad ient is 12 degrees, the runoff rate of p lan ting Eu la liopsis bina ta(Retz. )
G. E. H ubb com pletely after changing slope land to ladder(PECC, so as the follow s) is on ly 49. 90 m3 /hm2 yr. and the soi l loss rate is
155. 78 kg /hm2 yr, how ever, the runoff rate of farm ing and being not change s lope land to ladder(FNC, so as the fo llow s) is 314. 29 m3 /
hm2 yr th at is 6. 30 times to PECC, and the soil loss rate is 3322. 50 that is 21. 33 t im es to PECC;When the grad ien t is 24 degrees, the run-
off rate of plan ting eu laliopsis b inata (Retz. )G. E. Hubb in th e ridge and border slope land after chang ing s lope land to ladder(PERBC, so
as the follow s) is 248. 04m3 /hm2 yr and the soi l loss rate is 612. 00 kg /hm2 y r, the runoff rate ofPECC is on ly 42. 44m3 /hm2 y r and
the soi l loss rate is 153. 75 kg /hm2 y r, how ever, the runoff rate of FNC reaches to 785. 73 m3 /hm2 y r that is 3. 17 tim es to PERBC and
18. 52 tim es to PECC, and the soi l loss rate reaches to 37503 m3 /hm 2 yr th at is 61. 33 tim es to PERBC and 244. 12 times to PECC.
Key words:Eu la liopsisb inata(Retz. )G. E. Hubb;hedgerow system;soi l and w ater loss control;benefit;m echanism
　　紫色丘陵区位于长江上游 ,是四川主要农业区 ,
也是长江流域重要侵蚀地带和治理重点 [ 1 ～ 2] 。三台
县位于四川盆地中部偏北地区 , 幅员面积 2661
km
2 ,耕地面积 8. 3万 hm2 ,总人口 145. 8万人 ,是一
个典型的丘陵区农业大县 。全县平均降雨量 895. 2
㎜ ,但时空分布不均 ,多集中于 6 ～ 9月 ,年平均气温
16. 7 ℃,无霜期 283 d。涪江 、凯江把全县分为西
北 、东北 、南部三大片 。全县地势北高南低 ,东高西
低 ,丘陵占总幅员面积的 94. 3 %,坡耕地面积达 5.
24万 hm 2 ,是全县主要的侵蚀源和输沙源。水土流
失不仅严重影响农业的可持续发展 ,而且对生态环
境造成极大的威胁 。近年来 ,三台县推广应用蓑草
植物篱农作技术体系的面积约 3300 hm2 ,取得了显
著的生态 、经济和社会效益 。
蓑草 [Eulaliopsis bina ta(Retz. )G. E. Hubb] ,别
名龙须草 、糯的羊毛草 ,系禾本科拟金茅属多年生草
本植物 ,对环境条件要求不太严格 ,耐干旱 、贫瘠 ,在
微碱性至微酸性土壤均可生长 ,在四川长江河谷及
其支流 ,金沙江河谷及其支流以及川中钙质紫色页
岩地区均有分布 。蓑草作为长江上游重要的水保草
种资源具有以下特点 。一是宜种性广:特别是适合
于川中丘陵区的大部分石灰性紫色土壤 ,是不毛之
地退耕还草的极好草种;二是水土保持效果好:蓑草
茎秆高 40 ～ 100㎝ ,其植株丛生 ,向下披垂 ,用作护
埂不与作物争光 ,且覆盖面大 ,能有效拦截降雨 ,减
少溅蚀和陡坎冲刷;三是属多年生宿根植物 ,再生力
强:因其须根十分发达且收获地上部分 ,所以有利于
固土蓄水 ,栽植于地埂陡坎 ,不与耕地中作物争肥;
四是经济价值高:蓑草生长迅速 ,是重要的造纸原
料 ,一经种植 ,次年即可受益 ,生命期一般可维持 10
年以上 ,一年可收获 1 ～ 2次 ,退耕还草地年可收草
2 ～ 3 t,每吨干草售价达 500元左右。
1　材料与方法
1.1　蓑草根系特征研究
在三台县蓑草植物篱试验示范区选取 3年生育
期 、相对独立的蓑草一株以尽可能避免其它植株的
干扰 ,垂直于坡面挖取宽 120 cm、深 90 cm的土壤剖
面 ,蓑草植株中心两边各 60 cm ,然后按 10 cm分层
取 10 cm ×10 cm ×10 cm土体用筛网洗根 ,根系样
品用便携式冰箱送中国农业大学资源环境学院植物
根系分析室应用W inRh izo根系自动分析系统测定
每个取样单元的根系长度 、体积 、表面积和平均直
径。
1.2　不同坡度蓑草植物篱水土流失监测
设高坡度 (24度)和低坡度(12度 )两种立地条
件于 2002年建标准径流场两处 , 2003 ～ 2004年连
续对径流和泥沙流失状况进行监测。每次雨后测定
径流量 ,泥沙测定时间根据泥沙量而定 。
高坡度设置 3个处理:不进行坡改梯 、坡面种植
农作物(PNC);坡改梯后梯面种植农作物 、地埂和边
坡种植蓑草(PERBC);坡改梯后梯面种植蓑草并蓑
草护埂(PECC)。每小区宽 3m ,坡长 10. 93m ,投影
面积 30 m2 ,观测池长 3 m、宽 0. 5 m、深 0. 5m ,容积
0. 75 m
3。
低坡度设置 2个处理:不进行坡改梯 、坡面种植
农作物(PNC);坡改梯后梯面种植蓑草并蓑草护埂
(PECC)。每小区宽 5 m ,坡长 20. 5 m , 投影面积
100 m
2。每个观测池长 5 m、宽 1m、深 0. 5 m ,容积
2. 5 m
3。
2　结果与讨论
2.1　蓑草根系特征及其改善土壤抗侵蚀环境的有
效性
2. 1. 1　蓑草根系长度及其在土壤剖面中的分布　
在 120 cm ×90 cm土体内 ,蓑草根系总长 98 714. 8
cm ,平均根长 0. 91cm /cm 3 ,在土壤表层高达 9. 42
cm /cm
3。研究土体周长 420 cm ,根系总长度相当于
缠绕整个土体 235圈 ,正是根系的这种缠绕固结作
用显著提高了土壤抗侵蚀的能力 。
　　在土壤剖面的横向分布上 ,蓑草根系随着距蓑
草中心距离的增加而减少 ,且集中分布在蓑草植株
440 西　南　农　业　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　20卷
图 1　蓑草根系在土壤剖面中的横向分布
Fig. 1　C on tou r d istribu tion of roots ofE u la liopsis bina ta(Retz). G. E.
Hubb in soil p rofile
左右 40 ～ 50cm左右的土体内 ,其中近 50 %的根系
分布在植株左右 20 cm以内 ,近 65%分布在左右 30
cm以内 , 80%分布在左右 40 cm内 ,近 90%分布在
50 cm左右 (图 1)。
在土壤剖面纵向分布上随土层深度增减而递
减 ,且集中分布在 40 cm以上土体内 ,其中 60 %分
布在 20 cm以上土体内 , 80 %分布在 40 cm以上土
体内 , 90%分布在 60 cm以上土体内(图 2)。因此 ,
蓑草根系对表层尤其是 40 cm以内相对肥沃土壤的
渗透性 、抗冲性和抗剪性的提高具有重要意义 ,对防
止因土壤侵蚀引起的土壤质量退化具有重要作用 ,
且其提高土壤抗侵能力的有效性也势必随土层深度
的增加而逐渐减弱[ 7, 8] 。
2. 1. 2　蓑草平均直径 、表面积及其提高土壤抗侵蚀
能力的有效性 　从表 1看出 ,蓑草根系平均直径
0. 20mm ～ 0. 50mm , 95 %的根系平均直径小于 0.
40 mm。土体根系总体积 85. 13 cm3 ,根系总表面积
10 139. 68 cm
2 ,约为土体表面积的 39 %,在土壤表
层根系表面积高达土体表面积的 2 ～ 3倍 。刘国
彬 [ 3 ～ 4]在研究黄土高原草地植被恢复对土壤腐殖质
及水稳性团聚体的影响时发现 , 0. 1 mm ～ 0. 4 mm
毛根对于团聚体的形成除了 “缠绕 、串联 ”作用外 ,
根系的网络及根土界面的粘结作用可能也有重要意
图 2　蓑草根系在土壤剖面中的纵向分布
Fig. 2　Vertical d istribution of roots ofE u la liopsis bina ta(Retz). G.
E. Hubb in soil p rofile
表 1　蓑草根系平均直径统计
Tab le 1　S tat is tical results of average d ism eter ofE u la liopsis bina ta
(Retz. )G. E. Hubb root
根系平均直径　Average diam eter(mm)
0. 20 ～
0. 25
0. 25～
0. 30
0. 30～
0. 35
0. 35～
0. 40
0. 40～
0. 45
0. 45 ～
0. 50
样品数
Sam p le number
7 42 42 12 4 1
占样品(%)
Proportion
0. 06 0. 39 0. 39 0. 11 0. 04 0. 01
义;毛根的作用主要体现在大型团聚体 (>2 mm)的
形成上 ,根系表面积指标与团聚体的相关性比毛根
长度要好 ,他认为 ,用毛根表面积分析评价其提高土
壤水稳性团粒 、强化抗冲性的作用比用有效根密度
或根系生物量更能揭示其固结土壤的作用机制。由
于蓑草根系极为丰富且以 0. 25 ～ 0. 35 mm的细根
为主 ,表面积大 ,粘接作用明显 ,故其改善土壤抗侵
蚀性能的有效性显著 ,对提高 50 cm以内土体的土
壤抗侵蚀能力尤为突出 。
2.2　蓑草植物篱对土壤侵蚀的影响
2. 2. 1　蓑草植物篱的水土保持效益　2003 ～ 2004
年的监测结果表明 ,在 12度坡度情况下 ,坡改梯后
净作蓑草 (PECC)年径流量仅为 49. 90 m3 /hm2 ,年
土壤流失量为 155. 78 kg /hm2 ,而未坡改梯且农作情
况下 (FNC),年径流量 314. 29m 3 /hm 2为前者的 6.
30倍 ,年土壤流失量 3322. 50 kg /hm 2为前者的 21.
33倍。
在 24度坡度情况下 ,坡改梯后土埂及边坡种植
蓑草 、坡面农作 (PERBC)年径流量 248. 04m3 /hm 2 ,
年土壤流失量 612. 00 kg /hm 2 ,坡改梯后净作蓑草
(PECC)径流量 42. 44 m3 /hm2 ,土壤流失量 153. 75
kg /hm
2 ,而未坡改梯且农作 (FNC)情况下年径流量
高达 785. 73m3 /hm2 ,分别为处理 1的 3. 17倍 ,处理
2的 18. 52倍 ,年土壤流失量高达 37 503 kg /hm2 ,分
别为处理 1的 61. 33倍 ,处理 2的 244. 12倍 。
图 3　低坡度径流量与降雨量的关系
Fig. 3　Relationsh ip between runoff and rainfall under low grad ien t
4413期 　　　　　　刘定辉等:紫色丘陵区蓑草植物篱的减流减沙效应及其机理
图 4　高坡度径流量与降雨量的关系
F ig. 4　Relationship b etw een runoff and rain fall under h igh grad ient
　　由此可见 ,蓑草的水土保持效益十分突出 ,蓑草
是长江上游丘陵地区重要的水保草种资源 ,蓑草植
物篱农作技术体系是坡耕地保护利用的重要技术措
施 。
2. 2. 2　蓑草植物篱对降雨的拦截效应　根据 2003
～ 2004年径流监测结果 ,按降雨量大小排序 ,以降
雨量为 x,径流量为 y,在不考虑降雨强度的情况下
做直线回归趋势分析 ,结果表明 ,径流量与降雨量具
有显著的线性相关关系 ,可以认为蓑草通过地表覆
盖 、丰富的根系与土壤的相互作用过程对改善土壤
抗侵蚀环境的效益十分显著 ,蓑草不仅对小降雨量 、
小强度的降雨径流具有显著的防止作用 ,而且对降
雨量和降雨强度大 、持续时间长的降雨径流也具有
显著的防止作用 。在低坡度情况下 , FNC径流量与
降雨量符合关系式:y =0. 9756x - 19. 806, R2 =
0. 7713;蓑草净作模式(PECC):y =0. 1195x - 0.
7973, R2 =0. 3168(图 3)。在高坡度情况下 , FNC
径流量与降雨量符合关系式 y =2. 5294x - 55.
504, R2 =0. 7741;蓑草植物篱 +农作模式 (PER-
BC):y =0. 6807x - 9. 713, R2 =0. 4984;蓑草净
作模式 (PECC):y =0. 11x - 1. 2309, R2 =0. 6699
(图 4)。图 3与图 4可以看出 ,蓑草植物篱减少径
流的效益随坡度增大而增加。
3　结　论
蓑草防止水土流失的机理一是蓑草的根系十分
丰富 ,根系的缠绕固结和穿插作用 ,提高了土壤的抗
冲性和土壤的渗透性 ,显著的改善了土壤的抗侵蚀
环境;二是蓑草根系直径小 , 95 %以上的根系直径
小于 0. 4mm ,根系表面积大 ,巨大的表面吸附能对
水稳性团粒的形成具有重要的意义;三是蓑草地上
部生物产量高 ,对土壤表面的覆盖保护效果好 ,避免
土壤直接遭受雨水溅击 ,延缓土壤侵蚀产流产沙的
过程 [ 5 ～ 8] ;四是蓑草的生长发育盛期与区域雨季同
期 , 5月到 9月蓑草生长十分旺盛 ,土壤盖度达 90
%左右 ,而同期降雨约占全年降雨 80%左右 。
径流量与降雨量具有显著的线性相关关系 ,即
蓑草通过地表覆盖 、丰富的根系与土壤的相互作用
过程对改善土壤抗侵蚀环境的效益十分显著 ,蓑草
不仅对小降雨量 、小强度的降雨径流具有显著的防
止作用 ,而且对降雨量和降雨强度大 、持续时间长的
降雨径流也具有显著的防止作用 。
蓑草植物篱农作技术体系具有显著的防止水土
流失效果 ,是该区域坡耕地保护利用的重要技术措
施。紫色丘陵区土地垦殖指数高 ,生态环境脆弱 ,耕
地中坡耕地比例大 ,水土流失十分严重 ,土壤侵蚀是
造成土壤质量退化的最主要原因 ,保护利用坡耕地
是该区域农业和农村经济发展的关键 [ 2] 。蓑草经
济植物篱农作技术体系将生态效益与经济效益有机
结合 ,且蓑草耐干旱 、贫瘠 ,宜种性广 ,农户容易接受
与掌握 ,技术应用前景广阔。
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(责任编辑　陈　虹)
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