陡坡地皇竹草水土保持效益研究
摘要:以皇竹草作为生物篱植物，探讨了其在陡坡地的生长状况和水土保持效益。结果表明:皇竹草茎叶鲜生物量259. 2 t/hm2，年产干草51. 2 t/hm2，根系的84. 96%集中分布于。0～30 cm土层内，根系密度48. 6条/100 cm2，可有效减小土壤容重，增加土壤孔隙度，提高土壤贮水量，固持土壤，是优良的水土保持植物。
关键词:皇竹草;陡坡地;水土保持效益
中图分类号:S157. 4 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2002)04-0034-03
皇竹草(HybridgiantNapier)是由象草与美洲狼尾草杂交(P.purpureum×P.typhoideum)育成的高产优质牧草,属禾本科多年生草本植物,根系发达,茎叶繁茂,适应性强,耐干旱贫瘠,从粗沙到轻粘土均能生长。皇竹草叶质柔软多汁,营养丰富,适口性广,产量高,再生快,是各类畜禽和鱼类的最佳饲料。据测定:皇竹草干物质中含粗蛋白18.05%,精蛋白17.75%,粗脂肪2.10%,粗纤维32.10%,无氨碳化物37.90%,氨基酸17种。皇竹草亦是造纸工业的新型原料,据湖南省常德市西湖造纸厂测定结果表明,皇竹草相对其他禾草原料和混合阔叶木具有蒸煮时间短(2h),漂白度高(72%～75%),利水性能好、尾渣少(干料含0.06%,湿料含0.016%),纤维含量高等优点,完全可以制造出较高档次的文化类纸用产品。发展皇竹草投资省,见效快,保土作用强,经济效益高,对荒山退草绿化、农民增收致富有着重要作用。为研究皇竹草在大坡度情况下的水土保持效益,自1999年在三峡库区万县长岭布设坡度为35°的生物篱小区,对其生长状况与减沙保水效果加以观测。
1 试验
地概况试验地位于万县长岭镇中科院万县生态环境实验站(108°30′E, 30°46′N)试验区,海拔426m,属亚热带湿润季风气候,母岩为侏罗系沙溪庙组沙泥岩,土壤为灰棕紫泥粗骨土,土层厚度26.3cm,坡度35°。
2 研究方法与内容
由于试验地坡陡、土薄,为保证皇竹草栽植成活、生长,设计育苗移栽并结合扎草埂等高栽植。1999年3月25日在苗床以皇竹草茎节扦插繁殖育苗,5月20日将皇竹草小苗(3～5叶,苗高16.4～24.8cm)移栽于草埂上,每隔2.0m栽植一道生物篱带,每带生物篱由3行皇竹草(株距×行距:30cm×30cm)组成。在试验地内95%的皇竹草株高>1.5m时,将其茎叶刈割至距地面20cm,割下的茎叶紧靠生物篱带上坡方向放置。2001年对两年生皇竹草的生长状况与水土保持效益加以观测。同时,以坡度35°、土层厚度28.1cm、覆盖度20%的空旷陡坡地作为试验对照。
(1)土壤物理性状和水文状况的测定。在皇竹草生物篱带上混合采集土壤样品，用环刀浸水法测定土壤容重、孔隙度，用比重计速测法测定各级土壤颗粒含量(国际制)，并采用烘干法于2001年4月18日至5月18日每3天测定一次土壤含水量、土壤毛管持水量、土壤饱和含水量、土壤贮水量。
(2)土壤渗透性能的测定。用渗透筒法测定土壤的渗透性能，每次倒入渗透筒100 m 1，共计400 m 1，根据渗透所需时间和渗透深度求得渗透速度和渗透系数(K1 0℃)。
(3)茎叶吸水量的测定。采用人工降雨法，将1 m2范围内的皇竹草地上刈割称重，然后放回原位，在距地面2. 0 m高度处分别喷水10, 20, 30, 40 kg而得出10, 20, 30, 40 m m的降雨量，再次称重刈割茎叶，前后两次重量差值即为茎叶吸水量。
(4)根系密度的测定。采用湿掘剖面法，随机布点挖掘3个宽1. 5 m，深0. 6 m的土壤剖面，测定宽1. 0 m，深0. 5 m范围内的皇竹草须根数量和分布状况，计算每10 cm土层内须根量占土壤剖面总须根量的百分比。
表1 皇竹草茎叶的生物量
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3. 1皇竹草生长特性
以皇竹草为生物篱植物的3年栽培试验结果表明，在35°陡坡地皇竹草生长仍然快速，年生长周期长达9个月，植株高可至2. 5～3. 0 m，茎粗(直径)1. 5～2. 5 cm，茎节数18- 20个，分粟力强且成株率高，年均可分粟12- 20株，成株率达75%。皇竹草为碳四植物，光合作用强，茎叶生产量大，耐刈割，年均刈割次数为5次(表1)，年均收割茎叶鲜生物总量为259. 2t/hm 2，折合年产干草51. 2 t/hm2，平均单株年产鲜茎叶7. 48 kg。就单刈割皇竹草生长状况而言，以第4茬、第3茬的生长速度快、历时短、茎叶产量高，生长期分别为41, 39 d，收割的茎叶量分别占全年总产量的25. 40%, 23. 68%;第1茬由于皇竹草越冬消耗了部分养分，加之春季萌动时气温较低，因而茎叶生长较缓，产量较低，自3月初萌动到收割历时近60 d,而产量仅8. 51 kg;为保证皇竹草根部积累充足养分安全越冬，最后一茬在其茎叶停止生长(11月底)前30 d收割，产量占全年总产量的18. 51%。从各次收割皇竹草的干物质含量来看，以第1茬最高，为21.97%，第5茬其次，为20.45%，第4茬最低，为18.99%。
皇竹草根系属须根系,由地下茎节长出,扩展范围广,根长可达2.5m,根幅可至1.5m。由表2可见,皇竹草根系主要集中分布于0～30cm土层内,≤1.0mm须根量占总根量的84.96%,根系密度为48.6条/100cm2。通过差异显著性检验证明,皇竹草的根系密度和每层须根量占总根量的百分数主要分布在0～30cm土层内,其中尤以10～20cm土层最为显著。
3.2 皇竹草水土保持效益
3.2.1 改善土壤物理性状 试验结果表明(表3),随着陡坡地皇竹草生物篱的逐渐形成、郁闭,皇竹草密集的根系与堆腐在篱底的枯茎落叶对土壤物理性状有着明显的改善作用。(1)土层厚度从皇竹草栽植前的26.3cm增至40.7cm,年均增厚4.8cm,与空旷坡地的土层逐年变薄形鲜明对照。(2)土壤通气状况显著改善,土壤容重比空旷坡地小0.18g/cm3,总孔度是空旷坡地的1.16倍,非毛管孔隙度是空旷坡地的1.55倍,其占总孔度的比例比空旷坡地大6.47%。(3)由于茎叶对降雨的截持,减小了雨滴击溅侵蚀,而篱底密集的根、茎叶对地表径流的拦蓄,减少了土壤细粒的冲刷,促进了土壤粗骨的风化成土,土壤中粒径<0.02mm的颗粒含量为48.21%,比空旷坡地多24.54%,而粒径>2.0mm的粗骨含量为23.37%,比建篱前减少了16.34%,比空旷坡地少18.78%。
3.2.2 截持降雨,提高土壤蓄水保水能力 雨滴降落在皇竹草茎叶上,由于茎叶的吸附作用,很快形成水珠,当水珠重量超过茎叶吸附能力时,则从茎叶上缓慢下落到地表,被枯茎落叶所吸收。由表4可见,皇竹草茎叶的吸水率随降雨量增加而逐渐增加,当降雨达到40mm时,茎叶吸水率达到自身重量的48.13%。皇竹草茎叶对降雨的截持减小了雨滴击溅, 减少了土壤表层结皮,增加了土壤入渗能力(表5)。比较空旷坡地,皇竹草坡地的渗透速度和渗透系数(K10℃)分别是前者的1.82倍和2.67倍。由于提高了渗透速度,降水很快渗入土壤内,减小了地表径流量。
皇竹草生物篱的构建增厚了坡地土壤层,增加了土壤毛管孔隙,改良了土壤颗粒组成,同样提高了土壤的保水蓄水能力。观测结果表明(表5),皇竹草坡地土壤含水量比空旷坡地增加3.86%,土壤饱和水含量增加6.64%,土壤现有土层贮水量增加188.4t/hm2。
3.2.3 减少土壤侵蚀 皇竹草减少坡地土壤侵蚀的作用主要体现在3个方面:(1)皇竹草的茎叶截留降雨,减少雨滴击溅侵蚀;(2)皇竹草的枯茎落叶在生物篱底部形成一个条带,拦蓄地表径流,减缓径流流速,降低其泥沙携带能力,减少细沟发育;(3)植株根系能提高土壤水稳性团聚体的数量,其实质是通过生长活跃的≤1.0mm须根来发挥作用[3],而皇竹草根系发达,须根密集,其必然增加坡地土壤中水稳性团聚体的总量,改善土壤团粒结构,增强土壤抵抗径流和雨滴击溅对其分散、悬浮和运移的能力,从而遏制土壤侵蚀。试验结果表明(表6),在31.9,72.5mm降雨下,皇竹草坡地的单位蚀沙量各自为0.32,0.68g/m2,分别比空旷坡地减少68.93%,71.43%,有效地减少了土壤侵蚀。
4 结 论
(1)皇竹草生长适应性强,在坡度35°的荒坡、荒山均能生长。皇竹草生长迅速,耐刈割,产量高,是优质的畜禽饲料。
(2)皇竹草茎叶繁茂,截留了降雨,拦蓄了地表径流,提高了渗透速度,而大量的枯茎落叶堆腐后又改善了土壤的物理性状,增加了土壤孔隙度,提高了土壤蓄水保水能力。
(3)皇竹草根系发达,须根密集,固持了土壤,加深了活土层,改善了土壤的通气状况,减少了土壤侵蚀.
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