植物籬水土保持技術研究進展

楊玉義，黃 璐，嚴力蛟

(浙江大學 生命科學學院生態規劃與景觀設計研究所，浙江 杭州 310058)

坡耕地占我國耕地總面積的43.8%，是山區的主要土地資源。水土流失是制約山區農業發展、影響產業結構調整的瓶頸。植物籬、坡改梯等工程技術在部分地區應用有效抑制了水土流失，改善了生態環境，提高了作物產量，深受農民歡迎。植物籬水土保持技術是在坡耕地上一定間距種植草本或木本植物，以減少水土流失、保護坡地的技術［1－10］。該項技術可保持水土、改善土壤性質，但也有占用耕地、與農作物競爭養分的問題［10－19］。本文綜述近10年來該項技術的進展，討論未來研究重點，旨在促進該技術在我國山區推廣，使山區農業走上高效生產、生態保護的良性發展之路。

1 國內研究的區域差異

植物籬水土保持技術于20世紀90年代導入中國，但是該項研究存在明顯的區域差異。2002年土壤普查數據顯示 (圖1)，全國土壤水蝕面積前5位的省份是四川、內蒙、云南、陜西、甘肅。然而植物籬水土保持技術的研究地域主要集中于南方(圖2)，四川省是相關研究最多的地方，該地域的相關研究文獻占文獻總數的35.80%，其次是湖北省 (20.99%)和貴州省 (16.05%)，該3個省文獻總數占總文獻量的72.84%，而北方的相關研究甚少。從整體上看:南方紅壤區研究較多，北方棕壤區研究少;丘陵區研究多，高原溝壑區研究少;亞熱帶濕潤半濕潤地區研究多，溫帶干旱半干旱地區研究少。由于氣候類型、土壤條件的顯著差異，南方植物籬水土保持技術研究成果在北方的適用性不強，需要進行大量研究以彌補區域理論研究方面的差異。

2 植物籬的選擇

選擇適宜的植物籬品種能夠減少水土流失，還能帶來可觀經濟利益。李秀彬等［19－28］指出植物籬選擇應考慮3個因素:植物籬的生物學特性、環境適應能力及植物功用;孫輝等［29］提出:植物籬應適合于當地應用、能保持水土、能培肥土壤、并有多種經濟用途。植物籬的選擇不僅要考慮防止水土流失效果和增收效應，還應以本土物種為主，以有利于保持生物多樣性和區域生態系統穩定。Owino等［5，9］發現本土的象草和甜根子草比外來物種香根草更為合適用作植物籬。張斌等［30－37］］則使用參數投影模型評價樣本的優劣來選擇植物籬品種。經過10多年的研究，我國植物籬品種選擇取得顯著進展，選出了一批適合于不同地區應用的品種。我國各地區應用的植物籬品種:三峽庫區新銀合歡，馬桑、黃荊和木槿［29］;金沙江干旱河谷地區山毛豆、云南合歡、新銀合歡［29］;冀西北黃土丘陵區檸條、紫穗槐、黃花菜、杏樹、海棠［33］;紅壤坡耕地黃花菜、百喜草、香根草［32］;陜北檸條、槐、沙棘、沙柳［32］。

圖1 2002年全國水蝕面積最大的前5位省份

不過，植物籬品種的選擇是一個長期的過程，不僅需要專家的努力，也需要農民的參與。在推廣過程中，專家的指導與農戶的參與相結合，才會取得成功［20］。Pondel等［1］認為農民的參與對該技術的推廣起有重要作用，當然也要考慮農民的試驗能力以及其數據可信度問題。據此，提出植物籬品種試驗推廣流程圖 (圖3)。由科研人員和農民以現有推廣品種和當地鄉土物種為基礎，依據當地氣候水文條件建立植物籬品種選擇庫;科研人員在當地農技人員的支持下開展試驗研究，篩選合適的植物籬品種;然后，讓農民參與推廣實驗，一方面增加農民對植物籬技術的認知;另一方面利于推廣農民樂于接受的植物籬品種、種植模式和農牧等復合經營模式，實現生態效益與經濟效益的統一。

圖2 植物籬文獻研究前5位的省份

圖3 植物籬品種選擇及推廣流程

3 植物籬的水土保持效益

3.1 減小徑流，控制水土流失

坡面徑流是水土流失的重要原因。目前，國際上出現雜草緩沖區 (weed buffers)、草地緩沖區(grass buffers)等術語，它與植物籬的差異在于前者條帶更寬，但目的和本質相同。Mihara等［6］發現寬7.2 m的雜草緩沖區可明顯減小徑流，截留99.6%的土壤流失量。Dorioz等［4］發現草地緩沖區能降低水土流失過程中磷的損失，但還需作長期觀察。國內學者對此也有不少研究。

水土流失分為面蝕和細溝侵蝕，局部徑流改變是導致泥沙侵蝕的根本原因，造成土壤有效養分流失［11］，隨著降雨時間的延長、雨量增大，細溝侵蝕超過面蝕成為主要侵蝕方式［25，36］。植物籬地表覆蓋可以改變徑流，使侵蝕量與降雨量不呈正相關關系［14］。植物籬還可改善土壤團聚體穩定度，減少水土流失［24］。在實際應用中植物籬發揮了良好的效果，在侵蝕溝生態恢復過程中使用植物籬技術年徑流量為無植物籬處理的7.2%，泥沙流失量為對照的 1%［34］。孫輝等［15，17，26，35］證實植物籬具有減小徑流、保持水土的效果。李新平等［18，23］通過人工降雨實驗采用線性回歸和元胞自動機法建立了植物籬坡面土壤侵蝕模型。蔡國強等［8］通過試驗評估了歐洲土壤侵蝕模型 (EUROSEM)在我國應用的有效性。綜合當前研究表明植物籬能減小徑流、降低土壤流失的機制主要是:覆蓋阻擋作用、局部徑流改變和土壤顆粒性質改變。但微觀機理有待進一步研究，降水侵蝕模型的有效應用需要對參數選擇和可操作性進行慎重考慮。

3.2 改善土壤養分

植物籬可以控制水土流失，還可改善土壤養分狀況。Babalola等［7］研究發現香根草覆蓋量達6 t·hm－2時，土壤 NO－3含量是無香根草覆蓋的2.47倍。Sudhishri等［9］發現甜根子草能有效增加土壤有機質和可溶性鉀積累。廖曉勇等［22］發現植物籬刈割莖葉后土壤養分狀況有顯著提高，養分呈現水平和垂直分異。孫輝等［27－30］研究了植物籬莖葉中有機質的分解和磷、鉀、鈣、鎂的礦化過程，發現植物籬莖葉刈割后氮、鉀可滿足農作物產量所需，磷素需要施肥補充;而林超文等［21］發現從土壤絕對量來看，磷有高度富積，而有機質和鉀則高度耗竭。出現此種差異可能是植物籬品種和土質不同所致。植物籬能顯著改善土壤肥力，但是不同植物籬品種和種植條件的影響還有待進一步研究。

4 植物籬技術的推廣應用

4.1 植物籬與農作物的養分競爭

植物籬生長需要一定的水肥條件，不合適的植物籬與農作物搭配會導致種間抑制而減產。Dercon等［2－3］研究發現:球莖虉草、兩耳草、象草會同農作物競爭養分而影響產量。郭忠錄等［16］發現紫穗槐、香根草間作與大豆單作相比，間作大豆地上部分干物量和吸氮量降低，紫穗槐負面影響更強。張展羽等［38］發現百喜草在關鍵時期與柑橘形成競爭關系而影響柑橘產量。但是競爭抑制發生在何種作物生長階段，爭奪何種生長因子，通過何種耕作管理措施降低負面影響，選擇合適的植物籬與農作物搭配避免養分競爭均須進一步研究。

4.2 多樣種植模式，層次復合經營模式

植物籬水土保持技術實際應用的關鍵是與當地實際情況相結合，采取合理的種植模式與復合經營模式相結合的方式，既要保持水土又要實現最大經濟效益。Poudel等［1］發現植物籬小區內“大白菜、番茄、大白菜”輪作比“番茄、大白菜、番茄”更利于保持水土。唐亞等［10］發現植物籬與桑樹間作，桑葉鮮重、干重分別比傳統桑高57%、87%。陳一兵等［12－13］發現“經濟植物籬 +橫坡種植”模式減少水土流失66.0%，耕地生產系統產能提高17%，并以四川丘陵為例針對高坡度、中坡度和低坡度耕地的不同立地條件提出適合各個坡度條件的經濟植物籬模式。目前，國內部分地區已經形成一些比較成熟的植物籬模式，推廣應用已經起步。但要實現全國坡耕地的推廣應用，必須在總結前人研究的基礎上，依據氣候水文條件及植物籬品種與農作物之間的關系篩選出適合當地的最佳植物籬模式，形成農業牧業、農業蠶桑產業等相結合的復合經營模式。

我國各地應用的植物籬種植模式:貴州省茶葉+楊梅、桃樹+金養麥、梨樹+紫花苜蓿、桃+紫花苜蓿、梨樹 +皇竹草、梨樹 +黃花菜［20，31］;四川省植物籬+桑樹、植物籬+桑樹+果園、植物籬+農作物、植物籬 +牧草［12、29］;云南省花椒 +黃花、花椒+飼草作物［32］;山西省矮化棗 +金銀花籬笆、香椿 +金銀花籬笆、矮化石榴 +黃花菜籬笆［29］。

4.3 植物籬的效益評價

正確評價植物籬效益是植物籬品種和種植模式選擇的重要依據。Sudhishri等［9］將植物籬水土保持效益、飼料價值、經濟價值、維護成本4種因子賦予權重，對香根草、甜根子草、金雀草評價，得出甜根子草為最適品種;李裕榮等［20］在評價過程中引入農民評分，從中找到農民樂于接受的植物籬模式;祝其麗等［38－39］采用層次分析法發現新銀合歡雙行植物籬+農作物配施磷肥模式的綜合效益最優。植物籬的效益評價方法要依據應用目的，將植物籬應用于生態修復、公路護坡則要以生態效益為主;植物籬應用于農業系統，就要對經濟效益、生態效益作綜合分析。

5 討論

我國山區面積占國土總面積的69%，占耕地面積的40%。但植物籬僅用于四川、云南、湖北、貴州等少數省份，需要進一步研究推廣。我國植物籬水土保持技術面臨的主要問題是:如何平衡植物籬占用耕地與農業增產之間的關系;如何實現植物籬綜合利用、降低水土保持費用;如何搭配植物籬與農作物、實現生態位合理分離等。我國植物籬水土保持技術研究未來趨勢是:理論研究深入化;實踐推廣合理化;效益評估綜合化。理論研究深入化包括:采用REE元素、同位素標記技術研究土壤侵蝕機制，建立適用于我國的土壤侵蝕預測模型;加強北方氣候水溫土壤條件下植物籬水土保持技術的研究;研究植物籬對土壤理化性質、土壤微生物活性的影響;研究植物籬對養分循環、能量利用的影響;研究植物籬水土保持技術與其它水土保持措施的比較與結合應用。

植物籬水土保持技術的最終目的是推廣應用，為我國山區農業發展、農業產業結構調整、農民增收發揮積極作用。在推廣過程中，關鍵是選擇出適合當地條件為農民樂于接受的植物籬品種和種植模式。為加快推廣應用，需研究的問題有:植物籬與農作物的搭配互作，避免產生競爭抑制;植物籬與當地其它產業之間的關系，與農牧、農桑等產業結合，實現復合經營，增加農民收入;植物籬與農作物系統中的平衡施肥措施;積極強調農民的參與;引入社會學的研究方法分析水土保持過程中農民的行為，解決存在的問題，因勢利導建立政府、專家、農民多方參與的推廣機制。

植物籬水土保持技術已在貴州、四川部分地區得到應用，通過效益評估可以發現問題，便于進一步解決。要實現可持續發展和良性循環，綜合評價顯得更為必要，它將為推廣應用提供堅實基礎。效益評估要在目標差異性、方法綜合性、評價全面性的原則下對生態效益、經濟效益、社會效益進行綜合評價。要實現對植物籬效益的有效評估，需要做好以下方面:針對植物籬的應用目的建立不同的、操作性強的指標評價體系;采用先進的方法，如:生態系統服務功能評價方法、農民參與式評價方法等;評估的結果要有效地反饋，對發現的問題要及時處理?？傊?，通過“理論研究—推廣應用研究—效益評價”的循環，三者相互促進，使理論研究不斷深入，實際推廣更加務實有效，評估體系能提供更加有力的反饋意見，探索出適合不同地區的植物籬種植模式和管理方法，促進植物籬在我國山區坡地的大力推廣。

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