刺五加在東北黑土區(qū)埂帶上的生態(tài)適應(yīng)性及水保效益研究

陳英智, 李立新

(黑龍江省水土保持科學(xué)研究所 牡丹江試驗(yàn)站, 黑龍江 牡丹江 157010)

刺五加在東北黑土區(qū)埂帶上的生態(tài)適應(yīng)性及水保效益研究

陳英智, 李立新

(黑龍江省水土保持科學(xué)研究所 牡丹江試驗(yàn)站, 黑龍江 牡丹江 157010)

為了解決東北黑土區(qū)坡耕地治理中埂帶植物品種少、水保效益差的問題，在黑龍江省牡丹江修建梯田埂和地埂試驗(yàn)區(qū)，在埂帶上栽植長梗刺五加和短梗刺五加，設(shè)置徑流小區(qū)，以自然裸露為對(duì)照。通過對(duì)埂帶刺五加生物量、泥沙和徑流量、對(duì)土壤含水量影響及經(jīng)濟(jì)效益觀測，研究刺五加在東北黑土區(qū)埂帶上的生態(tài)適應(yīng)性及水土保持效益。結(jié)果表明：長梗刺五加和短梗刺五加在梯田埂和地埂上均有良好的適應(yīng)性；埂帶刺五加試驗(yàn)區(qū)土壤侵蝕量低于東北黑土區(qū)容許土壤流失量200 t/(km2·a)，滿足水土保持功能要求；觀測不同深度土壤含水量，刺五加埂帶顯著高于對(duì)照； 栽植第三年的經(jīng)濟(jì)效益，梯田埂上短梗刺五加和長梗刺五加分別達(dá)到了96 880元/hm2和10 740元/hm2。地埂上短梗刺五加和長梗刺五加分別達(dá)到47 700元/hm2和10 665元/hm2，經(jīng)濟(jì)效益顯著；二者相比，短梗刺五加在埂帶上優(yōu)于長梗刺五加。

刺五加; 埂帶; 適應(yīng)性; 水土保持; 效益

在東北黑土區(qū)坡耕地水土流失治理實(shí)際工作中，地埂和梯田是重要并廣泛采用的水土保持措施[1-3]。隨著坡面治理面積增加，埂帶占地面積逐年增長。目前東北黑土區(qū)埂帶植物只有紫穗槐、胡枝子、桑樹、黃花菜等少數(shù)幾種，雖然能夠發(fā)揮一定的保持水土的作用，但是這些埂帶植物在科學(xué)配置上顯得過于單一，有些亞喬類樹種樹身過高，還有些串根性強(qiáng)的植物不適合用于埂帶栽培。并且存在埂帶植物退化，蓄水保土能力下降，經(jīng)濟(jì)效益低的問題[4-6]。尤其在緯度較高的地區(qū)，由于受特定氣候條件和立地條件的制約，適宜埂帶栽植的水土保持經(jīng)濟(jì)植物比較匱乏。本文對(duì)黑龍江省海林市引進(jìn)短梗刺五加和長梗刺五加進(jìn)行埂帶適應(yīng)性研究，以期找到更適宜在東北黑土區(qū)埂帶上栽植的新植物品種。研究時(shí)間為3 a，本文為栽植后2 a的研究成果。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

研究區(qū)位于黑龍江省牡丹江市愛民區(qū)北安鄉(xiāng)，地理位置：129°35′56.2″E，44°38′17.6″N，地處東北黑土區(qū)范圍內(nèi)的黑龍江省東部低山丘陵類型區(qū)，海拔330 m，土壤主要為暗棕壤，主要成土礦物以元古代片麻狀花崗石為主。土層較薄，一般20—30 cm。土壤肥力較低，有效土層厚度5—10 cm，土壤有機(jī)質(zhì)含量在2.02%，全氮0.122%，全磷0.165%，pH值為6.24～7.47，底土為壤土和黃砂土。氣候?qū)僦袦貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫3.5℃，最高氣溫40℃，最低氣溫-34℃，年平均降水量542 mm，80%集中在6—9月份；年平均日照時(shí)數(shù)2 573 h，無霜期125 d，初霜一般在9 月下旬，終霜4 月下旬，≥10℃的有效積溫為2 620 ℃。

供試刺五加品種為黑龍江省海林市為長埂刺五加(AcanthopanaxsenticosusHams)和短埂刺五加(Acanthapanaxsessiliflorusseem)，苗齡為2 a。刺五加為五加科落葉灌木，刺五加嫩葉采摘后可以鮮食、鹽制、干制、軟包裝罐頭，還是上好的制茶原料，根莖和果實(shí)可藥用[7-8]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

梯田試驗(yàn)區(qū)坡面坡度為8°，坡向?yàn)闁|西向，田面寬10 m，埂長132 m，埂高1.43 m，埂水平寬度2.05 m，埂斜面寬2.50 m，梯田埂坡度35°。供試植物在埂上栽植3行，株行距為0.5 m×1.0 m；地埂試驗(yàn)區(qū)地面坡度5°，坡向?yàn)槟媳毕颍￠g距15 m，埂長35 m，埂底寬1.5 m，埂上頂寬0.4 m，埂高度0.86 m，埂的斜面坡長1.5 m，坡度35°。供試植物在埂上栽植2行，株行距為0.5 m×1.0 m。

在埂帶上設(shè)置徑流觀測小區(qū)和對(duì)照徑流觀測小區(qū)，三次重復(fù)，其中梯田埂徑流小區(qū)長2.5 m，寬2 m，高0.4 m。水平投影面積為4.08 m2。每個(gè)小區(qū)內(nèi)定植刺五加11株，坡上栽4株，中間栽3株，坡下栽4株，株行距為0.5 m×1 m；地埂徑流小區(qū)長1.5 m，寬2 m，高0.4 m，小區(qū)斜坡面積為3 m2(1.5 m×2 m)，水平投影面積2.44 m2，小區(qū)內(nèi)定植刺五加7 株，坡上栽4 株，坡下栽3株，株行距為0.5 m×1 m。

1.3 研究方法

1.3.1 埂帶適應(yīng)性測量 選取株高、莖粗、根蘗數(shù)、冠幅、平均須根長、平均須根數(shù)、須根條數(shù)和根重等做為長梗刺五加和短梗刺五加埂帶適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，每個(gè)品種試驗(yàn)地隨機(jī)選擇三個(gè)小區(qū)進(jìn)行觀察采樣，小區(qū)觀察點(diǎn)的選取按照“五點(diǎn)采樣法”，避免選邊緣植株。

1.3.2 泥沙和徑流量測量 采取刺五加供試品種徑流小區(qū)與裸露(對(duì)照區(qū))徑流小區(qū)各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)數(shù)據(jù)相對(duì)比的試驗(yàn)方法。一次降雨產(chǎn)流后，供試植物小區(qū)比對(duì)照小區(qū)減少的徑流量占對(duì)照區(qū)徑流量的百分比稱之為保水效應(yīng)，供試植物小區(qū)比對(duì)照小區(qū)減少的土壤沖刷量占對(duì)照區(qū)沖刷量的百分比稱之為保土效應(yīng)，每次降雨產(chǎn)流結(jié)束后，量算集流桶的水及泥沙總量，人工取樣，烘干、稱重、計(jì)算。通過觀測計(jì)算得到保水效應(yīng)和保土效益值來衡量固埂防沖能力[9-10]，從而分析出每個(gè)供試植物的水土保持效益。

保水效應(yīng)：Cw=(1-W/Wck)×100%

保土效應(yīng)：Cs=(1-S/Sck)×100%

式中：Cw——保水效應(yīng)；Cs——保土效應(yīng)；W，S——分別為供試植物徑流小區(qū)的徑流量和土壤沖刷量；Wck，Sck——對(duì)照小區(qū)的徑流量和沖刷量。

1.3.3 土壤含水量測量 間隔固定時(shí)間用土鉆取土樣測定土壤含水量，深度分別為0—10 cm，10—20 cm，20—30 cm，30—40 cm，鋁盒直徑40 mm，高20 mm，烘干法測定。

1.3.4 經(jīng)濟(jì)效益觀測 短梗/長梗刺五加經(jīng)濟(jì)效益(元/hm2)=每公頃產(chǎn)鮮果量(kg)×果實(shí)當(dāng)年市場價(jià)格(元/kg)+每公頃產(chǎn)嫩葉(kg)×嫩葉當(dāng)年市場價(jià)格(元/kg)+每公頃產(chǎn)莖桿(kg)×莖桿當(dāng)年市場價(jià)格(元/kg)。

2 結(jié)果與分析

2.1 埂帶適應(yīng)性分析

埂帶上定植第3年較第2年8個(gè)觀測指標(biāo)中，除了冠幅之外，兩個(gè)刺五加品種，株高、莖粗、根蘗數(shù)、須根長、須根粗、須根數(shù)及根重的發(fā)育都較上一年增加了10%以上，說明長梗刺五加和短梗刺五加在梯田埂和地埂上均有良好的適應(yīng)性，其中短梗刺五加在埂帶上各項(xiàng)指標(biāo)的增長量均大于長梗刺五加(表1)。

表1 刺五加株叢及根系生長量觀測

2.2 蓄水保土作用

栽植第一年未進(jìn)行徑流和泥沙觀測，第二年觀測期降雨量為415 mm，對(duì)照小區(qū)產(chǎn)流次數(shù)24次，處理小區(qū)產(chǎn)流19次，第三年觀測期降雨量為388 mm，對(duì)照小區(qū)產(chǎn)流18 次，處理小區(qū)產(chǎn)流12次。

兩年徑流量和泥沙量數(shù)據(jù)顯示，栽植第三年，梯田埂短梗刺五加和長梗刺五加保水效應(yīng)達(dá)到93.8%和86.5%，保土效應(yīng)分別達(dá)到96.3%和89.0%；地埂短梗刺五加和長梗刺五加保水效應(yīng)分別達(dá)到了90.5%和83.5%，保土效應(yīng)分別達(dá)到了96.1%和92.5%。兩種刺五加均具有良好的蓄水保土功效。兩個(gè)品種相比較，短梗刺五加對(duì)梯田埂和地埂徑流量和泥沙量影響均大于長梗刺五加(表2)。

表2 刺五加在不同埂帶上泥沙和徑流觀測表

注：n為產(chǎn)流次數(shù)；a為徑流系數(shù)；W為徑流量；Cw為保水效應(yīng)；S為侵蝕量,M為土壤侵蝕模數(shù)；Cs為保土效應(yīng)。

2.3 土壤含水量分析

土壤含水率的高低是影響植物生長的重要因子之一[11-12]。觀測0—10，10—20，20—30，30—40 cm深度土壤含水率，在梯田埂上和地埂上含水量顯著高于對(duì)照。栽植第2年短梗刺五加在梯田埂上比對(duì)照分別高出53.9%，58.4%，62.5%，62.7%，在地埂上比對(duì)照高出33.0%，4.6%，6.1%，22.6%；長梗刺五加在梯田埂上比對(duì)照分別高出58.8%，30.1%，35.7%，65.7%，在地埂上比對(duì)照高出45.0%，37.0%，13.0%和37.4%；栽植第3年短梗刺五加梯田埂上比對(duì)照分別高出42.2%，22.8%，89.6%，73.3%，地埂上比對(duì)照高出41.1%，4.3%，10.2%，6.1%；長梗刺五加梯田埂上比對(duì)照分別高出18.1%，14.0%，28.3%，36.2%，地埂上比對(duì)照高出12.2%，17.9%，9.3%，14.9% (表3)。說明短梗刺五加、長梗刺五加均具有較好的保持土壤水份的作用，兩個(gè)品種相比較，短梗刺五加保水作用好于長梗刺五加。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

目前刺五加嫩葉市場價(jià)格6元/kg，果實(shí)市場價(jià)格10元/kg，莖桿0.5元/kg。從表4可以看出，栽植第2年梯田埂上短梗刺五加和長梗刺五加經(jīng)濟(jì)效益分別達(dá)到49 203元/hm2和7 523元/hm2，第3年分別達(dá)到了96 880元/hm2和10 740元/hm2，經(jīng)濟(jì)效益增長幅度分別達(dá)到96.9%和42.8%；第2年地埂上短梗刺五加和長梗刺五加經(jīng)濟(jì)效益分別達(dá)23 403元/hm2和7 523元/hm2，第3年分別達(dá)到47 700元/hm2和10 665元/hm2，增長幅度分別達(dá)到了103.8%和41.8%。

刺五加的豐產(chǎn)年限在5～10 a，以后隨著苗齡的增長，莖、葉、果的產(chǎn)量將會(huì)逐年提高，經(jīng)濟(jì)效益更加顯著，10 a后老株更新，根和皮都是中藥材[13]。長梗刺五加屬于喜水喜肥性灌木，耐旱能力較差，植株生長相對(duì)矮小，雖然它的果、莖、葉產(chǎn)量比短梗刺五加低，但效益還是高于種植一般的農(nóng)作物。短梗刺五加在梯田埂上的適應(yīng)性最強(qiáng)，生長量最大，經(jīng)濟(jì)效益部位(果、莖、葉)的產(chǎn)量明顯高于長梗刺五加。

表3 刺五加梯田埂和地埂埂帶的田間含水率觀測

表4 經(jīng)濟(jì)效益觀測

3 結(jié) 論

(1) 長梗刺五加和短梗刺五加在梯田埂和地埂上均有良好的適應(yīng)性，短梗刺五加在埂帶上株高、莖粗、根蘗數(shù)、須根長、須根粗、須根數(shù)及根重等發(fā)育各項(xiàng)指標(biāo)的增長量均大于長梗刺五加，在地埂及梯田埂上的生長表現(xiàn)最為突出，它集中藥材、蔬菜一身，表現(xiàn)出耐貧瘠、耐寒、耐旱、生長迅速、根系發(fā)達(dá)、枝葉茂盛、抗逆性強(qiáng)、栽培容易，是一種優(yōu)良的水土保持經(jīng)濟(jì)灌木，可在東北黑土區(qū)的埂帶上大面積推廣應(yīng)用。長梗刺五加在土質(zhì)疏松，土地肥沃，黑土層較厚，地下水位適中的埂上生長良好。但是，不適宜在土壤瘠薄，水份嚴(yán)重缺乏的埂帶上栽培，特別是不適合在干旱的黃砂土埂上栽培。

(2) 第2年埂帶對(duì)照區(qū)表現(xiàn)為強(qiáng)烈侵蝕和中度侵蝕，刺五加試驗(yàn)區(qū)表現(xiàn)為輕度侵蝕。第三年埂帶對(duì)照區(qū)侵蝕強(qiáng)度均為輕度，刺五加小區(qū)侵蝕強(qiáng)度降到微度，土壤侵蝕量低于東北黑土區(qū)容許土壤流失量200 t/(km2·a)，滿足水土保持功能要求。栽植第三年短埂刺五加在梯田埂和地埂的保水率分別達(dá)到了93.8%和90.5%；長埂刺五加在梯田埂和地埂的保水率分別達(dá)到了86.5%和83.5%，均具有良好的蓄水功能。短埂刺五加的蓄水保土能力均好于長埂刺五加。

(3) 短梗刺五加、長梗刺五加具有較好的保持土壤水份的作用，觀測0—10，10—20，20—30，30—40 cm深度土壤含水量，第2年和第3年在埂帶上含水量顯著高于對(duì)照，兩個(gè)品種相比較，短梗刺五加保水作用好于長梗刺五加。

(4) 梯田埂上短梗刺五加和長梗刺五加第2年經(jīng)濟(jì)效益分別達(dá)到49 203元/hm2和7 523元/hm2， 第3年分別達(dá)到了96 880元/hm2和10 740元/hm2。地埂上短梗刺五加和長梗刺五加第2年經(jīng)濟(jì)效益分別達(dá)23 403元/hm2和7 523元/hm2，第3年分別達(dá)到47 700元/hm2和10 665元/hm2。短梗刺五加在埂帶上栽植經(jīng)濟(jì)效益顯著。長梗刺五加屬于喜水喜肥性灌木，耐旱能力較差，植株生長相對(duì)矮小，雖然它的果、莖、葉產(chǎn)量比短梗刺五加低，但經(jīng)濟(jì)效益還是高于種植一般的農(nóng)作物。

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StudiesontheEcologicalAdaptabilityandBenefitofSoilandWaterConservationofEleutherococcussenticosusinFieldBundofBlackSoilRegioninNortheasternChina

CHEN Ying-zhi, LI Li-xin

(MudanjiangStationofSoilandWaterConservation,HeilongjiangInstituteofSoilandWaterConservationScience,Mudanjiang,Heilongjiang157010,China)

Studies on the ecological adaptability and benefit of soil and water conservation of two species ofEleutherococcussenticosuswere conducted in order to solve problems on lack of plant species grown in field bund and poor benefit of soil and water conservation in the northeast black earth area in the hilly land by building ladder ridge and field ridge test area and planting long stemsEleutherococcussenticosusand short stemsEleutherococcussenticosusin ridge, setting up the runoff test area, and selecting natural bare land as control in Mudanjiang, Heilongjiang province,. Based on the effect ofEleutherococcussenticosusbiomass on sediment and runoff, economic benefit and soil moisture content, the soil and water conservation benefits and ecological adaptability ofEleutherococcussenticosusin the northeast black soil area were studied. Results show that the thistleEleutherococcussenticosusand short stem Eleutherococcus senticosus grown on ladder rideg and field ridge have the good adaptability; the soil erosion rate inEleutherococcussenticosustest area of the northeast black earth area is less than the tolerance soil erosion rate 200 t/(km2·a), meeting the requirements of soil and water conservation function; observed soil moisture content of different depths in ridge grownEleutherococcussenticosuswas much higher than that of the control; in the third year, the planting economic benefits of ladder ridge grown short stemsEleutherococcussenticosusand long stemsEleutherococcussenticosusreached up to 96 880 yuan/hm2and 10 740 yuan/hm2, respcectively. The economic benefits of field ridge grown short stems Eleutherococcus senticosus and long stemsEleutherococcussenticosusreached to 47 700 yuan/hm2and 10 665 yuan/hm2, respectively, economic benefit is significant. Compared two species ofEleutherococcussenticosu, short stemsEleutherococcussenticosusis bwtter than the long stemsEleutherococcussenticosus.

Eleutherococcussenticosus; field bund; adaptability; soil and water conservation; benefit

2014-03-02

：2014-03-20

黑龍江省科技廳科技攻關(guān)項(xiàng)目(GB08C2004-02)

陳英智(1966—),女,黑龍江省延壽縣人,碩士,高級(jí)工程師,從事水土保持科學(xué)研究。E-mail:yingzhichen@163.com

S157.1

：A

：1005-3409(2014)04-0138-05