坡地植物籬技術的生態效益研究進展

林春蕾+陳若君+張伯浩

摘要 坡地植物籬技術是為實現可持續發展農業的農林復合經營的種植技術，是一種坡地改良的植物措施。坡地植物籬的生態效益主要是指其水土保持效應、改良土壤和提高生產力的作用。本文綜述了近15年來植物籬的發展歷史，從植物籬的水土保持效益、改善土壤物理性質、提高土壤肥力和改變微地形等方面進行分析，并探討了植物籬技術應用的不足和今后發展前景。

關鍵詞 植物籬；生態效益；研究進展

中圖分類號 S157.4 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）12-0249-03

我國是世界上水土流失最為嚴重的國家之一，根據第二次水土流失遙感調查，20世紀80年代末，中國水土流失面積356萬km2，我國由于人為擾動所造成的土地資源退化面積高達5.392億hm2，占全國土地總面積的56.2%。因此，坡耕地水土流失綜合治理十分迫切，開發與我國經濟發展相適應的水土流失綜合治理體系迫在眉睫。水土流失防止措施有兩大類：一是工程措施；二是植物措施。但工程措施成本較高，對于山區而言，建設起來比較困難。

水土資源流失與土壤肥力減弱是我國耕地利用主要面臨的問題之一，水土流失與土壤肥力的流失是坡耕地作物生長狀況研究的重要內容之一[1]。我國對于植物籬的研究始于20世紀90年代初期[2]，國內眾多研究學者從植物籬的不同種植模式和不同種類植物籬的水土保持效果以及經濟效益等方面進行了大量的研究。通過研究不同植物籬、不同種植模式對土壤理化性質的影響來鑒定農業水保措施對改善環境條件和提高經濟效益的作用，為水土保持措施效益的評價提供有力的條件。另外，對植物籬的研究也可為農作物產量及坡耕地的利用類型提供依據。用土壤各種理化性質和農作物生長狀況的影響間接地或部分直接地預測土壤侵蝕的嚴重程度和侵蝕量，也為不同坡耕地利用類型有關規劃提供科學依據。

1 植物籬的發展史

植物籬是指在山丘、坡面上沿等高線按一定的間距，以線狀或條狀種植多年生灌木或者喬木或草本，形成植物籬笆以達到防止水土流失的目的。最早的植物籬帶間種植農作物模式是在肯尼亞的半干旱區開始的[3]，在20世紀90年代，帶狀植物籬間作系統引入中國[4]。

國內對于植物籬水土保持技術的研究區域主要集中在金沙江干熱河谷、三峽庫區、黃土丘陵區、西北干旱區，四川省、云南省、貴州省、湖北省、山西省和陜西省的相關文獻占大部分。1991年香根草被引入到四川盆地區域進行試驗栽培[5]，唐 亞等[6]于1991年在四川金沙江干熱河谷建點對等高固氮植物籬技術進行研究、試驗和完善，并且在1994年便著手系統地對等高植物籬技術的水土保持效益和經濟效益進行定位定量研究。申元村[7]于1993年分析評價植物籬坡耕地水土保持效益發現，坡耕地種植植物籬4年后，土壤養分含量明顯增加，與石坎梯田相比，臍橙產量提高20%。

1996—2001年，山西省運城市水利水保局等在山西南部的平陸縣進行黃土高原東部植物籬水土保持效益的試驗研究，在坡耕地或荒坡地發展植物籬。2010年香根草被引入貴州喀斯特山區進行水土保持試驗研究，為日后貴州山區推廣植物籬技術奠定基礎[8]。目前，國外對植物籬的研究多集中在東南亞的發展中國家，如印度尼西亞、菲律賓等，并且已取得了一定的研究成果。最初，研究人員采用植物籬間作主要是通過為表層土提供有機質和礦物質的再分配來提高土壤肥力[9]。S. Donjadee·T. Tingsanchali[10]研究香根草在陡坡地的減流減沙效應發現，香根草植物籬減流量達到31%～69%，減少土壤侵蝕量為62%～86%。F AGUS等[11]研究發現，南洋楹植物籬通過循環利用并對土壤中的養分進行再分配，滿足農作物對氮的需求，從而提高農作物產量。

2 植物籬的水土保持效益

植物籬的水土保持作用主要是減流減沙效應，坡耕地植物籬關鍵是通過降低雨滴動能、攔截徑流、增加地表覆蓋度等來減輕降雨對土壤的激濺侵蝕和提高土壤的抗蝕性，從而可以增強植物籬的抗沖能力。

袁久芹等[12]通過進行人工降雨試驗研究了香根草的產流產沙效益，結果發現，香根草植物籬的地上部分可減少75%的侵蝕量，與對照裸地相比較，香根草減流21%，產沙量只有裸地的18%。黃程鵬[13]研究表明，山核桃林不僅不能有效控制土壤侵蝕，還會導致土壤侵蝕加劇，在林草措施中，經濟林不適合選用作為坡耕地的林草植被保護，其生態效益相比其他類型的林地較差。張文安等[14]在黔中地區進行了4年連續的定點、定位試驗研究發現，香根草、紫穗槐生物埂定植2年后可以降低土壤侵蝕，自第3年開始便基本無土壤侵蝕。史亮濤等[15]在云南干熱河谷旱坡地建植南洋櫻植物籬后，3年中研究區內土壤侵蝕強度由劇烈侵蝕降低為中度侵蝕，年徑流模數與侵蝕模數減少量分別為29.13萬m3/km2、12 986.8 t/km2，減少率皆高達76.00%。在此降雨條件下，植物籬能夠降低地表徑流系數，能促進降雨過程中水分入滲[16]。

3 植物籬提高土地生產力的作用

3.1 改善土壤養分

大多數學者都認為植物籬可以改善土壤養分，但是不同類型植物籬的改善效果差異顯著。黎建強等[17]研究結果表明，灌木類和草本類植物籬帶內的土壤有機質和土壤全氮含量均存在顯著差異，灌木帶內的土壤養分含量最高。土壤養分的流失主要以徑流為流失途徑，徑流中土壤細顆粒攜帶大量的養分，尤其是有效鉀的損失與土壤細顆粒的損失成正比關系。植物籬將土壤細顆粒攔截于植物籬帶前，并進行再分配，從而富集了細顆粒中的土壤碳和養分[18]。廖曉勇等[19]研究發現，植物籬根系吸收養分后，可以通過刈割枝葉的方式把植物籬吸收的養分返還回田，促進養分的再循環和分配，增加有機質含量。但是植物籬枝葉提供的磷素較少，不能滿足農作物對有效磷的需求。因此，引入植物籬農作物系統對磷素循環的影響還需要做進一步的探索[20]。

孫 輝等[20]通過對等高固氮植物籬長期定位研究發現，正常耕作3～6年后，等高固氮植物籬可以使作物帶土壤全氮含量增加80%～130%，有機質含量增加20%～40%，有效鉀和陽離子交換量等養分均有不同程度增加，并且認為坡耕地應用等高固氮植物籬可以顯著減少坡耕地的地表徑流，不論是單次降雨產生的徑流還是累積地表徑流量的效果都相似。唐 亞等[21]在山區坡耕地建立高密度等高固氮植物籬后，發現植物籬能降低地表徑流50%～70%，減少土壤侵蝕97%～99%，土壤全氮含量增加65%～103%，有機質含量增加25%～35%，農作物增產30%～60%。袁運亮等[22]研究結果表明，等高固氮植物籬具有良好的保水性能，在植物籬間作系統中，甘蔗種植期用水量比傳統旱坡地甘蔗下降21.31%，節約用水2 145 m3/hm2。王 庫等[23]研究芨芨草對土壤肥力的影響，結果表明，芨芨草對土壤有機質和全量養分影響不大，但能明顯提高土壤速效養分含量，降低土壤pH值，為芨芨草在坡地的復合利用提供參考依據。林超文等[24]通過長期定位小區試驗發現，鉀元素表現出從坡上向坡下逐漸減少的分布特點，即籬前肥力升高，籬下肥力下降。

香根草對農作物株高的影響僅對靠近籬帶前2行比較明顯，由于對前2行作物具有遮蔭的效果，從而對其株高有明顯的影響。其增產效應的最佳籬帶間距是8～12 m，草籬與作物間作的安全距離為60 cm[25]。張 洋等[26]研究了旱坡地農桑配置對地表氮磷流失的影響，結果表明，農桑配置方式能夠顯著阻抗地表徑流和氮磷流失，為三峽庫紫色土區農林復合系統的建立提供科學依據。何丙輝等[27]研究香根草植物籬對紫色土區養分流失的影響發現，香根草植物籬能有效控制表土養分的流失，保持土壤肥力，但全氮的流失依然很嚴重。王 利等[28]研究結果表明，百喜草、花生、黃花菜3種植物籬對氮的吸收造成了與植物籬養分競爭的結果。王 庫等[23]研究芨芨草對土壤肥力的影響，結果表明，芨芨草對土壤有機質和全量養分影響不大，但能明顯提高土壤速效養分含量，降低土壤pH值。

3.2 改善土壤物理性質

反映土壤物理性質的水位指標一般包括土壤團聚體、土壤機械組成、田間持水量、孔隙度（總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度）等，土壤物理性質的好壞與植物是否正常生長有著密切的關系。黃 鑫等[29]探究植物籬對紫色土區坡耕地表層土壤的影響發現，植物籬措施小區的土壤>0.25 mm則水穩性團聚體含量增多，土壤孔隙度和土壤細顆粒均不同程度增加。蒲玉琳等[30]研究表明，植物籬坡地農作系統內的土壤>0.25 mm則機械穩定性和水穩性團聚體含量分別顯著增加13.3%～16.1%和37.8%～55.6%。劉緒軍等[31]研究結果表明，黑土區種植植物籬可使0～30 cm土壤的密度較栽植前平均減小10.07%，減小的最大值為11.32%，從而增強了土壤的透氣、透水能力。對于土壤機械組成的改善，許多研究者也做了大量的試驗研究，發現植物籬能顯著提高土壤細顆粒以及極細顆粒的成分，如黃土丘陵區種植紅豆草和苜蓿后，土壤的極細沙粒含量增加幅度分別為4.8%和4.5%，粗粉粒含量增加幅度分別為3.1%和3.9%[32]。林超文等[24]通過長期定位小區試驗，定植牧草植物籬后發現土壤黏粒在籬前富積，籬下加劇侵蝕。

4 植物籬改善微地形的效應

植物籬技術不但可以減少地表徑流、土壤侵蝕量和提高土壤肥力，在山區坡地上種植植物籬多年后還可以減緩坡度、縮短坡長，在坡耕地種植植物籬，不但可以保持水土，改善土壤理化性質，還能減緩坡度，縮短坡長。申元村[33]在坡耕地種植4年植物籬后，坡度減緩了7°左右。陳治諫等[34]研究結果表明，在皇竹草—農作物模式中，2年后使坡度從25°減小到22°，并且是優良的牧草，是生態工程優先選用的生態恢復植物。尹迪信等[35]在貴州旱坡地研究植物籬梯化技術試驗研究發現，連續種植植物籬多年后，自然翻耕使坡度年均下降1.1°，形成了17.1～20.0 cm的梯埂。紫色土區防止水土流失的試驗初報中報道，植物籬梯田形成周期較長，一般為7～10年[36]。黃土殘塬溝壑區種植植物籬4年后，籬坎高度最大達到85 cm，坡度減緩了9～11°，坡長也明顯縮短，矮化梨棗+金銀花的植物籬系統使坡度縮短50 cm，花椒植物籬使坡長縮短120 cm，香椿+金銀花植物籬使坡長縮短160 cm，矮化石榴+金銀花植物籬使坡長縮短70 cm[37]。

5 結語

植物籬技術的推廣僅用于云南、四川、貴州、湖北等地，需要進行進一步的推廣。目前，植物籬間作系統之間的水分和養分相互之間的關系有待深入研究。因此，以后的研究工作可以致力于研究植物籬與農作物相互之間的關系，選擇出與作物爭水、爭肥較弱的植物籬，為農業生產提供寶貴的數據。

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