香根草在丹江口庫區消落帶治理的應用研究

聶天南 張龍沖 杜紅

摘 要：21世紀初，香根草被引種至北方地區，并在南水北調中線工程水源地丹江口水庫消落區及黃河流域部分地區種植馴養成功，充分發揮其生態學特性，表現出了很好的水土保持、水質凈化和景觀效果。在經濟價值方面開發了以草代木香菇種植、動物飼料和保健飲品等，具有良好的生態、環境、社會和經濟效益，推廣應用前景廣闊，是實現“綠水青山就是金山銀山”的重要途徑之一。

關鍵詞：香根草;丹江口水庫;消落區治理;效果分析

中圖法分類號：X171.4? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2020.0302

1? 香根草簡介

香根草（學名：Vetiveria zizanioides （L.）Nash）是禾本科香根草屬多年生粗壯草本植物。原產于非洲、印度，廣泛種植于亞熱帶地區，是一種非常耐旱、適應力強，生長快的叢生草本植物，有著“神奇牧草”和“世界上具有最長根系的草本植物”的稱號。

香根草具有多年生、經久不衰、一次栽種多年收益、耐旱澇能力強、適生范圍廣等特點，可在多種貧瘠、嚴苛的地方生長，且生物護坡技術簡單經濟，相較于常規的混凝土邊坡建設更為經濟且有實效。香根草具有強大堅韌的須根系，穿透力極強、抗拉力較強;須根系可將土壤牢牢鎖住，有效防止土壤裂開和水土流失。

1.1? 香根草的栽植

香根草氣候適應性廣，在-10～45℃的地區均可生長，在我國長江以南海拔2 000m以下的地區可以安全越冬。當日平均溫度10℃時根開始萌發，隨著氣溫的升高，光合能力強，生長逐漸加快。香根草雖然是旱生植物，但受到季節性的水淹仍能存活，在年降雨量800～2 000mm的地區生長較好。香根草耐瘠薄，但施肥能促進其長高、增加分蘗數和積累生物量。香根草在一年中的大多數時候都能種植成活，北方3月底至5月中旬為最佳栽植季節，移栽后有15～20天的緩苗期。

1.2? 香根草的功效

（1）水土保持

綜合有關試驗研究成果，香根草的水土保持功效主要體現在以下方面。

一是保持水土、固土固沙、穩定陡坡。適用于高速公路、高等級公路、鐵路、明渠等基礎設施邊坡和路基的保護與穩固，以及江河湖泊和水庫護岸護堤。由于其具有強大的根系，在緩坡上可形成土壤根結性植物籬，一方面攔截了降雨沖刷的泥土，另一方面可形成等高植物籬笆，根系穿透土壤可增加土壤滲透性，使大部分降雨能更好地滲透到地表之下，減少了地面徑流和土壤養分流失。

二是持久耐用，成本低廉。香根草根系在其縱向生長的同時可以相互交錯形成網狀根，具有強大的固結能力。試驗表明：香根草具有很強的張力（平均為75MPa），為鋼強張力的1/6，而造價成本僅是傳統工程的1/10左右。香根草在土壤深層的網狀根系與土壤形成一個有機整體并具有1/6鋼強度的抗拉能力，從而使土壤抗沖擊能力得到加強，大量的根系增強了土壤的抗剪、切力和土體粘附力，提高了斜坡穩定性，減輕了侵蝕。塌方的公路護坡通常要用工程辦法來解決，而種植香根草6個月以后，可以不用石頭水泥，不但成本減少，而且美觀、牢固，使用壽命長達30～50年以上。

三是恢復植被、優化生態。主要用于荒山、尾礦場、采石場、垃圾填埋場以及工業污染區等惡劣生態環境的墾復與植被覆蓋。香根草強大的根系可達地下2～5m，可快速生長高達2～3m，具有極強的抗逆性，并且耐鹽堿、耐旱、耐濕、耐瘠薄和耐熱，在惡劣的土壤條件下能夠正常生長，被農學家稱為“先鋒植物”。

（2）保護濕地，治理污水

一是治理污水與凈化富營養化水體。有關研究表明：香根草耐鹽堿，在可交換性鹽濃度達33%時仍正常生長，pH3.8的酸性土壤，鋁濃度高達68%情況下仍能正常生長（對一般作物來說鋁濃度15%就相當高了），在高濃度的砷、鉛、鎘、鋁等條件下能正常生長，并可用于酸性硫酸鹽土的整治。香根草有能力減少交換性鋁的含量，吸收有毒元素。因此在土壤被重金屬、放射性物質污染或因開礦等其它工業、研究設施、地下掩埋物、廢棄物污染后，種植香根草極有利于土壤的復墾。

二是保護濕地，防治面源污染。庫區岸線因為水位漲落，長期浸淹沖刷，使消落帶無植物生長，形成大片裸露泥沙的消落效應。在低洼沼澤形成的濕地，也成了垃圾、污水的匯集區。根據試驗，香根草可在消落帶耐受6個月以上完全淹沒。根據記錄，其水土保持功能和強大的吸收氮磷能力，對整個水源區消落帶、對山區涵養水源、農業面源污染防治、岸線和濕地保護具有重要意義。

三是涵養水源，保護水庫、增加供水。大量試驗證明，種草涵養水源的能力遠遠超過種樹。暴雨期間，山區的大量降雨如果沒有草叢阻攔，90%的雨水會挾帶泥土直接進入水庫。在豫鄂陜三省43個縣（區、市）、十余萬平方公里的水源區內使用香根草進行生態治理，可以減少、阻止自然與人為造成的水土流失，極大降低泥沙下泄量，有效延長水庫使用壽命，提高供水效益。

（3）開發利用潛力巨大

香根草的綜合開發利用前景廣闊，經濟價值可觀，是踐行“綠水青山就是金山銀山”理念的重要體現。

一是綜合利用，幫助當地農民致富。用香根草等莖桿作原料以草代木生產香菇、木耳等40余種食用菌。可減少及停止對大量櫟木等原生樹的砍伐，有效保護森林資源，解決食用菌生產與林業生態平衡之間的“菌林”矛盾，為食用菌產業的可持續發展提供了一條可靠途徑。

二是香根草莖葉中富含動物所需的蛋白質、氨基酸以及脂類、礦質元素等，同時具有消炎抗菌作用，可用于制作健康飲品，也可用作牲畜優質飼料原料。

三是香根草可作為極有潛力的生物質能源材料。有關專家在秸稈類木質纖維素為原料的沼氣生產設備、工藝等方面進行了探索，香根草作為生物能源-沼氣發酵原料，利用微好氧-厭氧發酵兩相技術，產氣率為140 434 m3/m3·t，利用率高達58.46%。

四是香根草還可以用作綠肥、編制工藝品、建筑材料、膠合板和造紙的主要原料等。香根草根系提取精油是很多香水的基礎油，可以開發出多種護膚和保健產品，具有巨大的生態價值和經濟開發潛力。

2? 香根草的研究與種植

2.1? 試驗引種

河南坤元生態公司從2003年開始種植香根草，進行了大量的引種、馴化、繁殖、功能開發等一系列研究與實踐，取得了許多重要成果。為有效解決南水北調中線水源區水土流失和生態保護問題，2003年，科技部主持在北京召開座談會，有關院士專家建議采用生物治理技術，將優良水土保持植物香根草引入長江以北進行試驗。次年起，國家外專局安排南陽市政府負責進行引種實驗。河南坤元生態公司實施，完成了耐寒品種馴化育苗等技術研究。經過16年的引種、馴化、試驗、示范，香根草由開始不到5%的成活率達到現在98%，打破了“香根草不能過長江”的斷言。

2016年與河南黃河河務局開封局合作，在黃河下游種植香根草，并對其生態修復功能進行了研究。項目組在開封黃河蘭考蔡集段種植香根草4.7畝近10萬株，成功將香根草引種至北緯34°69′區域的黃河下游灘區，拓展了種植范圍。結合黃河河岸邊坡防止水土流失特殊需求和現有護坡種植結構單一的實際，課題組開展了香根草和百喜草的適應性引種及在黃河中下游的示范推廣研究。

鑒于香根草在固土防沙、涵養水源方面的顯著成效及香根草強大的經濟價值，蘭考縣政府決定引進香根草進行示范種植，在小宋鄉、孟寨鄉、考城渠道推廣示范種植香根草。到2017年6月底，小宋鄉種植面積10畝約20萬株，孟寨鄉種植約3萬株，考城渠道種植30畝約60萬株。

同期，中國保護母親河聯盟（籌）在鄭州花園口旅游區推廣種植香根草3.4畝約7萬株。本項目前期成果“香根草、百喜草適應性引種及在河南黃河的示范推廣研究”于2017年11月通過河南黃河河務局科技成果評審，其階段性成果已為黃河下游灘區水土保持治理工作和生態修復，帶動沿黃區域經濟發展提供了重要的示范引領作用。

2.2? 抗沖刷試驗

本項目在蘭考蔡集段香根草種植區進行香根草抗沖刷試驗，研究分析香根草坡固土護坡效果，并通過試驗對香根草的生物學特性展開研究。開展香根草固土護坡抗雨刷實驗，進一步檢驗香根草水土保持功效，為香根草的推廣提供理論數據支撐。通過人工模擬強降雨，對比觀察有香根草生態修復邊坡與無香根草防護邊坡的特征并進行效果分析，以確定香根草在生態修復中的作用。定期分析土體營養元素的變化，觀察香根草對于改良土壤的效果，營養元素的固化或者吸收。

根據本期試驗，再結合與其相關的一些早期完成的試驗發現，香根草的種植不論生態效應還是工程效應都很顯著。通過觀察植被表面的發展情況以及對比分析種植前后土地表面裂縫狀況，可以看出種植香根草有利于改善土壤條件，豐富土壤元素，增加土壤群落豐富度，有利于群落的自然發展或者人工演替。從力學角度來看，香根草對土壤有錨固作用，香根草的根就像鋼筋一樣將土壤牢牢的固定住，并且香根草還有一定的截留雨水的作用，對降雨沖刷泥土有保護作用。縱向來看，香根草對降雨下滲的深度和速度都有一定的截留作用，對土壤的水土保持有積極作用。

2.3? 水土保持能力分析

通過對土壤的元素分析試驗，可以看出香根草生命力強，在生長的過程中吸收掉土壤中的一些元素。但整體來看，香根草的種植可以增加土壤元素的豐富度。促進更多的物種在周圍生長，從而使土壤變得更加肥沃，植物豐富度更好，形成一個水土保持的良性循環，具有顯著的護坡固土作用。

實驗結果還表明，香根草水土保持能力很強。在種植香根草地塊與對比地塊選取相同面積大小的地塊，在相同的時間內收集被模擬雨水沖刷的土體，可以發現種植香根草地塊產生的徑流量遠小于對比地塊，分別占產水量的35.6%和54.2%，降低徑流量18.5%。徑流泥沙含量分別為12.54%和49.68%，挾帶泥沙降低37.14%。種植區由于植被作用效果強烈，產流量降低18.5%，抗沖刷能力強，攜帶泥沙量降低37.14%。在種植過香根草地塊的土壤經過大水沖刷后被水帶走的泥沙明顯減少，且香根草能夠留住土中粒徑較大的土顆粒，充分證明了香根草在保持水土方面的能力。

香根草對土壤營養元素含量的影響也很顯著。實驗測定數據表明，種植香根草后，對土壤中有機質的含量有很大影響，土壤中的有機質含量明顯呈上升趨勢。香根草種植對于土壤中全氮量也有一定維持作用。

3? 丹江口庫區消落帶治理示范

南水北調中線水源地河南淅川縣庫區面積約占丹江水庫總面積的50%，多年來，為了生態環境保護，各級政府已經在庫區投入巨額生態資金種樹種草。本研究于2008年開始在庫區消落帶選擇性實驗種植香根草，2009年至2011年主要記錄香根草的生長狀況、耐淹時間以及相關監測。通過實踐總結，2012年申報了發明專利。目前在淅川縣的馬蹬、香花、上集、九重、大石橋等鄉鎮水庫消落帶有重點種植區。同時在西峽縣、內鄉縣、鄧州市等河南水源區四個縣都有種植，總面積達到了3 000余畝。

丹江口水庫自2014年底中線工程正式通水以來，庫水位一直在150～157m之間變動，對155～168m之間的消落帶植物沒有什么影響。2017年9月以后，庫區水位開始上升，至10月底水位升至167m左右，達到歷史最高水位。2018年3月水位開始陸續退下，到4月底退至160m，這6個月水位落差7m的區域形成了新的消落帶。監測發現，原有各種樹草被淹后多數已經死亡，而消落帶種植的香根草在經過6個月的水淹后，依然成活。

根據香根草在庫區消落帶的耐淹記錄表明，在長期水淹的消落帶香根草可以起到生態保護的積極作用，對消落帶生態恢復十分重要。監測結果顯示，香根草對其生長的介質條件適應范圍很寬，在沙地、頁巖地、礫石地亦能生長。庫區無論山區丘陵或平原，都存在因徑流而引起的侵蝕沖溝，由微溝逐漸成中溝、大溝，在沖溝方向垂直栽植香根草綠籬，可使沖溝穩定下來。在水庫消落帶種植香根草，形成生態防護綠化隔離帶，不僅可以攔截60%的徑流和90%的泥沙。還能阻攔吸收農業面源污染，凈化水質，防止庫外垃圾進入庫內，更可以改變庫邊消落帶光禿禿的面貌。香根草綠籬建造成本低廉、技術簡易，生物護坡的成本僅相當于砌石、混凝土護坡費用的1/10以下，而其綠色、低碳、吸附阻攔污染物、綜合開發利用等功效卻是工程措施所不具備的。

4? 結論與展望

香根草分別在2009年、2013年和2014年通過了市、省和國家科技部門組織的三級專家鑒定：香根草是優良的水保植物，通過在南水北調中線工程水源地丹江口庫區的示范、推廣，取得了明顯的成效。香根草無性繁殖，實踐表明沒有生物入侵現象。耐寒品種“宛香一號”及應用技術達到國內領先水平。

香根草在長江以北區域引種成功，且表現出良好的推廣使用價值。2013年開始，與黃河水利委員會有關單位合作，先后在甘肅、陜西、河南、山東等地黃河河務局范圍內荒漠化區域、鹽堿地、河邊沙灘等不同地貌、不同緯度、不同立地條件進行了試驗。實踐證明，“宛香一號”耐寒香根草品種在零下20℃依然越冬。

香根草對庫區消落帶和流域生態治理提供了技術選擇，為群眾致富提供了綠色通道，為高質量發展提供了物質保證，創新帶動效果好，市場前景廣闊。地方政府和有關部門應將香根草作為新興產業培育壯大，采取“生態+香草產業”的模式，成為推動鄉村產業振興的突破口，讓綠水青山帶出金山銀山。

參考文獻

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