摘要：通過(guò)在紅楓湖上游坡耕地設(shè)置30個(gè)植物籬徑流小區(qū)，探討了9種植物籬的水土保持效應(yīng)和養(yǎng)分?jǐn)r截效應(yīng)。結(jié)果表明，灰毛豆[Tephrosia purpurea （L.）Pers.]植物籬的保水效應(yīng)最好，相對(duì)徑流攔截率為91.75 %；紫花苜蓿（Medicago sativa L.）植物籬的保土效應(yīng)最好，相對(duì)泥沙攔截率為69.25%?；颐怪参锘h對(duì)坡耕地氮、磷的攔截效應(yīng)最為明顯，其中氮相對(duì)攔截量為283.03 g/hm2，相對(duì)攔截率為70.08%；磷相對(duì)攔截量為185.92 g/hm2，相對(duì)攔截率為80.21%。胡枝子（Lespedeza bicolor Turcz.）植物籬對(duì)坡耕地鉀的攔截效應(yīng)最為明顯，鉀相對(duì)攔截量為135.11 g/hm2，相對(duì)攔截率為86.08 %；灰毛豆次之，鉀相對(duì)攔截量為125.13 g/hm2，相對(duì)攔截率為79.72%。9種植物籬均具有較好的水土保持功能和養(yǎng)分?jǐn)r截作用，可作為黔中高原坡耕地植物籬物種應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：植物籬；養(yǎng)分；相對(duì)攔截率；坡耕地；物種選擇

中圖分類號(hào)：S157.4+33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）02-0398-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.02.033

湖泊是人類的天然水缸，儲(chǔ)存著大量的淡水資源，保障了當(dāng)?shù)丶爸苓叺娜诵箫嬎畣?wèn)所需。但隨著我國(guó)全面建成小康社會(huì)步伐的推進(jìn)，淡水資源已受到外界污染源的不斷入侵，水體隨污染物的輸入而不斷惡化[1，2]，嚴(yán)重威脅著人類的健康與用水安全。坡耕地因在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量施用化肥、農(nóng)藥等而成為湖泊水體污染的一個(gè)重大污染源[3]，因此，通過(guò)植物籬措施攔截坡耕地地表徑流、泥沙及養(yǎng)分，將其固定在坡耕地上，是控制下游水環(huán)境富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程的重要途徑之一。現(xiàn)在植物籬已受到國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注[4-9]，但主要集中于植物籬的攔截（地表徑流、泥沙和養(yǎng)分）功能[6，7]、對(duì)土壤本底狀況（物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和土壤生物）的影響[8-10]及其效益（生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益）評(píng)價(jià)[11]等方面的研究。而通過(guò)在黔中高原坡耕地設(shè)置不同喬、灌、草物種植物籬，探討其水土保持效應(yīng)和養(yǎng)分?jǐn)r截效應(yīng)，進(jìn)而篩選出最佳植物籬物種的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，課題組在貴州省清鎮(zhèn)市紅楓湖上游的坡耕地設(shè)置徑流小區(qū)，探討了9種植物籬的水土保持效應(yīng)和養(yǎng)分?jǐn)r截能力，以期為黔中高原全面推廣植物籬水土保持技術(shù)、有效控制坡耕地面源污染、保護(hù)下游湖泊水環(huán)境安全等提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省清鎮(zhèn)市紅楓湖鎮(zhèn)大沖村，距省會(huì)貴陽(yáng)市33 km，地理位置處在北緯26°52′12″，東經(jīng)106°43′15″，屬亞熱帶高原季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，地貌為黔中高原。紅楓湖是貴陽(yáng)市的“天然水缸”，保障著市民的飲水安全，設(shè)計(jì)正常水位高程1 240.0 m，水域面積57.2 km2，庫(kù)容6.0×108 m3。試驗(yàn)區(qū)選址在紅楓湖北湖上游的坡耕地上，土壤屬黃壤，坡度15°，監(jiān)測(cè)期間試驗(yàn)區(qū)內(nèi)正常開(kāi)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，橫坡種植玉米（Zea mays L.），本底狀況基本一致。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 徑流小區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置3個(gè)區(qū)組，每個(gè)區(qū)組含10個(gè)處理（徑流小區(qū)），其中1個(gè)無(wú)植物籬處理（CK），9個(gè)不同植物籬處理，共30個(gè)處理。各處理徑流小區(qū)邊界用聚氯乙烯塑料膜做擋水防滲墻，埋土深度80 cm，高出地表30 cm，水平投影面積100 m2（20 m×5 m），并于小區(qū)下方建設(shè)集流、分流及沉砂池等配套設(shè)施。

1.2.2 植物籬物種選擇 試驗(yàn)選用在黔中高原較為常見(jiàn)的9種植物為植物籬物種，包括香椿[Toona sinensis（A. Juss.）Roem.]、桑樹(shù)（Morus alba L.）、構(gòu)樹(shù)[Broussonetia papyrifera（L.）Vent]、灰毛豆[Tephrosia purpurea（L.）Pers.]、胡枝子（Lespedeza bicolor Turcz.）、紫穗槐（Amorpha fruticosa L.）、紫花苜蓿（Medicago sativa L.）、香根草（Vetiveria zizanioides L.）、黃花菜（Hemerocallis citrina Baroni）。

1.2.3 植物籬栽培管理 對(duì)9種植物籬物種選擇生長(zhǎng)狀況基本一致的一年生幼苗（草本類不足1年），在徑流小區(qū)內(nèi)上、中、下部等高處種植 3帶植物籬，每帶按株距10 cm、行距15 cm雙行“品”字型種植。植物籬定植10個(gè)月后，散生型的紫花苜蓿和黃花菜株高約50 cm，直立生長(zhǎng)的香根草株高約80 cm，木本植物株高均大于100 cm，為了減小植物籬的占地面積和對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，對(duì)木本植物籬進(jìn)行整形修剪，控制株高約在80 cm，帶寬約50 cm。開(kāi)始動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí)，植物籬帶內(nèi)的蓋度約為80%，且不同物種植物籬間差異不大。植物籬定植1年后，開(kāi)始野外降雨動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并及時(shí)采集樣品。

1.3 方法

1.3.1 野外樣品采集 在野外動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)期間，共有5場(chǎng)降雨產(chǎn)生地表徑流，每場(chǎng)降雨后分別測(cè)定每個(gè)小區(qū)產(chǎn)生的徑流量，并采集徑流水樣5批，每批30個(gè)樣品，共150個(gè)樣品，每個(gè)樣品約500 mL；監(jiān)測(cè)后期，分別測(cè)定每個(gè)徑流小區(qū)5場(chǎng)降雨產(chǎn)生的總泥沙量，并采集土樣1批，共30個(gè)樣品，每個(gè)樣品約1 kg。

1.3.2 室內(nèi)樣品測(cè)定 樣品測(cè)定方法參考文獻(xiàn)[12]。在徑流水樣測(cè)定過(guò)程中，先過(guò)濾水樣適量，用濾液測(cè)定水樣中的全氮、全磷、全鉀含量；在土樣測(cè)定過(guò)程中，先制備土壤樣品，用制備好的土壤樣品測(cè)定土壤中的全氮、全磷、全鉀含量。用凱氏定氮法測(cè)定全氮含量，用硫酸-高氯酸氧化-鉬藍(lán)比色法測(cè)定全磷含量，用火焰-分光光度計(jì)法測(cè)定全鉀含量。

1.3.3 植物籬養(yǎng)分?jǐn)r截效應(yīng) 根據(jù)養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果，計(jì)算不同物種植物籬的養(yǎng)分?jǐn)r截效應(yīng)，公式如下：

相對(duì)攔截量（g/hm2）=CK養(yǎng)分流失量-不同處理養(yǎng)分流失量，

相對(duì)攔截率=

■×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同物種植物籬水土保持效應(yīng)

2.1.1 徑流量 試驗(yàn)測(cè)定的各處理徑流小區(qū)產(chǎn)生的泥沙量和徑流量情況見(jiàn)圖1。從圖1可見(jiàn)，對(duì)照徑流小區(qū)單位面積（徑流量、泥沙量單位面積為1 m2，下同）的總徑流量最多，各處理徑流小區(qū)單位面積的總徑流量比對(duì)照均有不同程度的減少，說(shuō)明不同物種植物籬均具有較強(qiáng)的截流保水作用。不同物種植物籬處理后單位面積總徑流量由低到高的排序?yàn)椋夯颐埂⒆匣ㄜ俎?、香根草、香椿、黃花菜、胡枝子、紫穗槐、桑樹(shù)、構(gòu)樹(shù)，它們對(duì)地表徑流的相對(duì)攔截率達(dá)36%以上，其中灰毛豆植物籬對(duì)地表徑流的相對(duì)攔截率最高，達(dá)到91.74%。不同物種植物籬之間的差異明顯，說(shuō)明不同植物籬具有不同程度的保水功能。

2.1.2 泥沙量 從圖1還可見(jiàn)，對(duì)照徑流小區(qū)單位面積的總泥沙量最多，而各處理徑流小區(qū)單位面積總泥沙量比對(duì)照均有不同程度的減少，說(shuō)明不同物種植物籬均具有較強(qiáng)的攔沙固土作用。不同物種植物籬處理后單位面積總泥沙量由低到高的排序?yàn)椋鹤匣ㄜ俎！⒒颐?、香根草、香椿、黃花菜、胡枝子、桑樹(shù)、紫穗槐、構(gòu)樹(shù)，它們對(duì)泥沙的相對(duì)攔截率達(dá)25%以上，以紫花苜蓿植物籬對(duì)泥沙的相對(duì)攔截率最高，達(dá)到了69.25%。不同物種植物籬攔沙減沙效應(yīng)差異明顯，說(shuō)明不同植物籬具有不同程度的保土功能。

2.1.3 泥沙量與徑流量的關(guān)系 將獲得的泥沙量與徑流量數(shù)值做回歸分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖2可見(jiàn)，回歸方程為：y=8.029 2x+73.458，R2=0.924 9，即泥沙量隨著地表徑流量增大而增大，兩者呈顯著相關(guān)。分析標(biāo)明，植物籬的蓄水保土作用一是通過(guò)地上部的機(jī)械阻攔、降低地表徑流的流速，使得大量泥沙在籬前堆積；二是地下部的根系改善了坡耕地土壤的孔隙性，增加了地表徑流在籬前籬后的下滲。9種植物籬均具有較好的水土保持效應(yīng)，其中，灰毛豆植物籬的保水效應(yīng)最好，紫花苜蓿植物籬的保土效應(yīng)最佳。

2.2 不同物種植物籬養(yǎng)分?jǐn)r截效應(yīng)

2.2.1 養(yǎng)分流失量 試驗(yàn)測(cè)定的各處理徑流小區(qū)產(chǎn)生的養(yǎng)分總流失量測(cè)定情況見(jiàn)圖3。從圖3可見(jiàn)，對(duì)照徑流小區(qū)單位面積（養(yǎng)分單位面積均為1 hm2，下同）氮、磷、鉀的總流失量比不同物種植物籬處理的氮、磷、鉀的總流失量都大很多，說(shuō)明植物籬具有明顯的攔截、吸收養(yǎng)分的功能。不同物種植物籬處理后單位面積養(yǎng)分總流失量由高到低的排序?yàn)椋旱?、磷、鉀。土壤中的養(yǎng)分能以地表徑流和泥沙為介質(zhì)，逐漸向下游移動(dòng)；但在植物籬的機(jī)械阻攔下，部分養(yǎng)分被固定在籬前籬后的土壤中，另一部分被植物籬吸收利用，還有部分直接穿過(guò)植物籬繼續(xù)向下游移動(dòng)。

2.2.2 養(yǎng)分相對(duì)攔截率 試驗(yàn)測(cè)定的各處理徑流小區(qū)不同物種植物籬單位面積對(duì)養(yǎng)分的攔截情況見(jiàn)表1。從表1可見(jiàn)，不同物種植物籬對(duì)氮的相對(duì)攔截量及相對(duì)攔截率大小排序?yàn)椋夯颐?、紫花苜蓿、香根草、胡枝子、黃花菜、紫穗槐、香椿、桑樹(shù)、構(gòu)樹(shù)，對(duì)氮的相對(duì)攔截率達(dá)26%以上；其中灰毛豆植物籬對(duì)氮的相對(duì)攔截率最高，達(dá)到了70.08%，相對(duì)攔截量為283.03 g/hm2，這說(shuō)明灰毛豆植物籬對(duì)氮的攔截效應(yīng)最好；紫花苜蓿植物籬其次，構(gòu)樹(shù)植物籬最差。不同物種植物籬對(duì)磷的相對(duì)攔截量及相對(duì)攔截率大小排序?yàn)椋夯颐?、紫花苜蓿、黃花菜、胡枝子、紫穗槐、香根草、香椿、桑樹(shù)、構(gòu)樹(shù)，對(duì)磷的相對(duì)攔截率達(dá)48%以上，也是灰毛豆植物籬對(duì)磷的相對(duì)攔截率最高，達(dá)到了80.21%，相對(duì)攔截量為185.92 g/hm2，這說(shuō)明灰毛豆植物籬對(duì)磷的攔截效應(yīng)最好；紫花苜蓿植物籬其次，構(gòu)樹(shù)植物籬最差，這個(gè)結(jié)果與對(duì)氮的攔截情況一致。不同物種植物籬對(duì)鉀的相對(duì)攔截量及相對(duì)攔截率大小排序?yàn)椋汉ψ?、灰毛豆、香根草、紫花苜蓿、香椿、黃花菜、紫穗槐、桑樹(shù)、構(gòu)樹(shù)，對(duì)鉀的相對(duì)攔截率達(dá)54%以上；其中胡枝子植物籬對(duì)鉀的相對(duì)攔截率最高，達(dá)到了86.08%，相對(duì)攔截量為135.11 g/hm2，這說(shuō)明胡枝子植物籬對(duì)鉀的攔截效應(yīng)最好；灰毛豆植物籬對(duì)鉀的相對(duì)攔截率次之，為79.72%，構(gòu)樹(shù)植物籬最差。

綜上所述，灰毛豆植物籬的攔截效應(yīng)最佳，可能原因一是灰毛豆生長(zhǎng)較快，地徑較粗，植物籬帶內(nèi)植基蓋度較大，能更好地機(jī)械阻攔地表徑流，降低流速，使更多的泥沙在籬前固定下來(lái)；二是灰毛豆根系較長(zhǎng)，扎根較深，改善了土壤的孔隙性、松緊度，增加了徑流在籬前籬后的滲入量；三是在監(jiān)測(cè)期間，灰毛豆生長(zhǎng)較快，地上生物量最大，攔截吸收的養(yǎng)分較多。但總體而言，灰毛豆植物籬的攔截效應(yīng)表現(xiàn)好，可能是動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí)期較短且降雨量較小、地表徑流在籬前入滲較少且入滲深度較淺、植物籬深層根系對(duì)壤中流的養(yǎng)分?jǐn)r截吸收較少等造成的。

3 討論

植物籬主要以“綠墻”的形式橫向截?cái)嗥赂?，可機(jī)械阻攔坡耕地上產(chǎn)生的地表徑流、泥沙及其攜帶的養(yǎng)分，把養(yǎng)分固定在籬前籬后的土壤中；同時(shí)，植物籬根系吸收部分養(yǎng)分，供應(yīng)自身的生長(zhǎng)，從而把養(yǎng)分固定在植物籬上。研究表明，坡耕地配置深根、淺根物種組合植物籬，可有效攔截吸收坡耕地流失的養(yǎng)分[13]，在降雨強(qiáng)度較大的情況下，根系可層層攔截吸收、固定壤中流中的養(yǎng)分，但其機(jī)理有待進(jìn)一步探討。當(dāng)降雨強(qiáng)度足夠大、產(chǎn)生的地表徑流量足夠大、對(duì)草本植物籬造成毀滅性破壞時(shí)，或許植物籬的攔截效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)；當(dāng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí)間足夠長(zhǎng)、籬前堆積大量泥沙、坡耕地坡面形成起伏多變的微地形時(shí)，不同物種植物籬之間、同種植物籬前后的攔截效應(yīng)將會(huì)出現(xiàn)差異變化，這需要進(jìn)一步比較分析。

在實(shí)際推廣植物籬過(guò)程中，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：①植物籬物種選擇問(wèn)題。物種選擇應(yīng)遵循實(shí)地實(shí)樹(shù)原則，多選擇鄉(xiāng)土樹(shù)種，同時(shí)應(yīng)考慮當(dāng)?shù)剞r(nóng)民群眾的接受程度，畢竟植物籬是種植在當(dāng)?shù)剞r(nóng)民群眾的坡耕地里，會(huì)對(duì)其生產(chǎn)耕作造成一定的影響。②植物籬種植問(wèn)題。植物籬種植應(yīng)考慮配置模式和種植位置。研究表明，灌-草、喬-草物種配置植物籬具有較好的水土保持效應(yīng)和養(yǎng)分?jǐn)r截效應(yīng)[13]，且沿坡耕地坡面自上而下種植2行草本+2行木本的4行植物籬帶對(duì)養(yǎng)分的攔截效應(yīng)最佳[14]。因此，植物籬配置應(yīng)采取喬-草組合、灌-草組合或喬-灌-草組合模式，達(dá)到植物籬地上機(jī)械阻攔地表徑流和泥沙、地下根系層層攔截吸收壤中流和養(yǎng)分的效果；植物籬種植應(yīng)站在農(nóng)民群眾的角度考慮，盡量少占坡耕地，可以用2行草本+2行木本的方式帶狀種植于坡耕地邊坎處，不僅能防止坡耕地水土流失，而且其根系還能保護(hù)坡耕地邊坎。③植物籬效益問(wèn)題。只有植物籬產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)施起來(lái)才能得到當(dāng)?shù)剞r(nóng)民群眾的支持，才能真正得到全面推廣應(yīng)用。因此，植物籬的效益評(píng)價(jià)既要考慮其生態(tài)效益和社會(huì)效益，也要考慮其經(jīng)濟(jì)效益。

試驗(yàn)里9種植物籬對(duì)土壤中養(yǎng)分均具有不同程度的攔截效應(yīng)，其中，灰毛豆的攔截效應(yīng)相對(duì)最好，構(gòu)樹(shù)對(duì)養(yǎng)分的攔截效應(yīng)相對(duì)最差，這可為今后發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、選擇植物籬物種等提供理論依據(jù)。9種植物籬均能有效防止坡耕地水土流失，控制農(nóng)業(yè)面源污染，保護(hù)下游水庫(kù)、湖泊的淡水資源，保障人類和牲畜的正常用水與健康安全。但植物籬對(duì)養(yǎng)分的攔截吸收機(jī)理尚未研究清楚，有待進(jìn)一步深入研究。試驗(yàn)結(jié)果對(duì)黔中高原坡耕地推廣植物籬水土保持技術(shù)具有十分重要的理論和實(shí)際意義。

總的來(lái)看，9種植物籬均具有較好的水土保持效應(yīng)，其中灰毛豆植物籬的保水效應(yīng)最好，紫花苜蓿植物籬的保土效應(yīng)最好。9種植物籬均具有明顯的養(yǎng)分?jǐn)r截效應(yīng)，其中灰毛豆植物籬對(duì)氮、磷的攔截效應(yīng)最好；胡枝子植物籬對(duì)鉀的攔截效應(yīng)最好，灰毛豆植物籬次之。9種植物籬對(duì)地表徑流、泥沙及養(yǎng)分均具有不同程度的攔截作用，建議建立黔中高原坡耕地植物籬物種庫(kù)，為今后貴州省全面推廣植物籬水土保持技術(shù)提供物種儲(chǔ)備。

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