蘇生　黃瑞　韓永芬

摘要：以貴州省安順能源草實驗點7種能源草為研究對象，采用野外調(diào)查與室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，對能源草對土壤滲透性、含水量、有機質(zhì)、容重的影響進行研究。結(jié)果表明，能源草所對應(yīng)土壤滲透性為香根草>皇草>柳枝稷>五節(jié)芒>斑茅>象草>紫色象草>CK；能源草所對應(yīng)土壤的含水量為皇草>香根草>柳枝稷>紫色象草>甘蔗屬的斑茅>芒屬的五節(jié)芒=象草>CK；能源草所對應(yīng)土壤有機質(zhì)含量為皇草>柳枝稷>紫色象草>香根草>甘蔗屬的斑茅>象草>芒屬的五節(jié)芒>CK；能源草所對應(yīng)土壤容重為CK>芒屬的五節(jié)芒>甘蔗屬的斑茅=象草>香根草>紫色象草=柳枝稷>皇草。不同能源草對土壤理化性質(zhì)的影響不同，其中紫色象草與土壤容重呈顯著正相關(guān)；皇草與土壤含水量呈顯著正相關(guān)；香根草與土壤含水量和有機質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)；其他能源草與土壤理化性質(zhì)大都呈中度相關(guān)且不顯著。

關(guān)鍵詞：貴州；石漠化；能源草；土壤理化性質(zhì)

中圖分類號： S151.9文獻標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）14-0206-04

石漠化是指在脆弱喀斯特生態(tài)環(huán)境下人類不合理的社會經(jīng)濟活動造成人地矛盾突出、植被破壞、水土流失、巖石逐漸裸露、土地生產(chǎn)力衰退甚至喪失，地表呈現(xiàn)類似于荒漠化景觀的演變過程或結(jié)果[1-3]。貴州位于我國西南喀斯特地區(qū)的主要地帶，是我國喀斯特地貌分布最廣泛的省份之一，少數(shù)民族眾多，貧困人口密集，人地矛盾突出，坡地生態(tài)脆弱，一旦破壞，極易加劇侵蝕作用，流失薄土層，造成嚴(yán)重的石漠化[4]。石漠化已成為制約貴州人民富裕、社會發(fā)展、生態(tài)建設(shè)的一大問題。但目前貴州石漠化治理成效并不明顯，且存在治理模式單一、經(jīng)濟投入量大、治理效果不穩(wěn)定、管理困難等問題[2]。

土壤是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是生態(tài)系統(tǒng)諸多生態(tài)過程的載體，是研究喀斯特石漠化演變的核心[5]。能源草植株高大、生長迅速、根系發(fā)達(dá)，生物產(chǎn)量高，可直接作燃料及用于生產(chǎn)生物質(zhì)能源，多為兩年或多年生[6-7]。能源草根系發(fā)達(dá)，生長迅速，能在較短時間內(nèi)形成須根網(wǎng)絡(luò)，須根由地下莖節(jié)長出。擴展范圍可達(dá)1～2 m，抗早能力強，是優(yōu)良的水土保持植物，對防止水土流失、綠化荒山荒坡、在河流兩岸及水庫周邊固沙都具有良好的作用[8]。但到目前為止，國外對纖維類能源草的研究集中在種質(zhì)資源的探索和開發(fā)、品種改良、生態(tài)效益、能源轉(zhuǎn)化經(jīng)濟效益等方面[9]；國內(nèi)對能源草的開發(fā)利用主要集中在水土保持、造紙原料和動物飼料等方面[10]。如解新明等認(rèn)為，多年生能源禾草具有較好的產(chǎn)能效益和生態(tài)效益，是較為理想的能源植物[7]。寧祖林等對8種高大纖維禾草的熱值和灰分動態(tài)變化進行了研究[11]。在喀斯特石漠化治理中，能源草與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系缺乏深入研究。因此，本研究以貴州石漠化地區(qū)能源草為研究對象，研究不同種類能源草的土壤理化性質(zhì)特征及相關(guān)性，探討不同種類能源草對土壤理化性質(zhì)的影響機理以及土壤理化性質(zhì)的變化特征，為科學(xué)有效地開發(fā)利用能源草，保障貴州石漠化地區(qū)水土環(huán)境，確定能源草對石漠化地區(qū)土壤的影響提供科學(xué)理論參考。

1材料與方法

1.1試驗樣地自然概況

試驗點位于貴州省安順市。安順地處105°13′～106°34′E、25°21′～26°38′N之間，長江水系烏江流域和珠江水系北盤江流域的分水嶺地帶。安順平均海拔高度為1 102～1 694 m 之間，全境海拔高度為560～1 500 m，年平均降水量 1 360 mm，年平均氣溫為14 ℃，是世界上典型的喀斯特地貌集中地區(qū)，是研究石漠化的理想?yún)^(qū)域。

1.2試驗設(shè)計和樣品采集

試驗以象草[Pennisetum purpureum （L.）Schum.]、皇草（Pennisetum sinese Roxb）、香根草（Vetiveria zizanioides L.）、紫色象草（Pennisetum purpureum Schumab cv. Purple）、五節(jié)芒（Miscanthus floridulu）、斑茅（Sacchamm arundinaceum）、柳枝稷（Panicum virgatum）7種能源草為對象。于2015年6月安順能源草試驗點，將各個能源草分區(qū)編號，分別為A、B、C、D、E、F、G，對照為CK，選擇普通草地。分別從A至CK，按照“S”型曲線進行采樣，用環(huán)刀采集0～15 cm的表層土，采土的同時，用鋁盒采樣，測定土壤自然含水量，每個小區(qū)采10個土樣，2個重復(fù)，共記96個土樣。將采集的每個土壤用四分法取500 g左右?guī)Щ貙嶒炇遥糜跍y定土壤的理化性質(zhì)（表1）。

1.3樣品的測定與分析

土壤容重采用環(huán)刀法測定；土壤含水量采用鋁盒法測定；土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測定；土壤滲透率采用雙環(huán)刀法[12-14]測定，描述滲透性各指標(biāo)計算的方法為初滲率=最初入滲時段內(nèi)滲透量/入滲時間，本研究取最初入滲時間為3 min；平均滲透速率=達(dá)穩(wěn)滲時的滲透總量/達(dá)穩(wěn)滲時[CM（25]的時間；穩(wěn)滲率為單位時間內(nèi)的滲透量趨于穩(wěn)定時的滲透速率；因所有土樣滲透速率在1.5 h前已達(dá)穩(wěn)定，為了便于比較，滲透總量統(tǒng)一取前1.5 h內(nèi)的滲透量。為了方便比較，用滲透系數(shù)的大小表示滲透性的強弱，一般用K表示經(jīng)驗滲透系數(shù)，數(shù)值相當(dāng)于第1個時段內(nèi)的平均入滲率（mm/min）[15]。

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理和作圖，能源草與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系采用SPSS Statistics 19.0 pearson相關(guān)系數(shù)法。

2結(jié)果與分析

2.1不同能源草的土壤滲透性分析

水分入滲過程是一個復(fù)雜的水文過程，與土壤結(jié)構(gòu)、根系分布、土壤孔隙、有機質(zhì)含量及水穩(wěn)性團聚體等密切相關(guān)。在研究土壤滲透性時，常采用的幾個指標(biāo)是初始入滲率、穩(wěn)滲率、平均滲透速率和滲透總量[16]。由圖1可知，初始滲透率的大小為香根草>柳枝稷>紫色象草>皇草>象草>斑茅>五節(jié)芒>CK；穩(wěn)滲率指標(biāo)大小表現(xiàn)為香根草>皇草>柳枝稷>五節(jié)芒>斑茅>象草>紫色象草>CK；平均滲透率和滲

透[CM（25]總量的規(guī)律一致，為香根草>皇草>五節(jié)芒>柳枝稷>斑茅>象草>紫色象草。初始滲透率、穩(wěn)滲率、平均滲透率、滲透總量最小值都是CK（對照組），其值分別為4.18 mm/min、1.76 mm/min、1.43 mm/min、132 mL/cm2。無論初始滲透率還是穩(wěn)滲率、平均滲透率，香根草都表現(xiàn)最好，其值分別為694、5.26、4.32 mm/min。這可能與香根草發(fā)達(dá)的根系有關(guān)，使其在土壤滲透方面表現(xiàn)突出。由初始滲透率中可以看出，剛開始能源草對土壤滲透性的影響較小，但隨著時間的延長，水分入滲達(dá)到穩(wěn)定后，能源草對土壤滲透性的影響逐漸增加，土壤的滲透性逐步得到提升。

2.2不同能源草的土壤有機質(zhì)分析

土壤有機質(zhì)是土壤固相部分的重要組成成分，盡管土壤有機質(zhì)的含量只占土壤總量的很小一部分，但它對土壤形成、土壤肥力、環(huán)境保護及農(nóng)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面都有著極其重要的作用。能源草生長迅速，植株高大，生物量大，對土壤有機質(zhì)影響巨大。由圖2可知，不同能源草的土壤有機質(zhì)含量大小為皇草>柳枝稷>紫色象草>香根草>斑茅>象草>五節(jié)芒>CK。其中皇草和柳枝稷土壤有機質(zhì)含量最豐富，分別為14.21和13.32 g/kg。對照組和芒屬的五節(jié)芒土壤有機質(zhì)含量最低，分別為10.62和10.74 g/kg。由于貴州溫度適宜，降水充沛，草本植物生長旺盛，能源草與對照組差別較小，但總體上對土壤有機質(zhì)含量有所提升。

2.3不同能源草土壤容重與含水量分析

土壤容重是土壤肥瘦和耕作質(zhì)量的重要指標(biāo)，土壤容重高說明土壤緊實，孔隙數(shù)量少，土壤的水分、空氣、熱量狀況較差等，了解土壤容重對判斷土壤質(zhì)量有著重要意義。由圖3可知，試驗組與對照組的容重大小關(guān)系為CK>五節(jié)芒>斑茅=象草>香根草>紫色象草=柳枝稷>皇草。其中對照組的容重最大，為1.53 g/cm3；皇草容重最小，為 1.42 g/cm3。相對普通草而言，能源草對土壤容重有所改善，相對于其他能源草而言，皇草對土壤容重的改變效果最明顯。

土壤含水量是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一項重要參數(shù)，土壤含水量的多少，直接影響土壤的固、液、氣三相比，以及土壤的適耕性和作物的生長發(fā)育。由圖3可知，土壤含水量的大小關(guān)系為皇草>香根草>柳枝稷>紫色象草>斑茅>五節(jié)芒=象草>CK。其中皇草和香根草的土壤含水量較高，為28%和27%；CK、象草、芒屬的五節(jié)芒的土壤含水量相對較低，分別為21%、22%、22%。能源草對土壤含水量的影響差別不大，但總體優(yōu)于對照組。

2.4不同能源草與土壤性質(zhì)的相關(guān)性分析

表2結(jié)果顯示，不同能源草對土壤理化性質(zhì)的影響不同，其中影響較明顯的有：紫色象草與土壤容重呈顯著正相關(guān)（r=0.895，P=0.035）；皇草與土壤含水量呈顯著正相關(guān)（r=0.901，P=0.014），香根草與土壤含水量呈顯著正相關(guān)（r=0.985，P=0.012），香根草與土壤有機質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)（r=0.936，P=0.017）。其中除表現(xiàn)較為優(yōu)秀的香根草外，其他能源草與土壤理化性質(zhì)大都呈中度相關(guān)且不顯著。這可能與貴州豐富的植物種類有關(guān)，因為在對土壤性質(zhì)的影響上，林地>灌木>草，貴州樹林相對較多，且灌木叢生，對能源草相關(guān)性分析有一定的影響，且能源草要與本土優(yōu)勢草類進行競爭，所以能源草在對土壤理化性質(zhì)影響上與對照組相差不大。皇草、紫色象草、香根草相對表現(xiàn)較佳，可能是因為這些能源草對貴州石漠化地區(qū)土壤適應(yīng)性優(yōu)于其他能源草。

3討論

我國的植被水土保持功能研究主要可以分3個部分：植被水土保持功能的對比研究、植被水土保持的機理研究、植被水土保持功能的評價研究[10]。本研究是對植被水土保持功能的對比研究。結(jié)果表明，7種能源草與對照組（普通草）4種理化性質(zhì)的對比，在土壤滲透性方面香根草土壤的滲透性最強，CK的土壤滲透性最差；容重方面CK的容重最大，皇草所對應(yīng)的土壤容重最??；含水量方面皇草的土壤含水量最大，CK的土壤含水量最小；有機質(zhì)含量方面皇草的土壤有機質(zhì)含量最高，CK的土壤有機質(zhì)含量最低。對照組選取的是貴州本地雜草，其生長能力、根系密度、生物量等方面均略差于能源草，所以CK組在滲透性、含水量、有機質(zhì)含量方面都差于能源草。土壤容重是指單位容積原狀土壤干土的質(zhì)量，通常以g/cm3表示。土壤容重的大小受密度和孔隙2個方面的影響，土壤疏松多孔的容重小，表明土壤比較疏松，孔隙多，反之則大[17]。土壤容重是土壤重要屬性之一，反映草地土質(zhì)狀況和孔隙度等整體性質(zhì)[18]。能源草往往根系發(fā)達(dá)，使土壤疏松多孔，相較于對照組，能源草的土壤容重均小于對照組。含水量經(jīng)常與容重一起研究，且含水量與容重呈明顯負(fù)相關(guān)，即容重越大，土壤越緊致，孔隙越少，含水量也越少；反之，容重越小，土壤疏松，孔隙越多，含水量也越高。

不同能源草與土壤性質(zhì)相關(guān)性分析表明，雖然能源草的各項指標(biāo)均優(yōu)于CK（對照組），但相關(guān)性大多屬于中度相關(guān)且大都不顯著。其中皇草、紫色象草、香根草相較于其他能源草效果明顯?；什菖c土壤含水量呈顯著正相關(guān)，紫色象草與土壤容重呈顯著正相關(guān)，香根草與土壤含水量和有機質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)。雖然這些能源草在某些方面呈現(xiàn)顯著相關(guān)性，但水土保持、石漠化治理需要綜合指標(biāo)和綜合土壤性質(zhì)的提升才能完成，所以將來種植能源草治理貴州喀斯特地區(qū)石漠化，可將皇草、紫色象草、香根草有選擇地按比例套種，實現(xiàn)土壤性質(zhì)的綜合提升。其他能源草對土壤性質(zhì)的影響雖然相關(guān)但不顯著。這可能由于植被的水土保持功能呈現(xiàn)出林>灌>草的規(guī)律，人工植被水土保持功能的發(fā)揮受到多種因素的影響，呈現(xiàn)出較復(fù)雜的情況。因此在未來的研究中，能源草關(guān)于水土保持方面需要進一步地深入研究。

4結(jié)論

貴州石漠化地區(qū)不同能源草土壤滲透性的大小為香根草>皇草>柳枝稷>五節(jié)芒>斑茅>象草>紫色象草>CK；土壤容重的大小為CK>五節(jié)芒>甘蔗屬的斑茅=象草>香根草>紫色象草=柳枝稷>皇草；土壤含水量大小為皇草>柳枝稷>紫色象草>香根草>斑茅>象草>五節(jié)芒>CK；土壤有機質(zhì)含量大小為皇草>柳枝稷>紫色象草>香根草>斑茅>象草>五節(jié)芒>CK。

貴州石漠化地區(qū)能源草對土壤性質(zhì)的影響，除皇草、紫色象草、香根草分別在某些性質(zhì)上呈顯著相關(guān)外，其他能源草對土壤性質(zhì)的影響均呈中度相關(guān)且不顯著。其中皇草對土壤含水量呈顯著正相關(guān)（r=0.901，P=0.014）；紫色象草對土壤容重呈顯著正相關(guān)（r=0.895，P=0.035）；香根草對土壤含水量和土壤有機質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)（r=0.985，P=0.012；r=0.936，P=0.017）。

參考文獻：

[1]熊康寧，陳永畢，陳滸. 點石成金——貴州石漠化治理技術(shù)與模式[M]. 貴陽：貴州科技出版社，2011：125-139.

[2]鄭度. 中國生態(tài)地理區(qū)域系統(tǒng)研究[M]. 北京：商務(wù)印書館，2008：327-339.

[3]張信寶，王世杰，曹建華，等. 西南喀斯特山地水土流失特點及有關(guān)石漠化的幾個科學(xué)問題[J]. 中國巖溶，2010，29（3）：274-279.

[4]盛茂銀，熊康寧，崔高仰，等. 貴州喀斯特石漠化地區(qū)植物多樣性與土壤理化性質(zhì)[J]. 生態(tài)學(xué)報，2015，35（2）：434-448.

[5]龍健，李娟，鄧啟瓊，等. 貴州喀斯特山區(qū)石漠化土壤理化性質(zhì)及分形特征研究[J]. 土壤通報，2006，37（4）：635-639.

[6]李平，孫小龍，韓建國，等. 能源植物新看點——草類能源植物[J]. 中國草地學(xué)報，2010，32（5）：97-100.

[7]解新明，周峰，趙燕慧，等. 多年生能源禾草的產(chǎn)能和生態(tài)效益[J]. 生態(tài)學(xué)報，2008，28（5）：2329-2342.

[8]左相兵，趙明坤. 皇草在貴州的栽培利用現(xiàn)狀及對策[J]. 農(nóng)技服務(wù)，2007，24（7）：85-86.[HJ1.73mm]

[9]高瑞芳，張建國. 能源草研究進展[J]. 草原與草坪，2013，33（1）：89-96.

[10]韋紅波，李銳，楊勤科. 我國植被水土保持功能研究進展[J]. 植物生態(tài)學(xué)報，2002，26（4）：489-496.

[11]寧祖林，陳慧娟，王珠娜，等. 幾種高大禾草熱值和灰分動態(tài)變化研究[J]. 草業(yè)學(xué)報，2010，19（2）：241-247.

[12]馬利民，唐燕萍，張明，等. 三峽庫區(qū)消落區(qū)幾種兩棲植物的適生性評價[J]. 生態(tài)學(xué)報，2009，29（4）：1885-1892.

[13]孫洪仁，武瑞鑫，李品紅，等. 紫花首稽根系入土深度[J]. 草地學(xué)報，2008，16（3）：307-312.

[14]張萬儒，許本彤. 森林土壤定位研究方法[M]. 北京：中國林業(yè)出版社，1986：30-45.

[15]Li J X，He B H，Chen Y. Root features of typical herb plants for hill slope protection and their effects on soil infiltration[J]. Acta Ecologica Sinica，2013，33（5）：1535-1547.

[16]趙洋毅，王玉杰，王云琦，等. 渝北水源區(qū)水源涵養(yǎng)林構(gòu)建模式對土壤滲透性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報，2010，30（15）：4162-4172.

[17]黃昌勇. 土壤學(xué)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[18]成鵬. 放牧對天山北坡草甸土水分和容重的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（10）：5194-5196.