張 英, 鄭 林,2, 黃佳超, 李 生

(1.江西師范大學(xué) 地理與環(huán)境學(xué)院, 江西 南昌 330022; 2.鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江西 南昌 330022)

中國(guó)學(xué)者朱震達(dá)等[1]根據(jù)荒漠化防治國(guó)際公約并結(jié)合中國(guó)區(qū)域的特點(diǎn)和實(shí)際，提出荒漠化還應(yīng)包括“濕潤(rùn)及半濕潤(rùn)地區(qū)由于人為活動(dòng)所造成環(huán)境向著類似荒漠景觀的變化過程”,即在南方湖濱及河流下游沖積平原的沙質(zhì)階地基礎(chǔ)上形成的土地沙化也應(yīng)歸屬于荒漠化范疇[2]。江西省的江、河、湖濱地區(qū)分布有282.47 km2風(fēng)沙化土地，主要分布在江西省北半部的贛江、撫河中下游，鄱陽湖周邊、長(zhǎng)江沿岸及修水、信江沿岸的河漫灘、河流階地及古河床上[3]。鄱陽湖沙區(qū)土地沙化屬于南方荒漠化的一種典型類型,是在湖濱沙質(zhì)階地的基礎(chǔ)上形成的,它既有別于北方的土地沙漠化,又區(qū)別于南方其他類型的荒漠化[2]。新中國(guó)成立以來，鄱陽沙化土地問題日益得到了政府和學(xué)者的高度關(guān)注，圍繞沙化土地的災(zāi)害及對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展的影響展開了一系列理論與實(shí)踐探索，包括沙化土地的特征和成因、沙化土地的遙感調(diào)查、沙地的生態(tài)修復(fù)等[4-8]。其中，對(duì)沙地進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)的植被先后采用了單葉蔓荊和濕地松，取得了一定的效果，但也存在相應(yīng)的問題，單葉蔓荊與濕地松均表現(xiàn)出隨沙化程度增加存活率降低的趨勢(shì)[9-10]，本研究試圖在重度沙化區(qū)引種香根草解決這一問題。

香根草(Vitiveriazizanioides)又叫巖蘭草,為禾本科香根草屬的一種多年生草本植物，具有較強(qiáng)的再生和分蘗能力,生產(chǎn)上通?？糠种昊蚋痔Y進(jìn)行繁殖[11]。香根草具有耐旱、耐澇、耐高溫的特性，任何類型的土壤上皆可生長(zhǎng)。香根草具有較強(qiáng)的抗逆性，能在不同環(huán)境條件下生長(zhǎng)[11]，常被用作防止水土流失、保持水土的理想作物。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)香根草的研究多集中在北方牧草繁殖[12]、重金屬及高溫脅迫[13-18]和公路護(hù)坡[19-22]等方面，在鄱陽湖沙化土地區(qū)，香根草的研究基本空白。因此，本研究擬通過引種香根草，分析其在鄱陽湖沙化嚴(yán)重區(qū)域下生長(zhǎng)狀況及對(duì)生態(tài)環(huán)境的效應(yīng)，為南方治沙工作提供參考。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地設(shè)置在江西省都昌縣多寶鄉(xiāng)沙山，位于江西省北部(29°21′22″—29°27′18″N，116°3′—116°7′42″E)，屬亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候[2]。多寶沙山氣溫較高,雨量充沛,日照充足,無霜期長(zhǎng),總的氣候特征可概括為“春季寒潮大風(fēng),夏季悶熱多雨,秋季高溫干旱,冬季寒冷加劇”[23]。全年無霜期260 d,年平均氣溫17.5 ℃,平均地表溫度21.3 ℃,年降雨量1 310 mm,年蒸發(fā)量1 883.1 mm,最高氣溫42 ℃,最高地表溫度69.5 ℃,全年5級(jí)以上大風(fēng)21 d[23]。多寶沙山土壤結(jié)構(gòu)松散,養(yǎng)分含量低,保水保肥能力差[23]。多寶鄉(xiāng)共有沙地1 304.54 hm2[24]，給當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)和生活帶來不便，為改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，近年來，該地區(qū)一直在開展植樹造林工程，樹種以濕地松為主，由于自然環(huán)境惡劣，濕地松存活率較低，生長(zhǎng)緩慢，特別是在重度沙化區(qū)。本研究在鄱陽湖沙山重度沙化區(qū)栽植香根草，旨在探究香根草的生長(zhǎng)差異及對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 調(diào)查采用樣方法，2015年在研究區(qū)沙山平行于湖岸線方向沿沙化梯度，每隔50 m距離在重度沙化區(qū)設(shè)置N，M，F(xiàn)，Z，C樣方(N位于重度沙化區(qū),<50 m; M位于重度沙化區(qū),50～100 m; F位于重度沙化區(qū),100～150 m; Z位于重度沙化區(qū),100～150 m; C位于重度沙化區(qū),>150 m; N,M,F均進(jìn)行刈割處理,C進(jìn)行分蘗處理,Z為對(duì)照組)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)8個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)設(shè)置3個(gè)重復(fù)。各采樣點(diǎn)挖80 cm深剖面，以10 cm的間隔從0—80 cm按層次測(cè)量土壤溫度和土壤含水量，并取樣測(cè)量香根草樣品的生長(zhǎng)高度和分蘗數(shù)。各指標(biāo)測(cè)定均為2～3次重復(fù)。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法 香根草高度(cm)測(cè)量采取卷尺測(cè)量，分蘗數(shù)(蘗)為累加記數(shù)，數(shù)據(jù)采集周期大致每月1次。香根草生長(zhǎng)周期末，對(duì)香根草進(jìn)行取樣并觀測(cè)各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)樣本株高、葉寬、新根長(zhǎng)、最長(zhǎng)根、新根數(shù)/每蘗、分蘗數(shù)等直接計(jì)量指標(biāo)，并測(cè)量地上部分干重、地下部分干重，計(jì)算根冠比。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 采用Excel 2007和Origin 8軟件處理數(shù)據(jù)并繪制圖表；采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)和Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 香根草生高度長(zhǎng)差異分析

2.1.1 不同距湖距離對(duì)香根草生長(zhǎng)的影響 不同距湖距離對(duì)香根草生長(zhǎng)高度的影響見表1。對(duì)N，M，F(xiàn)樣方中獲得的數(shù)據(jù)做單因素方差分析，結(jié)果表明距湖距離對(duì)香根草生長(zhǎng)高度影響不顯著(p>0.05)。不同距湖距離的香根草的生長(zhǎng)趨勢(shì)基本一致：N，M，F(xiàn)樣方中，3.19～4.20，5.16～6.27，7.26～9.4等3個(gè)時(shí)間段生長(zhǎng)高度的增幅最大，其中，N樣方中香根草在這3個(gè)時(shí)間段中生長(zhǎng)高度的增量分別占其生長(zhǎng)高度總增量的31.92%，25.91%，20.92%，M樣方中香根草在這3個(gè)時(shí)間段中生長(zhǎng)高度的增量分別占其生長(zhǎng)高度總增量的26.46%，25.09%，26.94%，F(xiàn)樣方中香根草在這3個(gè)時(shí)間段中生長(zhǎng)高度的增量分別占其生長(zhǎng)高度總增量的23.94%，25.66%，23.67%。N，M，F(xiàn)樣方香根草年內(nèi)平均高度分別為62.28，61.59，63.55 cm，差異不顯著。

N，M，F(xiàn)樣方香根草逐月生長(zhǎng)高度的變異系數(shù)分別為0.39，0.42，0.46，皆位于0.1～1，屬中等變異。

2.1.2 不同處理方式對(duì)香根草生長(zhǎng)的影響 不同處理方式對(duì)香根草的生長(zhǎng)高度的影響見表1。刈割組中的F樣方和分蘗組C及對(duì)照組Z距湖的距離基本一致，通過分析F，C，Z樣方中香根草逐月生長(zhǎng)高度探索不同處理方式對(duì)香根草生長(zhǎng)高度的影響。對(duì)F，C，Z樣方中獲得的數(shù)據(jù)做單因素方差分析，結(jié)果表明不同處理方式對(duì)香根草生長(zhǎng)高度影響不顯著(p>0.05)。F，C與Z各月份香根草平均生長(zhǎng)高度分別為63.55，65.98和51.86 cm，與對(duì)照組相比，刈割和分蘗處理的香根草高度分別增加了11.69，14.12 cm，增長(zhǎng)了22.54%，27.23%。

F，C，Z樣方香根草逐月生長(zhǎng)高度的變異系數(shù)分別為0.46，0.44，0.46，均位于0.1～1之間，屬中等變異。

橫向分析香根草生長(zhǎng)高度的變異系數(shù)，N，M，F(xiàn)，C，Z不同月份生長(zhǎng)高度的變異系數(shù)分別為0.03，0.19，0.13，0.06，0.08，0.09，其中4.20，5.16時(shí)間測(cè)得數(shù)據(jù)的變異系數(shù)在0.1～1之間，屬中等變異，其他時(shí)間測(cè)得的數(shù)據(jù)的變異系數(shù)<0.1，屬弱變異。

表1 鄱陽湖沙區(qū)不同距湖距離香根草逐月生長(zhǎng)高度

2.2 香根草分蘗差異分析

2.2.1 不同距湖距離對(duì)香根草分蘗的影響 不同距湖距離對(duì)香根草分蘗的影響見表2。距湖距離不同，香根草每月的分蘗數(shù)差異顯著：香根草各月的分蘗數(shù)均呈F>M>N，F(xiàn)的平均分蘗數(shù)分別比N，M增加12.90，10.80株，分別增長(zhǎng)了90.83%，66.32%。N，M，F(xiàn)的變異系數(shù)分別為0.29，0.21，0.32，均在0.1～1之間，屬中等變異。

2.2.2 不同處理方式對(duì)香根草分蘗的影響 不同處理方式對(duì)香根草分蘗產(chǎn)生的影響見表2。刈割組中的F樣方和分蘗組C及對(duì)照組Z距湖的距離基本一致，通過分析F，C，Z樣方中香根草逐月分蘗數(shù)探索不同處理方式對(duì)香根草分蘗數(shù)的影響。F，C的香根草平均分蘗數(shù)分別為27.10，14.23株，與Z(22.50株)相比，刈割處理的香根草的平均分蘗數(shù)增加了4.6株，增長(zhǎng)了20.44%；分蘗處理的香根草平均分蘗數(shù)減少了8.27株，降低了36.76%。刈割處理可以促進(jìn)香根草的分蘗，分蘗處理不利于香根草的分蘗。不同處理方式的香根草分蘗數(shù)的變異系數(shù)位于0.29～0.46，屬中等變異。橫向分析香根草分蘗數(shù)的變異系數(shù)，N，M，F(xiàn)，C，Z不同月份分蘗數(shù)的變異系數(shù)位于0.27～0.35，屬中等變異。

2.3 香根草生長(zhǎng)末期各指標(biāo)差異分析

香根草生長(zhǎng)末期各指標(biāo)值見表3。香根草生長(zhǎng)末期，根冠比N>M>F,隨著距湖距離的增大，根冠比不斷減小。植物根冠比受水分、氮素等因素的影響：地上部分依靠根系供給水分，因其枝葉進(jìn)行蒸騰作用，地上部水分容易虧缺，故而土壤中水分含量少時(shí)對(duì)地上部分的影響比對(duì)根系的影響更大，使根冠比增大。距湖越近，受湖面吹來的風(fēng)的影響越大，砂質(zhì)流動(dòng)越嚴(yán)重，土壤含水量相對(duì)較少，根冠比呈N>M>F；土壤中氮素少時(shí)，首先滿足根的生長(zhǎng)，運(yùn)到冠部的氮素就少，使根冠比增大。土壤中氮素充足時(shí)，大部分氮素與光合產(chǎn)物用于枝葉生長(zhǎng)，供應(yīng)根部的數(shù)量相對(duì)較少，根冠比降低。隨著距湖距離增加，土壤中氮素含量增加，香根草的根冠比呈N>M>F。由香根草的根冠比N>M>F得出距湖越遠(yuǎn)，氮素越多，此結(jié)論與胡啟武[8]等對(duì)鄱陽湖沙山土壤N的觀測(cè)結(jié)果一致。

表2 鄱陽湖沙區(qū)距湖距離上香根草逐月分蘗

刈割處理(N，M，F(xiàn))的香根草的株高、葉寬、新根長(zhǎng)、最長(zhǎng)根等指標(biāo)均大于分蘗處理(Z)的香根草。其中，N，M，F(xiàn)株高分別比Z增加了10.72，15.32，20.43 cm，增長(zhǎng)了12.88%，18.41%，24.55%；葉寬分別增加了1.01，0.73，0.93 cm，增長(zhǎng)了23.33%，16.86%，21.48%；新根長(zhǎng)分別增加了5.56，4.4，1.84 cm，增長(zhǎng)了17.81%，14.09%，5.89%；最長(zhǎng)根分別增加了11.8，10，7.1 cm，增長(zhǎng)了36.31%，30.77%，21.85%。但分蘗處理的香根草每蘗生長(zhǎng)的新根數(shù)大于刈割處理的香根草，Z組每蘗生長(zhǎng)的新根數(shù)分別比N，M，F(xiàn)增加了1.08，3.27，3.92根，增長(zhǎng)了9.10%，33.78%，43.41%。

總的來看，刈割、分蘗處理對(duì)香根草的生長(zhǎng)高度影響不顯著，分蘗處理能夠促進(jìn)香根草每蘗新根數(shù)的增加，刈割處理對(duì)香根草的其他指標(biāo)有促進(jìn)作用。

表3 鄱陽湖沙區(qū)香根草生長(zhǎng)末期各指標(biāo)值

2.4 香根草對(duì)環(huán)境的影響分析

2.4.1 香根草對(duì)土壤溫度的影響 香根草及裸地土壤溫度隨時(shí)間變化的結(jié)果見圖1。結(jié)果表明，各樣方土壤均溫年內(nèi)變化均呈先增加后減少的趨勢(shì)，在7月出現(xiàn)最大值，L(裸地)，N，M，F(xiàn)分別為35.83，34.84，34.90，34.89 ℃。各月份的土壤溫度均表現(xiàn)為N，M，F(xiàn)

2.4.2 香根草對(duì)土壤含水量的影響 香根草及裸地土壤含水量隨時(shí)間變化的結(jié)果見圖2。結(jié)果表明，各樣方土壤含水量年內(nèi)變化呈先增加后減少再增加的趨勢(shì)，5和10月土壤含水量出現(xiàn)峰值。香根草的生長(zhǎng)期在3—9月，10月香根草生長(zhǎng)已經(jīng)結(jié)束，土壤水分得到保存，土壤含水量增加。N，M，F(xiàn)的土壤含水量均大于裸地L的土壤含水量，且隨著距湖距離的增大，土壤含水量也逐漸增大。各月份的土壤含水量均表現(xiàn)為:F>M>N>L，最大值與最小值差值范圍在0.13～2.50。其中，3月差值最大，為2.50；5月差值最小，為0.13。

注：N位于重度沙化區(qū)，<50 m； M位于重度沙化區(qū)50～100 m； F位于重度沙化區(qū)，100～150 m； N，M，F(xiàn)均進(jìn)行刈割處理； L為裸地。下同。

圖2 2015年鄱陽湖沙區(qū)香根草及裸地土壤含水量年內(nèi)變化

2.5 各指標(biāo)相關(guān)性分析

鄱陽湖沙化地區(qū)香根草生長(zhǎng)因子與環(huán)境因子的Pearson相關(guān)性分析結(jié)果見表4—5。結(jié)果表明：距湖尺度、香根草生長(zhǎng)高度均與香根草分蘗數(shù)呈顯著正相關(guān)(p<0.05)；土壤溫度與土壤含水量呈極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01)；距湖尺度與土壤溫度、土壤含水量、香根草生長(zhǎng)高度均沒有相關(guān)性，土壤溫度、土壤含水量均與香根草分蘗數(shù)沒有相關(guān)性。

總體上看，鄱陽湖沙化地區(qū)土壤溫度、土壤含水量對(duì)香根草的分蘗數(shù)影響不大，香根草的分蘗數(shù)受距湖距離、香根草生長(zhǎng)高度的影響，土壤溫度與土壤含水量之間亦相互影響。

表4 距湖距離及香根草生長(zhǎng)因子的相關(guān)性分析

表5 各環(huán)境因子及香根草分蘗數(shù)的相關(guān)性分析

3 結(jié) 論

香根草生長(zhǎng)高度受距湖距離和不同處理方式影響不顯著，但不同處理方式對(duì)香根草生長(zhǎng)高度有促進(jìn)作用。對(duì)香根草進(jìn)行刈割處理，割掉的部分被掩埋或就地堆放，在一定程度影響香根草生存的微環(huán)境，割掉的部分通過分解者的分解作用，可以增加土壤有機(jī)質(zhì)、降低地表風(fēng)速、增加土壤含水量，環(huán)境因子的改善有利于香根草的生長(zhǎng)。香根草分蘗數(shù)受距湖尺度和不同處理方式的影響較大。

生長(zhǎng)期末，香根草各指標(biāo)有差異。受水分及氮素的影響，根冠比呈N>M>F，該結(jié)論與胡啟武等的研究結(jié)論一致，胡啟武等[8]指出鄱陽湖沙化地區(qū)，隨著沙化程度的降低，土壤全氮呈增加的態(tài)勢(shì)；刈割、分蘗處理對(duì)香根草的生長(zhǎng)高度影響不顯著，分蘗處理促進(jìn)香根草每蘗新根數(shù)的增加，刈割處理對(duì)香根草的其他指標(biāo)有促進(jìn)作用。

香根草栽植的區(qū)域各月土壤溫度均小于裸地的土壤溫度，香根草對(duì)土壤有一定的降溫作用；香根草栽植的區(qū)域各月土壤含水量均大于裸地的土壤含水量，香根草對(duì)土壤有一定的儲(chǔ)藏水分的作用。綜上，香根草在改善土壤物理性質(zhì)方面起到一定的作用。夏漢平等[25]通過比較純果園(純沙田柚園)和復(fù)合園(沙田柚—香根草復(fù)合園)小氣候觀測(cè)值，發(fā)現(xiàn)復(fù)合園土溫降低，土壤含水量增加，得出香根草可以有效調(diào)節(jié)農(nóng)田小氣候的結(jié)論，與本文在鄱陽湖沙化地區(qū)觀測(cè)香根草所得結(jié)論一致。

Pearson相關(guān)性分析結(jié)果表明，鄱陽湖沙化地區(qū)土壤溫度、土壤含水量對(duì)香根草的分蘗數(shù)影響不大，香根草的分蘗數(shù)受距湖尺度、香根草生長(zhǎng)高度的影響。

本文僅觀測(cè)了香根草一年內(nèi)的生長(zhǎng)變化情況，而香根草連續(xù)幾年的變化在生長(zhǎng)高度和分蘗數(shù)等方面也會(huì)有所不同，香根草的時(shí)間分異將在進(jìn)一步的研究中討論。