王俊宏 韓海東 王成己 鄭向麗 徐國忠 黃毅斌

摘 要：【目的】篩選適宜福建省種植的水土保持型牧草，為福建省水土流失區(qū)域治理的草種選擇提供參考?！痉椒ā吭谒亮魇?yán)重的長汀地區(qū)選取11個(gè)草種，通過測定出苗率、成活率、覆蓋度、枯落物浸水容量、根系重等水土保持特性指標(biāo)，運(yùn)用層次分析法和模糊數(shù)學(xué)法對試驗(yàn)品種進(jìn)行綜合評價(jià)，篩選福建省水土保持適宜牧草?！窘Y(jié)果】試驗(yàn)區(qū)內(nèi)表現(xiàn)優(yōu)或較優(yōu)的草種有百喜草、閩引圓葉決明、閩草1號狼尾草、閩牧6號狼尾草、大翼豆、葛藤;表現(xiàn)良好的有紅象草、鈍葉決明、扁豆、含羞草;表現(xiàn)較差的有福引圓葉決明1號?！窘Y(jié)論】禾本科屬的百喜草、閩草1號狼尾草、閩牧6號狼尾草，豆科屬的閩引圓葉決明、大翼豆、葛藤較為適合福建長汀及周邊相同氣候條件的水土流失地區(qū)種植。

關(guān)鍵詞： 水土保持;草種;篩選;評價(jià)

中圖分類號：S 157.43文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0384（2019）04-471-08

Abstract： 【Objective】Varieties of grass were evaluated ?for soil and water conservation in Fujian area. 【Method】In Changting， the area where soil erosion and water conservation have become a serious concern， 11 varieties of grass for forage were screened according to their characteristics on the rates of germination， survival， coverage， and litter water-holding capacity as well as the weight of root mass. Analytic hierarchy process and fuzzy mathematics method were applied for the selection of best adaptable grass in the area. 【Result】Paspalum notatum Flugge， Chamaecrista rotundifolia cv. Minyin， Pennisetum americanum×P.purpureum Mincao 1， Penniseturn americanum×P.purpureum cv. Minmu 6， Pueraria lobata， and Macroptilium? atropurpureum， were considered superior or desirable varieties. Pennisetun purpureum cv. red， Cassia obtusifolia， Lablab purpureus （L.） Sweet， Mimosa pudica? exhibited good performance， whereas， Chamaecrista rotundifolia cv. Fuyin 1 did not perform well. 【Conclusion】The gramineous grass， Paspalum notatum Flugge， Pennisetum americanum× P.purpureum Mincao 1， Penniseturn americanum×P.purpureum cv. Minmu 6， and leguminous grass， Chamaecrista rotundifolia cv. Minyin， Pueraria lobate， Macroptilium atropurpureum， appeared to be suitable for cultivation in the areas around Changting.

Key words： water and soil conservation; grass; screening; evaluation

0 引言

【研究意義】農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，植被資源常常缺乏有效保護(hù)，極易遭受破壞，引起水土流失等各種災(zāi)害性連鎖效應(yīng)，特別是紅壤丘陵生態(tài)區(qū)，嚴(yán)重制約區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展[1-4]。福建省位于中國東南沿海地帶，雨季多，降雨量大，丘陵山地地貌較多[5-6]。其中長汀縣是南方紅壤區(qū)水土流失最為嚴(yán)重的區(qū)域之一[7-9]。植被覆蓋度是衡量水土保持的重要指標(biāo)之一，我國在水土保持生態(tài)修復(fù)建設(shè)中，長期以植被覆蓋度為重要目標(biāo)，努力增加實(shí)際地表植被覆蓋度。其中，草業(yè)先行是較好的水土保持策略[10-15]。研究福建省水土流失嚴(yán)重區(qū)域的植被覆蓋，篩選區(qū)域內(nèi)優(yōu)勢植物種類，對增加水土流失區(qū)域植被覆蓋、提高水土流失治理效率具有重要意義。草本植物具有對土質(zhì)要求不嚴(yán)、適應(yīng)性強(qiáng)、覆蓋地表快等自然特性，其中優(yōu)良的水土保持型牧草具有產(chǎn)草量高、根系數(shù)量多、分布密集且生物量大等特點(diǎn)[16]，在侵蝕劣地廣泛種植可以達(dá)到快速覆蓋地表、恢復(fù)植被的效果，在維護(hù)和提高土壤地力的同時(shí)，改善生態(tài)環(huán)境，最終實(shí)現(xiàn)水土流失控制[17-18]。【前人研究進(jìn)展】有效篩選和準(zhǔn)確綜合評價(jià)牧草種質(zhì)資源特性是區(qū)域性牧草引種的先決條件。目前，很多研究多限于對牧草某一性狀或單一抗性進(jìn)行單項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)[19]，由于牧草品種間品質(zhì)差異由多種性狀決定，很難依據(jù)各項(xiàng)分離的單一性狀去定量化判斷一個(gè)品種的綜合特性[20]。運(yùn)用層次分析法（AHP）可以解決上述難題[21-22]。近年來，層次分析法分析已被廣泛應(yīng)用于各種作物的育種篩選和新品種區(qū)域試驗(yàn)中。嚴(yán)慧玲等利用AHP對太行山邊坡沿線的喬、灌、草等89 種植物進(jìn)行綜合評價(jià)，篩選出適宜山區(qū)植被生態(tài)修復(fù)應(yīng)用的優(yōu)良品種[23];梁力等為篩選適合高速公路邊坡植被恢復(fù)草種，運(yùn)用層次分析法對當(dāng)?shù)氐?種暖季型草本植物進(jìn)行生態(tài)適應(yīng)性評價(jià)[24]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】在福建省水土流失研究區(qū)域，通過層次分析法，開展福建省水土保持優(yōu)良草本植物的篩選及評價(jià)研究是適地適草措施的前提和基礎(chǔ)，目前尚未見有關(guān)利用層次分析法進(jìn)行水土流失區(qū)牧草篩選與評價(jià)的報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本試驗(yàn)在福建省長汀縣域?qū)?1個(gè)草種進(jìn)行適應(yīng)性研究，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)及層次分析法，對試驗(yàn)品種進(jìn)行水土保持功能型草種的篩選與評價(jià)，為南方水土流失區(qū)域的治理和植被恢復(fù)提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在長汀縣河田鎮(zhèn)長汀縣水土保持試驗(yàn)站的試驗(yàn)基地，東經(jīng) 116°25′，北緯25°41′，中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，全年平均氣溫19.3℃，極端高溫39.9℃，極端低溫-4.7℃，地表極端高溫可達(dá)75.4℃。全年無霜期277 d，夏長冬短，一年之中平均氣溫在20℃ 以上的有6個(gè)月。年均降雨量約1 710 mm，其中集中降雨期為4～6月，降雨量約占全年的一半，且降雨強(qiáng)度偏大。土壤為粗晶花崗巖風(fēng)化殼上發(fā)育的山地丘陵紅壤，地貌特征類型主要有構(gòu)造侵蝕低山、低丘陵、淺丘陵、高丘陵和堆積階地等。

1.2 試驗(yàn)材料

采取定點(diǎn)試驗(yàn)，在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上選取在長汀地區(qū)存活率較高且具有一定飼用價(jià)值的草種作為試驗(yàn)材料（見表1）。所有試驗(yàn)材料均為福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所牧草品種資源圃提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)時(shí)間為2014、2015兩年，試驗(yàn)小區(qū)15 m2（長5 m×寬3 m）。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，4次重復(fù)，11個(gè)草品種，共44個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。其中閩草1號狼尾草、紅象草、閩牧6號狼尾草為種莖扦插，按行距30 cm（每小區(qū)10行）、深1 cm開溝，按株距50 cm（每行10株）將種莖芽尖向上斜插入溝，覆土、壓實(shí)，每小區(qū)用種莖約100段;其余材料均為種子播種，行距30 cm，每個(gè)小區(qū)播種10行，播種量為45 g，均勻條播。播種時(shí)間為2014年4月12日，2015年4月20日對一年生的草種進(jìn)行再次播種，包括福引圓葉決明1號、閩引圓葉決明、鈍葉決明、扁豆、大翼豆、葛藤、含羞草，待出苗后對出苗率、成活率、覆蓋度等生長指標(biāo)進(jìn)行觀測。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 出苗率、成活率、覆蓋度、植株高度測定

當(dāng)幼苗長到2葉期（禾本科）或子葉期（豆科）時(shí)，調(diào)查出苗株數(shù)，將小區(qū)播種量換算為播種粒數(shù)，計(jì)算各小區(qū)的出苗率;待大部分植株確認(rèn)成活后統(tǒng)計(jì)幼苗的成活率，成活率/%=成活植株數(shù)/出苗植株數(shù);覆蓋度：在牧草出苗后的第3個(gè)月和第5個(gè)月分別對小區(qū)覆蓋度進(jìn)行測定（目測法）[25];植株高度采用絕對株高測定方法，測產(chǎn)前對各小區(qū)地上植株部分進(jìn)行株高測定，每小區(qū)隨機(jī)抽取10株進(jìn)行株高測定，取平均值。

1.4.2 地上生物產(chǎn)量及根量測定

所有試驗(yàn)草品種統(tǒng)一測產(chǎn)，測產(chǎn)時(shí)先割去試驗(yàn)小區(qū)兩側(cè)邊行，再將余下的8行留足中間4 m，然后割去兩頭各50 cm，并移出小區(qū)（本部分不計(jì)入產(chǎn)量），將余下部分平地表刈割測產(chǎn)。根量（根重）測定：采用傳統(tǒng)的挖掘法進(jìn)行稱量，深約30 cm，取根經(jīng)流水沖洗干凈后稱重。

1.4.3 枯落物的浸水容量測定

在試驗(yàn)小區(qū)刈割測產(chǎn)后進(jìn)行枯落物的收集，在試驗(yàn)小區(qū)地塊內(nèi)，采用隨機(jī)取樣方法，選定1 m2 面積為樣方，收集該區(qū)域內(nèi)地上的枯落物，重復(fù)3次，待枯落物風(fēng)干后先稱重，然后浸入水中24 h后撈出，不滴水時(shí)再稱重，計(jì)算地上部分浸水容量。

1.5 評價(jià)指標(biāo)集的篩選

評價(jià)指標(biāo)集的選擇應(yīng)遵循主導(dǎo)因素原則、差異性原則和穩(wěn)定性原則，在篩選評價(jià)對象的參評因子時(shí)首先要與水土保持效能有較強(qiáng)的相關(guān)性，同時(shí)又要有明顯的空間差異性和時(shí)間穩(wěn)定性。長汀縣是我國花崗巖紅壤土壤侵蝕最嚴(yán)重的地區(qū)之一，區(qū)域內(nèi)的地貌多以低山丘陵為主，由于長期不合理開發(fā)利用，植被蓋度僅為15%～30%，土壤有機(jī)質(zhì)含量低?；谏鲜隹陀^限制條件，結(jié)合樣地的立地條件、種植經(jīng)濟(jì)價(jià)值等調(diào)查結(jié)果，建立評價(jià)指標(biāo)體系，以期為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的退化修復(fù)提供有利的植物篩選資源。其中選取植株出苗率（C1）、植株成活率（C2） 作為適應(yīng)性指標(biāo)（B1），選取植株高度（C3）作為生長狀況指標(biāo)（B2），選取覆蓋度（C4）、枯落物浸水容量（C5）及根系鮮重（C6）作為水土保持特性指標(biāo)（B3），選取植株地上部分生物鮮重（C7）作為經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)（B4），構(gòu)成草本試驗(yàn)的評價(jià)指標(biāo)集C = { C1， C2， C3， C4， C5， C6， C7 };然后對評價(jià)指標(biāo)值進(jìn)行分級，建立評判集 V = { V1， V2，V3，V4，V5}，V1～V5分別對應(yīng)評價(jià)級別為優(yōu)、較優(yōu)、良、較差、差。本試驗(yàn)將指標(biāo)集C j（j=1，2…，7）分成 5個(gè)級別，級距用d = （Cjmax-Cjmin）/4來計(jì)算，然后根據(jù)d值來確定Cj的分級情況。

1.6 評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

水土保持植物適宜性是多種參數(shù)指標(biāo)綜合作用的結(jié)果，不僅每一種參數(shù)指標(biāo)對適宜性的影響很復(fù)雜，而且指標(biāo)之間也是相互關(guān)聯(lián)相互制約的，各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重?cái)?shù)在一定程度上也反映單個(gè)評價(jià)指標(biāo)的等級能力。運(yùn)用層次分析法的基本原理確定相應(yīng)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重在很多草種篩選評價(jià)中加以利用[26-28]。本研究利用層次分析法原理，構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣，然后確定各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，賦予各評價(jià)指標(biāo)權(quán)重值，最后進(jìn)行適宜草種的綜合評價(jià)。

1.7 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 13. 0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 評價(jià)指標(biāo)測定結(jié)果

對參加試驗(yàn)的草品種進(jìn)行觀測、記載，植株出苗率（C1）、植株成活率（C2）、植株高度（C3）、覆蓋度（C4）、枯落物浸水容量（C5）及根系鮮重（C6）、植株地上部分生物鮮重（C7）的觀測結(jié)果見表 2。 除福引圓葉決明1號、百喜草外，其余草種植株出苗率均在80%以上，福引圓葉決明1號、百喜草雖然出苗率略低，但成活率高，均在90%以上，所有草種的出苗及成活情況均能滿足后期其他性狀指標(biāo)測定。狼尾草屬植物由于是直立高稈作物，植株高度較高，達(dá)到3 m以上;扁豆、大翼豆、葛藤、含羞草是矮稈作物，草叢高度較低，但由于枝條相互纏繞，植株的絕對高度也會達(dá)到3 m左右;決明屬草種植株高度最低，為1～2 m。覆蓋度方面，福引圓葉決明1號明顯低于其他草種;百喜草基本沒有枯落物，因此浸水容量為0。各參試草種的根系鮮重差異較大，主要與其自身根系特點(diǎn)相關(guān)。植株地上部分生物鮮重方面，狼尾草屬草種由于生長力強(qiáng)、莖葉多，因此生物量較大，決明屬草種生物量較低，主要是由于生長后期莖葉生長停滯且枯黃較早，扁豆、大翼豆、葛藤、含羞草生物量居中?？梢钥闯觯煌莘N的指標(biāo)差異明顯，從單一指標(biāo)分析各草種很難確定其綜合效應(yīng)，需通過綜合評價(jià)來確定最適合的草種植物。

2.2 評價(jià)指標(biāo)分級情況

根據(jù)實(shí)測統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對草種各評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分級（表3），其中出苗率、成活率和覆蓋度的級距（d）差別不大，約為5%，表現(xiàn)為良的分級界限值均在85%以上;植株高度和地上部分生物鮮重兩項(xiàng)指標(biāo)由于草種間差值較大，分級界限值范圍較大;枯落物浸水容量及根系鮮重由于測定值差值相對較小，因此級距也較小。

2.3 單因素評判矩陣分析及評價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

建立單因素評判矩陣R，矩陣R中的rij為R 的隸屬函數(shù)，rij的取值范圍是0～1，表示第j個(gè)指標(biāo)對被評價(jià)植物品種各項(xiàng)指標(biāo)第i種評價(jià)的可能程度，同理可確定任何一種草品種的R值。如閩草1號狼尾草單因素評判矩陣如下：

為確定每個(gè)指標(biāo)對上一層次的相對重要性，引用Saaty的 1-9 及其倒數(shù)的比例標(biāo)度法，構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣，判斷矩陣如表4所示，其RI = 0.0645，CI = 0.0018，CR =0.0279，層次總排序一次性檢驗(yàn)CR <0.10，說明判斷矩陣符合一致性要求，權(quán)重值合理。因此，評價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)可作相應(yīng)的評價(jià)因素。

2.5 綜合評判結(jié)果

通過計(jì)算單因素評判矩陣（R）與評價(jià)指標(biāo)權(quán)重集（A），建立模糊綜合評判矩陣模型y =A×R，最終計(jì)算得出各供試草種的評價(jià)結(jié)果，并對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相對應(yīng)的歸一化處理，依據(jù)模糊數(shù)學(xué)最大隸屬度的原則進(jìn)行綜合評價(jià)（表5）。根據(jù)評價(jià)結(jié)果可知，長汀試驗(yàn)區(qū)禾本科草種表現(xiàn)優(yōu)或較優(yōu)的有百喜草、閩草1號狼尾草、閩牧6號狼尾草;豆科草種表現(xiàn)優(yōu)或較優(yōu)的有閩引圓葉決明、大翼豆、葛藤;福引圓葉決明1號表現(xiàn)為較差，分析其原因主要是出苗率、成活率低，地上生物量小，難以適應(yīng)土壤條件。

3 討 論

對參試的11種草本植物進(jìn)行評判，從中篩選出6種適宜在長汀地區(qū)生長的水土保持型牧草品種，其中閩草1號狼尾草、閩牧6號狼尾草為狼尾草屬，相關(guān)研究也表明狼尾草在長汀地區(qū)生長迅速，莖葉叢生密集并覆蓋度高，耐刈割，水保能力強(qiáng)[29]。閩草1號狼尾草和其他狼尾草屬品種相比，由于莖葉含糖量高，適口性更佳，推廣應(yīng)用價(jià)值更高;同屬禾本科的百喜草雖然生物量較小，但其地下部分發(fā)達(dá)，相關(guān)研究還表明百喜草根系有著良好的抗拉力學(xué)特性，增強(qiáng)地表覆蓋程度，對土壤固持作用更好，因此水土保持應(yīng)用效果會更佳[30-31]。閩引圓葉決明相比其他圓葉決明品種屬于晚熟品種，綠葉期更長，覆蓋能力更強(qiáng)，且耐輕霜，在長汀及周邊有霜降地區(qū)更有優(yōu)勢[32]。葛藤生長力旺盛，覆蓋度高、枯落物浸水容量大，從而提高土壤水分蓄積能力，這與防止土壤侵蝕效果方面研究結(jié)果相一致[33];深層次的研究還表明，枯葛藤覆被較鮮葛藤覆被土壤含水率顯著增加[34]。大翼豆作為藤本植物由于其纏繞性強(qiáng)，草層密，持水性強(qiáng)，也廣泛應(yīng)用于土壤修復(fù)、植被恢復(fù)等多種水土保持模式中[35]。

水土保持生態(tài)效應(yīng)的發(fā)揮很大程度取決于草種本身水土保持特性的優(yōu)劣，因此，優(yōu)良草種的培育和評價(jià)選擇成為重要的環(huán)節(jié)，培育選擇已由單因素、單目標(biāo)的定性方法發(fā)展為多因素、多指標(biāo)及多功能的綜合性定量方法。采用不同評價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定方法，評價(jià)結(jié)果也會有所不同。目前使用最多的指標(biāo)權(quán)重確定法是層次分析法、專家評分法和基于熵的判定法[36-37]。本試驗(yàn)中采用層次分析法進(jìn)行評價(jià)指標(biāo)的確定，主要考慮參試材料為不同科屬、植株高度差異大等因素，今后在此次試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上可以結(jié)合多種評價(jià)方法進(jìn)行結(jié)果比對及方法論證。

在評價(jià)體系中使用的各生長指標(biāo)為兩年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為了能夠更加準(zhǔn)確地反映草種對當(dāng)?shù)貧夂?、土壤條件的適應(yīng)能力，避免當(dāng)年極端天氣的影響，在以后的深入研究中可以適當(dāng)增加試驗(yàn)?zāi)晗?，更加全面了解草種的生長狀況。其次，在評價(jià)草種水土保持特性的同時(shí)也應(yīng)該關(guān)注其適口性及營養(yǎng)價(jià)值，從而提高篩選草種的推廣應(yīng)用價(jià)值及綜合效益。

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（責(zé)任編輯：張 梅）