牛天新，陳文岳

(1.杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310024；2.建德市人民政府，浙江 建德 311600)

耕地是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，沒有充足和肥沃的耕地資源作為支撐，很難保障區(qū)域糧食安全生產(chǎn)[1]。我國耕地面積僅占國土面積的14%，且2/3為中低產(chǎn)田，后備耕地資源嚴(yán)重不足[2]。為了確保耕地占補(bǔ)動態(tài)平衡，中國許多地方進(jìn)行了大面積的補(bǔ)充耕地建設(shè)[3]。我國山地丘陵資源十分豐富，坡地修建梯田是合理利用坡耕地，控制水土流失的根本措施，是農(nóng)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要基礎(chǔ)[4]。

杭州市耕地資源相對匱乏，但山地資源特別是低丘緩坡面積較大，是重要的土地后備資源[5]。為了實現(xiàn)耕地資源的占補(bǔ)平衡，構(gòu)建了大面積的新墾山地[6-8]。在開墾過程中，地表植被受到極大的擾動，形成了沒有植被覆蓋的裸露邊坡；加之缺乏配套的排水系統(tǒng)，邊坡在水力侵蝕和重力侵蝕的影響下，造成坍塌現(xiàn)象。邊坡甚至石坎的坍塌，直接影響到田塊的耕作。因此，在低丘緩坡開發(fā)新墾山地的同時，需采取配套的邊坡護(hù)坡措施，才可有效防止水土流失，將人為造地建設(shè)對生態(tài)的影響降到最低。

在坡面人工恢復(fù)植被在我國高速公路邊坡綠化中得到了廣泛的應(yīng)用[9-12]，但是作為可應(yīng)用于新墾山地相配套的護(hù)坡技術(shù)，有其特殊的要求。首先，需要控制成本。農(nóng)業(yè)關(guān)乎民生，但其產(chǎn)值有限，高速公路邊坡坡面坡度大、坡面長，護(hù)坡成本高，相應(yīng)的技術(shù)直接拿來，難免技術(shù)過度所造成的浪費(fèi)，大面積應(yīng)用推廣也不切實際。其次，所選擇的植物，應(yīng)避免侵略性強(qiáng)的種類，以保證田塊中農(nóng)作物的正常生長。再次，在植被護(hù)坡和抗侵蝕效果的同時，對其改良土質(zhì)的能力提出了更高的要求。因此，有必要結(jié)合新墾耕地實際情況，對現(xiàn)有邊坡植被護(hù)坡技術(shù)進(jìn)行研究與改進(jìn)。

目前高速公路等邊坡施工一般為30～40 g·m-2的種子用量，為降低植物密度減少種子用量，為保證固坡效果同時降低護(hù)坡成本。根據(jù)土壤條件、環(huán)境條件、氣候條件，以本地種類為主，灌木和草本結(jié)合混種，選擇常見的種類：狗牙根、馬棘、胡枝子、鹽膚木4種植物，考察不同的種子噴播量對新墾地的護(hù)坡效果，為適合新墾山地的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)提供技術(shù)借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗試驗地位于杭州市富陽區(qū)新登雙江試驗基地(119°95′E，30°07′N)，地處中國東部沿海地區(qū)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候。試驗地邊坡坡度為35°～40°，土壤耕層質(zhì)地為砂土，容重1.3 g·cm-3，厚度基本在16～20 cm；土壤呈酸性，pH值為5.25，有機(jī)質(zhì)6.9 g·kg-1，有效磷1.5 mg·kg-1，速效鉀75 mg·kg-1。

1.2 護(hù)坡植物

選擇本地常見的狗牙根、馬棘、胡枝子、鹽膚木為護(hù)坡植物。

狗牙根為禾本科狗牙根屬低矮草本，是最具代表性的暖季型草坪草，性喜溫暖濕潤，喜光耐熱，耐陰性和耐寒性較差，耐踐踏，侵占能力強(qiáng)，普遍用于草坪。

馬棘系豆科半灌木植物，矮生，抗旱，觀賞價值高，耐脊，生活力強(qiáng)。

胡枝子為豆科胡枝子屬直立灌木，耐旱，耐瘠薄，耐酸性，耐鹽堿，耐刈割，對土壤適應(yīng)性強(qiáng)，在瘠薄的新開墾地上可以生長，但最適于壤土和腐殖土，耐寒性很強(qiáng)，可作綠肥及飼料。

鹽膚木為漆樹科本屬落葉小喬木，喜光，對氣候及土壤的適應(yīng)性強(qiáng)，較適宜在長江以南生長。

1.3 處理設(shè)計

采用客土噴播技術(shù)進(jìn)行施工，未鋪設(shè)椰網(wǎng)，噴播后用無紡布覆蓋。草本比例取15%(馬棘、胡枝子、鹽膚木與狗牙根比例為5∶7∶7∶3.35)，每個區(qū)塊坡面面積為30 m2，重復(fù)3次，坡度40°。取5種草灌混播種子用量，處理T1～T5分別為5、10、20、30、40 g·m-2。試驗過程中不施肥，實施后對植被覆蓋度、植物抗拉力、株高、根長、直徑等進(jìn)行測定；生長兩年后分別對試驗地的坡面上部和下部的灌木數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計，并分別測定含水率、土壤抗剪強(qiáng)度、緊實度，進(jìn)行對比，根據(jù)不同的種子噴播量的護(hù)坡效果確定合適的種子用量。

1.4 檢測指標(biāo)測量方法

生長高度?，F(xiàn)場隨機(jī)抽取每種草30株，從地面量至植株拉直后的最高葉尖為生長高度。

根長。從試驗坡地中小心挖出根系完整的植物，量取各樣品的根長，用游標(biāo)卡尺量取根徑，取平均值。

覆蓋度。當(dāng)草種出苗之后，采用針刺法進(jìn)行一次植物蓋度的測量。先選擇2個1 m×1 m的樣方，借助鋼卷尺和樣方繩上的每隔10 cm的標(biāo)記，用粗約2 mm的細(xì)針順序在樣方內(nèi)上下左右間隔10 cm的點(diǎn)上(共100個點(diǎn))從植被上方垂直插下，若細(xì)針能與植物相接觸，計為“有”，如不接觸，則計“無”，在表上登記，最后計算總次數(shù)，算出覆蓋度。

根系抗拉性。通過根系夾持工具將植物一端固定住，另一端用根系夾持工具與推拉式指針測力器連接，緩慢拉動推拉式指針測力器，直至將植物拔出土壤。為避免根系在夾持部斷裂，從而正確反映出根系的抗拉性能，排除夾具處斷裂時測得的數(shù)據(jù)。

土壤含水率。使用智能土壤水分檢測儀將試驗地分別取三角形的點(diǎn)檢測數(shù)據(jù)，為了避免天氣原因?qū)е峦寥篮鼠E然變化，本試驗挑選連續(xù)5 d晴天檢測含水率。

土壤抗剪強(qiáng)度。針對不同的坡地，測定不同部位的植物覆蓋土壤多處淺陋表土壤抗剪強(qiáng)度，每塊試驗地取上中下3個高度，各取3個點(diǎn)來測量，取平均值。

土壤緊實度。用土壤緊實度測定儀測量不同部位的植物覆蓋土壤，每塊試驗地取上中下3個高度，各取3個點(diǎn)來測量10 cm深度的土壤緊實度，取平均值。

1.5 測量工具

HZR-SWR智能土壤水分檢測儀(北京惠澤農(nóng)科技有限公司)；RYNY-106土壤緊實度儀(上海茸研儀器有限公司)；WI88027袖珍土壤剪力測量儀(北京金泉水科技有限公司)；KTL-200推拉式指針測力器(無錫市大箕山工儀器有限公司)；JZC-B2型多功能坡度測量儀(中國溫州南方建筑儀器廠)。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗地播種時氣溫情況

試驗周期從8月到次年1月，期間氣溫情況如圖1所示。試驗期間最低氣溫-9 ℃，最高氣溫38 ℃。富陽山區(qū)氣溫有時很低，波動范圍較大。試驗期間浙江經(jīng)歷了罕見的寒潮，對后期各種植物的生長存活有較大影響。

圖1 試驗地氣溫變化情況

2.2 草灌混播植物的覆蓋度變化

植被覆蓋度是在地面衡量地表植被狀況的一個最重要的指標(biāo)，同時又是影響土壤侵蝕的主要因子。植被覆蓋及其變化是全球和區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化的重要指示[13]。試驗點(diǎn)墾造耕地存在肥力低下、耕作層淺、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)不佳、礫石度大、保肥保水能力差等問題，直接影響植物的有效利用。

表1表明，狗牙根播種3 d后迅速發(fā)芽，各播量處理中，T1的覆蓋度較低，30 d時覆蓋度只達(dá)到40%，此時T2的覆蓋度為63%，而T3、T4、T5的覆蓋度分別為92%、98%和99%；45 d后，T1的覆蓋度達(dá)到66%，而T2、T3、T4、T5的覆蓋度快速到達(dá)92%、100%、100%和100%。由此可見，5 g·m-2的種子投加量的草本量太低，未能起到初期固土和保護(hù)灌木的作用。其他各處理下，馬棘、胡枝子、鹽膚木在草木植物狗牙根的保護(hù)下，整體長勢良好。

表1 試驗地的覆蓋度隨時間變化情況

2.3 植物抗拉力試驗

植物生長兩個半月后，同時進(jìn)行株高、莖粗、根長和根系抗拉力的測定。由表2可知，幾種護(hù)坡植物中，胡枝子的抗拉力較強(qiáng)，其株高較低，只有21.75 cm，但其根長和根莖最大，故測出胡枝子的抗拉力達(dá)到106.88 N，遠(yuǎn)超其他幾種植物。鹽膚木的抗拉力次之，馬棘和狗牙根的抗拉力相對較弱。3種灌木的抗拉力、根長與直徑均高于草本植物狗牙根，由此可見，在護(hù)坡固土方面，灌木表現(xiàn)明顯超過草本。所以新墾地的護(hù)坡應(yīng)當(dāng)草灌結(jié)合共同護(hù)坡，所以后面主要對灌木的生長情況進(jìn)行統(tǒng)計。

表2 植物抗拉力試驗及株高等性狀

2.4 植物生長數(shù)量統(tǒng)計

生長2年后，試驗地植物覆蓋率仍為100%，對播種的植物數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計，同時對每塊地的含水率、剪切力和土壤緊實度進(jìn)行測定。2年后各處理護(hù)坡植物狗牙根、馬棘、胡枝子和鹽膚木都有生長，對試驗地的坡面上部和下部的灌木數(shù)量按叢和種類分別進(jìn)行統(tǒng)計。

表3顯示，T1處理的坡上下部均無胡枝子生長，可能是T1的種子投加量少，當(dāng)年即有部分裸露土面，僅有少量草來保護(hù)坡面，導(dǎo)致坡面覆蓋度較低，惡劣的生長條件造成胡枝子的死亡。就坡的位置來看，植被主要生長的坡上部，坡下部則除了T3、T4有少量生長外，其他處理均無生長。T5因灌木種子投加量大，坡上部胡枝子的叢數(shù)和株數(shù)達(dá)到最高。

表3 胡枝子生長數(shù)量

表4顯示，馬棘在各處理的坡面及坡上下部均能生長，且長勢較旺。同樣，T5因種子投加量大，馬棘的叢數(shù)和株數(shù)達(dá)到最高，且馬棘的總叢數(shù)和總株數(shù)隨著種子投加量的增大而增大。除T4外，其他各處理均以坡上部植物的株數(shù)和叢數(shù)較多。由此可見，馬棘與胡枝子均適于在坡上部生長。

表4 馬棘生長數(shù)量

表5顯示，兩年后各處理鹽膚木均能生長，且生長良好，個別植株高大。以T2坡面的總叢數(shù)和總株數(shù)最低，T5的最高，總叢數(shù)和總株數(shù)與種子投加量呈正相關(guān)。各處理在坡上部和下部的株數(shù)和叢數(shù)呈平均分布，其間差異不大。由此可見，鹽膚木對生長環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)。

表5 鹽膚木生長數(shù)量

2.5 含水率、剪切力和緊實度情況

土壤的抗剪強(qiáng)度是保持土體穩(wěn)定性的重要因素[14]，抗剪能力強(qiáng)說明根系固土效果好，能提高坡面的穩(wěn)定性，反之則說明固土效果差，邊坡容易失穩(wěn)。土體的結(jié)構(gòu)、密度和含水量等因素均與抗剪強(qiáng)度指標(biāo)相關(guān)聯(lián)，但對于同一試驗區(qū)來說，土體的結(jié)構(gòu)和密度變化不會很大，而含水率對抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響要遠(yuǎn)大于其他因素。因此，土壤含水率可作為檢測土壤護(hù)坡效果的重要指標(biāo)[15]。

由表6可知，各處理的含水率平均值差異不大，新墾山地邊坡中部含水率數(shù)值要高一些。T5地塊含水率略低，可能是由于此坡面上的植物數(shù)量較多的緣故，T3的含水率最高。

表6 試驗地含水率、剪切力和緊實度情況

土壤剪切力和緊實度是坡岸抗侵蝕和穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。一般認(rèn)為，表層和淺層的土壤剪切力越高，坡岸表面滑坡的可能性越??；表面的緊實度越高，坡岸耐風(fēng)蝕和雨蝕的能力越強(qiáng)[16]。淺層土壤抗剪強(qiáng)度實際上是土壤與植物根系復(fù)合體的抗剪強(qiáng)度，更能反映植物根系的固土作用[17]。由剪切力數(shù)值來看，坡上部的剪切力小于中下部的剪切力，平均剪切力數(shù)值由高到低為T5>T3>T2>T1>T4，表明以種子投加量為40和20 g·m-2剪切力的植物根系固土能力強(qiáng)，表現(xiàn)最差的為30 g·m-2種子投加量處理，盡管用種量大，但其固土效果卻最差。

T1、T2、T3坡面緊實度隨坡由上到下呈遞增趨勢，而T4和T5則呈遞減趨勢，10 cm深度下平均緊實度排序為T3>T2>T1>T4>T5。試驗結(jié)果顯示，盡管T4和T5的種子投加量大，植株數(shù)量也多，但植物長勢不好，且相互影響生長，導(dǎo)致根系不夠發(fā)達(dá)，固土能力下降。由此表明，新墾地土層10 cm深度下，種子投加量為20 g·m-2的植物根系的固土能力最強(qiáng)。

3 小結(jié)

試驗選擇本地種類的馬棘、胡枝子、鹽膚木、狗牙根4種植物進(jìn)行草灌混播，采用5種草灌混播種子投加量，考察新墾山地生態(tài)護(hù)坡效果。坡面植物的抗拉力從高到低分別為胡枝子、鹽膚木、馬棘、狗牙根，3種灌木無論是抗拉力還是根長和直徑的表現(xiàn)均明顯超過草本植物，草本在生長初期可起到保護(hù)灌木的作用，所以新墾地護(hù)坡應(yīng)當(dāng)草灌結(jié)合，共同護(hù)坡。

試驗根據(jù)植物數(shù)量統(tǒng)計探明3種灌木在坡面上的分布情況。馬棘與胡枝子一樣適于在坡上部生長，鹽扶木在整個坡面均有分布。根據(jù)種植的效果顯示，20 g·m-2種子投加量處理的坡面上3種植物可協(xié)同生長，互不影響，生長狀況良好，有良好的固土效果。

根據(jù)兩年多的草灌混播灌木的生長情況、次年恢復(fù)灌木數(shù)量、土壤剪切力、土壤緊實度等結(jié)果綜合考慮認(rèn)為，20 g·m-2的種子投加量可作為新墾地田埂邊坡的最優(yōu)種子投加量，且遠(yuǎn)低于一般公路邊坡的種子投加量。因此，本方案可以替換一般性護(hù)坡工程種子噴播量的方案，從而達(dá)到在保持原有固土效果的同時能夠降低各種材料成本。