植物篱水土保持技术研究进展

杨玉义，黄 璐，严力蛟

(浙江大学 生命科学学院生态规划与景观设计研究所，浙江 杭州 310058)

坡耕地占我国耕地总面积的43.8%，是山区的主要土地资源。水土流失是制约山区农业发展、影响产业结构调整的瓶颈。植物篱、坡改梯等工程技术在部分地区应用有效抑制了水土流失，改善了生态环境，提高了作物产量，深受农民欢迎。植物篱水土保持技术是在坡耕地上一定间距种植草本或木本植物，以减少水土流失、保护坡地的技术［1－10］。该项技术可保持水土、改善土壤性质，但也有占用耕地、与农作物竞争养分的问题［10－19］。本文综述近10年来该项技术的进展，讨论未来研究重点，旨在促进该技术在我国山区推广，使山区农业走上高效生产、生态保护的良性发展之路。

1 国内研究的区域差异

植物篱水土保持技术于20世纪90年代导入中国，但是该项研究存在明显的区域差异。2002年土壤普查数据显示 (图1)，全国土壤水蚀面积前5位的省份是四川、内蒙、云南、陕西、甘肃。然而植物篱水土保持技术的研究地域主要集中于南方(图2)，四川省是相关研究最多的地方，该地域的相关研究文献占文献总数的35.80%，其次是湖北省 (20.99%)和贵州省 (16.05%)，该3个省文献总数占总文献量的72.84%，而北方的相关研究甚少。从整体上看:南方红壤区研究较多，北方棕壤区研究少;丘陵区研究多，高原沟壑区研究少;亚热带湿润半湿润地区研究多，温带干旱半干旱地区研究少。由于气候类型、土壤条件的显著差异，南方植物篱水土保持技术研究成果在北方的适用性不强，需要进行大量研究以弥补区域理论研究方面的差异。

2 植物篱的选择

选择适宜的植物篱品种能够减少水土流失，还能带来可观经济利益。李秀彬等［19－28］指出植物篱选择应考虑3个因素:植物篱的生物学特性、环境适应能力及植物功用;孙辉等［29］提出:植物篱应适合于当地应用、能保持水土、能培肥土壤、并有多种经济用途。植物篱的选择不仅要考虑防止水土流失效果和增收效应，还应以本土物种为主，以有利于保持生物多样性和区域生态系统稳定。Owino等［5，9］发现本土的象草和甜根子草比外来物种香根草更为合适用作植物篱。张斌等［30－37］］则使用参数投影模型评价样本的优劣来选择植物篱品种。经过10多年的研究，我国植物篱品种选择取得显著进展，选出了一批适合于不同地区应用的品种。我国各地区应用的植物篱品种:三峡库区新银合欢，马桑、黄荆和木槿［29］;金沙江干旱河谷地区山毛豆、云南合欢、新银合欢［29］;冀西北黄土丘陵区柠条、紫穗槐、黄花菜、杏树、海棠［33］;红壤坡耕地黄花菜、百喜草、香根草［32］;陕北柠条、槐、沙棘、沙柳［32］。

图1 2002年全国水蚀面积最大的前5位省份

不过，植物篱品种的选择是一个长期的过程，不仅需要专家的努力，也需要农民的参与。在推广过程中，专家的指导与农户的参与相结合，才会取得成功［20］。Pondel等［1］认为农民的参与对该技术的推广起有重要作用，当然也要考虑农民的试验能力以及其数据可信度问题。据此，提出植物篱品种试验推广流程图 (图3)。由科研人员和农民以现有推广品种和当地乡土物种为基础，依据当地气候水文条件建立植物篱品种选择库;科研人员在当地农技人员的支持下开展试验研究，筛选合适的植物篱品种;然后，让农民参与推广实验，一方面增加农民对植物篱技术的认知;另一方面利于推广农民乐于接受的植物篱品种、种植模式和农牧等复合经营模式，实现生态效益与经济效益的统一。

图2 植物篱文献研究前5位的省份

图3 植物篱品种选择及推广流程

3 植物篱的水土保持效益

3.1 减小径流，控制水土流失

坡面径流是水土流失的重要原因。目前，国际上出现杂草缓冲区 (weed buffers)、草地缓冲区(grass buffers)等术语，它与植物篱的差异在于前者条带更宽，但目的和本质相同。Mihara等［6］发现宽7.2 m的杂草缓冲区可明显减小径流，截留99.6%的土壤流失量。Dorioz等［4］发现草地缓冲区能降低水土流失过程中磷的损失，但还需作长期观察。国内学者对此也有不少研究。

水土流失分为面蚀和细沟侵蚀，局部径流改变是导致泥沙侵蚀的根本原因，造成土壤有效养分流失［11］，随着降雨时间的延长、雨量增大，细沟侵蚀超过面蚀成为主要侵蚀方式［25，36］。植物篱地表覆盖可以改变径流，使侵蚀量与降雨量不呈正相关关系［14］。植物篱还可改善土壤团聚体稳定度，减少水土流失［24］。在实际应用中植物篱发挥了良好的效果，在侵蚀沟生态恢复过程中使用植物篱技术年径流量为无植物篱处理的7.2%，泥沙流失量为对照的 1%［34］。孙辉等［15，17，26，35］证实植物篱具有减小径流、保持水土的效果。李新平等［18，23］通过人工降雨实验采用线性回归和元胞自动机法建立了植物篱坡面土壤侵蚀模型。蔡国强等［8］通过试验评估了欧洲土壤侵蚀模型 (EUROSEM)在我国应用的有效性。综合当前研究表明植物篱能减小径流、降低土壤流失的机制主要是:覆盖阻挡作用、局部径流改变和土壤颗粒性质改变。但微观机理有待进一步研究，降水侵蚀模型的有效应用需要对参数选择和可操作性进行慎重考虑。

3.2 改善土壤养分

植物篱可以控制水土流失，还可改善土壤养分状况。Babalola等［7］研究发现香根草覆盖量达6 t·hm－2时，土壤 NO－3含量是无香根草覆盖的2.47倍。Sudhishri等［9］发现甜根子草能有效增加土壤有机质和可溶性钾积累。廖晓勇等［22］发现植物篱刈割茎叶后土壤养分状况有显著提高，养分呈现水平和垂直分异。孙辉等［27－30］研究了植物篱茎叶中有机质的分解和磷、钾、钙、镁的矿化过程，发现植物篱茎叶刈割后氮、钾可满足农作物产量所需，磷素需要施肥补充;而林超文等［21］发现从土壤绝对量来看，磷有高度富积，而有机质和钾则高度耗竭。出现此种差异可能是植物篱品种和土质不同所致。植物篱能显著改善土壤肥力，但是不同植物篱品种和种植条件的影响还有待进一步研究。

4 植物篱技术的推广应用

4.1 植物篱与农作物的养分竞争

植物篱生长需要一定的水肥条件，不合适的植物篱与农作物搭配会导致种间抑制而减产。Dercon等［2－3］研究发现:球茎虉草、两耳草、象草会同农作物竞争养分而影响产量。郭忠录等［16］发现紫穗槐、香根草间作与大豆单作相比，间作大豆地上部分干物量和吸氮量降低，紫穗槐负面影响更强。张展羽等［38］发现百喜草在关键时期与柑橘形成竞争关系而影响柑橘产量。但是竞争抑制发生在何种作物生长阶段，争夺何种生长因子，通过何种耕作管理措施降低负面影响，选择合适的植物篱与农作物搭配避免养分竞争均须进一步研究。

4.2 多样种植模式，层次复合经营模式

植物篱水土保持技术实际应用的关键是与当地实际情况相结合，采取合理的种植模式与复合经营模式相结合的方式，既要保持水土又要实现最大经济效益。Poudel等［1］发现植物篱小区内“大白菜、番茄、大白菜”轮作比“番茄、大白菜、番茄”更利于保持水土。唐亚等［10］发现植物篱与桑树间作，桑叶鲜重、干重分别比传统桑高57%、87%。陈一兵等［12－13］发现“经济植物篱 +横坡种植”模式减少水土流失66.0%，耕地生产系统产能提高17%，并以四川丘陵为例针对高坡度、中坡度和低坡度耕地的不同立地条件提出适合各个坡度条件的经济植物篱模式。目前，国内部分地区已经形成一些比较成熟的植物篱模式，推广应用已经起步。但要实现全国坡耕地的推广应用，必须在总结前人研究的基础上，依据气候水文条件及植物篱品种与农作物之间的关系筛选出适合当地的最佳植物篱模式，形成农业牧业、农业蚕桑产业等相结合的复合经营模式。

我国各地应用的植物篱种植模式:贵州省茶叶+杨梅、桃树+金养麦、梨树+紫花苜蓿、桃+紫花苜蓿、梨树 +皇竹草、梨树 +黄花菜［20，31］;四川省植物篱+桑树、植物篱+桑树+果园、植物篱+农作物、植物篱 +牧草［12、29］;云南省花椒 +黄花、花椒+饲草作物［32］;山西省矮化枣 +金银花篱笆、香椿 +金银花篱笆、矮化石榴 +黄花菜篱笆［29］。

4.3 植物篱的效益评价

正确评价植物篱效益是植物篱品种和种植模式选择的重要依据。Sudhishri等［9］将植物篱水土保持效益、饲料价值、经济价值、维护成本4种因子赋予权重，对香根草、甜根子草、金雀草评价，得出甜根子草为最适品种;李裕荣等［20］在评价过程中引入农民评分，从中找到农民乐于接受的植物篱模式;祝其丽等［38－39］采用层次分析法发现新银合欢双行植物篱+农作物配施磷肥模式的综合效益最优。植物篱的效益评价方法要依据应用目的，将植物篱应用于生态修复、公路护坡则要以生态效益为主;植物篱应用于农业系统，就要对经济效益、生态效益作综合分析。

5 讨论

我国山区面积占国土总面积的69%，占耕地面积的40%。但植物篱仅用于四川、云南、湖北、贵州等少数省份，需要进一步研究推广。我国植物篱水土保持技术面临的主要问题是:如何平衡植物篱占用耕地与农业增产之间的关系;如何实现植物篱综合利用、降低水土保持费用;如何搭配植物篱与农作物、实现生态位合理分离等。我国植物篱水土保持技术研究未来趋势是:理论研究深入化;实践推广合理化;效益评估综合化。理论研究深入化包括:采用REE元素、同位素标记技术研究土壤侵蚀机制，建立适用于我国的土壤侵蚀预测模型;加强北方气候水温土壤条件下植物篱水土保持技术的研究;研究植物篱对土壤理化性质、土壤微生物活性的影响;研究植物篱对养分循环、能量利用的影响;研究植物篱水土保持技术与其它水土保持措施的比较与结合应用。

植物篱水土保持技术的最终目的是推广应用，为我国山区农业发展、农业产业结构调整、农民增收发挥积极作用。在推广过程中，关键是选择出适合当地条件为农民乐于接受的植物篱品种和种植模式。为加快推广应用，需研究的问题有:植物篱与农作物的搭配互作，避免产生竞争抑制;植物篱与当地其它产业之间的关系，与农牧、农桑等产业结合，实现复合经营，增加农民收入;植物篱与农作物系统中的平衡施肥措施;积极强调农民的参与;引入社会学的研究方法分析水土保持过程中农民的行为，解决存在的问题，因势利导建立政府、专家、农民多方参与的推广机制。

植物篱水土保持技术已在贵州、四川部分地区得到应用，通过效益评估可以发现问题，便于进一步解决。要实现可持续发展和良性循环，综合评价显得更为必要，它将为推广应用提供坚实基础。效益评估要在目标差异性、方法综合性、评价全面性的原则下对生态效益、经济效益、社会效益进行综合评价。要实现对植物篱效益的有效评估，需要做好以下方面:针对植物篱的应用目的建立不同的、操作性强的指标评价体系;采用先进的方法，如:生态系统服务功能评价方法、农民参与式评价方法等;评估的结果要有效地反馈，对发现的问题要及时处理。总之，通过“理论研究—推广应用研究—效益评价”的循环，三者相互促进，使理论研究不断深入，实际推广更加务实有效，评估体系能提供更加有力的反馈意见，探索出适合不同地区的植物篱种植模式和管理方法，促进植物篱在我国山区坡地的大力推广。

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