坡耕地植物篱技术研究进展

张旭斌 武晓莉 桂莉莉 唐臣燕 刘 源 李建伟

(1太原市通地国土工程咨询有限公司 2中国林业科学研究院荒漠化研究所3山西省水土保持科学研究所)

坡耕地是我国丘陵山区重要的耕地资源，占我国总耕地面积的34.3%。由于气候变化和人们的不合理耕作，造成坡耕地水土流失严重。坡耕地治理措施主要有两类:一是工程措施，二是植物措施。植物篱是防治坡耕地土壤侵蚀、提高土地生产力的一种行之有效的水土保持植物措施，并受到国内外学者的广泛关注，长期被研究和推广。自20世纪30年代在印度尼西亚产生植物篱技术后，菲律宾、丹麦、法国、肯尼亚等国家都相继进行了植物篱的研究和应用［1－4］。植物篱技术在20世纪90年代引入我国，其研究主要集中在长江中上游干旱河谷区和三峡库区、黄土高原水土流失严重地区［5］。

1 植物篱的概念

植物篱是依据生态经济原则选择种植物种，并根据坡耕地的坡度、岩性(母质)和侵蚀强度等进行等高种植的一种农田间作技术，其基本功能是改善该系统的水热条件，抑制杂草生长，控制水土流失，提高坡地生产能力，达到坡地生态、经济的良性循环和可持续利用［6，7］。但国内外对其概念并没有统一的说法，如Charles K.Ssekabembe认为，等高植物篱是在等高线上成排种植灌木或乔木带，带间种植作物，并且在作物生长期对植物篱带进行周期性修剪的一种土地管理方式［8］。张宇清等将其定义为地埂篱，即为防治水土流失、改善农田生态环境、提高单位土地生物生产能力和经济生产能力以及增加农林复合经营系统的稳定性，将适宜的乔木、灌木或草本植物配置在梯田埂坎上形成的一种复合农林生产类型［9］。

2 植物篱的种植模式

2.1 物种选择

选择适宜的树种是植物篱种植模式的前提，适宜的树种不仅能有效地防治水土流失，还能给当地农民带来一定的经济效益，达到生态、经济、社会三大效益同步发展的目的。马德举等认为，植物篱物种的选择应符合三个条件:①区域适应性强;②生态效益好;③具有一定的经济效益［7］。杨玉义等认为，植物篱的选择不仅要考虑防治水土流失效果和增收效应，还应以本土物种为主，这样更有利于保持生物多样性和区域生态系统稳定［10］。J.O.Owino、Susama分别在肯尼亚和印度东部的研究均发现，本土的象草和甜根子草比外来物种香根草更适合作为植物篱物种［11，12］。杨远祥等认为，植物篱植物应易于繁殖，根系深，耐刈割，耐干旱瘠薄，生长迅速，适应范围广，且最好为固氮植物［6］。许多学者以不同的植物材料，在不同的区域开展了植物篱种植及效益分析实验。如姚桂枝等在丹江口库区坡耕地采用紫穗槐、金银花、黄花菜及龙须草4种植物篱措施，都有效地减少了坡耕地的水土流失［13］。在三峡库区，吕文星等应用黄荆和紫背天葵2种植物篱处理，都不同程度地改良了土壤的物理性质，减少了土壤侵蚀［14］。在红壤区，李新平等采用黄花菜和百喜草2种植物篱，其径流量、侵蚀量分别减少了4.67%和37.82%［15］。在紫色土区，夏立忠采用了紫花苜蓿和香椿植物篱也达到了显著的生态效益［16］。在云南，史亮涛等引进了豆科速生树种南洋樱作为植物篱，其不仅生长良好，且年径流模数减少率和土壤年退化减少率分别为76.90%和76.02%［17］。

2.2 带间距

带间距是坡地植物篱种植模式控制表土养分流失的重要环节，其很大程度上决定了植物篱种植对土地利用效率、土壤侵蚀及面源污染的控制效果。许峰等认为，在带间径流侵蚀处于溅蚀分散—片流搬运为主阶段时，篱前淤积层宽度应使水流流速衰减至小于一定粒径的土壤细颗粒的起动流速，才能有效减少养分流失，因此，等高植物篱带间距应控制在细沟侵蚀发生的临界坡长范围内，因此时天然降雨条件下的片流侵蚀不足以携带粒径＜0.02 mm的土壤颗粒［18］。施迅认为，坡面侵蚀受到土壤状况、气候条件、坡度、坡向等多种因素的影响，无法给出植物篱带间距的统一标准，但是应有一定的理论指导，在考虑坡度和土层厚度时的推导公式为:L=4H/sin2α(式中:L为带间距，H为坡面土壤厚度，α为坡度)。此公式在侵蚀量较大且成土母质风化较慢的地区，意义比较重大［19］。

2.3 带间结构

植物篱带内部结构可根据实际情况，充分考虑侵蚀程度、田面宽度和农民接受的可能性确定。施迅总结的篱笆带间结构有:①由单行篱笆植物构成的篱笆带;②在单行篱笆植物间插种经济作物;③双行篱笆植物构成的篱笆带;④一行篱笆植物与一行经济植物并种构成的篱笆带;⑤多行植物构成的篱笆，中间留空隙种植另一种篱笆植物或经济作物，或填充石块等［19］。

由于坡耕地的地形、生态环境以及当地社会经济情况的不同，植物篱的种植不能只有一套模式，而应该根据当地的现实条件因地制宜地选择合适的模式。西南三省及山西几种比较成熟的植物篱模式主要有:贵州常见的有梅、桃树+金荞麦、梨树+紫花苜蓿、桃+紫花苜蓿、梨树+皇竹草、梨树+黄花菜;四川常选用植物篱+桑树、植物篱+桑树+果园、植物篱+农作物、植物篱+牧草的模式;云南的花椒+黄花、花椒+饲草作物模式应用较多;山西则有矮化枣+金银花篱笆、香椿+金银花篱笆、矮化石榴+黄花菜篱笆等模式［20］。龙高飞等研究表明，植物篱+农作物/牧草/果园/桑园，经济植物篱+固氮植物篱+农作物，固氮植物篱 +复合植物篱等多种模式［21］，均具有良好的生态经济效果。目前，在这方面的研究还需要继续开展，以适应各地生态环境和经济发展的需求。

2.4 株距

目前，对于植物篱株距的研究还没有统一的标准。施迅将近地面枝条密度作为设置株距的依据，得到:N=Pn/Pm(式中:N为单位长度内所需植株数，Pn为所需的近地面枝条密度，Pm为该种植物单株平均地面枝条密度。马德举等认为，株距要根据篱笆的形成速度和挡土、挡水效益来确定，如果植物生长力强，形成篱笆时间短，株距就可以宽些，否则就应密集种植［9］。

3 植物篱的水土保持效果

3.1 保持水土作用

在坡耕地布设植物篱能够有效减少水土流失，地上部分能够增加地面植被覆盖度，增加地面粗糙度，减缓径流速度。植物篱的机械阻挡作用，降低了径流携带泥沙的能力。同时，地下部分能够改善土壤团聚体稳定度，改善土壤的物理性状，提高土壤抗冲性，从而有效减少坡耕地的产流、产沙量。

Narain对坡耕地等高种植的研究表明，玉米等高种植比顺坡耕作减少径流和土壤侵蚀量分别为27%和45%，而新银合欢等高植物篱下径流和侵蚀量又比玉米等高种植减少40%和48%［22］。Banda在44°陡坡地的实验结果表明，非保护性耕作(玉米)下土壤侵蚀量达80 t/hm2，而应用新银合欢等高植物篱后降低到2 t/hm2［23］。彭熙等研究指出，新银合欢、马桑及黄荆植物篱均有明显的减流、减沙效果，其减少土壤侵蚀量的效果比减少径流量更明显［24］。刘定辉等在紫色丘陵区研究中发现，不同坡度下衰草植物篱都能有效地减少水土流失，且12°比24°时的植物篱减流、减沙效果更加明显［25］。许峰等在三峡库区紫色土25°坡地大雨强模拟降雨下的实验表明，香根草等高植物篱能减少相当于对照坡耕地的82.2%的侵蚀量［26］。蔡强国等在对秭归县红石岩等高植物蓠笆小区天然降雨观测和人工模拟降雨试验数据分析表明，植物蓠笆可有效地减少土壤侵蚀量，这种作用在大雨强降雨时尤其明显［27］。

3.2 涵养养分作用

植物篱可以改善土壤理化性状。植物篱根系能够改善土壤渗透性能和通气状况，使得土壤容重减小，空隙增加，土壤入渗量和入渗率提高，从而使坡面产流时间延长，径流与表土的混合、养分溶解交换过程更加充分，从而使土壤养分含量增加［28，29］。孙辉等对固氮植物篱改善土壤养分的状况进行了长期定位研究，发现与传统顺坡种植相比，采用新银合欢等高植物篱和山毛豆等高植物篱后，土壤全氮、有机质、有效钾和阳离子交换量都有不同程度的提高，农作物产量也明显高于对照［30］。廖晓勇等在三峡库区以皇竹草为植物篱，研究发现植物篱能显著改善土壤物理性质，维持并提高坡耕地土壤有机质及氮、磷、钾素养分含量，有效改善了土壤肥力状况［31］。

4 研究展望

由于植物篱技术具有很好的保持水土、减少侵蚀、减少土壤养分流失、提高土地生产力的作用，使得植物篱技术的应用越来越广泛。但是，也存在一些不足和需要解决的问题。

(1)植物篱的生长也需要一定的光、水、肥，这势必会同农作物产生竞争作用，从而降低农作物的产量。同时，采用定期修剪植物篱的方式来减少养分竞争，不仅要耗费大量的劳动力，还会影响经济效益，因此，如何合理布设植物篱种植密度和科学修剪，还需要进一步研究。

(2)植物篱对土壤的改良多局限于篱下土壤，对带间土壤的改良作用并不太明显，如何将改良土壤的作用扩大化，还需要深入研究。

(3)在防止农业面源污染方面，植物篱技术应与其他水土保持措施相结合，以期最大限度地保护农业资源和生态环境。

(4)当前，对植物篱的研究多在减流、减沙和保持土壤养分方面，而对植物篱地下部因地下渗漏和壤中流减少的养分研究很少，同时对植物篱的综合效益(生态、社会、经济效益)研究和评价也很少报道。因此，应进一步就植物篱群落垂直结构、物种配置及其对复合系统的调控开展研究，以揭示植物篱对土壤结构和理化性质的作用机理，进而建立适当的效益评价机制。

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