降雨量和饲料苎麻对坡地水流失和生物量的影响

熊 伟，徐 敏，王 维，汤涤洛，汪红武

（咸宁市农业科学院，湖北 咸宁 437100）

苎麻根系发达，固土能力强，保水效果佳，能缓解与粮油作物争地的矛盾，适合南方坡耕地种植。发展苎麻上山，具有良好的生态、经济、社会效益［1］。苎麻可作为南方地区优质的牧草资源被开发利用，其嫩茎叶作为高品质的牧草被建议用于家畜饲料［2］。2016 年农业部印发《全国种植业结构调整规划》将饲用苎麻列为南方地区饲草作物［2］。苎麻纤维价格低廉，在平原地区少有农户选择在自留地里种植苎麻，这促进了苎麻在山坡地的种植发展［3］。苎麻具有水土保持作用，种植2 年后，种植地水土流失轻微，保持水土效果相当于种植5~6 年的疏林、幼林［4］。苎麻茎叶具有降水截留、削弱溅蚀、抑制地表径流等作用［5］，其枝繁叶茂、根系发达，可有效降低土壤侵蚀量和地表径流量［5］。

在全球气候逐渐变暖的背景下，极端天气事件频繁，短时期内高强度降雨增长［6］。水土流失是红壤丘陵区土地退化的原因，而坡地水土流失占该区水土流失总量的50% 以上［7］。中国丘陵山区面积大，红壤是长江流域以南各种红色或黄色酸性土壤的总称，面积2.18 亿hm2，占全国土地面积22.7%，水土流失比较严重［8］。苎麻作为优质牧草开发的潜力主要体现在3 方面，苎麻粗蛋白含量高，营养成分与苜蓿相近［2］，在南方地区种植再生性强，生物产量大。水分是影响植物生存和生长的重要因子，植物生长季降雨量的变化是影响植被覆盖度和高度的主要驱动力［9-15］。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验在湖北省咸宁市崇阳县白霓镇石山村进行，该地四面环山，峰峦叠嶂，地处大幕山、大湖山、大药姑山之间，属低山丘陵区，土壤以山地丘陵红壤为主，含沙量大，极易产生表土流失。属亚热带季风气候，日照充足，温和多雨，无霜期长，四季分明。多年平均气温17.0 ℃，多年平均降水量1 693.2 mm，多年平均日照时数1 350 h，多年平均蒸发量1 584.5 mm。

1.2 种植材料

苎麻品种选用中国农业科学院麻类研究所提供的中饲苎1 号、华中农业大学提供的TG6，咸宁市农业科学院提供的“0904”；玉米为春玉米。

1.3 试验设计

2012 年6 月选红壤山坡地建设了15 个投影面积为85 m2（17 m×5 m）的小区，小区坡度为26°~27°，小区之间间隔0.5 m，每个小区四周用水泥板分隔，下部连接1 m×1 m×1 m 的集流池，用于收集小区内的径流和泥沙。在每个集流池安装了水位计，在试验小区周围布设雨量计监测降雨量。设置了两个排水口，一个为清空排水口，一个为超位排水口，安装水表和排水开关，超位排水口在水位超出70 cm 时自动排水，通过水表读数了解超位水量。在每次读到数据后，打开清空排水口开关，清空池中水，测量池中淤沙，然后清空。2017 年7—8 月栽植苎麻，TG6、“0904”、中饲苎1 号栽植株行距为60 cm×40 cm，在四周栽植中苎2 号、川苎12 号和华苎4 号3 333 m2作比较试验区和保护区。

试验共设5 个处理：处理1，种植TG6；处理2，种植“0904”；处理3，种植中饲苎1 号；处理4，种植农作物春玉米，于2018 年3 月底点播；处理5，种植杂草（CK），于种植苎麻时播撒含杂草种子土层1 cm左右。

水流失量的观测时间是2018 年1—12 月。

1.4 植物观测

产草量测定：试验材料生长至高70~140 cm 时测定鲜草产量，3 次重复。每小区内刈割30 m2，测定鲜草产量，刈割5 次，分别在5、7、8、9、11 月。

植株生长高度测定：在植株50~100 cm 时期，每小区随机取10 株，刈割，分别测量地面至叶心的伸展高度。

1.5 降雨量测定

采用上海气象仪器厂SM1型雨（雪）量器记录降雨量，每次典型降雨后人工测量降雨量，并进行记录。

1.6 水流失量测定

每次降雨后对径流池进行测量，读取水位计，对水流失量进行记录，并清空积水。

1.7 数据分析

采用Excel 2003 进行数据分析，并绘制图表。

2 结果与分析

2.1 2018 年降雨特征

2018 年，试验区的实验期间观测总降水量为1 085 mm，主要降水日见表1。4、5、6、7、8、9 、10月是当地植物的生长季，观测降水量分别是246.7、175.6、71.9、199.1、138.2、12.8、148.8 mm，占年降水总量的91.94%（图1）。其中9月降雨最少，4月降雨最多。

表1 全年观测降雨量

图1 全年每月降雨量

2.2 全年不同处理水流失量特征

不同处理水流失量分析见图2。由图2 可知，水流失量跟季节有关。5 月水流失量最多，4 月次之，7月水流失量排第三，梅雨季节水流失量较大。3 月水流失量最少，初春雨多降雨量低；9 月次之，7 月水流失量第三，秋季干旱对水流失量较小。从不同处理看，玉米水流失量最多，“0904”水流失量最少，苎麻减少水流失效果优于玉米。

图2 不同处理的水流失量

2.3 降雨量对水流失量的影响

降雨量与水流失量情况见图3。由图3 可见，随降雨量增加，水流失增加。降雨量42.0 mm 时水流失量为3.8 cm，40.0 mm 降雨量为水流失的起点。降雨量58.7~62.3 mm 开始出现水流失量猛增，62.3 mm降雨量为水流失的失控点。24 小时降雨量在0.1~9.9 mm 为小雨，10.0~24.9 mm 为中雨，25.0~49.9 mm为大雨，50.0~99.9 mm 为暴雨，100.0~249.9 mm 为大暴雨，≥250.0 mm 为特大暴雨。可见，水流失起点40.0 mm 为大雨程度。水流失的失控点62.3 mm 为暴雨程度。

图3 不同降雨量的水流失量

2.4 覆盖程度对流失量的影响

覆盖度对水流失量影响很大（图4），但水流失量主要还是受降雨量影响。8 月20 日，覆盖度达到90%，降雨量为138.2 mm，水流失量为14.8 cm，覆盖度增加减少了水流失量。4 月23 日覆盖度为60%，水流失量大。覆盖度在60% 以下时，水流失量随降雨量增加而增长。

图4 覆盖度、降雨量和水流失量的关系

2.5 降雨量与苎麻生长速度的关系

春季雨水充足，气温低，苎麻生长速度比较慢。5—6 月生长速度快，此时日平均降雨量为4.7 mm，6—8 月生长速度适度，9—11 月生长速度慢。从图5可见，3 个品种的生长速度与日平均降雨量趋势一致，可见降雨量对苎麻生长速度影响显著。3 个品种生长速度为中饲苎1 号>“0904”>TG5。

图5 生长速度与平均降雨量之间的关系

2.6 降雨量与饲用苎麻产量的关系

春季雨水充足，气温低，苎麻日增重较多。5—6月日增重最快，此时间段日平均降雨量4.7 mm。6—8 月日增重适量，9—11 月增重最低。从图6 可见，3 个苎麻品种的日增重与日平均降雨量趋势一致，降雨量对苎麻日增重影响明显，日增重量为饲苎1号>“0904”>TG5。

图6 日增重与平均降雨量之间的关系

2.7 苎麻与玉米的鲜草重对比

苎麻与玉米的鲜草重对比见表2。“0904”产量最高，其次是中饲苎1 号，再次是TG5，3 个苎麻品种鲜草重均高于玉米。

表2 不同处理的生物产量（30 m2）

3 结论

2018 年观测总降水量为1 085 mm，4—10 月是苎麻的生长季。

水流失量跟季节有关，5 月水流失量最多，4 月次之，7 月水流失量排第三，梅雨季节水流失较多。3 月水流失量最少，初春雨多，降雨量小，9 月次之，7月水流失量第三，可以看出秋季干旱对水流失量的影响。从不同处理看，玉米水流失量最多，“0904”水流失量最少，苎麻的减少水流失效果优于玉米。

降雨量42 mm 水流失量为3.8 cm，40 mm 降雨量为水流失的起点，62.3 mm 降雨量为水流失的失控点。水流失的起点在大雨程度。水流失的失控点在暴雨程度。

覆盖度对水流失量影响很大，但还是受降雨量影响。覆盖度达到90% 减少了水流失量，覆盖度在60% 以下时，水流量随降雨量增加而增加。

3 个苎麻品种的生长速度与日平均降雨量趋势一致，降雨量对苎麻生长速度影响明显，从生长速度看，中饲苎1 号>“0904”>TG5。

3 个苎麻品种的日增重与日平均降雨量趋势一致，降雨量对苎麻日增重影响明显。从日增重看，中饲苎1 号>“0904”>TG5。

“0904”生物产量最高，其次是中饲苎1 号，然后是TG5，3 个苎麻品种的生物产量均高于玉米。