假俭草不同种植方式在鄱阳湖区堤防的适宜性实证研究

李赟璟,肖胜生,刘洪光

(江西省水利科学院,江西省土壤侵蚀与防治重点实验室,330029,南昌 )

0 引言

堤防工程是防洪体系的基础和主体。据第一次水利普查公报[1],全国堤防总长度为41.4万km,其中5级以上堤防长度27.5万km,全国现有40%的人口、35%的耕地和约70%的工农业总产值在堤防的保护之下。作为水利工作大省,江西省各类堤防总长度也达到1.30万公里[2],其中大部分堤防位于鄱阳湖平原,是两岸防洪保护区内社会稳定和经济发展的重要屏障。

近年来,生态堤防的理念与实践得到了充分的发展[3-6]。植草护坡是生态堤防工程中最常用的一种手段,现有研究在草种筛选[7-8]、种植技术[9-11]和杂草管理[12-13]等方面取得了重要进展。但是,目标草种的适宜性问题不仅涉及到其与杂草的竞争情况,而且需要长期监测其生物量和优势度等指标。

以江西省为例,堤防面貌整体较差,堤身杂草、杂灌生长等问题普遍存在,严重影响了日常河道管理,特别是汛期巡堤查险和除险工作[14]。对于人工种植草皮而言,草种选择常常具有一定盲目性,并未从生态位的角度考虑所选草种在植物群落中的优势度。由于草种选择不当,不具备生态优势,大部分被野生杂草取代。对于自然植被恢复而言,植物群落通常具有较高的物种多样性和生产力,这就容易引起不同植物间竞争加剧,从而增加株高以争夺阳光。由于缺乏控高除杂的有效手段,造成目前堤防坡面同样面临着堤身高秆草本、灌木繁多等生态问题。因此,常规植草护坡带来繁琐的堤防日常管理工作,每年需反复清除高秆杂草,劳动强度大,管理者疲于应付,管理费用较高;另外大面积喷施灭生性除草剂带来严重的环境污染风险。

前期研究表明,假俭草(Eremochloaophiuroides(Munro)Hack.)是一种优良的堤防护坡草本植物[15],而且也是江西省乃至长江流域以南的乡土草本植物。假俭草,又名蜈蚣草,隶属于禾本科蜈蚣草属,为C4光合途径的多年生草本植物,是以耐瘠薄、病虫害少以及养护水平低而著称的世界著名的暖季型草坪草。假俭草具有较强的分枝和蔓延能力,能形成相对低矮、密度较高的草坪。考虑到假俭草结实率和成熟率较低的因素,市场上没有假俭草种子商品,结合假俭草自身优良的无性繁殖特性,目前在堤防护坡应用中假俭草主要采取3种方式:茎段撒播、茎段条播、草皮移栽。前期本研究团队针对不同的无性繁殖方式进行了小区尺度的试验,提出了假俭草撒茎覆土碾压的种植方式,为探索低成本、高效率的草茎繁殖方式提供了借鉴。上述3种种植方式之间哪种更有利于抢占生态位、抑制杂草入侵?哪种更有利于控制草皮整体高度?总体上尚缺乏基于堤防坡面的野外实证研究。

因此,本研究在江西省成朱联圩开展了较大规模的野外对比监测,进一步验证了假俭草无性繁殖方式。相关研究结果为积极应对汛期巡堤查险意义重大,也是“河长制”和水生态文明建设的基本要求。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于江西省成朱联圩范围内,分属江西省成新农场和江西省朱港农场所辖堤段。成朱联圩地处鄱阳湖滨,是位于赣江北支官港河、三老官河和中支河之间的二个封闭圩区,由南湖、成新、朱港三段圩堤组成,总长43.2 km。堤顶面宽6 m,圩堤内外边坡比例为1：3,圩堤等级为3级,是江西省重点圩堤。圩内围垦面积5.3万亩,圩堤保护农田3.6万亩,圩堤沿线共有排灌站6座。成朱联圩是江西省成新农场和朱港农场的“生命保障线”。

成朱联圩5—6月开始涨水,6—8月组织巡堤。但每年夏季汛期来临前,堤身、堤滩杂草丛生,长势旺盛。据前期观察,圩堤主要杂草大致分为三类。一是严重影响巡堤查险的苍耳(XanthiumstrumariumL.)、芦苇(Phragmitesaustralis(Cav.)Trin.exSteud.)、巴茅(Miscanthusfloridulus(Labill.)Warb.)、加拿大蓬(Conyzacanadensisvar.canadensis(L.)Cronq.)等恶性杂草,植株高度在100 cm以上;二是影响巡堤查险的牛筋草(Eleusineindica(Linn.)Gaertn.)、碎米莎草(CyperusiriaLinn.)、天蓬(Atropanthesinensis(Hemsl.)Pascher)、马唐(Digitariasanguinalis(Linn.)Scop.)等,植株高度一般在50 cm以下;三是不影响巡堤查险的狗牙根(Cynodondactylon(Linn.)Pers.)等草种,高度一般在30 cm以下,植株匍匐生长,茎段交织成网,水土保持作用明显。

1.2 试验设计

项目包含原有坡面对照(CK)、假俭草茎段条播(TB)、假俭草茎段撒播(SB)和假俭草草皮间铺(CP)4种处理方式(图1)。每个处理设计3个重复,单个重复设置60 m堤段,堤段坡长为20 m。不同处理间采取随机区组试验设计(表1)。

表1 堤段试验处理及其主要技术流程

假俭草材料采集于江西省丰城市赣江大堤背水面生长良好的假俭草草皮。其中茎段条播和撒播主要采集健壮的假俭草茎段作为建坪材料。将假俭草匍匐茎切成8～10 cm长的草段,每段至少含2个茎节。为有效地提高假俭草成活生根,种植前对草段经4%的尿素溶液浸泡5 min[16]。茎段条播和撒播密度为20根/m2,草皮按照1：2比例间铺。2020—2022年连续监测小区内覆盖度、植被高度和植物种类。

1.3 研究方法与数据处理分析

1.3.1 覆盖度 利用植被覆盖度摄影测量仪JZ-SH11对试验小区范围进行照片采集和数据处理分析覆盖度。监测期从2020年6月15日—7月6日,一周观测记录一次,后期观测间隔适当拉长,至2021年9月结束(此时2种茎段种植方式的覆盖度没有显著性差异,停止观测)。开始检测时,假俭草草皮铺植时覆盖度达到50%,本研究重点比较茎段条播与撒播的覆盖度。

1.3.2 草皮自然高度和植物种类 在每个试验区中沿对角线建立5处固定观测样方(1 m×1 m)(图2)。每次测定样方内草皮整体自然高度并鉴定植物种类。其中草皮高度监测期为从2020年6月中旬开始,前期大约一周观测记录一次,后期观测间隔适当拉长,共计观测13次;植物种类只监测了2020—2021年,共计5次。

图2 样方监测

1.3.3 控高效率 先计算假俭草茎段条播或撒播处理下草皮高度与对照的差值,再将差值与对照进行比值。以条播为例,具体公式为:控高效率=(CK-TB)/CK×100%。

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 20.0统计软件进行数据分析。采用单因素方差分析(one-way ANOVA)和多重比较(Duncan test)方法检验不同种植方法之间的上述各项监测指标的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 假俭草覆盖度的变化

覆盖度是草坪建植过程中非常重要的指标。覆盖度变化越大,成坪越快越有利于提升假俭草的生态位,挤占杂草入侵的空间,从而降低后期草坪除杂和水肥管理的成本。监测结果表明(图3),假俭草茎段条播和撒播2种建植方式下草坪覆盖度从建植初期的20%左右稳步上升,但总体上茎段撒播处理下覆盖度增长较快,但在2020年9月2种处理之间不存在显著性差异。至2021年9月,2种建植方式覆盖度都稳定在65%,并与2020年期间的监测结果形成显著性变化,之后停止监测。

图3 假俭草茎段种植覆盖度变化

假俭草属于匍匐茎生长的草本植物,通过分蘖横向生长,蔓延与繁殖能力较强。前期研究表明,假俭草撒茎覆土碾压草坪建植方式下分蘖速度平均为达到0.42个/天[11],野外调查也表明1株假俭草幼苗能在3个月后,覆盖直径1 m圆形区域的50%以上[17],占据生态位点的能力极强。

2.2 不同种植方式的控高效果

高度是草坪另外一种非常重要的指标。对于绝大多数草坪而言,高度越低和越平坦,整体景观效果非常美丽。另外,草坪草自然高度低,利于人们对草坪的管理,对于堤防护坡这一特殊用途来说就更是如此,低矮的草坪自然高度对汛期查险除险非常有利。下面分别从不同处理方式之间的草皮自然高度和控高效率2个方面展开分析。

监测结果表明(图4),各年份生长季期间,各处理草皮高度均在逐渐增加。总体上,与对照相比,假俭草处理植被高度变幅较小。对照处理堤防坡面,以狗尾巴草为主的植被高度在2020年6月上旬仅为5.7±4.2 cm,但后期生长迅速,至7月初防汛关键期已达到47.1±23.3 cm,对巡堤查险除险带来较大困扰。而假俭草建植坡面植被高度增长缓慢,7月关键期CP、TB、SB 3种种植方式下自然高度(带花序高度)分别为13.6±9.1 cm、21.2±19.0 cm和23.6±15.1 cm,与对照坡面相比,控高效率分别为71.03%、54.99%及49.88%。从整个监测期而言,CP、TB和SB3种假俭草处理下坡面植被平均高度分别为32.7±19.6 cm、26.9±16.8 cm和30.3±15.8 cm,均能有效控制大堤坡面植被高度,充分满足汛期巡堤查险需求,与CK(47.7±24.9 cm)相比存在显著性差异(P<0.05),控高效率依次可达到31.48%、43.44%和37.01%,但3种假俭草处理之间植被高度不存在显著性差异。

图4 不同种植方式下草皮自然高度的变化

2.3 假俭草对圩堤植物群落组成的影响

物种分析表明(图5),假俭草茎段条播和撒播处理下共享的物种最多,但是和对照共享的物种较少,表明假俭草种植大堤坡面的植物种类组成和对照区显著不同,假俭草可有效降低大堤坡面杂草种类,抑制高秆草灌的生长,便于堤防坡面日常管理。

3 结论与展望

堤坝杂草控制的根本是调控植被朝矮化方向演替,这样既能实现养堤、护堤的目的,同时有利于巡堤查险。本研究在鄱阳湖堤防坡面开展了3种建植方式下假俭草覆盖度、草皮高度和杂草种类的对比研究,为假俭草这一优良的水土保持植物在堤防坡面的快速繁殖与大规模应用推广提供了一定借鉴。总体上,1)假俭草具备强壮的匍匐茎,占据生态位点的能力极强。同时,相比于茎段条播,撒播处理下覆盖度增长较快;2)相比于原始堤防坡面,3种假俭草种植方式均具备很高的控高效率,充分满足汛期巡堤查险需求;3)假俭草处理下能有效抑制杂草入侵,提高草皮纯度,便于堤防坡面日常管理;4)假俭草草皮间铺成本最高,不适宜大面积推广;假俭草草茎撒播的覆盖速度高于条播,且二者在控高效率和控杂方面无显著差异,但撒播成本低于条播,可作为主推技术。

另外,通过野外实证研究还提出2点建议:1)鄱阳湖区堤防假俭草草坪建植期正属于晴热高湿,与杂草高峰期重叠,极易因杂草滋生而导致建坪失败。因此必须把握“主动除草”和“全过程去除、常年不断、屡年坚持”理念,从土壤处理、建植期养护管理等过程综合实施去除杂草,特别是建植前的土壤处理和建植初期的杂草芽前防除两个关键时期需要投入更多精力。2)假俭草茎段撒播技术在鄱阳湖区堤防护坡上应用前景广阔。项目组已掌握假俭草茎段建植草坪的技术体系。建议下一步继续深化假俭草茎段规模化生产方面的研究和实践探索工作,如是否可以利用鄱阳湖区堤防规模巨大的自身优势,将堤坡和坡脚平台建设成为假俭草采穗园值得探索。