优良堤防护坡植物假俭草草茎建植方式的比较研究

陶理志,周英雄,肖胜生

(1.江西省河道湖泊管理局,江西 南昌 330009;2.江西省水土保持科学研究院,江西 南昌 330029)



优良堤防护坡植物假俭草草茎建植方式的比较研究

陶理志1,周英雄1,肖胜生2*

(1.江西省河道湖泊管理局,江西 南昌 330009;2.江西省水土保持科学研究院,江西 南昌 330029)

采用3种草茎建植方式进行了野生假俭草无性繁殖的对比试验研究。结果表明：开沟植茎、草茎扦插两种建植方式下假俭草的草坪高度显著高于覆土碾压建植方式下的(P<0.05),但在前两种建植方式之间草坪高度不存在显著性差异；在3种方式之间，假俭草的地上生物量、草茎长度、分蘖数以及后期的覆盖度均没有显著差异，但草茎扦插方式下的前期覆盖度显著大于另外2种方式下的。最后指出撒茎覆土碾压是一种适于大面积推广应用的假俭草草坪建植方式。

堤防;植物护坡;无性繁殖;假俭草

堤防工程是防洪体系的基础和主体,肩负着保护人民生命、财产安全的重要任务。据第一次水利普查公报,全国堤防总长度为4.14万km[1],江西省各类堤防总长度也达到1.30万km[2]。之前的堤防护坡多从防洪安保的角度出发,主要采用混凝土或六角块等硬质护坡形式,造成生态功能缺失,视觉单一,不符合水生态文明的基本要求。土质护坡则存在大量侵蚀沟、水土流失严重并且危害堤防的稳定性。在土质边坡基础上自然恢复的植物护坡则存在灌木杂草丛生、影响堤防岸线景观问题,并且严重影响到汛期堤防查险除险[3]。因此堤防的景观生态护坡已经成为一个研究的热点问题。

大量文献研究表明,假俭草(Eremochloaophiuroides)是一种优良的堤防护坡目标草种；实地调查显示，江西省赣江沿线6个采样点假俭草植株平均高3 cm,优势度达到95%以上,覆盖度均达到95%以上。假俭草是禾本科蜈蚣草属多年生草本植物,其匍匐生长性能极强,扩展蔓延迅速,具有植株低矮、耐贫瘠、耐粗放管理等显著优点[4-6]。成坪后的假俭草草坪草层厚实,密度高,杂草基本上很难在其浓密的草层下萌发并造成危害[7-8]。但相关研究证实假俭草花粉与柱头的亲和力不足、自交不亲和，造成其结实率低、干秕率高、草种产量低、种子成熟期不一致,使得其种子难以收获[9-11]；实地调查表明，江西省赣江沿线6个采样点假俭草种子平均产量0.23 g/m2,结实率35.52%,成熟率36.45%。因此,在生产上假俭草种子价格昂贵,如从美国进口的假俭草种子平均需要100美元/kg,限制了假俭草的大面积推广应用。

利用植物的某些营养器官繁殖出新的个体是非常重要的快速繁殖手段[12-13]。对假俭草而言,利用其茎段材料作为外植体诱导丛生芽从而建立再生体系,是最直接、最简便、成苗速度最快的繁殖途径[14]。在生产实践中多采用草茎扦插等营养体建植法。但是营养体扦插建植也面临着插穗存活率较低、生根速度慢、个体生长发育迟缓、成坪速度慢等问题[15-16],从而在这期间要求保持土壤湿润并经常清除杂草,这会增加建植假俭草幼坪的管理成本。如何让假俭草匍匐茎快速生长、提高假俭草的成坪速度是生产实践上亟需解决的问题。因此,我们在前期野外调查的基础上,利用江西水土保持生态科技园科研平台,进行了假俭草草茎不同建植方式的比较研究,以期为推广假俭草护坡提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

假俭草无性繁殖试验小区位于江西省德安县的江西水土保持生态科技园(115°42′38″～115°43′6″E、29°16′37″～29°17′40″N)。该科技园为国家第一批全国水土保持示范园区,海拔30～90 m,坡度5°～12°,属亚热带湿润季风气候,年均气温16.7 ℃,多年平均降雨量1469 mm,降雨量年内分配不均,4～7月为雨季,占全年降水量的50%～60%。土壤为第四纪红粘土发育而成的红壤,坡面土层厚度约1.5 m。

1.2 试验设计

在科技园选出一块总面积约为120 m2的区域作为假俭草无性繁殖试验区,该区域的土壤条件、坡向、坡度(约为6°)均一致。首先清除试验区范围内的地表植被,移除25 cm厚度的表土层,对下层进行松土处理,清除石块及可见根系。之后在假俭草草茎建植前约2个月(4月5日)用非选择性除草剂(农达)全部喷施一次,彻底清除杂草及其土壤种子库。

在草茎建植前,对试验小区土壤的基础条件进行了取样分析(两个层次,每层共6个取样点),分析结果见表1。

表1 在草茎建植前试验区表层(0～20 cm)土壤的性质

试验区分为3种处理(开沟植茎法、草茎扦插法和撒茎覆土碾压法),每种处理3个重复,共9个小区,每个小区面积均为9 m2(3 m×3 m)。

在江西省新建县赣东大堤背水面沙滩上采集当年生或一年生健壮的假俭草茎段作为建坪材料。把假俭草匍匐茎切成8～10 cm长的茎段,每个茎段至少含3个节。采用3种无性繁殖之前,为有效地提高假俭草的存活生根率,用4%的尿素溶液统一对草茎进行浸泡5 min处理[17]。在建植初期,3种繁殖方法的单位面积上的草茎数量基本一致,约为20根/m2。

在试验过程中,草坪不修剪，不追肥,不施用杀菌剂、杀虫剂,只是人工拔除杂草。在草茎建植完毕后立即充分灌水湿透。在监测过程中每隔1 d在上午7:00～10:00浇水,每次浇水量以土壤不渗漏为宜。

1.3 处理方法及调查项目

开沟植茎法：在整理好的苗床上开沟,沟宽10 cm,沟深5 cm,沟间距40 cm。将处理好的假俭草草茎摆在沟中(平均每隔12 cm摆1根),注意将茎段两个茎节埋入土中,另一个茎节露在外面，然后覆土回填。确保当天采茎当天种完。

草茎扦插法:扦插时确保每个茎段至少有2个节在土内,并且将茎段周围的土壤轻轻压紧。扦插规格为25 cm×20 cm(行距×株距),每穴1株。

撒茎覆土碾压法:把提前准备好的8～10 cm长的茎节小段均匀地撒在已整好的苗床上,覆盖2～3 cm厚的土,之后用石碾轻压1遍,使茎节与土壤结合紧密。

植株自然高度:在每个试验小区中沿对角线选取3株进行红线标记；每次定株测定植株的自然高度；监测期从6月10日至8月22日草坪高度稳定止。草茎长度:用钢尺直接对标记的3株测量草茎长度；监测从2014年6月10日开始，至9月5日停止生长时结束,平均每5 d 1次。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2014年6月10日开始,至9月16日结束。分蘖数:每个监测日测量3株定株的假俭草的分蘖数；从2014年6月10日开始观测,至9月5日结束。地上生物量:在假俭草旺盛生长期(选取2014年8月10日),每个小区沿对角线设3个20 cm×20 cm的小样方，测量地上生物量；收获地上部分材料,称鲜重,然后在105 ℃烘箱内烘干至恒重。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0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)方法检验不同繁殖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 植株高度、地上生物量

草坪高度影响草坪景观效果。就绝大多数用途的草坪而言,草坪高度越低,草坪越平坦,越显得美观;并且草坪草自然高度低,有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,草坪自然高度低便于汛期查险除险。监测结果(图1)表明：3种草坪建植方式下假俭草草坪的自然高度在监测期间总体上都在增加,偶尔几次的下降变化主要是由假俭草干旱倒伏造成的；在假俭草植株高度相对稳定后,植茎、扦插和碾压3种建植方式下的草坪高度分别保持在14.4、14.5和12.5 cm。这与刘建秀等[18]得到的研究结果“在自然状况下假俭草草层的高度约为10 cm”基本相符。方差分析结果表明,开沟植茎、草茎扦插两种方式下假俭草的草坪高度显著高于覆土碾压方式下的(P<0.05),但开沟植茎与扦插之间不存在显著性差异。

图1 3种草茎建植方式下假俭草植株自然高度的变化

生物量是草坪草光合作用积累有机物的量。对一定时期内地上部分生物量的测定可以从侧面了解该草坪草积累物质的能力，从而反映草坪的整体生长状况。研究结果(表2)表明,植茎和扦插之间地上生物量较为接近,但都稍低于撒茎碾压处理下的地上生物量,但方差分析进一步表明三者之间的地上生物量不存在显著差异。将地上生物量和植株种群的自然高度相结合来看,撒茎覆土碾压方式既能达到较大的生物量,且草坪的整体高度也较低。这说明这种草茎建植方式下假俭草地上部的茎秆、叶片的密集程度较大,更符合堤防植草护坡的理想状况。

表2 3种草茎建植繁殖方式之间地上生物量的比较 g/m2

2.2 草茎长度、覆盖度、分蘖数

匍匐茎是假俭草重要的营养器官,其长度的大小会影响植物的生长以及种群的扩散。在整个定位观测期间,各处理的假俭草匍匐茎均呈不断生长的趋势,表现出匍匐茎旺盛的生长力(图2)。在9月上旬停止变化后,植茎、扦插和碾压3种建植方式下假俭草草茎长度分别稳定在79.5、88.9和82.8 cm。方差分析进一步得到,开沟植茎、草茎扦插和撒茎覆土碾压3种无性繁殖方式对假俭草草茎长度生长没有显著性影响。

图2 3种草茎建植方式下假俭草匍匐茎长度的变化

覆盖度是草坪建植需要特别注意的一个指标。覆盖度变化越大,成坪越快，越有利于提升目标草种的生态位,降低杂草入侵的可能性,从而降低后期草坪除杂和水肥管理的成本。监测结果表明,3种草茎建植方式下草坪覆盖度都在逐步增加(图3),至9月上中旬覆盖度都稳定在90%。在7月中旬之前,草茎扦插方式下的覆盖度显著大于开沟植茎和覆土碾压两种方式下的(P<0.05),但从8月开始3种草茎建植方式之间草坪覆盖度不存在明显差异。

图3 3种草茎建植方式下假俭草草坪覆盖度的变化

在草茎建植后,各处理组假俭草的分蘖数稳步增长,特别是从7月中旬开始假俭草的分蘖进入快速增长期(图4),这也说明假俭草占据生态位点的能力极强。同时在整个观测期间,3种草茎建植方式之间假俭草的分蘖数都不存在明显差异。9月初假俭草停止分蘖后,开沟植茎、草茎扦插和撒茎碾压处理下定株观测的假俭草分蘖数量分别平均为68、83和74个；在整个观测期间它们的分蘖速度分别平均为0.43、0.37和0.42个/d。

3 结论与讨论

假俭草被称为“懒人的草”或“穷人的草”,是一种非常理想的低水平养护管理的阔叶类草种,是一种优良的固土护堤和植草护坡的水土保持植物。在堤防坡面上,相较于其他草种,假俭草草坪具有低矮、耐践踏、耐旱[19]、耐瘠薄[20]、抗病虫害能力强[21-22]等特点,生态景观效益好,可以大大减少堤防日常管理维护(控高除杂)的成本,特别是有利于汛期开展堤防的查险除险工作。

图4 3种草茎建植方式下假俭草分蘖数的变化

鉴于假俭草结实率和成熟率较低的原因,目前较少涉及通过杂交、基因改良等手段培育结实率高的假俭草品系等方面的研究[5,23-24],而研究重点集中在优质野生假俭草种质资源筛选和草茎无性繁殖上[25]。传统上主要采用扦插和分株的方式来进行假俭草的无性繁殖,偶尔可见草茎埋植(开沟植茎)和移植草块的方式。但无论是植茎还是扦插都只适于小面积的小区移植,由于其费工费力、效率低下，不适于大面积的推广应用。因此本文在实践工作中考虑到在不缺水的条件下假俭草草茎移植成活率较高的因素,提出了撒茎覆土碾压的方式,试图探索一种低成本、高效率的草茎繁殖方式,为大面积的推广应用提供参考。

本试验得到江西省野生假俭草3种建植方式下草茎的平均生长速度分别为0.77、0.82和0.78 cm/d,这与吴佳海等[6]在贵州的研究结果(0.52 cm/d)较为接近,但远远低于任健等[26]在四川进行的野生假俭草扦插引种栽培试验得到的草茎生长速度(峨眉山假俭草和雅安假俭草草茎的平均生长速度均达到4.5 cm/d),这可能主要是由不同的种质资源以及土壤等环境条件差异造成的。

小区试验结果表明,与传统的草茎埋植和扦插相比,撒茎覆土碾压方式对草茎生长速度、分蘖数和成坪覆盖度没有产生不利影响,能够取得与传统的草茎埋植和扦插一样的效果,甚至该处理既能达到较高的地上生物量,也能获得更为理想的草坪整体高度,因此撒茎覆土碾压是一种可以考虑的无性繁殖方式。另外,在较大面积实施时,与草茎埋植和扦插相比,撒茎覆土碾压更能体现施工便利性和成本控制。因此,综合考虑,在较大面积的推广应用时,撒茎覆土碾压是一种值得推荐的假俭草无性繁殖方式。

4 研究展望

笔者只对假俭草3种草茎建植方式进行了某些指标的对比研究,初步探讨了撒茎覆土碾压方式的可行性。接下来还需要深化相关研究,特别是要细化撒茎覆土碾压建植的具体程序和规范,提供一整套低成本、高效率、操作简便的种植技术,为假俭草的快速繁殖与大规模应用推广奠定基础。

假俭草无性繁殖覆盖度要达到80%至少也要2个多月的时间,而在这期间清热高湿,杂草生长迅速。在实际工作中发现由于假俭草不能快速覆盖,即使对试验小区土壤基质进行了前期处理,但还存在较为严重的杂草入侵问题。在野外假俭草大面积的推广应用中就面临着更为严重的类似问题。因此,如何通过喷施叶面肥、添加复合肥等手段加快假俭草草茎的生长扩张能力,促进覆盖和尽快成坪是需要考虑的问题。

在试验小区尺度上,在保障水分供应的情况下假俭草草茎繁殖的存活率基本上可以达到95%。前期试验也表明采用适量浓度的萘乙酸、生根粉及吲哚乙酸等预处理插穗对扦插存活率没有显著影响。但是在野外大面积推广的背景下,如何保证假俭草草茎的存活率就是一个必须解决的问题。

相关研究表明,假俭草在不同土壤上的生长表现差异较大。因此进一步探讨假俭草草茎在不同土壤基质上的繁殖表现,特别是土壤结构、机械组成等土壤特性因素对草茎存活率、生长速度和成坪速度的具体影响,可以为假俭草在野外大面积推广应用提供科学依据。

[1] 中华人民共和国水利部,中华人民共和国国家统计局.第一次全国水利普查公报[J].中国水利,2013(7):1-3.

[2] 江西省水利厅,江西省统计局.江西省第一次水利普查公报[J].江西水利科技,2013,39(2):79-82.

[3] 贾金生,侯瑜京,崔亦昊,等.中国的堤防除险加固技术[J].中国水利,2005(22):13-16.

[4] Hook J E, Hanna W W, Maw B W. Quality and growth response of centipedegrass to extended drought [J]. Agronomy Journal, 1992, 84: 606-612.

[5] Hanna W W. Centipedegrass: diversity and vulnerability [J]. Crop Science, 1995, 35: 332-334.

[6] 吴佳海,尚以顺,唐成斌,等.优良天然草坪地被植物：假俭草的研究[J].中国园林,2000,16(3):76-78.

[7] McCarty L B, Higgins J M, Miller L C, et al. Centipedegrass tolerance to post emergence grass herbicides [J]. Hort Science, 1986, 21: 405-407.

[8] 王凯,刘一明,王兆龙.假俭草和海滨雀稗对土壤铅污染胁迫的生理响应[J].草业科学,2010,27(2):32-38.

[9] Fry J D, Lang N S, Clifton R G P. Freezing tolerance and carbohydrate content of low-temperature acclimated and non-acclimated centipedegrass [J]. Crop Science, 1993, 33: 1051-1055.

[10] 彭燕,干友民.野生假俭草营养繁殖方式比较研究[J].中国种业,2003(9):24.

[11] 袁学军,刘建秀,马克群,等.提高假俭草种子发芽率的研究[J].草原与草坪,2007(5):25-28.

[12] 陈华玲,彭玉辅,赵华,等.柳叶马鞭草繁殖技术研究初报[J].江西农业学报,2014,26(12):54-58.

[13] 祝剑峰,李芬,袁宇明,等.鸢尾组织培养快速繁殖技术研究[J].江西农业学报,2015,27(5):25-28.

[14] 舒必超,刘卫东,杨水莲,等.假俭草茎段丛生芽的诱导及植株再生[J].中南林业科技大学学报,2009,29(2):82-87.

[15] 柳后起,周守标,谢传俊.假俭草种质资源研究进展[J].草业科学,2008,25(1):59-65.

[16] 宋福娟,包国章,关胜超.施肥对假俭草匍匐茎生长的影响[J].东北师范大学学报:自然科学版,2010,42(3):145-149.

[17] 刘金平,毛凯,游明鸿.提高假俭草扦插成活率的几种方法[J].四川草原,2002(2):54-56.

[18] 刘建秀,朱雪花,郭爱桂,等.中国假俭草种质资源主要性状变异及其形态类型[J].草地学报,2004,12(3):183-188.

[19] Hook J E, Hanna W W. Drought resistance in centipede grass cultivars [J]. Hort Science, 1994, 29(12): 1528-1531.

[20] 任健,毛凯,范彦.假俭草的抗性[J].草业科学,1998,15(5):63-66.

[21] Wiseman B R, Gueldner R C, Lynch R E. Resistance in common centipede grass to the fall armyworm [J]. J Econ Entomol, 1982, 75: 245-247.

[22] 任健,魏宝祥.假俭草的主要病害及防治[J].草原与草坪,2002(4):49-50.

[23] Pederson J R, Dickens F R. A centennial centipedegrass [J]. Crop Science, 1995, 25: 364.

[24] 高强,颜学恭.假俭草生态学特性及在水利工程中的应用研究[J].长江科学院院报,2010,27(11):86-88.

[25] 毛凯,李西.不同土壤基质对野生峨眉假俭草成坪初期生长的影响[J].草原和草坪,2002(1):44-45.

[26] 任健,毛凯.四川野生假俭草引种栽培试验研究[J].四川草原,2002(1):28-31.

(责任编辑:黄荣华)

Comparative Study on Three Modes of Stolon Asexual Reproduction forEremochloaophiuroides

TAO Li-zhi1, ZHOU Ying-xiong1, XIAO Sheng-sheng2*

(1. Jiangxi River and Lake Management Bureau, Nanchang 330009, China;2. Jiangxi Academy of Soil and Water Conservation Sciences, Nanchang 330029, China)

The comparative study on three modes of stolon asexual reproduction [planting stolon in ditch (PSD), stolon cuttage (SC), and covering the broadcasted stolons with soil and then pressing them (CBSSP)] for wildEremochloaophiuroideswas conducted. The results showed that the lawn height ofEremochloaophiuroidesunder the modes of PSD and SC was significantly higher than that under the mode of CBSSP (P<0.05), but there was no significant difference in lawn height between the former two modes. There was no significant difference in aboveground biomass, stolon length, number of tillers, and late-stage cover degree ofEremochloaophiuroidesamong three modes, but the early-stage cover degree under the mode of SC was significantly higher than that under the other two modes. Finally, it was pointed out that CBSSP was a suitable mode for the large-area lawn establishment ofEremochloaophiuroidesin levees.

Levee; Slope protection by plant; Asexual reproduction;Eremochloaophiuroides

2016-08-25

江西省水利科技重大项目“江西省堤防植草护坡技术体系构建及效益评价”(KT201313)。

陶理志(1968─),男,高级工程师,主要从事河道湖泊堤防护坡等方面的研究与管理工作。*通讯作者:肖胜生。

S157.433

A

1001-8581(2016)12-0023-05