山毛豆在岩溶区石漠化治理中的作用

蔡小艳，邓素媛，赖志强，陈远荣，易显凤，姚 娜，韦锦益

（1.广西壮族自治区畜牧研究所，广西 南宁 530001；2.桂林矿产地质研究院，广西 桂林 541004）

山毛豆在岩溶区石漠化治理中的作用

蔡小艳1，邓素媛1，赖志强1，陈远荣2，易显凤1，姚 娜1，韦锦益1

（1.广西壮族自治区畜牧研究所，广西 南宁 530001；2.桂林矿产地质研究院，广西 桂林 541004）

为探讨山毛豆对岩溶区石漠化治理的作用，在广西凌云县典型的石漠化治理示范点阁楼村和加尤镇，在椿树和板栗树林下种植山毛豆和合萌，以坡地种植山毛豆作对照，通过定点监测植被多样性和土壤中养分的变化情况。结果显示，岩溶区种植山毛豆后第1年，植被盖度达到20%～70%，第2年提高到95%～100%，水涵养性提高了3.85%～10.3%，野生物种有害数减少20%～30.7%，土壤有效氮提高6.14%～14.61%，全磷提高23.02%～51.66%，全钾提高38.10%～45.24%，有机质提高6.28%；86.7%的区域土壤有机质属于中等及以上等级，必需微量元素Cu、Mn、Ni、Mo、Sn等有益元素得到提高，有害金属元素中除了Cr外Pb、Ag、As、Hg等均明显减少，其中Hg由原来的三级标准提高到二级标准；阁楼对照区土壤pH值第2年比第1年降低6.47%～10.59%，而山毛豆种植区提高0.40%～6.63%。表明种植山毛豆可以提高石漠化地区植被盖度，提高土壤水涵养性、有效氮和pH值，可以减少野生有害物种的数量和土壤中有害金属元素的含量，具有强大的保持水土和恢复生态环境的作用，可促进石漠化地区土壤和植被正向恢复的演替。

山毛豆；石漠化；土壤养分；微量元素；环境质量

我国贵州、云南、广西、湖南、湖北、重庆、四川、广东8省（区、市）岩溶面积44.99万km2，占其土地总面积的42.30%，其中石漠化土地面积达12.96万km2。石漠化已经成为我国岩溶地区最为严重的生态问题，严重制约了该地区经济社会可持续发展。据2005年开展的广西壮族自治区全区76个县（区）石漠化监测结果显示，广西是世界上最典型、最重要的岩溶区之一［1］，岩溶地区土地总面积833万hm2，居全国第2位，占全区总面积的35.3%，覆盖80个县市，其中有283万hm2已发生了石漠化，占岩溶面积的28.97%，另有潜在石漠化土地180多万hm2。石漠化治理成为目前广西急需解决的生态问题。凌云县是广西28个国家级贫困县之一［2］，属典型的喀斯特地貌，石漠化土地面积分布广，由此导致水土流失、畜牧养殖效益低等一系列问题。

山毛豆是广西畜牧研究所2005—2010年选育并获得国家草品种审定委员会审定登记为国家优良的豆科牧草品种，在南方的适应性强，在岩溶地区亦能生长良好，并且豆科牧草根系发达，可以保持水土，其根部又含有丰富的根瘤菌，可以固定空气中的游离氮，对土质的改良和提高作用也很强［3］，为了探明其生长对岩溶区石漠化治理的作用，在凌云县典型的石漠化治理示范点阁楼村和加尤镇，在坡地种植山毛豆作对照，在椿树和板栗树林下种植山毛豆和合萌，通过定点监测植被多样性和土壤中养分的变化情况，探讨山毛豆对岩溶区石漠化治理的作用。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

种植山毛豆的阁楼村和加尤镇共4块试验地进行生态监测，其中，阁楼村3块试验地面积分别为1.67 hm2（阁楼1区）、1.8 hm2（阁楼2区）、0.04 hm2（阁楼3区），加尤镇陇光区的实验地面积为0.6 hm2（加尤区）。

1.2 试验地分布区域及采样点监控

为了弄清山毛豆种植对照不同牧草品种种植后对岩溶山区生态环境的生物多样性和植被生长的影响，种植山毛豆后，分别于种植后第1、第2年对各试验点进行监测。

试验地的分布区域和监控采样点见表1、表2及图1、图2。阁楼1区的海拔从784 m到808m，相差不太大；经度为106°45.878′～106° 45.935′E，纬度为24°14.866′～24°14.957′N，相差也不是很大，从中在不同高度随机各个监控点，其中2GL1-6为对照区监控点，2GL1-5未取土样。阁楼2区的海拔从742 m到761 m；加尤区海拔从775 m到799 m，相差不大，经度为106°38.620′～106°38.667′E，纬度为24° 29.505′～24°29.601′N，相差也不大，从中在不同高度随机选出各个监控点，其中2JY-5为对照区监控点。由于海拔、经纬度在测量点各区内相差不太大，因此图1、图2分别用平面相对位置图表示阁楼1、2、3区和加尤区的相对取样点位。

表1 第1年监控点信息

表2 第2年监控点信息

2 结果与分析

2.1 植被盖度变化

从表3可以看出，不同地点种植山毛豆，种植第1年盖度达到20%～70%，第2年提高到95%～100%，而其他牧草种植区的植被盖度只提高到60%以上。

2.2 生物多样性

从表3可以看出，种植牧草前，林下的野草主要有飞机草、稗草和三叶鬼针草等，种植不同牧草后，对比蟛蜞菊、合萌、拉巴豆等，山毛豆适生性最强，山毛豆套种椿树和板栗对试验区的生物多样性有一定的影响，在阁楼地区第2年比第1年野生物种数减少了22.2%～30.7%，在加尤地区，野生有害植物种类比对照组减少了20%，这说明种植山毛豆可有效地控制杂草野草的生长，并促进植被的正向演替过程。

图1 阁楼试验区地块及监控采样点相对位置

图2 加尤试验区地块及监控采样点相对位置

2.3 山毛豆对岩溶区土壤养分的影响

种植山毛豆1年后，由于阁楼地区为山毛豆与乔木树套种，全氮处于消耗状态，降低了39.75%，有效氮则得到了明显提高，第1年提高了8.55%，第2年提高了14.61%；加尤地区由于是坡地，全氮提高了23.63%，速效氮提高了6.14%，全磷提高了23.02%，速效磷提高了51.66%，全钾提高了45.24%，速效钾提高了38.10%，有机质提高了6.28%。

表3 试验地生态监测结果

在阁楼以种植豆科和乔木为主体的第一试验区（阁楼1区），在种植开始阶段，与对照区相比各项土壤养分指标均有不同程度的下降，表明该类植物在生长初期由于生命力旺盛会消耗一部分营养元素。因此，这个阶段适当地进行一些人工施肥更有利于植物的生长，并有利于生态体系的恢复和构建。

2.4 种植牧草后土壤质量评价

依据土壤养分分级标准（表4），各监控点的土壤养分等级统计结果见表5。从表5可以看出，试验区种植山毛豆后，86.7%的区域土壤有机质属于中等及以上等级，而有机质缺乏、很缺乏的各占6.7%。与对照区相比，土壤有机质有明显提高，表明种植山毛豆对土壤有机质具有良好的积累效应。

表4 土壤养分分级标准

表5 试验区各监测点土壤养分状况

2.5 试验区土壤微量元素变化特征与评价

从表6、表7可以看出，试验区土壤Cu、Mn、Ni、Mo、Sn含量明显增大，说明种植山毛豆可有效提高土壤中所必须微量元素的含量；有害金属元素除了Cr有较明显的增加外，Pb、W、Ag、As、Hg等均明显减少，说明山毛豆的种植总体上可以减少土壤中有害金属元素的含量。

依据土壤质量环境（微量元素）标准（表8），各试验点土壤经过两年的牧草种植后，其特点见表9。在阁楼区，总体上各种植区土壤微量元素未得到明显改善，表明山毛豆种植对大多数金属的转化作用是一个长期的过程；但汞的减低较明显，多数种植区壤中汞由原来的三级标准提高到二级标准，表明种植山毛豆对土壤中汞的分解作用较明显。在加尤地区，山毛豆对重金属分解作用也不明显；但是在灌木（银合欢、香桂）种植区，砷、铬、镍三个元素含量明显降低，其土壤质量等级都有不同程度的提高，显示了灌木的种植更有利于清理土壤中的重金属元素。

2.6 土壤水涵养性监测与分析

各试验点不同牧草区种植牧草后，其含水率以及相对于对照区增幅或减幅变化特征见表10。从表10可以看出，无论是阁楼实验区还是加尤区，山毛豆+合萌+椿树种植后第1年土壤含水率提高0.8个百分点，第2年（2010年）提高3.85个百分点；在坡地上种植山毛豆，两年后土壤含水率提高10.3个百分点，表明种植山毛豆可以使土壤水涵养性增高，对于坡地、石漠化地区效果尤其明显。

表6 第1年各取样点牧草种植区土壤中微量元素含量（mg/kg）

表7 2010年各取样点牧草种植区土壤中微量元素含量（mg/kg）

表8 土壤环境质量（微量元素）标准（mg/kg）

2.7 土壤酸度监测与分析

从表11可以看出，各试验地的酸碱度大多表现为弱酸性至弱碱性，阁楼对照区pH第2年比第1年降低10.59%，山毛豆种植区提高0.4%～3.02%；坡地对照土壤pH降低6.47%，种植山毛豆提高6.63%，可见对石漠化土壤不采取措施，土壤pH会降低，呈现酸性越来越强，而种植山毛豆后，土壤pH逐步提高，亦即可以得到逐渐的恢复。

表9 各试验点不同牧草种植区土壤质量评价

表10 种植牧草后的年度土壤水涵养性及与对照区的相对关系

3 结论与讨论

监测结果表明，岩溶区种植山毛豆第1年盖度达到20%～70%，第2年提高到95%～100%，而其他牧草种植区的植被盖度只提高到60%；山毛豆适生性最强，在阁楼地区第2年比第1年野生物种有害数减少22.2%～30.7%，说明种植山毛豆可有效地控制杂草野草的生长，并促进植被的正向演替过程；种植山毛豆1年后，阁楼地区为山毛豆与乔木树套种，全氮处于消耗状态，降低39.75%，有效氮则是得到明显的提高，第1年提高8.55%，第2年提高14.61%；加尤地区由于是坡地，全氮提高23.63%，速效氮提高6.14%，全磷提高23.02%，速效磷提高51.66%，全钾提高45.24%，速效钾提高38.10%，有机质提高6.28%。

试验区种植山毛豆后，86.7%的区域土壤有机质属于中等及以上等级。缺乏、很缺乏的各占6.7%，与对照区相比，土壤有机质有明显提高，表明山毛豆种植对土壤有机质具有良好的积累效应。土壤中Cu、 Mn、Ni、Mo、Sn明显增大，说明种植山毛豆可以有效提高土壤中必须微量元素的含量；有害的金属元素中除了Cr有较明显的增加外，Pb、W、Ag、As、Hg等均明显减少，说明山毛豆的种植总体上可以减少土壤中有害金属元素的含量。

表11 各试验地pH值监测参数

依据土壤质量环境（微量元素）标准，在阁楼区，总体上各种植区土壤微量元素未得到明显改善，表明山毛豆种植对大多数金属的转化作用是一个长期的过程；但汞的减低较明显，多数种植区壤中汞由原来的三级标准提高到二级标准，显示了山毛豆种植对土壤中汞的分解作用较明显。

在阁楼试验区，山毛豆+合萌+椿树种植后第1年土壤水涵养性提高0.8个百分点，第2年提高3.85个百分点；在坡地上（加尤区）种植山毛豆，两年后土壤水涵养性提高10.3个百分点，表明种植山毛豆可以使土壤水涵养性增高，对于坡地、石漠化地区尤其明显。

各试验地的酸碱度大多表现为弱酸性至弱碱性，阁楼对照区第2年比第1年pH降低10.59%，而山毛豆种植区提高0.4%～3.02%；坡地对照土壤pH降低6.47%，种植山毛豆后提高6.63%，可见对石漠化土壤不采取措施，土壤pH会降低，呈现酸性越来越强，而种植山毛豆后，土壤pH逐步提高，亦即可以得到逐渐的恢复。说明山毛豆具有保持水土和恢复生态环境的作用，可促进石漠化地区土壤和植被的正向演替。

［1 蒋忠诚. 广西岩溶及其生态环境领域近十年来的主要研究进展［J］. 南方国土资源，2004（11）：19-22.

［2］李小红，孔令孜，覃泽林. 广西贫困县农民收入现状及可持续增长路径分析［J］. 南方农业学报，2013，44（7）：1225-1232.

［3］赖志强. 广西饲用植物志［M］. 南宁：广西科学技术出版社，2011：300-357.

（责任编辑 邹移光）

Role of Tephrosia candida DC. in rocky desertification in Karst areas

CAI Xiao-yan1，DENG Su-yuan1，LAI Zhi-qiang1，CHEN Yuan-rong2，YI Xian-feng1，YAO Na1，WEI Jin-yi1
（1.Guangxi Institute of Animal Sciences，Nanning 530001，China；2. Guilin Research Institute of Geology for Mineral Resources，Guilin 541004，China）

In order to understand the role of Tephrosia candida DC. in rocky desertification management in Karst areas，we conducted the program in Gelou village and Jiayou town，typical pilot sites of rocky desertification management in Guangxi，planted T. candida and Aeschynomene indica L. under Cedrela wood and Chestnut wood，while planted T. candida on slope as control group，and detected the vegetation diversity and changes in soil nutrients. The results showed that，by planting T. candida in Karst areas，the vegetation coverage reached 20%-70% in the first year，and increased to 95%-100% in the second year；water conservation increased by 3.85%-10.3%；harmful wild species in the second year decreased by 20%-30.7% over the first year；soil available nitrogen was remarkable improved by 6.14%-14.61%，total phosphorus and potassium content increased by 23.02%-51.66% and 38.10%-45.24% respectively，organic matter raised by 6.28%，soil organic matter of 86.7% of the area belongedto medium and higher grade；essential trace elements in the soil，such as Cu，Mn，Ni，Mo，Sn content increased；the harmful metal elements except Cr，Pb，Ag，As，Hg content decreased obviously，and Hg was taken to the second standard from third standard；soil pH of Gelou village，the control group，in the second year decreased by 6.47%-10.59% over the first year，but that of T. candida area increased by 0.4%-6.63%. The result revealed that，planting T. candida in rocky desertification area could increase vegetation coverage，improve soil available nitrogen content，water conversation and soil pH，could decrease harmful wild species and harmful metal elements，played a powerful role in soil conversation and renovating ecologic environment，facilitated positive evolution of soil and vegetation in rocky desertification area.

Tephrosia candida DC.；rocky desertification；soil nutrients；trace elements；environmental quality

S541+.9

A

1004-874X（2016）11-0078-08

2016-08-19

广西水产畜牧科技推广应用项目（桂渔牧科201528033）；广西水产畜牧科技计划项目（桂渔牧科1304558）；国家现代农业产业技术体系广西创新团队建设专项经费（nycytxgxcxtd-09-04）；广西科学技术厅“广西工程研究技术中心组建”项目（2015GCZX014）；广西科学研究与技术开发计划项目（桂科合14125008-2-13）

蔡小艳（1982-），女，博士，副研究员，E-mail：caixiaoyan282@163.com

韦锦益（1969-），男，副研究员，E-mail：jinyiwei118@sohu.com

蔡小艳，邓素媛，赖志强，等. 山毛豆在岩溶区石漠化治理中的作用［J］.广东农业科学，2016，43（11）：78-85.