水土保持功能型植物保水保土效应分析与评价

李伟 李宏钧 刘涛 宝玉

摘要 [目的]筛选伊犁地区公路建设中保水保土效应较好的植物。[方法]以裸露边坡为对照，研究了细茎冰草、高羊茅、披碱草、红豆草、紫花苜蓿、柠条、紫穗槐7种植物在路基边坡覆土种植后的保水保土效应。[结果]7种植物在不同配置、不同覆土厚度和不同禾豆比例下的保水保土效果存在显著差异。通过差异分析和土壤侵蚀模数对比，发现紫花苜蓿、红豆草具有较好的水土保持效果，对新疆伊犁地区公路工程边坡绿化适应性强。[结论]最佳保水保土效应的植物配置为细茎冰草、高羊茅、披碱草、紫花苜蓿、红豆草、柠条；覆土厚度10 cm时无论何种配置下的保水保土效应表现都为最佳。

关键词 紫花苜蓿；豆科植物；水土保持效应；新疆伊犁地区

中图分类号 S157 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）29-0061-04

Analysis and Assessment on Soil and Water Conservation Effect of Several Leguminous Plants——Taking Highway Construction in Yili Area as an Example

LI Wei， LI Hongjun， LIU Tao et al

（China Academy of Transportation Sciences， Beijing 100029）

Abstract [Objective]To screen plants with better water and soil conservation effects in highway construction in Yili. [Method]Taking bare slope as control， the soil and water conservation effect of Agropyron cristatum， Festuca elata， Elymus dahuricus， Onobrychis viciifolia， Medicago sativa， Caragana korshinskii， Amorpha fruticosa seven leguminous herbs that were planted on roadbed slope was analyzed and assessed. [Result]The results showed that there were significant differences in soil and water conversation effect of seven leguminous herbs. By variance analysis of erosion modulus， it was conclued that alfalfa and sainfoin had the best effectiveness of soil and water conversation and growth adaptability on subgrade slope.[Conclusion]The optimum plant allocation of water and soil conservation effect was Agropyron cristatum， Festuca elata， Elymus dahuricus， Onobrychis viciifolia， Medicago sativa， Caragana korshinskii， Amorpha fruticosa；soil thickness of 10 cm regardless of the configuration of the water and soil conservation effect was the best.

Key words Alfalfa；Leguminous plants；Soil and water conservation effect；Yili area of Xinjiang

基金項目 北疆垦区公路植被生态修复与敏感水体保护技术推广应用（2014 316 T11 040）。

作者简介 李伟（1983—），男，内蒙古通辽人，助理工程师，从事水土保持研究。

收稿日期 2017-08-16

随着“新丝绸之路经济带”发展战略的推进，新疆公路建设实现了历史性飞跃，不仅大大改善了城乡交通条件，同时也对工程沿线的生态环境造成了一定程度的破坏[1-2]。就新疆伊犁河谷地区脆弱的生态环境而言，公路建设诱发的水土流失问题严重，逐渐引起了社会的广泛关注，单一景观功能的植被恢复建设已难以满足公路建设理念的发展需要。如何在路基裸露边坡上建立稳定合理的植物群落，营造复层的植被结构，并将水土保持功能型植物融入路基边坡绿化，发挥符合生态长久的保护效果，是植被恢复学家的最终目标[3-4]。

本研究针对伊犁地区公路建设中存在的水土保持问题，借鉴国内外公路建设水土保持功能型植物配置技术的经验，从植物筛选、保水保土效应等两方面入手，筛选出生长迅速、抗逆性強、管养方便、经济价值高的植物，以期为新疆伊犁地区类似环境区域的公路工程建设提供参考。

1 内容与方法

1.1 试验区自然概况

试验区位于新疆伊犁哈萨克自治州境内的“S242线巩留至尼勒克公路工程”，地理坐标为82°15′25″～82°25′33″E，43°35′0.5″～43°49′47″N，属于天山北麓阿布热勒山区，大陆性温带半干旱气候区，年平均降雨量31655 mm，年平均风速1.14 m/s。土壤以灰钙土、潮土为主，林草植被覆盖度30%～60%[5]。

1.2 研究内容

1.2.1 伊犁地区公路工程水土保持功能型植物筛选研究。

在广泛调查伊犁地区植物资源的基础上，结合公路工程已有的植物资源保护技术研究成果，本着“乡土植物为主，适地适生”的原则，初步选择具有良好保水保土功能且生长抗逆性强的植物，通过试验分析对所选植物的固土保水功能进行评价，筛选出适宜伊犁地区的水土保持植物。

1.2.2 水土保持功能型植物在不同配置情况下水土保持效应分析。

通过对试验区的水土流失情况进行定位观测，研究试验区的保水保土效应分析，为水土保持功能型植物筛选提供依据。

1.3 研究方法

1.3.1 试验小区布设。

2015年春在“S242线巩留至尼勒克公路” K29+900～K30+100段布设试验小区，选择45°～48°的路基边坡，平整坡面，再按试验设计客土回覆5、10、15 cm 3种厚度腐殖土。共布设30个试验小区，小区面积均为5 m×5 m。具体配置见表1～4。试验小区布设见图1。

1.3.2 观测指标与分析方法.

1.3.2.1 观测指标[6]。

径流系数是一定汇水面积内总径流量（mm）与降水量（mm）的比值，是指任意时段内的径流深度y（或径流总量W）与同时段内的降水深度x（或降水总量）的比值，它综合反映自然地理要素对径流的影响。计算公式为a=y/x。而其余部分水量则损耗于植物截流、填洼、入渗和蒸发。径流系数越小，说明小区内植物的截流作用越大，土壤入渗能力越明显。

保水效应及保土效应是指同一时段相同降雨条件下有植物措施的小区与对照小区相比，减少径流量与侵蚀量占对照小区径流量与侵蚀量的百分比。

1.3.2.2 分析方法。

水土流失观测时段为2015年5月至2016年11月，小区布设后每月监测1次。降雨量数据从中国气象数据网获取，侵蚀量通过侵蚀沟测量确定，共得到18个月的连续水土流失观测数据。采用对比分析方法，分析不同植物配置、不同覆土厚度及不同禾豆比例下蓄水保土能力的强弱，筛选出水土保持效应最显著的植物配置、覆土厚度及禾豆植物比例。

1.4 数据统计

利用Office对数据进行整理，利用SPSS 200对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理下水土保持效果的差异性

2015、2016年观测期的降雨量分别为107.2和263.4 mm，产流次数分别为4、6次。

方差分析（ANOVA）表明，不同植物配置试验区保水效应显著性Sig值均小于0.05的显著水平，表明7种植物在不同配置、不同厚度区及不同禾豆比例情况下保水效应存在显著性差异。

由图2可知，混播试验区与对照小区之间保水、保土效应差异明显，同时各混播小区之间也存在差异。从植物配置区保水保土效应均值分布情况了解，各处理的保水保土效应从大到小依次为丙、乙、甲、丁、对照；覆盖厚度区各处理的保水保土效应从大到小依次为丙-b、丙-c、丙-a、对照；禾豆比区各处理的保水效应从大到小为丙-Ⅰ、丙-Ⅱ、对照，保土效应从大到小为丙-Ⅱ、丙-Ⅰ、对照。由此得出，筛选的适地适生植物在不同配置和不同厚度覆土层以及不同禾豆比例情况下，保水保土效应具有显著差异。

根据以上保水保土效应分布情况可知，最佳保水保土效应的适地适生植物配置为丙配置（细茎冰草、高羊茅、披碱草、紫花苜蓿、红豆草、柠条）；植物最佳生长覆土厚土为10 cm（丙-b）；最佳禾豆比例为丙-Ⅰ （7∶2）。从试验区植被分布调查了解，长势最好的植物为紫花苜蓿和红豆草。

2.2 不同处理的水土流失防治效应

土壤侵蚀模数是单位面积、单位时间内侵蚀量的大小，是表征土壤侵蝕强度的指标。根据水利部最新颁布的《土壤侵蚀分类分级标准SL 190—2007》中关于水力侵蚀强度分级标准的规定[8]，2015年试验区的对照小区表现为强烈侵蚀，其他配置小区表现为轻度侵蚀。2016年对照区侵蚀强度为轻度至微度，其他配置小区侵蚀强度降到微度。由此可以得知，在降雨（雨量及强度）条件相当与或低于2016年的年份，不同配置试验区供试植物在种植第2年均可以控制种植区土壤侵蚀量低于第1年土壤侵蚀量，满足水土保持功能要求。

2.2.1 不同植物配置小区保水保土效应分析。

通过图3、4可知，由于试验区于2015年春季布设，观测到的降雨量少，且早期植物未生长成型，植物截流作用弱，表土多裸露，抗冲刷能力小，导致2015年保水效应和保土效应比2016年度差。丙组试验区在观测期内的保水、保土效应均比其他试验区强，差异性较显著。

2.2.2 不同覆土厚度小区保水保土效应分析。

通过图5、6可知，2015年保水、保土效应比2016年差。丙-b组试验区在观测期内的保水、保土效应均比其他试验区强，差异显著。

2.2.3 不同禾豆比例小区保水保土效应分析。通过图7、8可知，2015年保水、保土效应比2016年差。丙-Ⅰ 组试验区

保水效应略强于丙-Ⅱ 组试验区，但丙-Ⅱ 组试验区保土效应略强于丙-Ⅰ 组试验区，检验数据总体差异不显著。

由表5可知，2016年植物配置区供试植物土壤侵蚀模数从小到大依次为丙、乙、甲、丁、对照；覆盖厚度区各供试植物土壤侵蚀模数从小到大依次为丙-b、丙-c、丙-a、对照；禾豆比区各供试植物土壤侵蚀模数从小到大依次为丙-Ⅱ、丙-Ⅰ、对照。

由此可以判断出，最佳水土流失防治效益的植物配置为丙配置（细茎冰草250 g、高羊茅125 g、披碱草75 g、紫花苜蓿175 g、紅豆草75 g，柠条点播）；植物生长最佳覆土厚土为10 cm（丙-b）；最佳水土流失防治效益的禾豆比例为丙-Ⅱ（7∶4）。

3 结论

（1）通过对2016年观测数据进行方差分析可知，7种植物不同配置对试验区保水保土效应存在显著差异；最佳保水保土效应的植物配置为丙配置（细茎冰草250 g、高羊茅125 g、披碱草75 g、紫花苜蓿175 g、红豆草75 g，柠条点播）；覆土厚度10 cm时无论何种配置下的保水保土效应表现均为最佳。

（2）通过禾豆比试验可知，适当增加豆科植物的配比，可提高早期植被盖度和生长密度，改变土壤成分结构，提高土壤的抗冲抗蚀性。

参考文献

[1] 陈雷，孙西平.高速公路水土流失的原因及防治对策[J].交通标准化，2009（15）：207-210.

[2] 姚兴柱，朱启红.高速公路建设的水土流失成因与水土保持措施[J].山西水土保持科技，2011（3）：29-31.

[3] 杨航卓.公路路域植被修复技术探讨[C]//全国山区公路环境与岩土工程学术会议论集.重庆：中国公路学会，2008.

[4] 乔领新，宋桂龙，韩烈保，等.高速公路岩质边坡植被恢复初期不同植物配置模式的比较研究[C]//全国公路生态绿化理论与技术研讨会论文集.北京：中国水土保持学会，2009.

[5] 崔纲，刘涛.新疆高速公路建设项目水土保持措施研究[J].交通运输研究，2014，2（2）：34-38.

[6] 吕刚，班小峰，雷泽勇，等.东北黑土区坡耕地治理过程中的水土保持效应[J].水土保持研究，2009，16（6）：51-55.

[7] 李勇涛，李伟.刺五加等植物在不同埂带上的保水保土效应分析与评价[J].水土保持应用技术，2012（5）：9-12.

[8] 中华人民共和国水利部.土壤侵蚀分类分级标准：SL190—2007[S].北京：中国水利水电出版社，2008.