鄱阳湖沙区香根草生长差异及环境效应

张 英, 郑 林,2, 黄佳超, 李 生

(1.江西师范大学 地理与环境学院, 江西 南昌 330022; 2.鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室, 江西 南昌 330022)

中国学者朱震达等[1]根据荒漠化防治国际公约并结合中国区域的特点和实际，提出荒漠化还应包括“湿润及半湿润地区由于人为活动所造成环境向着类似荒漠景观的变化过程”,即在南方湖滨及河流下游冲积平原的沙质阶地基础上形成的土地沙化也应归属于荒漠化范畴[2]。江西省的江、河、湖滨地区分布有282.47 km2风沙化土地，主要分布在江西省北半部的赣江、抚河中下游，鄱阳湖周边、长江沿岸及修水、信江沿岸的河漫滩、河流阶地及古河床上[3]。鄱阳湖沙区土地沙化属于南方荒漠化的一种典型类型,是在湖滨沙质阶地的基础上形成的,它既有别于北方的土地沙漠化,又区别于南方其他类型的荒漠化[2]。新中国成立以来，鄱阳沙化土地问题日益得到了政府和学者的高度关注，围绕沙化土地的灾害及对区域生态环境、可持续发展的影响展开了一系列理论与实践探索，包括沙化土地的特征和成因、沙化土地的遥感调查、沙地的生态修复等[4-8]。其中，对沙地进行生态恢复的植被先后采用了单叶蔓荆和湿地松，取得了一定的效果，但也存在相应的问题，单叶蔓荆与湿地松均表现出随沙化程度增加存活率降低的趋势[9-10]，本研究试图在重度沙化区引种香根草解决这一问题。

香根草(Vitiveriazizanioides)又叫岩兰草,为禾本科香根草属的一种多年生草本植物，具有较强的再生和分蘖能力,生产上通常靠分株或根分蘖进行繁殖[11]。香根草具有耐旱、耐涝、耐高温的特性，任何类型的土壤上皆可生长。香根草具有较强的抗逆性，能在不同环境条件下生长[11]，常被用作防止水土流失、保持水土的理想作物。当前，国内外对香根草的研究多集中在北方牧草繁殖[12]、重金属及高温胁迫[13-18]和公路护坡[19-22]等方面，在鄱阳湖沙化土地区，香根草的研究基本空白。因此，本研究拟通过引种香根草，分析其在鄱阳湖沙化严重区域下生长状况及对生态环境的效应，为南方治沙工作提供参考。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

试验地设置在江西省都昌县多宝乡沙山，位于江西省北部(29°21′22″—29°27′18″N，116°3′—116°7′42″E)，属亚热带湿润性季风气候[2]。多宝沙山气温较高,雨量充沛,日照充足,无霜期长,总的气候特征可概括为“春季寒潮大风,夏季闷热多雨,秋季高温干旱,冬季寒冷加剧”[23]。全年无霜期260 d,年平均气温17.5 ℃,平均地表温度21.3 ℃,年降雨量1 310 mm,年蒸发量1 883.1 mm,最高气温42 ℃,最高地表温度69.5 ℃,全年5级以上大风21 d[23]。多宝沙山土壤结构松散,养分含量低,保水保肥能力差[23]。多宝乡共有沙地1 304.54 hm2[24]，给当地居民的生产和生活带来不便，为改善当地的生态环境，近年来，该地区一直在开展植树造林工程，树种以湿地松为主，由于自然环境恶劣，湿地松存活率较低，生长缓慢，特别是在重度沙化区。本研究在鄱阳湖沙山重度沙化区栽植香根草，旨在探究香根草的生长差异及对当地环境的影响。

1.2 研究方法

1.2.1 试验设计 调查采用样方法，2015年在研究区沙山平行于湖岸线方向沿沙化梯度，每隔50 m距离在重度沙化区设置N，M，F，Z，C样方(N位于重度沙化区,<50 m; M位于重度沙化区,50～100 m; F位于重度沙化区,100～150 m; Z位于重度沙化区,100～150 m; C位于重度沙化区,>150 m; N,M,F均进行刈割处理,C进行分蘖处理,Z为对照组)，试验设计8个采样点，每个采样点设置3个重复。各采样点挖80 cm深剖面，以10 cm的间隔从0—80 cm按层次测量土壤温度和土壤含水量，并取样测量香根草样品的生长高度和分蘖数。各指标测定均为2～3次重复。

1.2.2 测定项目与方法 香根草高度(cm)测量采取卷尺测量，分蘖数(蘖)为累加记数，数据采集周期大致每月1次。香根草生长周期末，对香根草进行取样并观测各项生长指标，统计样本株高、叶宽、新根长、最长根、新根数/每蘖、分蘖数等直接计量指标，并测量地上部分干重、地下部分干重，计算根冠比。

1.2.3 数据处理 采用Excel 2007和Origin 8软件处理数据并绘制图表；采用SPSS 18.0统计分析软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和Pearson相关性分析。

2 结果和分析

2.1 香根草生高度长差异分析

2.1.1 不同距湖距离对香根草生长的影响 不同距湖距离对香根草生长高度的影响见表1。对N，M，F样方中获得的数据做单因素方差分析，结果表明距湖距离对香根草生长高度影响不显著(p>0.05)。不同距湖距离的香根草的生长趋势基本一致：N，M，F样方中，3.19～4.20，5.16～6.27，7.26～9.4等3个时间段生长高度的增幅最大，其中，N样方中香根草在这3个时间段中生长高度的增量分别占其生长高度总增量的31.92%，25.91%，20.92%，M样方中香根草在这3个时间段中生长高度的增量分别占其生长高度总增量的26.46%，25.09%，26.94%，F样方中香根草在这3个时间段中生长高度的增量分别占其生长高度总增量的23.94%，25.66%，23.67%。N，M，F样方香根草年内平均高度分别为62.28，61.59，63.55 cm，差异不显著。

N，M，F样方香根草逐月生长高度的变异系数分别为0.39，0.42，0.46，皆位于0.1～1，属中等变异。

2.1.2 不同处理方式对香根草生长的影响 不同处理方式对香根草的生长高度的影响见表1。刈割组中的F样方和分蘖组C及对照组Z距湖的距离基本一致，通过分析F，C，Z样方中香根草逐月生长高度探索不同处理方式对香根草生长高度的影响。对F，C，Z样方中获得的数据做单因素方差分析，结果表明不同处理方式对香根草生长高度影响不显著(p>0.05)。F，C与Z各月份香根草平均生长高度分别为63.55，65.98和51.86 cm，与对照组相比，刈割和分蘖处理的香根草高度分别增加了11.69，14.12 cm，增长了22.54%，27.23%。

F，C，Z样方香根草逐月生长高度的变异系数分别为0.46，0.44，0.46，均位于0.1～1之间，属中等变异。

横向分析香根草生长高度的变异系数，N，M，F，C，Z不同月份生长高度的变异系数分别为0.03，0.19，0.13，0.06，0.08，0.09，其中4.20，5.16时间测得数据的变异系数在0.1～1之间，属中等变异，其他时间测得的数据的变异系数<0.1，属弱变异。

表1 鄱阳湖沙区不同距湖距离香根草逐月生长高度

2.2 香根草分蘖差异分析

2.2.1 不同距湖距离对香根草分蘖的影响 不同距湖距离对香根草分蘖的影响见表2。距湖距离不同，香根草每月的分蘖数差异显著：香根草各月的分蘖数均呈F>M>N，F的平均分蘖数分别比N，M增加12.90，10.80株，分别增长了90.83%，66.32%。N，M，F的变异系数分别为0.29，0.21，0.32，均在0.1～1之间，属中等变异。

2.2.2 不同处理方式对香根草分蘖的影响 不同处理方式对香根草分蘖产生的影响见表2。刈割组中的F样方和分蘖组C及对照组Z距湖的距离基本一致，通过分析F，C，Z样方中香根草逐月分蘖数探索不同处理方式对香根草分蘖数的影响。F，C的香根草平均分蘖数分别为27.10，14.23株，与Z(22.50株)相比，刈割处理的香根草的平均分蘖数增加了4.6株，增长了20.44%；分蘖处理的香根草平均分蘖数减少了8.27株，降低了36.76%。刈割处理可以促进香根草的分蘖，分蘖处理不利于香根草的分蘖。不同处理方式的香根草分蘖数的变异系数位于0.29～0.46，属中等变异。横向分析香根草分蘖数的变异系数，N，M，F，C，Z不同月份分蘖数的变异系数位于0.27～0.35，属中等变异。

2.3 香根草生长末期各指标差异分析

香根草生长末期各指标值见表3。香根草生长末期，根冠比N>M>F,随着距湖距离的增大，根冠比不断减小。植物根冠比受水分、氮素等因素的影响：地上部分依靠根系供给水分，因其枝叶进行蒸腾作用，地上部水分容易亏缺，故而土壤中水分含量少时对地上部分的影响比对根系的影响更大，使根冠比增大。距湖越近，受湖面吹来的风的影响越大，砂质流动越严重，土壤含水量相对较少，根冠比呈N>M>F；土壤中氮素少时，首先满足根的生长，运到冠部的氮素就少，使根冠比增大。土壤中氮素充足时，大部分氮素与光合产物用于枝叶生长，供应根部的数量相对较少，根冠比降低。随着距湖距离增加，土壤中氮素含量增加，香根草的根冠比呈N>M>F。由香根草的根冠比N>M>F得出距湖越远，氮素越多，此结论与胡启武[8]等对鄱阳湖沙山土壤N的观测结果一致。

表2 鄱阳湖沙区距湖距离上香根草逐月分蘖

刈割处理(N，M，F)的香根草的株高、叶宽、新根长、最长根等指标均大于分蘖处理(Z)的香根草。其中，N，M，F株高分别比Z增加了10.72，15.32，20.43 cm，增长了12.88%，18.41%，24.55%；叶宽分别增加了1.01，0.73，0.93 cm，增长了23.33%，16.86%，21.48%；新根长分别增加了5.56，4.4，1.84 cm，增长了17.81%，14.09%，5.89%；最长根分别增加了11.8，10，7.1 cm，增长了36.31%，30.77%，21.85%。但分蘖处理的香根草每蘖生长的新根数大于刈割处理的香根草，Z组每蘖生长的新根数分别比N，M，F增加了1.08，3.27，3.92根，增长了9.10%，33.78%，43.41%。

总的来看，刈割、分蘖处理对香根草的生长高度影响不显著，分蘖处理能够促进香根草每蘖新根数的增加，刈割处理对香根草的其他指标有促进作用。

表3 鄱阳湖沙区香根草生长末期各指标值

2.4 香根草对环境的影响分析

2.4.1 香根草对土壤温度的影响 香根草及裸地土壤温度随时间变化的结果见图1。结果表明，各样方土壤均温年内变化均呈先增加后减少的趋势，在7月出现最大值，L(裸地)，N，M，F分别为35.83，34.84，34.90，34.89 ℃。各月份的土壤温度均表现为N，M，F

2.4.2 香根草对土壤含水量的影响 香根草及裸地土壤含水量随时间变化的结果见图2。结果表明，各样方土壤含水量年内变化呈先增加后减少再增加的趋势，5和10月土壤含水量出现峰值。香根草的生长期在3—9月，10月香根草生长已经结束，土壤水分得到保存，土壤含水量增加。N，M，F的土壤含水量均大于裸地L的土壤含水量，且随着距湖距离的增大，土壤含水量也逐渐增大。各月份的土壤含水量均表现为:F>M>N>L，最大值与最小值差值范围在0.13～2.50。其中，3月差值最大，为2.50；5月差值最小，为0.13。

注：N位于重度沙化区，<50 m； M位于重度沙化区50～100 m； F位于重度沙化区，100～150 m； N，M，F均进行刈割处理； L为裸地。下同。

图2 2015年鄱阳湖沙区香根草及裸地土壤含水量年内变化

2.5 各指标相关性分析

鄱阳湖沙化地区香根草生长因子与环境因子的Pearson相关性分析结果见表4—5。结果表明：距湖尺度、香根草生长高度均与香根草分蘖数呈显著正相关(p<0.05)；土壤温度与土壤含水量呈极显著负相关(p<0.01)；距湖尺度与土壤温度、土壤含水量、香根草生长高度均没有相关性，土壤温度、土壤含水量均与香根草分蘖数没有相关性。

总体上看，鄱阳湖沙化地区土壤温度、土壤含水量对香根草的分蘖数影响不大，香根草的分蘖数受距湖距离、香根草生长高度的影响，土壤温度与土壤含水量之间亦相互影响。

表4 距湖距离及香根草生长因子的相关性分析

表5 各环境因子及香根草分蘖数的相关性分析

3 结 论

香根草生长高度受距湖距离和不同处理方式影响不显著，但不同处理方式对香根草生长高度有促进作用。对香根草进行刈割处理，割掉的部分被掩埋或就地堆放，在一定程度影响香根草生存的微环境，割掉的部分通过分解者的分解作用，可以增加土壤有机质、降低地表风速、增加土壤含水量，环境因子的改善有利于香根草的生长。香根草分蘖数受距湖尺度和不同处理方式的影响较大。

生长期末，香根草各指标有差异。受水分及氮素的影响，根冠比呈N>M>F，该结论与胡启武等的研究结论一致，胡启武等[8]指出鄱阳湖沙化地区，随着沙化程度的降低，土壤全氮呈增加的态势；刈割、分蘖处理对香根草的生长高度影响不显著，分蘖处理促进香根草每蘖新根数的增加，刈割处理对香根草的其他指标有促进作用。

香根草栽植的区域各月土壤温度均小于裸地的土壤温度，香根草对土壤有一定的降温作用；香根草栽植的区域各月土壤含水量均大于裸地的土壤含水量，香根草对土壤有一定的储藏水分的作用。综上，香根草在改善土壤物理性质方面起到一定的作用。夏汉平等[25]通过比较纯果园(纯沙田柚园)和复合园(沙田柚—香根草复合园)小气候观测值，发现复合园土温降低，土壤含水量增加，得出香根草可以有效调节农田小气候的结论，与本文在鄱阳湖沙化地区观测香根草所得结论一致。

Pearson相关性分析结果表明，鄱阳湖沙化地区土壤温度、土壤含水量对香根草的分蘖数影响不大，香根草的分蘖数受距湖尺度、香根草生长高度的影响。

本文仅观测了香根草一年内的生长变化情况，而香根草连续几年的变化在生长高度和分蘖数等方面也会有所不同，香根草的时间分异将在进一步的研究中讨论。