金银花植物篱在红壤果园水土流失治理中的水土保持效益研究

胡 松,张 杰

(1.江西省水利科学院，江西 南昌 330029； 2.鄱阳湖流域生态水利技术创新中心，江西 南昌 330029；3.江西省土壤侵蚀与防治重点实验室，江西 南昌 330029)

果树种植是江西省坡地农业的主要模式与巩固脱贫攻坚成果的有效措施之一，但由于在开发与生产过程中农户缺乏水土保持意识及相应的水保措施，因此近70%的果园都存在不同程度的水土流失[1]。严重的水土流失导致果园土壤有机质含量降低，果树产量低且不稳，果园经济效益低下，直接影响土地利用的效益[2]。同时，流失的水土将土壤中的无机氮、磷、钾带入地表水体中，还造成了水体的富营养化[3]。

大部分果园进行坡改梯后虽一定程度上减轻了水土流失[4]，但传统清耕果园的裸露地块仍存在较为严重的水土流失，其中坡改梯后形成的裸露梯壁水土流失尤为严重[5]。目前针对果园水土流失的治理措施，主要包括工程措施、耕作措施及生物措施等。植物篱作为水土保持生物措施中的一种，可缓解农业面源污染，拦蓄坡面地表径流、泥沙，减缓坡度，形成生物梯田，并增强土壤抗蚀性，从而控制水土流失[6-7]。植物篱生长需要一定的水肥条件，不合适的植物篱与农作物搭配会导致种间抑制而减产[8]，因此植物篱的品种及种植部位也非常关键。金银花是较为常用的植物篱品种，生活力、适应性均很强，匍匐茎可攀爬缠绕于梯壁之上起到固持土壤、减少侵蚀的作用[9]，同时其花为传统的大宗中药材，管理简单、效益高，种植3 a后即进入丰产期，且丰产期长达30 a，一次种植多年收益，是集药用经济型与水保生态型于一体的多功能植物[10]，享有“国宝一枝花”的美誉。因此，研究金银花植物篱在果园梯壁上的应用具有重要意义。本研究以江西省宁都县红壤丘陵果园为研究区域，结合前人关于植物篱等方面的相关研究，探讨金银花植物篱在水土流失治理方面的效益，以期为我国南方红壤地区的植物篱运用提供理论和实践基础。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于江西省宁都县水土保持科技示范园(以下简称“示范园”)内(116°02′40″～116°02′55″E，26°37′03″～26°37′34″N)。示范园位于赣江(鄱阳湖水系五大河流之一)的一级支流梅江流域中下游，属亚热带湿润季风气候区，具有气候温和、光照充足、雨量充沛、四季分明、无霜期长等特点。多年平均气温18.3 ℃，极端最高气温38.4 ℃，极端最低气温-6.2 ℃，无霜期279 d；多年平均降水量1 691 mm，年内分配不均，集中在4—6月，期间降水量占全年降水量的48%，多以暴雨形式出现。土壤主要为红砂岩及花岗岩发育的红壤，风化颗粒较粗，渗水量大且快，加之降水集中、冲刷力大，对土壤的溶解作用强、侵蚀力大，在植被破坏区易发生严重的水土流失。

1.2 试验设计

在示范园的脐橙园建立2个临时径流收集小区，每个小区种有3棵脐橙树，其中一个小区为传统脐橙园小区，梯壁裸露，另一个小区梯壁种植金银花。将每个小区用防水布进行隔离，收集小区的雨水，并用PVC管导入到径流桶内，定期开展相关试验观测。

1.3 样品采集及测定

1.3.1 样品采集

对不同措施小区土壤进行一次取样。土壤样品采集方法：采用土钻取样，在距金银花主根10～20 cm处随机选取2个点，每个点取0～20 cm土层土样进行混合。

1.3.2 样品测定

土壤物理指标：土壤容重及田间持水量测定方法采用环刀法；团聚体测定方法采用干湿筛机械筛分法[11]。其中，水稳性团聚体质量百分数(WSA)=(>0.25 mm湿筛团聚体质量/干筛团聚体总质量)×100%，结构体破坏率(SPBR)=(>0.25 mm干筛团聚体质量->0.25 mm湿筛团聚体质量)/>0.25 mm干筛团聚体质量。

土壤化学指标：土壤有机质含量采用重铬酸钾氧化-外加热法测定；土壤全氮含量采用凯氏定氮法测定；土壤全磷含量采用硫酸-高氯酸-钼锑抗比色法测定。

水样化学指标：总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，氨态氮及硝态氮采用紫外分光光度法；总磷采用硫酸钾消解-钼蓝比色法测定，可溶性磷采用钼酸铵分光光度法。

2 结果分析

2.1 土壤抗侵蚀效益

对试验开始2 a后的脐橙园梯壁裸露小区及梯壁种植金银花小区土壤分别取样并进行干筛分析其机械稳定性(见表1)，可以发现：梯壁裸露小区土壤干筛条件下>0.25 mm的大团聚体比例为76.24%，梯壁种植金银花小区土壤干筛条件下>0.25 mm的大团聚体比例为81.24%；与梯壁裸露小区土壤对比，梯壁种植金银花小区土壤>10 mm、5～10 mm、2～5 mm三个粒级团聚体比例均有不同程度上升。这说明脐橙园梯壁种植金银花可以有效提升土壤大团聚体比例，增加土壤的机械稳定性。

表1 脐橙园梯壁不同措施干、湿筛下团聚体粒级分布

通过湿筛分析其水稳定性后，与干筛相比，梯壁裸露小区及梯壁种植金银花小区土壤>2 mm团聚体比例分别由33.17%及42.44%下降至13.71%及17.90%，说明脐橙园梯壁土壤仍然存在随径流流失的可能。

由表2可知，梯壁种植金银花小区1 a后土壤SPBR值为0.26，比梯壁裸露小区1 a后的土壤SPBR值0.24增加了8.33%，说明种植金银花植物篱初期反而使土壤结构体破坏率有所增加；与梯壁裸露小区1 a后土壤对比，梯壁裸露小区2 a后土壤SPBR值下降到0.17，下降比例为29.16%，说明不采取植物篱等水保措施，只要不扰动，梯壁土壤结构体破坏率就会随年限增加而有所降低；梯壁种植金银花小区2 a后土壤SPBR下降至0.07，与梯壁种植金银花小区1 a后土壤相比降低了73.08%，与梯壁裸露小区2 a后土壤相比降低了58.82%，说明梯壁种植金银花小区的土壤结构体破坏率也随年限增加而降低，并且远低于梯壁裸露小区。

表2 脐橙园梯壁不同措施下土壤抗蚀性指标

由表2还可知，脐橙园梯壁种植金银花小区1 a后土壤WSA比同年限梯壁裸露小区提高了4.03%，说明梯壁种植金银花可以提高土壤水稳性团聚体比例；梯壁种植金银花小区2 a后土壤WSA比同年限梯壁裸露小区提高了19.63%，比梯壁种植金银花小区1 a后土壤提高了17.74%，说明梯壁种植金银花小区的土壤水稳性团聚体比例随年限增加逐渐提高，且明显高于梯壁裸露小区。

2.2 减沙效益

由图1可知，在不同降雨量下，梯壁裸露小区泥沙流失量均大于梯壁种植金银花小区，并且梯壁裸露小区泥沙流失量随降雨量增大而增大，而梯壁种植金银花小区泥沙流失量随降雨量的增大呈减小趋势。与梯壁裸露小区对比，梯壁种植金银花小区在中雨条件下减沙效益为20.89%，在大雨条件下的减沙效益可达73.49%，说明金银花植物篱对减少果园土壤流失有较好的效果。

图1 脐橙园小区泥沙流失量

2.3 减少养分流失效益

由图2可知，两种措施下脐橙园小区总氮流失量均随降雨量增大而增大，但不同降雨量下梯壁种植金银花小区总氮流失量均小于梯壁裸露小区，在中雨条件下梯壁种植金银花小区比梯壁裸露小区总氮流失量减少30.49%，在大雨条件下总氮流失量减少15.97%。在不同降雨量下，梯壁裸露小区均是硝态氮流失量大于氨态氮流失量，而梯壁种植金银花小区则是在大雨下氨态氮流失量大于硝态氮流失量；硝态氮流失量是梯壁裸露小区大于梯壁种植金银花小区，而氨态氮流失量则是梯壁种植金银花小区大于梯壁裸露小区。

图2 脐橙园梯壁不同措施下氮素流失量

由图3可知，在不同降雨量下，两种措施下脐橙园小区总磷流失量趋势与总氮有所不同，梯壁裸露小区总磷流失量随降雨量增大而增大，但梯壁种植金银花小区总磷流失量随降雨量增大而略有减小；与梯壁裸露小区相比，梯壁种植金银花小区在中雨条件下总磷流失量减少35.00%，在大雨条件下总磷流失量减少59.78%。两种措施下脐橙园小区可溶性磷流失量都随降雨量的增大而减小，在中雨条件下梯壁种植金银花小区可溶性磷流失量小于梯壁裸露小区，在大雨条件下则略大于梯壁裸露小区。

图3 脐橙园梯壁不同措施下磷素流失量

2.4 土壤肥力提升效益

对脐橙园梯壁附近土壤进行采样分析，结果见表3。由表3可知，脐橙园梯壁种植金银花小区土壤有机质含量大于梯壁裸露小区，并且随着种植年限增加，土壤有机质含量增加。与同年限梯壁裸露小区相比，梯壁种植金银花小区1 a后土壤有机质含量提高8.97%，2 a后土壤有机质含量提高16.59%。

表3 脐橙园梯壁不同措施下土壤养分含量 g/kg

由表3还可知，两种措施下梯壁土壤总氮、总磷含量均随年限增加而有所增加，但相同年限梯壁种植金银花小区土壤总氮、总磷含量均大于梯壁裸露小区，其中梯壁种植金银花小区1 a后土壤总氮、总磷含量分别比同年限梯壁裸露小区提高27.78%、133.33%，2 a后土壤总氮、总磷含量分别比同年限梯壁裸露小区提高25.71%、20.00%。

3 讨 论

地表径流是引起果园梯壁水土流失的主要原因。金银花植物篱能通过茎叶拦截雨水减少径流量、减轻雨滴击溅侵蚀，通过根系穿插固持土壤，增强土壤抗冲性，改善土壤理化性质，提高土体抗剪强度[12]，通过机械拦挡作用减缓径流速度、降低径流携带泥沙能力[13]，进而有效减少径流和侵蚀。土壤中养分的流失与水土流失呈显著正相关[14]，减少了水土流失也就减少了土壤养分的流失。本研究中梯壁裸露小区土壤流失的可溶性氮素以硝态氮为主，而梯壁种植金银花小区土壤流失的可溶性氮素以氨态氮为主，这一点与相关研究结论[15]有所不同，可能与土壤所施氮肥是硝酸盐类肥料还是铵态氮类肥料有关，也有可能与种植作物类型是固氮类植物或非固氮类植物有关。磷素主要随泥沙流失[16]，通过对比不同措施小区泥沙流失量也可以看出，梯壁种植金银花小区在大雨条件下泥沙流失量反而比中雨条件下小，所以导致其在大雨条件下的总磷流失量也比中雨条件下略小。

4 结 论

(1)在土壤物理性质方面，梯壁种植金银花之后土壤>0.25 mm的水稳性大团聚体比例上升，而<0.25 mm的水稳性团聚体有明显下降，说明种植金银花之后，梯壁土壤水稳性有较大提升，土壤结构有所改善。梯壁种植金银花2 a后土壤SPBR下降至0.07，与梯壁种植金银花1 a后相比降低了73.08%，与梯壁裸露2 a后土壤相比降低了58.82%，说明种植金银花植物篱的梯壁土壤结构体破坏率随年限增加而降低，并且其结构体破坏率远低于裸露梯壁。梯壁种植金银花2 a后土壤WSA与梯壁种植金银花1 a后土壤相比，提高了17.74%，与梯壁裸露2 a后土壤相比提高了19.63%，说明种植金银花植物篱的土壤抗蚀性逐渐增强。

(2)在减蚀效益方面，与梯壁裸露小区相比，梯壁种植金银花小区在中雨条件下减沙效益为20.89%，在大雨条件下可达73.49%，说明金银花植物篱对减少果园土壤侵蚀有较好的效果。

(3)在削减面源污染方面，与梯壁裸露小区相比，梯壁种植金银花小区在中雨条件下总氮流失量减少30.49%、总磷流失量减少35.00%，在大雨条件下总氮流失量减少15.97%、总磷流失量减少59.78%，说明金银花植物篱可以有效减少脐橙园氮磷流失，并且减磷效果要优于减氮效果。

(4)在土壤化学性质方面，脐橙园梯壁种植金银花小区1 a后土壤有机质、总氮、总磷含量分别比同年限梯壁裸露小区提高8.97%、27.78%、133.33%，2 a后土壤有机质、总氮、总磷含量分别比同年限梯壁裸露小区提高16.59%、25.71%、20.00%，说明金银花植物篱对改良土壤有较好的效果。