香根草系统：用于可持续发展的绿色投资

香根草系统:用于可持续发展的绿色投资RichardG.Grimshaw(国际香根草网络主席)摘要：香根草能在范围很宽的生境条件下生长，香根草绿篱是水土保持的有效措施，它不会与其相邻的作物竞争，相反会使作物增产。香根草不是杂草，不会侵犯作物；香根草具有抗御病虫害的能力，又具有抗火灾能力，且能驱防老鼠和其它动物；香根草仅要求极少的土地和少量的维护或管理，可用作青饲料，并可以用作土坝、排灌渠、道路和冲沟修复和治理工程的结构增强材料，因而是一种成本低廉而经济的生物工程技术，值得进一步的研究、应用和推广。关键词：香根草；水土保持；生物工程1.概述在世界银行推动下，香根草技术作为一种低廉的、用于水土保持的植物系统，于1986年首先应用于印度的发展项目。从那时开始至今，香根草技术已应用于100多个国家，主要在热带和亚热带地区作为一种生物方法应用于稳固土方工程（例如铁路和公路）、矿山复垦、污水处理和改善水质等，目前其已成为土木工程师和环境工程师们的关注热点。香根草技术是一项“绿色”的、非常“可持续”的技术。同时，它也是一项劳动密集型技术，能为具有广大贫困人口的国家提供大量工作岗位。此外，它也是一项成本低廉、简单易懂但行之有效的技术，能为个人和社区群众所掌握而解决他们的问题。世界面临着许多与水土有关的生态和环境问题，其中包括土壤流失、土地过度利用及水污染等问题。土壤流失导致土壤物理、化学和生物学性质退化并丧失生产粮食的能力；大面积土地被过度利用和不当利用，或受来自矿山的有毒径流的污染和盐化；许多水体受到矿质和有机质沉积物和污染物所污染，已不宜人们饮用，且往往亦不宜灌溉；地下水已得不到补给，引起缺水及盐碱化；由于建筑工地管理不善，基本设施崩塌或受损。解决这许多问题的方法往往很复杂，如用工程方法来解决，成本很高且并不实用。况且，工程方法要求高质量的投入和监管，换来的却是不具可持续性和维护不良的名声。因此，应当寻求一种成本低廉的生物方法来取代这种工程方法。如果有一种植物，它可用于农业和生物工程，而又“安全”从而为人接受的话，它应当具备如下若干特性：·其种子具不育性，不生长太具蔓延、侵略性的匍匐茎或根，或不会成为农田杂草。·其根颈长于地面之下，所以能抗御野火、践踏及过度牧食。·其应有能力形成致密的贴近地表的永久性绿篱，发挥有效的泥沙过滤作用，防止形成土壤流失径流。看起来，只有无性系的植物才能长成“互相交织”的样子，成为此种绿篱。·其应为多年生，长期生长，能形成数十年不倒，并就地屹立的绿篱。·具有坚挺直立茎，从而最低限度能抗御0.028立方米/秒及0.3米深的洪水冲击。·应同时具备旱生和水生性能，从而能在任何自然环境下成活。·具备深扎地下的根系，并能适应土壤具有隧孔和裂隙的特性。根系应垂直向下穿透，最少能向下延伸3米。·具备在极端土壤条件下生长的能力。无论土壤的肥力如何，无论土壤酸碱度如何，在碱土中也好，在咸酸田也好，都能生长。还可在沙子、页岩或者花岗岩上成活，甚至在毒性很大的土壤和尾矿中也能长大。·具备在压条后从节结长出新根的能力，从而能在地面继续生长，最终形成天然梯地。·不会同其保护的作物发生竞争。·具备不受虫病侵蚀的能力。·具备在一系列气候条件下生长的能力，在雨量低于300mm到高于6,000mm，气温从-15ºC到高于55ºC的环境中都能生长，还能抵御6个月以上的长期而持续的干旱。·其定植为绿篱时，成本应低廉，操作应简易。定植后，应容易维护，且成本极低。·其若不再为人们需要时，应易于铲除或移走。香根草具备以上所列的所有特性。2.香根草技术香根草技术(VGT)的最常见形式，就是横穿坡地定植一行行窄行（宽度小于1米）且活生生挺立的香根草篱笆,即设立香根草绿篱。若运用得当，该技术在小于1%大于100%的坡度范围内都行之有效。生长良好的香根草篱笆能有效地减缓降水径流，使水流分散均匀流动，并能成功地将泥沙截留，形成天然梯地。此外，香根草的强大根系能增大土壤的剪切强度，从而使陡坡土壤的稳定性大大加强。香根草是丛生植物，具有坚挺而直立的茎，高可达2m。它的根非常长，主根长可达3~5米，但其并不会往根冠之外的远处蔓延。根系非常浓密，且其张力强度平均可达75Mpa。香根草以无性方式繁殖。栽种时，分成3株为一丛插栽。香根草绿篱等高按行设置。定植时，株距为10-15cm。定植时机很重要，最好在雨季栽植，也可以在栽植时浇水。绿篱的行距依坡度而定。一般而言，绿篱的垂直行距应为约1-2m，依气候、坡度和土壤类型而异。香根草(Vetiveriazizanioides)是一种古老的植物，其中心起源地为印度，但其他相关香根草品种V.nigritana和V.nemoralis则分别起源于非洲和东南亚等地。可是，后两个香根草种则不具备Vetiveriazizanioides的全部特性，所以，我们并不推荐它们用作香根草技术的基本材料。我们出版了一本以农民为发行对象的小手册，书名为“香根草：防治侵蚀的绿篱”[2,3]，目前已经发行第五版了。这本小手册叙述了香根草技术的基本内容，以及其管理和应用等。此外，在另一本新近出版的书“香根草-地球行星的重要草类”（JohnC.Greenfield著）[4]中，更全面地讨论和评述了这种技术。P.K.Yoon也写了一本名为“审视香根草”（有CDROM版）的小册子，大量收集了马来西亚的研究资料和照片，叙述了香根草和有关绿篱植物的基本属性和管理方法。在以下数节中，我们将提出一些范例，解析为什么说香根草是生物工程首选应用的植物。2.1香根草绿篱是水土保持的有效措施印度的ICRISAT开展了一项研究[6]，在自然条件（总雨量689mm）以及人工降雨条件下，将香根草技术同石砌挡墙、香茅草和光板地（对照）进行比较。研究表明，在所有条件下，香根草技术都是最有效的减少水土流失的措施。香根草技术减少了57%的降雨径流,降低了80%以上的土壤流失。研究结果以图表清楚地显示，香根草地块中排出径流的时间被大大地延缓了。香根草绿篱的这一优点，可以用来作为防治流域上游洪水发生的措施。次年，同一研究组[7]再次证实这种结果，且证明香根草的优点甚至更加突出。香根草绿篱设置得越稠密，时间越长，其水土保持效率越高。在哥伦比亚的CIAT[8]，在与木薯地接壤的地带，也将香根草绿篱同其它植物性系统进行比较。在进行观察的11个月中（雨量1240mm），光板休闲地的土壤流失为142t/ha，降雨径流为11.6%，而香根草绿篱行间的木薯地土壤流失降低到1.3t/ha.，降雨径流降低到3.6%。其它研究报道的结果与此相似。在印度西部进行的研究[9]显示，当将香根草技术应用于黑色变性土时，土壤流失与降雨径流的降低呈明显正相关，而香根草技术明显比其它植物性篱笆优越。在美国路易斯安那[10]，试验得出了香根草绿篱能拦截泥沙的结论。在马来西亚进行的大规模的示范[11]显示，香根草绿篱后面，泥沙被立刻拦截淀积下来，在某一情况下，一年之间泥沙被拦截淀积的厚度达到1米。农民们都看好香根草技术。据报道，农民几乎在任何情况下均喜欢应用香根草技术。南非Natal一位农民，70多年来一直在甘蔗地里利用香根草来稳定道路边坡。1989年起，这位农民在186ha农田上设立了香根草绿篱，用于保护自己的土地，收到立竿见影的效果：降雨径流大幅度降低，土壤墒情好，所以即使在大旱的1992年，他的小荔枝树一棵也没有损失。在中美洲，香根草技术也得到应用。其中，洪都拉斯[13]的用户证实，香根草绿篱是所有水土保持措施中，成本最低廉的一种。埃塞俄比亚[14]和非洲的其他用户也得出同样的结论。从菲律宾Layete17位农民反馈的意见看来[15]，他们看好香根草技术的作用，而且认为香根草技术的确明显比其它系统优越。还应当指出，香根草在其茎节间能长出根来，这就使在香根草绿篱之后或绿篱内部沉积的泥沙的形成一道道梯地，而随着梯地长高，香根草也同时长高。在斐济，这样自然形成的梯地其高度竟可达3米[1]。迄今，尚没有任何证据表明香根草绿篱的表现会劣于其它类型的绿篱。相反，所有证据都指明香根草绿篱是效果最好的植物性障篱。2.2香根草能在范围很宽的生境条件下生长澳大利亚在盐碱土壤条件下进行香根草试验[16]。试验显示，香根草可以承受ECse高达38mScm-1高盐度条件。而在盐度为ECse20mScm-时，香根草干物质产出降低50%。科学家还进行了香根草对宽范围土壤pH值承受度的研究[17]，结果表明，香根草能承受pH值低至3.3而土壤铝毒性度为68%的条件。这些指标说明，香根草可能是最能承受铝毒害的作物和草原植物种之一。试验还显示，香根草还能在土壤pH值为11.5的条件下成活，且在适当的P和N营养条件下生长良好。香根草能在许多类型的土壤上成活，无论土壤厚薄，无论土壤结构如何均能生长。马来西亚的研究人员对比了香根草在5种类型的土壤上的生长情况[18]，发现尽管香根草在不同土壤类型上的生长情况有所差异，但都生长得相当理想。他们发现，香根草可以在废锡矿的土壤上定植，从而决定利用香根草来复垦这类退化的土地。在印度，在黑色变性土上生长的香根草同在淋溶土上生长的一样，非常茁壮；而在旱地上生长的香根草同湿地上生长的香根草一样旺盛非常，显示了香根草同时具备旱生和湿生特性[18]。香根草能够忍耐约-9.5°C的酷寒[19]，而有些植株能够忍耐短时-15°C的低温[20]。雨量是香根草生长的限制性因素。香根草能在雨量为300-400mm的地区生长，但此时则要求加强管理。在这样的环境中，香根草的定植比较困难。如果遇到季节性的极端气候条件，或者碰到过度放牧、周期性干旱的情况，香根草和其它植物一样也会生长困难。然而，只要地下水位较高，或者具备灌溉条件，即使在零雨量的地区，香根草照样生长。记录说明，在极端干旱，雨量少于50mm的地区，在连续12个月无降雨的条件下，香根草依然活了下来。一般而言，香根草在热带和亚热带的多数生境条件下都能生长。当然，在排水良好的环境中生长的更好。在冬天极寒之地，或在永冻之区，香根草不能生长。香根草在任何海拔高度上都能生长，不过，这恐怕还得考虑温度条件的限制。在洪都拉斯海拔2,800米的地方，香根草生长的很好[13]。在埃塞俄比亚西部海拔2,000米的高度上，照样定植香根草绿篱[21]。在莱索托海拔3,000米的冰雪高度上，香根草也能存活[22]。香根草在澳大利亚盐渍土壤地区生长的潜力巨大[23]。于是，有人成功的将香根草应用于印度西北部遗弃的碱土Ussar地的复垦上。最近，Truong等[24,25]的研究发现，香根草可以承受非常严重的重金属污染和很强的毒性条件，其承受阀值远远高于其它植物。中国和泰国的研究均证实上述发现。由于香根草可以承受重金属污染，加上它具有吸收过量磷和氮的能力，就可以用作定植在人工或天然湿地的理想植物，让它净化湿地里的受污染的水，净化生活污水和工厂排出的废水。在这一重要领域的研究和试验中，澳大利亚的PaulTruong及其同事，以及中国的夏汉平处于领先地位。从国际香根草网络所刊登的第二和第三届国际香根草大会的文献汇编中可以查阅相关资料。总言之，香根草可以承受范围极宽的生境条件，可以在对植物极度有害的环境中生长。2.3香根草不会与其相邻的作物竞争，香根草绿篱会使作物增产大多数研究都证明，香根草不会造成相邻的作物减产。哥伦比亚的试验[8]指明，木薯同香根草绿篱长在一起时，木薯产量并没有降低。可是，木薯同象草(Pennisetumpurpureum)绿篱长在一起时，木薯产量降低了33%。这是因为，象草的根系四处伸展，与其相邻的作物大力竞争。印度马哈拉施特拉邦[25]和马来西亚[17]的试验得出与上述研究相似的结果。从印度南部到斐济的农民的生产实践也证实这些结论。南非Natal的蔗农和斐济的农民都宣称香根草使他们增产了。印度马哈拉施特拉邦的Akola地区（年均雨量840mm，土壤为石质半干润正常新成土），1989~1991年期间进行了一些试验[27]。试验显示，受香根草绿篱保护地块的作物产量较高，与生长在土埂梯田以及横坡耕作土