植物篱技术研究进展及展望

植物篱水土保持技术研究进展及展望杨玉义，黄璐，严力蛟*（浙江大学生命科学学院生态规划与景观设计研究所，杭州，310058）摘要：植物篱水土保持技术在坡耕地上的成功应用，不仅能防治水土流失、改善土质，而且能增加农民收入，实现生态效益与经济效益相统一。本文综述了近十年来植物篱水土保持技术研究进展，发现该研究存在明显的区域差异，并提出了植物篱品种选择及推广示意图，强调选择过程中农民参与的重要性。植物篱有较好的水土保持效益，但在实际推广过程中要注意植物篱与农作物养分竞争、种植模式等问题，并要进行正确的效益评价。作者进一步分析未来植物篱水土保持技术研究的三大趋势：理论研究深入化、实践推广合理化、效益评估综合化。相信通过进一步深入细致的研究，植物篱技术必将在我国山区的可持续发展、农业产业调整过程中发挥重要作用。1关键词：植物篱种植模式；水土保持；坡耕地；农林复合经营中图分类号：文献标示码：AResearchandProspectofHedgerowTechnologyforWaterandSoilConservationYANGYu-yi,HUANGLu,YANLi-jiao*(InstituteofEcologicalPlanningandLandscapeDesign,CollegeofLifeScience,ZhejiangUniversity，Hangzhou，310058，China)Abstract：Thesuccessfulapplicationofhedgerowtechnologyinslopelandwasnotonlyaneffectivemeasurementforerosioncontrolandsoilimprovement,butalsoplayedanimportantroleintheincreaseoffarmer'sincome.Onlyinthiswaycanthecoordinationofecologicandeconomicalbenefitswereachieved.Itwasdiscoveredthatregionaldifferencesweresignificant,basedonthereviewabouthedgerowtechnologyinrecentyears.Asketchofhedgerowspeciesselectionandpromotionwasbroughtup,inwhichtheimportanceoffarmerparticipationwasaddressed.Althoughhedgerowtechnologywaseffective,nutrientcompetitionbetweenhedgerow基金项目：国家自然科学基金（40671117，40771117）资助作者简介：杨玉义（1985—），男，山东济南人，博士研究生，研究方向：环境科学与生态规划，E-mail:[e-mail]；黄璐（1986—），女，浙江温州人，博士研究生，研究方向：生态规划与景观生态学，E-mail:[e-mail]*通讯作者：严力蛟（1959—），E-mail:[e-mail],theimportanceofcorrectassessmentaboutthistechnologywasalsodiscussedinthisarticle.Ontheaboveanalysis,thetendenciesofhedgerowtechnologywerespeculatedfurther:researchdeeplyonthetheory,rationalizationinpractice,Integrationofbeneficialassessment.HedgerowtechnologywouldbeboundtoapplyextensivelytothesustainabledevelopmentinmountainareaandadjustmentofagriculturalIndustrializationviaintensivestudy.Keywords:hedgerowintercroppingsystem;conservationofwaterandsoil;slopingfield;agroforestry1引言坡耕地占我国耕地面积的43.8%，是山区主要的土地资源。水土流失成为制约农业发展、影响产业结构调整的重要瓶颈，很多地区出现土质退化、生态恶化等现象，呈现“水土保持技术及资金投入缺乏—水土流失—土壤肥力下降—土地产能低下—农民收入降低—水土保持技术及资金投入匮乏”的恶性怪圈。植物篱、坡改梯等工程技术在部分地区的成功应用有效抑制了水土流失，促进当地生态环境的改善，提高了单位面积产量，深受农民欢迎。植物篱水土保持技术是在坡耕地上相隔一定距离种植草本或木本植物带，以减少水土流失保护坡地耕作和土地可持续利用的技术。该技术既有保持水土、改善土壤性质的优点，也有占用耕地、与农作物竞争养分等缺点。因此，本文综述近十年来该技术的研究进展，讨论未来研究重点，旨在促进该技术在我国山区的研究及推广，使山区农业走上高效生产、生态保护的良性发展之路。2植物篱水土保持技术的研究进展2.1国内研究呈现明显的区域差异植物篱水土保持技术自20世纪90年代引入中国以来，得到广泛而深入的研究。从维普期刊输入“植物篱”查询相关文献发现，我国植物篱水土保持技术研究区域差异明显。据2002年土壤普查数据（如图1）显示，全国土壤水蚀面积前五位的省份分别是四川、内蒙古、云南、陕西、甘肃。然而植物篱水土保持技术的研究地域主要集中于南方（如图2），查阅1998以来的植物篱水土保持技术研究文献发现，四川省是我国植物篱水土保持技术研究文献最多的地方，该地域的研究文献占文献总数的35.80%，其次是湖北省20.99%，贵州省0.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%40.00%江西湖北四川贵州山西省份文献数量百分比0.00%2.00%4.00%6.00%8.00%10.00%甘肃内蒙古四川云南陕西省份水蚀面积百分比16.05%，三省研究占总文献数量的72.84%，而北方植物篱水土保持技术应用研究甚少。因此，从整体上看国内植物篱水土保持技术研究呈现明显的区域差异：南方红壤地区研究多，北方棕壤地区研究少；丘陵地区研究多，高原沟壑研究少；亚热带湿润半湿润地区研究多，温带干旱半干旱地区研究少。由于北方气候类型、土壤条件与南方地区有显著差异，南方植物篱水土保持技术研究成果在北方的适用性不强，需要进行大量的实验研究以弥补区域理论研究方面的差异。2.2植物篱的选择选择适宜的植物篱品种不仅能够保持水土、减少土壤流失，而且能够为当地农民带来可观的经济利益。因此，根据当地条件选择合适的植物篱品种就成为十分关键的问题。李秀彬等[19]认为植物篱品种的选择要考虑三个方面的问题：植物篱的生物学特性、环境适应能力、植物的功用等；而孙辉等[29]总结国内研究进展并结合对金沙江干旱河谷地区的研究后认为应该考虑三个方面的问题是：适合于农村应用以及能保持水土、能培肥土壤、要有多种经济用途或经济价值。植物篱的选择其实不仅要考虑水土流失效应和增加农民收入，选择应以本土物种为主，有利于保持生物多样性和维持区域生态系统稳定。J.O.Owino[5]、Susama[9]分别在肯尼亚和印度东部的研究均发现本土的象草和甜根子草比外来物种香根草是更合适的选择。张斌[37]则使用参数投影模型以投影函数值大小评价样本的优劣来选择植物篱品种。经过十几年的研究，我国各地区植物篱品种选择已经取得显著的进展，选择了一批适应不同地区应用的品种。图1全国水蚀面积前五位省份所占百分比（据2002年普查数据）图2植物篱文献研究前五位省份所占百分比Fig.1thePercentageofTop5ProvincesinWaterErosionArea（accordingto2002censusdata）Fig.2thePercentageofTop5ProvincesinHedgerowResearch表1我国各地区植物篱品种表Tab.1SpeciesofContourHedgerowinPlacesofChina地区植物篱品种三峡库区新银合欢，马桑、黄荆和木槿[29]金沙江干旱河谷地区山毛豆、云南合欢、新银合欢[29]冀西北黄土丘陵区柠条、紫穗槐、黄花菜、杏树、海棠[33]红壤坡耕地黄花菜、百喜草、香根草[32]陕北柠条、槐、沙棘、沙柳[32]但植物篱品种的选择并不是一蹴而就的，而是一个长期的过程，不仅需要专家学者的努力，也需要当地农民的积极参与。在推广过程中，如果专家的指导意见能够与当地农户的参与相结合，将会取得极大的成功[20]。国外学者D.D.Pondel等[1]认为农民参与到实验研究的过程中（FarmerParticipatoryResearch）会对接受该技术起极大的促进作用，但该方法要考虑农民的试验能力及由此引起的数据可信度问题。因此，本文认为当地农民的参与是实现植物篱技术有效应用的关键因素，并以此提出植物篱品种试验推广流程图（如图3所示）。首先，由科研人员、当地农业技术人员、农民以现有植物篱推广品种和当地一些乡土物种为基础，依据当地气候水文等条件建立植物篱品种选择库。其次，科研人员在当地农技人员的支持下进行深入的理论分析试验研究，筛选出合适的植物篱品种。然后，让农民参与到坡耕地推广实验，一方面增加农民对植物篱技术的认知和理解；另一方面，采用参与式评价方法利于推广真正适合当地条件并为当地农民乐于接受的植物篱品种、种植模式和农牧等复合经营模式，真正实现植物篱生态效益、经济效益的统一。植物篱品种库理论试验研究（包括土壤性质、水土保持效果、农作物种间作用等）坡耕地推广试验（农作物产量、植物篱经济效益、水土保持效益等分析、综合评价）合适的品种合适的树种+合适的种植模式+农牧等复合经营科研人员、当地农技人员、农民认可参与式评价方法参与建立协助研究筛选筛选图3植物篱品种选择及推广示意图Fig.3Thesketchofhedgerowspeciesselectionandpromotion2.3植物篱的水土保持效益2.2.1减小径流、控制水土流失坡面径流的形成是造成水土流失的重要原因。目前，国际上出现Weedbuffers、grassbuffers等概念和术语，与植物篱差异在于前者条带更宽，但目的和本质相同。日本学者MachitoMihara等[6]研究植物缓冲区（weedbuffers）对水土的保持作用时发现7.2m宽的缓冲区将极大的降低径流，可以截留99.6%的土壤流失量。法国学者J.M.Dorioz等[4]在综述草缓冲区（grassbuffers）对土壤中P的动态分布效应时认为缓冲区能够降低水土流失过程中P素的损失，但还需要长期的试验观察。国内学者对植物篱的水土保持效益也进行了深入的研究。水土流失分为面蚀和细沟侵蚀两部分，局部径流改变是导致泥沙侵蚀的根本原因，造成土壤有效养分的流失[11]，随着降雨时间的延长、雨量的增大，细沟侵蚀超过面蚀成为主要的侵蚀方式[25、36]。而植物篱地表覆盖度的增加进一步改变径流，使侵蚀量与降雨量不一定呈现正相关关系[14]。植物篱改善土壤团聚度，提高水稳定指数也成为减少水土流失的重要原因[24]。在实际应用中植物篱发挥了良好的效果，在侵蚀沟生态恢复过程中使用植物篱技术年径流量为无植物篱处理的7.2%，泥沙流失量为对照的1%[34]。孙辉[26]、陈治谏[15]、许峰[35]、胡建民[17]等不同地区的研究也证实了植物篱具有减小径流、保持水土的效果。李新平[18]、马廷[23]等则通过