喀斯特石漠化坡耕地植物篱优化配置技术与示范

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贵州处于世界三大连片喀斯特发育区之一的东亚片区中心,是世界最大、最集中连片的喀斯特区,称为喀斯特省,喀斯特面积占73.8%,区内人口密度大,垦殖系数高、水土流失严重、基岩裸露率高,除黔东南部分县域外,其它县市均有不同程度的石漠化问题。坡耕地是贵州主要的耕地类型,占全省耕地面积的46.8%,是满足本地区粮食供给的基础生产要素,也是造成区域内水土流失、石漠化的主要原因。坡改梯是治理坡耕地水土流失的主要措施,地埂是坡改梯耕地的重要组成部分,约占耕地面积的5%。如何合理利用无法种植农作物的坡耕地地埂,防治水土流失,提高土地利用率,是石漠化脱贫致富面临的重要问题。植物篱具有成本低、简单易行、推广快的特点,有一定经济价值,在山区被广泛推广应用,大量研究表明植物篱不仅能控制水土流失和农业非点源污染,还能改善土壤理化性质等,具有良好的生态、经济、社会效益,是治理喀斯特石漠化坡耕地水土流失一种有效的生态农业措施。研究以典型轻度-潜在石漠化毕节撒拉溪示范区,中度-强度石漠化关岭-贞丰花江示范区为研究区域,对流域内不同等级石漠化背景的不同植物篱类型,从水土流失量、土壤理化性质变化程度、小气候效应方面,较为全面地分析不同等级石漠化背景下,不同植物篱的水土保持效益,选出相应等级石漠化条件的适宜植物篱品种和主推模式,提高山区土地利用率,增加农民经济收入,国内外鲜见报道。本文在轻-潜在石漠化地区以三叶木通(A.trifoliata)+黑麦草(Loliumspp)+金荞麦(Fagopyrumdibotrys)、榛子(Corylusheterophylla Fisch)+黑麦草+金荞麦、金丝桃(HypericumchinensisLinn)+黑麦草、钙果(Cerasus humilis(Bge.)Sok)+金银花(LonicereaJaponicae)、核桃(Juglansregia)+金银花、黑麦草、白三叶、金荞麦、刺梨(RosaroxburghiiTratt)、金银花,在中-强度石漠化地区以花椒(Zanthoxylum)+金银花、金银花+黑麦草、金银花、石榴(Punica granatumLinn)、仙人掌(Opuntiastricta)植物篱为研究对象,分析了植物篱布设对坡耕地产流产沙、土壤理化性质、小气候的影响及其变化特征,得出了一下主要结论:  (1)植物篱可以减少示范区坡耕地地表产流量。植物篱种植小区地表产流量显著低于无植物篱小区,其中三叶木通+黑麦草+金荞麦植物篱减流效应最优,高达95%,且植物篱减流效应随种植年限的延长而增加。相同气候条件下,喀斯特高原地山地轻-潜在石漠化环境各植物篱减流效应大小为三叶木通+黑麦草+金荞麦>榛子+黑麦草+金荞麦>金银花>金丝桃+黑麦草>刺梨+金荞麦>刺梨>金荞麦>核桃+金银花>钙果+金银花>CK,相对拦截率分别为95%,94%,89%,88%,86%,83%,82%,80%,76%。  (2)植物篱可减少示范区坡耕地产沙量。示范区植物篱种植小区泥沙流失量明显低于对照组,相同气候条件下,喀斯特高原山地刺梨+金荞麦植物篱减沙效应最好,拦截率达100%,各植物篱泥沙拦截率大小顺序为刺梨+金荞麦>金荞麦=三叶木通+黑麦草+金荞麦>榛子+黑麦草+金荞麦=核桃+金银花=刺梨>钙果+金银花=金银花>白三叶>黑麦草植物篱,拦截率分别为98%,96%,96%,95%,95%,95%,95%,91%,91%,45%,17%。喀斯特高原峡谷区,潜在石漠化环境“金银花+花椒”藤灌植物篱模式土壤侵蚀量极显著小于金银花、花椒单作植物篱模式,年土壤侵蚀量分别为42.65t/km2、46.2t/km2、45.41t/km2;轻度石漠化环境“金银花+黑麦草”藤草混合植物篱模式土壤侵蚀量显著低于石榴乔木单作植物篱模式,年土壤侵蚀量分别为41.2t/km2、52.12t/km2。相同金银花植物篱配置方式下,潜在石漠化环境下的土壤侵蚀量显著高于中度石漠化环境,年土壤侵蚀量分别为46.20t/km2、36.46t/km2;强度石漠化环境下的仙人掌植物篱土壤侵蚀量最低每年为33.51t/km2各植物篱年土壤侵蚀量均显著(P<0.05)低于对照组60.1t/km2。  (3)植物篱可以改善土壤物理性质。喀斯特高原山地轻-潜在石漠化地区除核桃+金银花、黑麦草、白三叶植物篱外其它植物篱均能显著(P<0.05)改善土壤含水量和孔隙度;刺梨和木通+金荞麦+黑麦草植物篱小区土壤容重最小仅为1.18g/cm3对照组为1.50g/cm3,白三叶单作植物篱模式土壤容重最大为1.78g/cm3,不利于改良土壤;除黑麦草植物篱外,其它植物篱模式下土壤渗透率均显著(P<0.05)高于对照组。喀斯特高原峡谷中-强度石漠化地区,不同等级石漠化种植植物篱均能显著改善(P<0.05)土壤理化性质,其中潜在石漠化“金银花+花椒”混合植物篱模式下土壤自然含水量、土壤容重、孔隙度、渗透性均最好,分别为39.33%,0.70g.cm-3,73.52%;相同金银花植物篱模式,中度石漠化环境土壤含水量、土壤总孔隙度、毛管孔隙度显著高于潜在石漠化环境,潜在石漠化环境土壤容重高于中度石漠化环境;强度石漠化环境仙人掌上层土壤渗透率很大为6.11mm/min,下层土壤很低小。  (4)植物篱可以改善土壤肥力。喀斯特高原山地轻-潜在石漠化区域,刺梨、黑麦草、刺梨+金荞麦、木通+金荞麦+黑麦草、榛子+金荞麦+黑麦草植物篱模式全氮含量显著(P<0.05)高于无植物篱径流小区,金银花、白三叶、金荞麦、钙果+金银花、核桃+金银花、黑麦草+金丝桃植物篱与对照组全氮含量差异不明显(P>0.05);金丝桃+黑麦草植物篱配置类型全磷含量最高为1.07g/kg;各植物篱模式下土壤速效磷含量均显著(P<0.05)高于对照组;除钙果+金银花植物篱外,其它植物篱配置模式均能显著土壤全钾含量,刺梨+金荞麦模式下土壤全钾含量最高为0.82g/kg;各植物篱径流小区土壤有机质含量均显著高于对照组,且各植物篱种植模式之间有机质含量存在显著性差异(P<0.05);植物篱种植对示范区的影响较小。  (5)植物篱可以改善喀斯特高原山地石漠化坡耕地小气候。植物篱小区日光照强度低于无植物篱小区,光照日变化轻度相对稳定。同时各植物篱下地表温度日变幅也相对稳定。除黑麦草和白三叶单作植物篱措施外,其它植物篱模式地表相对湿度与对照组存在极显著性差异(P<0.01),且地表湿度变化相对较稳定,对照组地表湿度最小为9.9%,最大值为82.3%,夏季相对湿度大于冬季。植物篱小区土壤温度日变幅均小于对照组,夏季大于冬季,各径流小区土壤温度均为5cm>10cm>15cm>20cm,达到最高值的时间在推后。  (6)种植植物篱可以改善喀斯特高原峡谷石漠化坡耕地小气候。植物篱样地光照强度均低于无植物篱样地,潜在石漠化环境“金银花+花椒”藤灌混合植物篱模式光照强度最低。相对湿度与光照强度呈显著(P<-0.05)负相关,“金银花+黑麦草、金银花+花椒”混合植物篱模式相对湿度高于单作植物篱模式。各植物篱样地地表温度均小于对照组,且“金银花+黑麦草、金银花+花椒”混合植物篱模式地表温度日变幅小于“花椒、金银花、仙人掌、石榴”单作植物篱模式。不同季节、不同深度,各植物篱土壤温度均低于对照组,同时土壤越深土壤温度日变幅越小。夏季不同深度、不同植物篱土壤温度均大于冬季。“金银花+黑麦草、金银花+花椒”混合植物篱模式土壤温度日变幅小于“金银花、仙人掌、花椒、石榴”单作植物篱模式。夏季光照强度、大气温度、土壤温度均大于冬季。  (7)创新性地探索了不同等级石漠化适宜植物篱品种与主推模式。通过对不同植物篱对水土流失、土壤理化性质、农田小气候的影响,结合示范区主导产业结构,得出喀斯特高原山地轻-潜在石漠化环境适宜植物篱品种有金荞麦、钙果、木通、榛子、刺梨、核桃、白三叶、金丝桃、金银花、黑麦草,草本植物和其它植物混合种植才能发挥优异的保水固土作用。“三叶木通+金荞麦+黑麦草、榛子+金荞麦+黑麦草、刺梨+金荞麦、金丝桃+金荞麦”植物篱配置模式水土保持效益优于其它植物配置模式,应大量推广应用。花椒、金银花、黑麦草、石榴、仙人掌均适宜在喀斯特高原峡谷区种植,同时潜在石漠化环境主推花椒+金银花模式,轻度石漠化主推石榴单作模式,中度石漠化主推金银花单作模式,强度石漠化主推仙人掌单作模式。  (8)首次提出了一种潜在-轻度石漠化环境植物篱配置技术与一种中-强度石漠化环境植物篱配置技术。
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