假儉草不同種植方式在鄱陽湖區堤防的適宜性實證研究

李赟璟,肖勝生,劉洪光

(江西省水利科學院,江西省土壤侵蝕與防治重點實驗室,330029,南昌 )

0 引言

堤防工程是防洪體系的基礎和主體。據第一次水利普查公報[1],全國堤防總長度為41.4萬km,其中5級以上堤防長度27.5萬km,全國現有40%的人口、35%的耕地和約70%的工農業總產值在堤防的保護之下。作為水利工作大省,江西省各類堤防總長度也達到1.30萬公里[2],其中大部分堤防位于鄱陽湖平原,是兩岸防洪保護區內社會穩定和經濟發展的重要屏障。

近年來,生態堤防的理念與實踐得到了充分的發展[3-6]。植草護坡是生態堤防工程中最常用的一種手段,現有研究在草種篩選[7-8]、種植技術[9-11]和雜草管理[12-13]等方面取得了重要進展。但是,目標草種的適宜性問題不僅涉及到其與雜草的競爭情況,而且需要長期監測其生物量和優勢度等指標。

以江西省為例,堤防面貌整體較差,堤身雜草、雜灌生長等問題普遍存在,嚴重影響了日常河道管理,特別是汛期巡堤查險和除險工作[14]。對于人工種植草皮而言,草種選擇常常具有一定盲目性,并未從生態位的角度考慮所選草種在植物群落中的優勢度。由于草種選擇不當,不具備生態優勢,大部分被野生雜草取代。對于自然植被恢復而言,植物群落通常具有較高的物種多樣性和生產力,這就容易引起不同植物間競爭加劇,從而增加株高以爭奪陽光。由于缺乏控高除雜的有效手段,造成目前堤防坡面同樣面臨著堤身高稈草本、灌木繁多等生態問題。因此,常規植草護坡帶來繁瑣的堤防日常管理工作,每年需反復清除高稈雜草,勞動強度大,管理者疲于應付,管理費用較高;另外大面積噴施滅生性除草劑帶來嚴重的環境污染風險。

前期研究表明,假儉草(Eremochloaophiuroides(Munro)Hack.)是一種優良的堤防護坡草本植物[15],而且也是江西省乃至長江流域以南的鄉土草本植物。假儉草,又名蜈蚣草,隸屬于禾本科蜈蚣草屬,為C4光合途徑的多年生草本植物,是以耐瘠薄、病蟲害少以及養護水平低而著稱的世界著名的暖季型草坪草。假儉草具有較強的分枝和蔓延能力,能形成相對低矮、密度較高的草坪?？紤]到假儉草結實率和成熟率較低的因素,市場上沒有假儉草種子商品,結合假儉草自身優良的無性繁殖特性,目前在堤防護坡應用中假儉草主要采取3種方式:莖段撒播、莖段條播、草皮移栽。前期本研究團隊針對不同的無性繁殖方式進行了小區尺度的試驗,提出了假儉草撒莖覆土碾壓的種植方式,為探索低成本、高效率的草莖繁殖方式提供了借鑒。上述3種種植方式之間哪種更有利于搶占生態位、抑制雜草入侵?哪種更有利于控制草皮整體高度?總體上尚缺乏基于堤防坡面的野外實證研究。

因此,本研究在江西省成朱聯圩開展了較大規模的野外對比監測,進一步驗證了假儉草無性繁殖方式。相關研究結果為積極應對汛期巡堤查險意義重大,也是“河長制”和水生態文明建設的基本要求。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于江西省成朱聯圩范圍內,分屬江西省成新農場和江西省朱港農場所轄堤段。成朱聯圩地處鄱陽湖濱,是位于贛江北支官港河、三老官河和中支河之間的二個封閉圩區,由南湖、成新、朱港三段圩堤組成,總長43.2 km。堤頂面寬6 m,圩堤內外邊坡比例為1：3,圩堤等級為3級,是江西省重點圩堤。圩內圍墾面積5.3萬畝,圩堤保護農田3.6萬畝,圩堤沿線共有排灌站6座。成朱聯圩是江西省成新農場和朱港農場的“生命保障線”。

成朱聯圩5—6月開始漲水,6—8月組織巡堤。但每年夏季汛期來臨前,堤身、堤灘雜草叢生,長勢旺盛。據前期觀察,圩堤主要雜草大致分為三類。一是嚴重影響巡堤查險的蒼耳(XanthiumstrumariumL.)、蘆葦(Phragmitesaustralis(Cav.)Trin.exSteud.)、巴茅(Miscanthusfloridulus(Labill.)Warb.)、加拿大蓬(Conyzacanadensisvar.canadensis(L.)Cronq.)等惡性雜草,植株高度在100 cm以上;二是影響巡堤查險的牛筋草(Eleusineindica(Linn.)Gaertn.)、碎米莎草(CyperusiriaLinn.)、天蓬(Atropanthesinensis(Hemsl.)Pascher)、馬唐(Digitariasanguinalis(Linn.)Scop.)等,植株高度一般在50 cm以下;三是不影響巡堤查險的狗牙根(Cynodondactylon(Linn.)Pers.)等草種,高度一般在30 cm以下,植株匍匐生長,莖段交織成網,水土保持作用明顯。

1.2 試驗設計

項目包含原有坡面對照(CK)、假儉草莖段條播(TB)、假儉草莖段撒播(SB)和假儉草草皮間鋪(CP)4種處理方式(圖1)。每個處理設計3個重復,單個重復設置60 m堤段,堤段坡長為20 m。不同處理間采取隨機區組試驗設計(表1)。

表1 堤段試驗處理及其主要技術流程

假儉草材料采集于江西省豐城市贛江大堤背水面生長良好的假儉草草皮。其中莖段條播和撒播主要采集健壯的假儉草莖段作為建坪材料。將假儉草匍匐莖切成8～10 cm長的草段,每段至少含2個莖節。為有效地提高假儉草成活生根,種植前對草段經4%的尿素溶液浸泡5 min[16]。莖段條播和撒播密度為20根/m2,草皮按照1：2比例間鋪。2020—2022年連續監測小區內覆蓋度、植被高度和植物種類。

1.3 研究方法與數據處理分析

1.3.1 覆蓋度 利用植被覆蓋度攝影測量儀JZ-SH11對試驗小區范圍進行照片采集和數據處理分析覆蓋度。監測期從2020年6月15日—7月6日,一周觀測記錄一次,后期觀測間隔適當拉長,至2021年9月結束(此時2種莖段種植方式的覆蓋度沒有顯著性差異,停止觀測)。開始檢測時,假儉草草皮鋪植時覆蓋度達到50%,本研究重點比較莖段條播與撒播的覆蓋度。

1.3.2 草皮自然高度和植物種類 在每個試驗區中沿對角線建立5處固定觀測樣方(1 m×1 m)(圖2)。每次測定樣方內草皮整體自然高度并鑒定植物種類。其中草皮高度監測期為從2020年6月中旬開始,前期大約一周觀測記錄一次,后期觀測間隔適當拉長,共計觀測13次;植物種類只監測了2020—2021年,共計5次。

圖2 樣方監測

1.3.3 控高效率 先計算假儉草莖段條播或撒播處理下草皮高度與對照的差值,再將差值與對照進行比值。以條播為例,具體公式為:控高效率=(CK-TB)/CK×100%。

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 20.0統計軟件進行數據分析。采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和多重比較(Duncan test)方法檢驗不同種植方法之間的上述各項監測指標的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 假儉草覆蓋度的變化

覆蓋度是草坪建植過程中非常重要的指標。覆蓋度變化越大,成坪越快越有利于提升假儉草的生態位,擠占雜草入侵的空間,從而降低后期草坪除雜和水肥管理的成本。監測結果表明(圖3),假儉草莖段條播和撒播2種建植方式下草坪覆蓋度從建植初期的20%左右穩步上升,但總體上莖段撒播處理下覆蓋度增長較快,但在2020年9月2種處理之間不存在顯著性差異。至2021年9月,2種建植方式覆蓋度都穩定在65%,并與2020年期間的監測結果形成顯著性變化,之后停止監測。

圖3 假儉草莖段種植覆蓋度變化

假儉草屬于匍匐莖生長的草本植物,通過分蘗橫向生長,蔓延與繁殖能力較強。前期研究表明,假儉草撒莖覆土碾壓草坪建植方式下分蘗速度平均為達到0.42個/天[11],野外調查也表明1株假儉草幼苗能在3個月后,覆蓋直徑1 m圓形區域的50%以上[17],占據生態位點的能力極強。

2.2 不同種植方式的控高效果

高度是草坪另外一種非常重要的指標。對于絕大多數草坪而言,高度越低和越平坦,整體景觀效果非常美麗。另外,草坪草自然高度低,利于人們對草坪的管理,對于堤防護坡這一特殊用途來說就更是如此,低矮的草坪自然高度對汛期查險除險非常有利。下面分別從不同處理方式之間的草皮自然高度和控高效率2個方面展開分析。

監測結果表明(圖4),各年份生長季期間,各處理草皮高度均在逐漸增加?？傮w上,與對照相比,假儉草處理植被高度變幅較小。對照處理堤防坡面,以狗尾巴草為主的植被高度在2020年6月上旬僅為5.7±4.2 cm,但后期生長迅速,至7月初防汛關鍵期已達到47.1±23.3 cm,對巡堤查險除險帶來較大困擾。而假儉草建植坡面植被高度增長緩慢,7月關鍵期CP、TB、SB 3種種植方式下自然高度(帶花序高度)分別為13.6±9.1 cm、21.2±19.0 cm和23.6±15.1 cm,與對照坡面相比,控高效率分別為71.03%、54.99%及49.88%。從整個監測期而言,CP、TB和SB3種假儉草處理下坡面植被平均高度分別為32.7±19.6 cm、26.9±16.8 cm和30.3±15.8 cm,均能有效控制大堤坡面植被高度,充分滿足汛期巡堤查險需求,與CK(47.7±24.9 cm)相比存在顯著性差異(P<0.05),控高效率依次可達到31.48%、43.44%和37.01%,但3種假儉草處理之間植被高度不存在顯著性差異。

圖4 不同種植方式下草皮自然高度的變化

2.3 假儉草對圩堤植物群落組成的影響

物種分析表明(圖5),假儉草莖段條播和撒播處理下共享的物種最多,但是和對照共享的物種較少,表明假儉草種植大堤坡面的植物種類組成和對照區顯著不同,假儉草可有效降低大堤坡面雜草種類,抑制高稈草灌的生長,便于堤防坡面日常管理。

3 結論與展望

堤壩雜草控制的根本是調控植被朝矮化方向演替,這樣既能實現養堤、護堤的目的,同時有利于巡堤查險。本研究在鄱陽湖堤防坡面開展了3種建植方式下假儉草覆蓋度、草皮高度和雜草種類的對比研究,為假儉草這一優良的水土保持植物在堤防坡面的快速繁殖與大規模應用推廣提供了一定借鑒?？傮w上,1)假儉草具備強壯的匍匐莖,占據生態位點的能力極強。同時,相比于莖段條播,撒播處理下覆蓋度增長較快;2)相比于原始堤防坡面,3種假儉草種植方式均具備很高的控高效率,充分滿足汛期巡堤查險需求;3)假儉草處理下能有效抑制雜草入侵,提高草皮純度,便于堤防坡面日常管理;4)假儉草草皮間鋪成本最高,不適宜大面積推廣;假儉草草莖撒播的覆蓋速度高于條播,且二者在控高效率和控雜方面無顯著差異,但撒播成本低于條播,可作為主推技術。

另外,通過野外實證研究還提出2點建議:1)鄱陽湖區堤防假儉草草坪建植期正屬于晴熱高濕,與雜草高峰期重疊,極易因雜草滋生而導致建坪失敗。因此必須把握“主動除草”和“全過程去除、常年不斷、屢年堅持”理念,從土壤處理、建植期養護管理等過程綜合實施去除雜草,特別是建植前的土壤處理和建植初期的雜草芽前防除兩個關鍵時期需要投入更多精力。2)假儉草莖段撒播技術在鄱陽湖區堤防護坡上應用前景廣闊。項目組已掌握假儉草莖段建植草坪的技術體系。建議下一步繼續深化假儉草莖段規?；a方面的研究和實踐探索工作,如是否可以利用鄱陽湖區堤防規模巨大的自身優勢,將堤坡和坡腳平臺建設成為假儉草采穗園值得探索。