山毛豆在巖溶區(qū)石漠化治理中的作用

蔡小艷，鄧素媛，賴志強(qiáng)，陳遠(yuǎn)榮，易顯鳳，姚 娜，韋錦益

（1.廣西壯族自治區(qū)畜牧研究所，廣西 南寧 530001；2.桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院，廣西 桂林 541004）

山毛豆在巖溶區(qū)石漠化治理中的作用

蔡小艷1，鄧素媛1，賴志強(qiáng)1，陳遠(yuǎn)榮2，易顯鳳1，姚 娜1，韋錦益1

（1.廣西壯族自治區(qū)畜牧研究所，廣西 南寧 530001；2.桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院，廣西 桂林 541004）

為探討山毛豆對(duì)巖溶區(qū)石漠化治理的作用，在廣西凌云縣典型的石漠化治理示范點(diǎn)閣樓村和加尤鎮(zhèn)，在椿樹和板栗樹林下種植山毛豆和合萌，以坡地種植山毛豆作對(duì)照，通過定點(diǎn)監(jiān)測(cè)植被多樣性和土壤中養(yǎng)分的變化情況。結(jié)果顯示，巖溶區(qū)種植山毛豆后第1年，植被蓋度達(dá)到20%～70%，第2年提高到95%～100%，水涵養(yǎng)性提高了3.85%～10.3%，野生物種有害數(shù)減少20%～30.7%，土壤有效氮提高6.14%～14.61%，全磷提高23.02%～51.66%，全鉀提高38.10%～45.24%，有機(jī)質(zhì)提高6.28%；86.7%的區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)屬于中等及以上等級(jí)，必需微量元素Cu、Mn、Ni、Mo、Sn等有益元素得到提高，有害金屬元素中除了Cr外Pb、Ag、As、Hg等均明顯減少，其中Hg由原來的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)提高到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；閣樓對(duì)照區(qū)土壤pH值第2年比第1年降低6.47%～10.59%，而山毛豆種植區(qū)提高0.40%～6.63%。表明種植山毛豆可以提高石漠化地區(qū)植被蓋度，提高土壤水涵養(yǎng)性、有效氮和pH值，可以減少野生有害物種的數(shù)量和土壤中有害金屬元素的含量，具有強(qiáng)大的保持水土和恢復(fù)生態(tài)環(huán)境的作用，可促進(jìn)石漠化地區(qū)土壤和植被正向恢復(fù)的演替。

山毛豆；石漠化；土壤養(yǎng)分；微量元素；環(huán)境質(zhì)量

我國貴州、云南、廣西、湖南、湖北、重慶、四川、廣東8省（區(qū)、市）巖溶面積44.99萬km2，占其土地總面積的42.30%，其中石漠化土地面積達(dá)12.96萬km2。石漠化已經(jīng)成為我國巖溶地區(qū)最為嚴(yán)重的生態(tài)問題，嚴(yán)重制約了該地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。據(jù)2005年開展的廣西壯族自治區(qū)全區(qū)76個(gè)縣（區(qū)）石漠化監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，廣西是世界上最典型、最重要的巖溶區(qū)之一［1］，巖溶地區(qū)土地總面積833萬hm2，居全國第2位，占全區(qū)總面積的35.3%，覆蓋80個(gè)縣市，其中有283萬hm2已發(fā)生了石漠化，占巖溶面積的28.97%，另有潛在石漠化土地180多萬hm2。石漠化治理成為目前廣西急需解決的生態(tài)問題。凌云縣是廣西28個(gè)國家級(jí)貧困縣之一［2］，屬典型的喀斯特地貌，石漠化土地面積分布廣，由此導(dǎo)致水土流失、畜牧養(yǎng)殖效益低等一系列問題。

山毛豆是廣西畜牧研究所2005—2010年選育并獲得國家草品種審定委員會(huì)審定登記為國家優(yōu)良的豆科牧草品種，在南方的適應(yīng)性強(qiáng)，在巖溶地區(qū)亦能生長良好，并且豆科牧草根系發(fā)達(dá)，可以保持水土，其根部又含有豐富的根瘤菌，可以固定空氣中的游離氮，對(duì)土質(zhì)的改良和提高作用也很強(qiáng)［3］，為了探明其生長對(duì)巖溶區(qū)石漠化治理的作用，在凌云縣典型的石漠化治理示范點(diǎn)閣樓村和加尤鎮(zhèn)，在坡地種植山毛豆作對(duì)照，在椿樹和板栗樹林下種植山毛豆和合萌，通過定點(diǎn)監(jiān)測(cè)植被多樣性和土壤中養(yǎng)分的變化情況，探討山毛豆對(duì)巖溶區(qū)石漠化治理的作用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

種植山毛豆的閣樓村和加尤鎮(zhèn)共4塊試驗(yàn)地進(jìn)行生態(tài)監(jiān)測(cè)，其中，閣樓村3塊試驗(yàn)地面積分別為1.67 hm2（閣樓1區(qū)）、1.8 hm2（閣樓2區(qū)）、0.04 hm2（閣樓3區(qū)），加尤鎮(zhèn)隴光區(qū)的實(shí)驗(yàn)地面積為0.6 hm2（加尤區(qū)）。

1.2 試驗(yàn)地分布區(qū)域及采樣點(diǎn)監(jiān)控

為了弄清山毛豆種植對(duì)照不同牧草品種種植后對(duì)巖溶山區(qū)生態(tài)環(huán)境的生物多樣性和植被生長的影響，種植山毛豆后，分別于種植后第1、第2年對(duì)各試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

試驗(yàn)地的分布區(qū)域和監(jiān)控采樣點(diǎn)見表1、表2及圖1、圖2。閣樓1區(qū)的海拔從784 m到808m，相差不太大；經(jīng)度為106°45.878′～106° 45.935′E，緯度為24°14.866′～24°14.957′N，相差也不是很大，從中在不同高度隨機(jī)各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，其中2GL1-6為對(duì)照區(qū)監(jiān)控點(diǎn)，2GL1-5未取土樣。閣樓2區(qū)的海拔從742 m到761 m；加尤區(qū)海拔從775 m到799 m，相差不大，經(jīng)度為106°38.620′～106°38.667′E，緯度為24° 29.505′～24°29.601′N，相差也不大，從中在不同高度隨機(jī)選出各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，其中2JY-5為對(duì)照區(qū)監(jiān)控點(diǎn)。由于海拔、經(jīng)緯度在測(cè)量點(diǎn)各區(qū)內(nèi)相差不太大，因此圖1、圖2分別用平面相對(duì)位置圖表示閣樓1、2、3區(qū)和加尤區(qū)的相對(duì)取樣點(diǎn)位。

表1 第1年監(jiān)控點(diǎn)信息

表2 第2年監(jiān)控點(diǎn)信息

2 結(jié)果與分析

2.1 植被蓋度變化

從表3可以看出，不同地點(diǎn)種植山毛豆，種植第1年蓋度達(dá)到20%～70%，第2年提高到95%～100%，而其他牧草種植區(qū)的植被蓋度只提高到60%以上。

2.2 生物多樣性

從表3可以看出，種植牧草前，林下的野草主要有飛機(jī)草、稗草和三葉鬼針草等，種植不同牧草后，對(duì)比蟛蜞菊、合萌、拉巴豆等，山毛豆適生性最強(qiáng)，山毛豆套種椿樹和板栗對(duì)試驗(yàn)區(qū)的生物多樣性有一定的影響，在閣樓地區(qū)第2年比第1年野生物種數(shù)減少了22.2%～30.7%，在加尤地區(qū)，野生有害植物種類比對(duì)照組減少了20%，這說明種植山毛豆可有效地控制雜草野草的生長，并促進(jìn)植被的正向演替過程。

圖1 閣樓試驗(yàn)區(qū)地塊及監(jiān)控采樣點(diǎn)相對(duì)位置

圖2 加尤試驗(yàn)區(qū)地塊及監(jiān)控采樣點(diǎn)相對(duì)位置

2.3 山毛豆對(duì)巖溶區(qū)土壤養(yǎng)分的影響

種植山毛豆1年后，由于閣樓地區(qū)為山毛豆與喬木樹套種，全氮處于消耗狀態(tài)，降低了39.75%，有效氮?jiǎng)t得到了明顯提高，第1年提高了8.55%，第2年提高了14.61%；加尤地區(qū)由于是坡地，全氮提高了23.63%，速效氮提高了6.14%，全磷提高了23.02%，速效磷提高了51.66%，全鉀提高了45.24%，速效鉀提高了38.10%，有機(jī)質(zhì)提高了6.28%。

表3 試驗(yàn)地生態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果

在閣樓以種植豆科和喬木為主體的第一試驗(yàn)區(qū)（閣樓1區(qū)），在種植開始階段，與對(duì)照區(qū)相比各項(xiàng)土壤養(yǎng)分指標(biāo)均有不同程度的下降，表明該類植物在生長初期由于生命力旺盛會(huì)消耗一部分營養(yǎng)元素。因此，這個(gè)階段適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行一些人工施肥更有利于植物的生長，并有利于生態(tài)體系的恢復(fù)和構(gòu)建。

2.4 種植牧草后土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)

依據(jù)土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表4），各監(jiān)控點(diǎn)的土壤養(yǎng)分等級(jí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5。從表5可以看出，試驗(yàn)區(qū)種植山毛豆后，86.7%的區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)屬于中等及以上等級(jí)，而有機(jī)質(zhì)缺乏、很缺乏的各占6.7%。與對(duì)照區(qū)相比，土壤有機(jī)質(zhì)有明顯提高，表明種植山毛豆對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)具有良好的積累效應(yīng)。

表4 土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表5 試驗(yàn)區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤養(yǎng)分狀況

2.5 試驗(yàn)區(qū)土壤微量元素變化特征與評(píng)價(jià)

從表6、表7可以看出，試驗(yàn)區(qū)土壤Cu、Mn、Ni、Mo、Sn含量明顯增大，說明種植山毛豆可有效提高土壤中所必須微量元素的含量；有害金屬元素除了Cr有較明顯的增加外，Pb、W、Ag、As、Hg等均明顯減少，說明山毛豆的種植總體上可以減少土壤中有害金屬元素的含量。

依據(jù)土壤質(zhì)量環(huán)境（微量元素）標(biāo)準(zhǔn)（表8），各試驗(yàn)點(diǎn)土壤經(jīng)過兩年的牧草種植后，其特點(diǎn)見表9。在閣樓區(qū)，總體上各種植區(qū)土壤微量元素未得到明顯改善，表明山毛豆種植對(duì)大多數(shù)金屬的轉(zhuǎn)化作用是一個(gè)長期的過程；但汞的減低較明顯，多數(shù)種植區(qū)壤中汞由原來的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)提高到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，表明種植山毛豆對(duì)土壤中汞的分解作用較明顯。在加尤地區(qū)，山毛豆對(duì)重金屬分解作用也不明顯；但是在灌木（銀合歡、香桂）種植區(qū)，砷、鉻、鎳三個(gè)元素含量明顯降低，其土壤質(zhì)量等級(jí)都有不同程度的提高，顯示了灌木的種植更有利于清理土壤中的重金屬元素。

2.6 土壤水涵養(yǎng)性監(jiān)測(cè)與分析

各試驗(yàn)點(diǎn)不同牧草區(qū)種植牧草后，其含水率以及相對(duì)于對(duì)照區(qū)增幅或減幅變化特征見表10。從表10可以看出，無論是閣樓實(shí)驗(yàn)區(qū)還是加尤區(qū)，山毛豆+合萌+椿樹種植后第1年土壤含水率提高0.8個(gè)百分點(diǎn)，第2年（2010年）提高3.85個(gè)百分點(diǎn)；在坡地上種植山毛豆，兩年后土壤含水率提高10.3個(gè)百分點(diǎn)，表明種植山毛豆可以使土壤水涵養(yǎng)性增高，對(duì)于坡地、石漠化地區(qū)效果尤其明顯。

表6 第1年各取樣點(diǎn)牧草種植區(qū)土壤中微量元素含量（mg/kg）

表7 2010年各取樣點(diǎn)牧草種植區(qū)土壤中微量元素含量（mg/kg）

表8 土壤環(huán)境質(zhì)量（微量元素）標(biāo)準(zhǔn)（mg/kg）

2.7 土壤酸度監(jiān)測(cè)與分析

從表11可以看出，各試驗(yàn)地的酸堿度大多表現(xiàn)為弱酸性至弱堿性，閣樓對(duì)照區(qū)pH第2年比第1年降低10.59%，山毛豆種植區(qū)提高0.4%～3.02%；坡地對(duì)照土壤pH降低6.47%，種植山毛豆提高6.63%，可見對(duì)石漠化土壤不采取措施，土壤pH會(huì)降低，呈現(xiàn)酸性越來越強(qiáng)，而種植山毛豆后，土壤pH逐步提高，亦即可以得到逐漸的恢復(fù)。

表9 各試驗(yàn)點(diǎn)不同牧草種植區(qū)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)

表10 種植牧草后的年度土壤水涵養(yǎng)性及與對(duì)照區(qū)的相對(duì)關(guān)系

3 結(jié)論與討論

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，巖溶區(qū)種植山毛豆第1年蓋度達(dá)到20%～70%，第2年提高到95%～100%，而其他牧草種植區(qū)的植被蓋度只提高到60%；山毛豆適生性最強(qiáng)，在閣樓地區(qū)第2年比第1年野生物種有害數(shù)減少22.2%～30.7%，說明種植山毛豆可有效地控制雜草野草的生長，并促進(jìn)植被的正向演替過程；種植山毛豆1年后，閣樓地區(qū)為山毛豆與喬木樹套種，全氮處于消耗狀態(tài)，降低39.75%，有效氮?jiǎng)t是得到明顯的提高，第1年提高8.55%，第2年提高14.61%；加尤地區(qū)由于是坡地，全氮提高23.63%，速效氮提高6.14%，全磷提高23.02%，速效磷提高51.66%，全鉀提高45.24%，速效鉀提高38.10%，有機(jī)質(zhì)提高6.28%。

試驗(yàn)區(qū)種植山毛豆后，86.7%的區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)屬于中等及以上等級(jí)。缺乏、很缺乏的各占6.7%，與對(duì)照區(qū)相比，土壤有機(jī)質(zhì)有明顯提高，表明山毛豆種植對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)具有良好的積累效應(yīng)。土壤中Cu、 Mn、Ni、Mo、Sn明顯增大，說明種植山毛豆可以有效提高土壤中必須微量元素的含量；有害的金屬元素中除了Cr有較明顯的增加外，Pb、W、Ag、As、Hg等均明顯減少，說明山毛豆的種植總體上可以減少土壤中有害金屬元素的含量。

表11 各試驗(yàn)地pH值監(jiān)測(cè)參數(shù)

依據(jù)土壤質(zhì)量環(huán)境（微量元素）標(biāo)準(zhǔn)，在閣樓區(qū)，總體上各種植區(qū)土壤微量元素未得到明顯改善，表明山毛豆種植對(duì)大多數(shù)金屬的轉(zhuǎn)化作用是一個(gè)長期的過程；但汞的減低較明顯，多數(shù)種植區(qū)壤中汞由原來的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)提高到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，顯示了山毛豆種植對(duì)土壤中汞的分解作用較明顯。

在閣樓試驗(yàn)區(qū)，山毛豆+合萌+椿樹種植后第1年土壤水涵養(yǎng)性提高0.8個(gè)百分點(diǎn)，第2年提高3.85個(gè)百分點(diǎn)；在坡地上（加尤區(qū)）種植山毛豆，兩年后土壤水涵養(yǎng)性提高10.3個(gè)百分點(diǎn)，表明種植山毛豆可以使土壤水涵養(yǎng)性增高，對(duì)于坡地、石漠化地區(qū)尤其明顯。

各試驗(yàn)地的酸堿度大多表現(xiàn)為弱酸性至弱堿性，閣樓對(duì)照區(qū)第2年比第1年pH降低10.59%，而山毛豆種植區(qū)提高0.4%～3.02%；坡地對(duì)照土壤pH降低6.47%，種植山毛豆后提高6.63%，可見對(duì)石漠化土壤不采取措施，土壤pH會(huì)降低，呈現(xiàn)酸性越來越強(qiáng)，而種植山毛豆后，土壤pH逐步提高，亦即可以得到逐漸的恢復(fù)。說明山毛豆具有保持水土和恢復(fù)生態(tài)環(huán)境的作用，可促進(jìn)石漠化地區(qū)土壤和植被的正向演替。

［1 蔣忠誠. 廣西巖溶及其生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域近十年來的主要研究進(jìn)展［J］. 南方國土資源，2004（11）：19-22.

［2］李小紅，孔令孜，覃澤林. 廣西貧困縣農(nóng)民收入現(xiàn)狀及可持續(xù)增長路徑分析［J］. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，44（7）：1225-1232.

［3］賴志強(qiáng). 廣西飼用植物志［M］. 南寧：廣西科學(xué)技術(shù)出版社，2011：300-357.

（責(zé)任編輯 鄒移光）

Role of Tephrosia candida DC. in rocky desertification in Karst areas

CAI Xiao-yan1，DENG Su-yuan1，LAI Zhi-qiang1，CHEN Yuan-rong2，YI Xian-feng1，YAO Na1，WEI Jin-yi1
（1.Guangxi Institute of Animal Sciences，Nanning 530001，China；2. Guilin Research Institute of Geology for Mineral Resources，Guilin 541004，China）

In order to understand the role of Tephrosia candida DC. in rocky desertification management in Karst areas，we conducted the program in Gelou village and Jiayou town，typical pilot sites of rocky desertification management in Guangxi，planted T. candida and Aeschynomene indica L. under Cedrela wood and Chestnut wood，while planted T. candida on slope as control group，and detected the vegetation diversity and changes in soil nutrients. The results showed that，by planting T. candida in Karst areas，the vegetation coverage reached 20%-70% in the first year，and increased to 95%-100% in the second year；water conservation increased by 3.85%-10.3%；harmful wild species in the second year decreased by 20%-30.7% over the first year；soil available nitrogen was remarkable improved by 6.14%-14.61%，total phosphorus and potassium content increased by 23.02%-51.66% and 38.10%-45.24% respectively，organic matter raised by 6.28%，soil organic matter of 86.7% of the area belongedto medium and higher grade；essential trace elements in the soil，such as Cu，Mn，Ni，Mo，Sn content increased；the harmful metal elements except Cr，Pb，Ag，As，Hg content decreased obviously，and Hg was taken to the second standard from third standard；soil pH of Gelou village，the control group，in the second year decreased by 6.47%-10.59% over the first year，but that of T. candida area increased by 0.4%-6.63%. The result revealed that，planting T. candida in rocky desertification area could increase vegetation coverage，improve soil available nitrogen content，water conversation and soil pH，could decrease harmful wild species and harmful metal elements，played a powerful role in soil conversation and renovating ecologic environment，facilitated positive evolution of soil and vegetation in rocky desertification area.

Tephrosia candida DC.；rocky desertification；soil nutrients；trace elements；environmental quality

S541+.9

A

1004-874X（2016）11-0078-08

2016-08-19

廣西水產(chǎn)畜牧科技推廣應(yīng)用項(xiàng)目（桂漁牧科201528033）；廣西水產(chǎn)畜牧科技計(jì)劃項(xiàng)目（桂漁牧科1304558）；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系廣西創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)（nycytxgxcxtd-09-04）；廣西科學(xué)技術(shù)廳“廣西工程研究技術(shù)中心組建”項(xiàng)目（2015GCZX014）；廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（桂科合14125008-2-13）

蔡小艷（1982-），女，博士，副研究員，E-mail：caixiaoyan282@163.com

韋錦益（1969-），男，副研究員，E-mail：jinyiwei118@sohu.com

蔡小艷，鄧素媛，賴志強(qiáng)，等. 山毛豆在巖溶區(qū)石漠化治理中的作用［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，43（11）：78-85.