南方水土流失侵蝕劣地植被快速修復(fù)技術(shù)分析

摘要 南方水土流失侵蝕劣地釆用以類蘆（Neyraudia reynediana）促進芒萁（Dicranopteris dichotoma）快速繁衍的生態(tài)修復(fù)治理方法，種植類蘆第2年林地就有大量的芒萁侵入，第3年類蘆植叢間的裸露地幾乎全被芒萁占滿，初步形成以馬尾松+芒萁為主的植被群落。該治理方法充分利用了南方氣候溫暖、雨量充沛、紅壤山地芒萁孢子量大等優(yōu)勢，遵循植物生態(tài)群落演替規(guī)律，僅用3年時間就完美實現(xiàn)了南方水土流失侵蝕劣地快速綠化的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞 水土流失；侵蝕劣地；類蘆；芒萁；生態(tài)修復(fù)；南方地區(qū)

中圖分類號 S157 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）04-0229-04

Abstract In soil erosion area of southern China，rapid ecological restoration reproduction method of promoting Dicranopteris dichotoma with Neyraudia reynaudiana was adopted. In the second year，plenty of Dicranopteris dichotoma invaded in Neyraudia reynaudiana forest land. In the third year，the bare land in Neyraudia reynaudiana forest was mostly occupied with Dicranopteris dichotoma，and the vegetation community of Pinus massoniana+Dicranopteris dichotoma was initially formed.The approach made full use of the advantages in southern China，such as warm climate，abundant rainfall，the large amount of Dicranopteris dichotoma spores in red soil hilly area，followed the rules of plant ecological community succession，perfectly achieved fast greening targets of soil erosion area in only three years.

Key words soil and water loss；erosion；Neyraudia reynaudiana；Dicranopteris dichotoma；ecological restoration；southern China

長汀縣河田鎮(zhèn)是全國聞名的水土流失區(qū)之一，也是南方典型紅壤水土流失區(qū)（圖1）。早在解放前河田就建立了水土保持站，雖歷經(jīng)了幾十年斷斷續(xù)續(xù)的治理，但成效一直不顯著。1982年，時任福建省委書記的項南同志視察長汀河田時提出“全省八大家聯(lián)合治理長汀水土流失”的倡議后，長汀水土流失治理工作步入一個新的歷程。2000年，福建省委、省政府再次將“長汀縣水土流失治理”列入全省為民辦實事項目，每年撥款1 000萬元，專項用于長汀縣的水土流失治理工作，隨后水土保持戰(zhàn)線的科技工作者們云集長汀，拉開了一場水土流失治理的大會戰(zhàn)。經(jīng)過近30年來的連續(xù)治理，取得了卓越成效，昔日“滿目瘡痍”的水土流失區(qū)已初現(xiàn)“綠色山川”美景。

2010年，項目組對長汀縣極強度水土流失區(qū)早期治理過的林地植被情況進行了全面調(diào)查，發(fā)現(xiàn)長汀極強度水土流失區(qū)不管當(dāng)初采用何種生物治理措施，經(jīng)歷了30年后，最終成功保留下來的地方都是形成以馬尾松+芒萁為主的植被群落（圖2）。這一現(xiàn)象引發(fā)了人們對芒萁這一蕨類植物的高度關(guān)注，并進而對芒萁生物學(xué)特性、繁洐規(guī)律等進行了較深入的研究。

1 芒萁是促進南方水土流失區(qū)侵蝕劣地植被快速修恢最理想的植物品種

1.1 芒萁是最適應(yīng)南方水土流失區(qū)侵蝕劣地上生長的植物種類之一

芒萁是蕨類植物門白科植物，廣布于我國長江以南各省區(qū)，越南、印度、日本、朝鮮南部也有分布。芒萁靠孢子進行繁洐，喜微酸性土壤，在南方紅壤山地隨處可見芒萁的蹤影。芒萁極耐干旱、瘠薄，在沒有腐植質(zhì)且土壤中有效氮、磷、鉀幾乎為零的極強度水土流失區(qū)，只要有一小塊陰濕條件的地方（比如水土流失區(qū)的侵蝕溝內(nèi)）?？梢钥吹剿纳L。如果無人為破壞，它將逐漸向四周蔓延生長，直至最后占領(lǐng)整個山場，可以說芒萁是最適應(yīng)南方水土流失區(qū)侵蝕劣地上生長的一種植物[1]。

1.2 在水土流失區(qū)侵蝕劣地各種植物的生存競爭中，芒萁具有絕對優(yōu)勢

芒萁的莖是埋生于土壤中的根狀莖，在離地表1～5 cm的土層內(nèi)匍匐生長，芒萁根狀莖具有無限分枝的特性，可交叉分枝、節(jié)節(jié)生根，在表土層快速漫延生長；芒萁地下莖長出不定根（分為初生不定根和次生不定根），初生不定根是地下莖延伸過程中分生出的，較稀疏，而次生不定根是幼葉萌動生長時，從幼葉下的地下莖周圍分生出的不定根，其數(shù)量多、密度大、根系長；另外，芒萁的根莖在不斷向前延伸過程中，還能形成一部分向土壤深層生長的根系，可深達2～3 m，在極端干旱季節(jié)，這些根系可吸收利用深層土壤的水分。芒萁的地下莖與密集的地下根系，共同組成一個龐大的根網(wǎng)后，抗沖刷、固土能力特別強，有益于地表徑流分散溢流，起到很好的水土保持作用；芒萁極耐干旱、瘠薄的特性加上它異常龐大的地下根系與旺盛的莖葉生長量，使其在紅壤侵蝕劣地與各種植物的生存競爭中，始終處于絕對的優(yōu)勢。

1.3 芒萁孢子數(shù)量巨大，適當(dāng)改善生境條件即可生長

芒萁地下莖每延伸一小段距離，就會長出一片芒萁新葉，在夏秋季節(jié)，芒萁羽葉的背面能夠發(fā)育形成孢子囊群，孢子囊群成熟后，孢子囊破裂，將孢子散發(fā)到空氣中；每年的6—12月[2]都有大量成熟的芒萁孢子隨風(fēng)飄落到水土流失地各個角落，遇上適合的土壤環(huán)境，就能長出新的芒萁植株（這是水土流失侵蝕劣地上的一種寶貴的天然資源）。南方氣候溫暖、雨量充沛，紅壤山地芒萁孢子數(shù)量巨大，只需稍加人為干預(yù)，適當(dāng)改善一點水土流失地生境條件，就能使芒萁滿山遍野地長起來。

2 創(chuàng)建有利于芒萁繁衍的生境條件，可加快水土流失侵蝕劣地生態(tài)修復(fù)進程

2.1 通過種草為芒萁孢子萌發(fā)和生長創(chuàng)造較好的蔭蔽與水濕條件

芒萁孢子囊內(nèi)的孢子成熟以后，孢子囊壁破裂，將成熟的孢子散發(fā)到空氣中。隨風(fēng)飄落的芒萁孢子，在適宜的環(huán)境條件下，就會開始萌發(fā)形成薄片狀原葉體。原葉體的背面生有許多假根，精子器和頸卵器也都著生在原葉體的背面。頸卵器內(nèi)的卵子成熟時，頸卵器會形成頸溝，精子從開口的頸溝游入，精子要能夠游入頸卵器與卵細胞結(jié)合，必須有水，缺水就無法完成受精作用（在卵子成熟的7 d內(nèi)，只需下一場小陣雨即可）。芒萁原葉體上的精子與卵子結(jié)合后即成合子，這前后需要逾2個月的時間。合子深藏在原葉體的組織內(nèi)，不斷發(fā)育、成熟，經(jīng)過4～6周后萌生出芒萁幼孢子體。

芒萁從孢子萌發(fā)長出葉原體到芒萁幼孢子體形成，需經(jīng)歷3～4個月的生長過程，這一期間葉原體生命力十分脆弱，蔭蔽與水濕條件成為制約其生長的關(guān)鍵因素。因為南方降雨量大且相對較均勻，在確保較好的蔭蔽條件下，水濕條件一般可滿足需求，所以蔭蔽條件成為最關(guān)鍵的因素。南方紅壤侵蝕劣地，可釆用人工施肥種草的方法，栽植一些植叢高大、茂密、耐干旱瘠薄的禾本科草種，為芒萁孢子萌發(fā)、生長創(chuàng)造較好的蔭蔽與水濕條件[3]。

2.2 類蘆是促進芒萁快速繁衍最理想的伴生草種

長汀縣極強度水土流失區(qū)采用施肥種草措施，能在短短幾個月內(nèi)快速覆蓋地表，控制住土壤侵蝕。但由于土壤過于干旱、瘠薄，種草的這種“快速綠化效應(yīng)”往往難以持久。要解決這一矛盾，只能依靠對優(yōu)良的鄉(xiāng)土草種的進一步篩選，即要求選出的主栽草種不但能耐干旱、瘠薄，而且生長快、生物生長量大且有一定的高度，使其在快速覆蓋地表的同時，也能有效地改善水土流失區(qū)惡劣的生態(tài)環(huán)境，為芒萁的侵入與快速繁洐創(chuàng)造有利條件[4]。

經(jīng)多年的探索與研究發(fā)現(xiàn)：鄉(xiāng)土草種“類蘆” 正是能夠起到這種綜合治理效果的最佳伴生草種：其一，類蘆是C4植物，葉片對光能利用率高、生物生長量大、對各類惡劣環(huán)境的適應(yīng)性強，在長汀縣極強度水土流失區(qū)釆用科學(xué)的種植技術(shù)，當(dāng)年就能長成逾2 m高的茂密植叢（圖3），可為芒萁孢子萌發(fā)、生長創(chuàng)造極好的蔭蔽與水濕條件（圖4）；其二，類蘆根系發(fā)達、根蔸分蘗能力強、莖葉生長量大，當(dāng)年就能全面覆蓋地表、有效控制住水土流失，從逕流試驗區(qū)調(diào)査數(shù)椐分析表明：種植類蘆當(dāng)年土壤侵蝕量可減幅23.5%，第2年減幅78.4%，第3年減幅100%[5]；其三，項目組還對類蘆、香根草等幾個優(yōu)良水土保持草種的抗性機理進行了深入研究[6]：類蘆、香根草、百喜草、五節(jié)芒苗木在水分脅迫處理下葉水勢和PV曲線、水分飽和虧缺及相對含水量、葉保水力、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度、光合速率、葉綠素a熒光、葉綠素含量、質(zhì)膜透性、丙二醛含量、O2-產(chǎn)生速率、SOD活性、CAT活性等15項生理生化指標(biāo)的測定、分析，表明類蘆耐旱性及抗旱生產(chǎn)力遠比香根草、百喜草強（香根草、百喜草為世界公認的優(yōu)良水土保持草種）。

在對類蘆的研究中還發(fā)現(xiàn)：VA菌根菌很容易侵入類蘆根系，并與類蘆根系形成一種和諧的共生體系，所以栽植類蘆時選擇垃圾土或菜園土作基肥、適當(dāng)接種一些VA菌根土、增施少量磷肥，能促進類蘆早期快速生長；另外，由于強度水土流失區(qū)土壤過于貧瘠，在栽植類蘆頭2年應(yīng)追施些尿素（50 g/叢），以使類蘆能始終保持茂密植叢。

3 “以類蘆促進芒萁快速繁衍”新型生態(tài)修復(fù)方法成效分析

3.1 類蘆栽植技術(shù)

3.1.1 苗木選擇。類蘆是我國南方地區(qū)隨處可見的禾本科鄉(xiāng)土草種，一般采用挖取莖稈較粗壯、根莖芽眼飽滿的野生類蘆苗木進行分蔸栽植（每蔸保留3～5根莖稈），栽植前將類蘆苗的梢部截斷（保留30～40 cm高的莖稈），并及時運往種植地栽植。

3.1.2 挖穴規(guī)格。挖穴規(guī)格為30 cm（面寬）×20 cm（底寬）×20 cm（穴深），栽植密度為300～400穴/hm2，每穴施放過磷酸鈣0.05 kg、腐熟垃圾肥4 kg或有機肥2.5 kg。

3.1.3 種植。種植時間一般安排在3—4月（選擇陰雨天氣種植最佳），先在種植山場挖一小坑，選用黏性較強的黃泥土混合5%鈣鎂磷肥后打成泥漿，類蘆苗栽植前根莖部應(yīng)先打上泥漿；放入栽植穴后再覆土踩緊，如遇晴天種植，最好澆定根水，以提高類蘆成活率。

3.1.4 撫育管理。類蘆栽植成活后（約2個月），每穴應(yīng)施尿素0.05 kg（最好選擇陰雨天氣），8月上旬再施1次肥料（每穴施尿素0.05 kg），種植類蘆后第2年的4—5月間，再追施化肥1次（每穴施尿素0.05 kg、過磷酸鈣0.05 kg）。

3.2 新型生態(tài)修復(fù)治理方法的成效

2011年，項目組在長汀縣河田鎮(zhèn)窯下村極強度水土流失區(qū)內(nèi)建立了一塊試驗地，總面積21 hm2，林地原有植被僅有少量馬尾松、芒萁、崗松，總覆蓋率不足5%。2011年4月種了類蘆，種植密度為4 500叢/hm2。從2011年12月起對試驗地內(nèi)的類蘆平均萌蘗數(shù)、類蘆覆蓋率、芒萁的平均高度、芒萁覆蓋率情況分別進行連續(xù)4年的觀察與調(diào)查（類蘆高度超過2 m，芒萁高度不足0.3 m，植被覆蓋率相互交叉，故分別進行調(diào)查），調(diào)查結(jié)果見表1。

可以看出：極強度水土流失區(qū)山場，類蘆種植當(dāng)年就能長成逾2 m高的茂密植叢，覆蓋率達到76%，而芒萁的覆蓋率卻只有0.6%；第2年類蘆的覆蓋率從76%提高到80%，而芒萁的覆蓋率卻從0.6%提高到31%，提高了將近51倍；從第3年生長情況看，類蘆的長勢快速衰退，平均萌蘗株數(shù)與覆蓋率都比第2年大幅度降低，而芒萁基本占椐了整個林間空地，初步形成以馬尾松+芒萁為主要建群植物的群落結(jié)構(gòu)。

從圖5可以看出，種植類蘆第2年林地已有大量的芒萁侵入，第3年類蘆植叢間的裸露地幾乎全被芒萁占滿（圖6），到第4年已基本見不到類蘆（圖7）。

在極強度水土流失區(qū)釆用以類蘆為主栽草種的林地植被群落演替得這么快，主要原因：①類蘆種植當(dāng)年就能長成2 m多高的茂密植叢，有效改善了水土流失區(qū)惡劣的生態(tài)環(huán)境，為芒萁孢子萌發(fā)、生長創(chuàng)造較好的蔭蔽與水濕條件，使芒萁得以快速繁洐，第2年的覆蓋率就達到31%，第3年的覆蓋率達到66%，此時芒萁的根莖也快速向周邊及土壤深層拓展，成為不可抗拒的趨勢；②芒萁根系發(fā)達，大量根系集中于土壤表層，在地表肥力的競爭中，類蘆爭不過芒萁，故隨著芒萁的快速繁衍，類蘆長勢反而下降；③類蘆、芒萁的生長促進了馬尾松的生長，但馬尾松郁閉度的提高相對抑制了喜光照的類蘆生長，而對需要一定耐陰條件的芒萁來說，則更加有利；④栽植類蘆的頭2年，在栽植穴內(nèi)施入客土、化肥，類蘆得以茂盛地生長，但第3年土壤未再施肥，類蘆長勢下降，在與芒萁的生存競爭中逐漸被“淘汰”。

3.3 新型生態(tài)修復(fù)治理方法的創(chuàng)新性

芒萁是我國南方原始植被破壞后，次生植被中首先侵入和恢復(fù)發(fā)展形成植物群落的建群植物，形成以馬尾松+芒萁為主的植被群落后，在一段相當(dāng)長時間內(nèi)，該植被群落十分穩(wěn)定。長汀縣極強度水土流失區(qū)的土壤十分貧瘠，經(jīng)過連續(xù)、多次的治理，林地植被最終演替形成以馬尾松+芒萁為主的植被群落，前后歷經(jīng)了近30年的時間。

釆用以類蘆促進芒萁快速繁衍的新型生態(tài)修復(fù)治理方法，種植類蘆第2年林地就有大量的芒萁侵入，并實現(xiàn)了紅壤侵蝕劣地植被全覆蓋，第3年類蘆植叢間的裸露地幾乎全被芒萁占滿，僅用3年時間就初步形成以馬尾松+芒萁為主的植被群落。該治理方法充分利用了南方氣候溫暖、雨量充沛、紅壤山地芒萁孢子量大等優(yōu)勢，遵循植物生態(tài)群落演替規(guī)律，采用了最簡單、最科學(xué)的方法，僅用3年時間就實現(xiàn)了南方紅壤侵蝕劣地快速綠化的目標(biāo)，大幅度加快南方侵蝕劣地植被生態(tài)修復(fù)進度、提升地被物生態(tài)修復(fù)質(zhì)量、節(jié)約了大量的治理經(jīng)費，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益與社會效益是巨大的?！耙灶愄J促進芒萁快速繁衍”新型生態(tài)修復(fù)治理方法為課題組首創(chuàng)。

芒萁、類蘆是廣布于我國長江以南各省區(qū)的鄉(xiāng)土草種、蕨類植物（東南亞也有大量分布），“以類蘆促進芒萁快速繁衍”生態(tài)修復(fù)治理技術(shù)可廣泛應(yīng)用到這些地區(qū)，對加快南方紅壤山地水土流失治理有積極的意義[7-8]。

3.4 “以類蘆促進芒萁快速繁衍”治理方法可應(yīng)用到崩崗治理中

崩崗是我國南方地區(qū)最嚴(yán)重的土壤侵蝕類型，一方面由于崩崗坡壁陡峭、高差大、植物栽種困難，另一方面南方地區(qū)降雨量大、降雨集中，給崩崗的治理帶來一定難度。

項目組將“以類蘆促進芒萁快速繁衍”的治理方法應(yīng)用到崩崗區(qū)植被恢復(fù)治理中，促進了崩崗區(qū)芒萁的快速繁衍，有效地穩(wěn)定了崩崗壁，從而取得突岀的治理效果（圖8）。

4 結(jié)語

（1）芒萁是最適應(yīng)南方水土流失紅壤山地上生長的一種植物品種，在紅壤侵蝕劣地各種植物的生存競爭中，芒萁處于絕對的優(yōu)勢；芒萁靠孢子繁洐、且孢子數(shù)量巨大，南方氣候溫暖、雨量充沛，只需稍加人為干預(yù)，改善一點紅壤侵蝕劣地的生境條件，就能使芒萁快速生長繁殖。

（2）長汀縣極強度水土流失區(qū)治理后的林地植被演替變化規(guī)律表明：在水熱條件優(yōu)越的南方地區(qū)，不管采用什么樣的生物治理措施，最終成功保留下來的地方都是形成以馬尾松+芒萁為主的植被群落，故而創(chuàng)建有利于馬尾松林地芒萁大量繁衍的生境條件，有望大幅度加快水土流失區(qū)生態(tài)修復(fù)進程。

（3）通過芒萁孢子世代生活史研究發(fā)現(xiàn)：制約芒萁孢子萌發(fā)、生長的主要因素是蔭蔽與水濕條件。因此，在極強度水土流失區(qū)，可通過栽植一些植叢高大、茂密，而又較耐干旱、瘠薄的禾本科草種，為芒萁孢子萌發(fā)、生長創(chuàng)造較好的蔭蔽與水濕條件，可促使芒萁在極強度水土流失區(qū)快速繁洐。

（4）經(jīng)大量的調(diào)查和試驗，發(fā)現(xiàn)類蘆是促進芒萁快速繁衍最理想的一個伴生草種：釆用科學(xué)的種植技術(shù)，類蘆當(dāng)年就能長成高2 m以上的茂密植叢，為芒萁孢子快速繁衍創(chuàng)造優(yōu)越的蔭蔽與水濕條件；另外，類蘆根系發(fā)達、莖葉生長量大，當(dāng)年就能全面覆蓋地表，有效控制水土流失。

（5）釆用“以類蘆促進芒萁快速繁衍”新型生態(tài)修復(fù)治理方法，種植類蘆第2年林地就有大量的芒萁侵入，并實現(xiàn)了紅壤侵蝕劣地植被全覆蓋；第3年類蘆植叢間的裸露地幾乎全被芒萁占滿，即初步形成以馬尾松+芒萁為主的植被群落。

（6）該治理方法充分利用了南方氣候溫暖、雨量充沛、紅壤山地芒萁孢子量大等優(yōu)勢，遵循植物生態(tài)群落演替規(guī)律，采用了最簡單、最科學(xué)的方法，僅用3年時間就完美實現(xiàn)了南方紅壤侵蝕劣地快速綠化目標(biāo)；大幅度加快南方侵蝕劣地植被生態(tài)修復(fù)進度、提升地被物生態(tài)修復(fù)質(zhì)量、節(jié)約了大量的治理經(jīng)費，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益與社會效益是巨大的。

（7）芒萁、類蘆是廣布于我國長江以南各省區(qū)的鄉(xiāng)土草種、蕨類植物（東南亞也有大量分布），以類蘆促進芒萁快速繁衍的生態(tài)修復(fù)治理技術(shù)可廣泛應(yīng)用到這些地區(qū)，對加快南方紅壤山地水土流失治理有積極的意義。

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