鄱陽湖沙區(qū)香根草生長差異及環(huán)境效應(yīng)

張 英, 鄭 林,2, 黃佳超, 李 生

(1.江西師范大學(xué) 地理與環(huán)境學(xué)院, 江西 南昌 330022; 2.鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江西 南昌 330022)

中國學(xué)者朱震達(dá)等[1]根據(jù)荒漠化防治國際公約并結(jié)合中國區(qū)域的特點(diǎn)和實(shí)際，提出荒漠化還應(yīng)包括“濕潤及半濕潤地區(qū)由于人為活動所造成環(huán)境向著類似荒漠景觀的變化過程”,即在南方湖濱及河流下游沖積平原的沙質(zhì)階地基礎(chǔ)上形成的土地沙化也應(yīng)歸屬于荒漠化范疇[2]。江西省的江、河、湖濱地區(qū)分布有282.47 km2風(fēng)沙化土地，主要分布在江西省北半部的贛江、撫河中下游，鄱陽湖周邊、長江沿岸及修水、信江沿岸的河漫灘、河流階地及古河床上[3]。鄱陽湖沙區(qū)土地沙化屬于南方荒漠化的一種典型類型,是在湖濱沙質(zhì)階地的基礎(chǔ)上形成的,它既有別于北方的土地沙漠化,又區(qū)別于南方其他類型的荒漠化[2]。新中國成立以來，鄱陽沙化土地問題日益得到了政府和學(xué)者的高度關(guān)注，圍繞沙化土地的災(zāi)害及對區(qū)域生態(tài)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展的影響展開了一系列理論與實(shí)踐探索，包括沙化土地的特征和成因、沙化土地的遙感調(diào)查、沙地的生態(tài)修復(fù)等[4-8]。其中，對沙地進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)的植被先后采用了單葉蔓荊和濕地松，取得了一定的效果，但也存在相應(yīng)的問題，單葉蔓荊與濕地松均表現(xiàn)出隨沙化程度增加存活率降低的趨勢[9-10]，本研究試圖在重度沙化區(qū)引種香根草解決這一問題。

香根草(Vitiveriazizanioides)又叫巖蘭草,為禾本科香根草屬的一種多年生草本植物，具有較強(qiáng)的再生和分蘗能力,生產(chǎn)上通常靠分株或根分蘗進(jìn)行繁殖[11]。香根草具有耐旱、耐澇、耐高溫的特性，任何類型的土壤上皆可生長。香根草具有較強(qiáng)的抗逆性，能在不同環(huán)境條件下生長[11]，常被用作防止水土流失、保持水土的理想作物。當(dāng)前，國內(nèi)外對香根草的研究多集中在北方牧草繁殖[12]、重金屬及高溫脅迫[13-18]和公路護(hù)坡[19-22]等方面，在鄱陽湖沙化土地區(qū)，香根草的研究基本空白。因此，本研究擬通過引種香根草，分析其在鄱陽湖沙化嚴(yán)重區(qū)域下生長狀況及對生態(tài)環(huán)境的效應(yīng)，為南方治沙工作提供參考。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地設(shè)置在江西省都昌縣多寶鄉(xiāng)沙山，位于江西省北部(29°21′22″—29°27′18″N，116°3′—116°7′42″E)，屬亞熱帶濕潤性季風(fēng)氣候[2]。多寶沙山氣溫較高,雨量充沛,日照充足,無霜期長,總的氣候特征可概括為“春季寒潮大風(fēng),夏季悶熱多雨,秋季高溫干旱,冬季寒冷加劇”[23]。全年無霜期260 d,年平均氣溫17.5 ℃,平均地表溫度21.3 ℃,年降雨量1 310 mm,年蒸發(fā)量1 883.1 mm,最高氣溫42 ℃,最高地表溫度69.5 ℃,全年5級以上大風(fēng)21 d[23]。多寶沙山土壤結(jié)構(gòu)松散,養(yǎng)分含量低,保水保肥能力差[23]。多寶鄉(xiāng)共有沙地1 304.54 hm2[24]，給當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)和生活帶來不便，為改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，近年來，該地區(qū)一直在開展植樹造林工程，樹種以濕地松為主，由于自然環(huán)境惡劣，濕地松存活率較低，生長緩慢，特別是在重度沙化區(qū)。本研究在鄱陽湖沙山重度沙化區(qū)栽植香根草，旨在探究香根草的生長差異及對當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計 調(diào)查采用樣方法，2015年在研究區(qū)沙山平行于湖岸線方向沿沙化梯度，每隔50 m距離在重度沙化區(qū)設(shè)置N，M，F(xiàn)，Z，C樣方(N位于重度沙化區(qū),<50 m; M位于重度沙化區(qū),50～100 m; F位于重度沙化區(qū),100～150 m; Z位于重度沙化區(qū),100～150 m; C位于重度沙化區(qū),>150 m; N,M,F均進(jìn)行刈割處理,C進(jìn)行分蘗處理,Z為對照組)，試驗(yàn)設(shè)計8個采樣點(diǎn)，每個采樣點(diǎn)設(shè)置3個重復(fù)。各采樣點(diǎn)挖80 cm深剖面，以10 cm的間隔從0—80 cm按層次測量土壤溫度和土壤含水量，并取樣測量香根草樣品的生長高度和分蘗數(shù)。各指標(biāo)測定均為2～3次重復(fù)。

1.2.2 測定項(xiàng)目與方法 香根草高度(cm)測量采取卷尺測量，分蘗數(shù)(蘗)為累加記數(shù)，數(shù)據(jù)采集周期大致每月1次。香根草生長周期末，對香根草進(jìn)行取樣并觀測各項(xiàng)生長指標(biāo)，統(tǒng)計樣本株高、葉寬、新根長、最長根、新根數(shù)/每蘗、分蘗數(shù)等直接計量指標(biāo)，并測量地上部分干重、地下部分干重，計算根冠比。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 采用Excel 2007和Origin 8軟件處理數(shù)據(jù)并繪制圖表；采用SPSS 18.0統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)和Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 香根草生高度長差異分析

2.1.1 不同距湖距離對香根草生長的影響 不同距湖距離對香根草生長高度的影響見表1。對N，M，F(xiàn)樣方中獲得的數(shù)據(jù)做單因素方差分析，結(jié)果表明距湖距離對香根草生長高度影響不顯著(p>0.05)。不同距湖距離的香根草的生長趨勢基本一致：N，M，F(xiàn)樣方中，3.19～4.20，5.16～6.27，7.26～9.4等3個時間段生長高度的增幅最大，其中，N樣方中香根草在這3個時間段中生長高度的增量分別占其生長高度總增量的31.92%，25.91%，20.92%，M樣方中香根草在這3個時間段中生長高度的增量分別占其生長高度總增量的26.46%，25.09%，26.94%，F(xiàn)樣方中香根草在這3個時間段中生長高度的增量分別占其生長高度總增量的23.94%，25.66%，23.67%。N，M，F(xiàn)樣方香根草年內(nèi)平均高度分別為62.28，61.59，63.55 cm，差異不顯著。

N，M，F(xiàn)樣方香根草逐月生長高度的變異系數(shù)分別為0.39，0.42，0.46，皆位于0.1～1，屬中等變異。

2.1.2 不同處理方式對香根草生長的影響 不同處理方式對香根草的生長高度的影響見表1。刈割組中的F樣方和分蘗組C及對照組Z距湖的距離基本一致，通過分析F，C，Z樣方中香根草逐月生長高度探索不同處理方式對香根草生長高度的影響。對F，C，Z樣方中獲得的數(shù)據(jù)做單因素方差分析，結(jié)果表明不同處理方式對香根草生長高度影響不顯著(p>0.05)。F，C與Z各月份香根草平均生長高度分別為63.55，65.98和51.86 cm，與對照組相比，刈割和分蘗處理的香根草高度分別增加了11.69，14.12 cm，增長了22.54%，27.23%。

F，C，Z樣方香根草逐月生長高度的變異系數(shù)分別為0.46，0.44，0.46，均位于0.1～1之間，屬中等變異。

橫向分析香根草生長高度的變異系數(shù)，N，M，F(xiàn)，C，Z不同月份生長高度的變異系數(shù)分別為0.03，0.19，0.13，0.06，0.08，0.09，其中4.20，5.16時間測得數(shù)據(jù)的變異系數(shù)在0.1～1之間，屬中等變異，其他時間測得的數(shù)據(jù)的變異系數(shù)<0.1，屬弱變異。

表1 鄱陽湖沙區(qū)不同距湖距離香根草逐月生長高度

2.2 香根草分蘗差異分析

2.2.1 不同距湖距離對香根草分蘗的影響 不同距湖距離對香根草分蘗的影響見表2。距湖距離不同，香根草每月的分蘗數(shù)差異顯著：香根草各月的分蘗數(shù)均呈F>M>N，F(xiàn)的平均分蘗數(shù)分別比N，M增加12.90，10.80株，分別增長了90.83%，66.32%。N，M，F(xiàn)的變異系數(shù)分別為0.29，0.21，0.32，均在0.1～1之間，屬中等變異。

2.2.2 不同處理方式對香根草分蘗的影響 不同處理方式對香根草分蘗產(chǎn)生的影響見表2。刈割組中的F樣方和分蘗組C及對照組Z距湖的距離基本一致，通過分析F，C，Z樣方中香根草逐月分蘗數(shù)探索不同處理方式對香根草分蘗數(shù)的影響。F，C的香根草平均分蘗數(shù)分別為27.10，14.23株，與Z(22.50株)相比，刈割處理的香根草的平均分蘗數(shù)增加了4.6株，增長了20.44%；分蘗處理的香根草平均分蘗數(shù)減少了8.27株，降低了36.76%。刈割處理可以促進(jìn)香根草的分蘗，分蘗處理不利于香根草的分蘗。不同處理方式的香根草分蘗數(shù)的變異系數(shù)位于0.29～0.46，屬中等變異。橫向分析香根草分蘗數(shù)的變異系數(shù)，N，M，F(xiàn)，C，Z不同月份分蘗數(shù)的變異系數(shù)位于0.27～0.35，屬中等變異。

2.3 香根草生長末期各指標(biāo)差異分析

香根草生長末期各指標(biāo)值見表3。香根草生長末期，根冠比N>M>F,隨著距湖距離的增大，根冠比不斷減小。植物根冠比受水分、氮素等因素的影響：地上部分依靠根系供給水分，因其枝葉進(jìn)行蒸騰作用，地上部水分容易虧缺，故而土壤中水分含量少時對地上部分的影響比對根系的影響更大，使根冠比增大。距湖越近，受湖面吹來的風(fēng)的影響越大，砂質(zhì)流動越嚴(yán)重，土壤含水量相對較少，根冠比呈N>M>F；土壤中氮素少時，首先滿足根的生長，運(yùn)到冠部的氮素就少，使根冠比增大。土壤中氮素充足時，大部分氮素與光合產(chǎn)物用于枝葉生長，供應(yīng)根部的數(shù)量相對較少，根冠比降低。隨著距湖距離增加，土壤中氮素含量增加，香根草的根冠比呈N>M>F。由香根草的根冠比N>M>F得出距湖越遠(yuǎn)，氮素越多，此結(jié)論與胡啟武[8]等對鄱陽湖沙山土壤N的觀測結(jié)果一致。

表2 鄱陽湖沙區(qū)距湖距離上香根草逐月分蘗

刈割處理(N，M，F(xiàn))的香根草的株高、葉寬、新根長、最長根等指標(biāo)均大于分蘗處理(Z)的香根草。其中，N，M，F(xiàn)株高分別比Z增加了10.72，15.32，20.43 cm，增長了12.88%，18.41%，24.55%；葉寬分別增加了1.01，0.73，0.93 cm，增長了23.33%，16.86%，21.48%；新根長分別增加了5.56，4.4，1.84 cm，增長了17.81%，14.09%，5.89%；最長根分別增加了11.8，10，7.1 cm，增長了36.31%，30.77%，21.85%。但分蘗處理的香根草每蘗生長的新根數(shù)大于刈割處理的香根草，Z組每蘗生長的新根數(shù)分別比N，M，F(xiàn)增加了1.08，3.27，3.92根，增長了9.10%，33.78%，43.41%。

總的來看，刈割、分蘗處理對香根草的生長高度影響不顯著，分蘗處理能夠促進(jìn)香根草每蘗新根數(shù)的增加，刈割處理對香根草的其他指標(biāo)有促進(jìn)作用。

表3 鄱陽湖沙區(qū)香根草生長末期各指標(biāo)值

2.4 香根草對環(huán)境的影響分析

2.4.1 香根草對土壤溫度的影響 香根草及裸地土壤溫度隨時間變化的結(jié)果見圖1。結(jié)果表明，各樣方土壤均溫年內(nèi)變化均呈先增加后減少的趨勢，在7月出現(xiàn)最大值，L(裸地)，N，M，F(xiàn)分別為35.83，34.84，34.90，34.89 ℃。各月份的土壤溫度均表現(xiàn)為N，M，F(xiàn)

2.4.2 香根草對土壤含水量的影響 香根草及裸地土壤含水量隨時間變化的結(jié)果見圖2。結(jié)果表明，各樣方土壤含水量年內(nèi)變化呈先增加后減少再增加的趨勢，5和10月土壤含水量出現(xiàn)峰值。香根草的生長期在3—9月，10月香根草生長已經(jīng)結(jié)束，土壤水分得到保存，土壤含水量增加。N，M，F(xiàn)的土壤含水量均大于裸地L的土壤含水量，且隨著距湖距離的增大，土壤含水量也逐漸增大。各月份的土壤含水量均表現(xiàn)為:F>M>N>L，最大值與最小值差值范圍在0.13～2.50。其中，3月差值最大，為2.50；5月差值最小，為0.13。

注：N位于重度沙化區(qū)，<50 m； M位于重度沙化區(qū)50～100 m； F位于重度沙化區(qū)，100～150 m； N，M，F(xiàn)均進(jìn)行刈割處理； L為裸地。下同。

圖2 2015年鄱陽湖沙區(qū)香根草及裸地土壤含水量年內(nèi)變化

2.5 各指標(biāo)相關(guān)性分析

鄱陽湖沙化地區(qū)香根草生長因子與環(huán)境因子的Pearson相關(guān)性分析結(jié)果見表4—5。結(jié)果表明：距湖尺度、香根草生長高度均與香根草分蘗數(shù)呈顯著正相關(guān)(p<0.05)；土壤溫度與土壤含水量呈極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01)；距湖尺度與土壤溫度、土壤含水量、香根草生長高度均沒有相關(guān)性，土壤溫度、土壤含水量均與香根草分蘗數(shù)沒有相關(guān)性。

總體上看，鄱陽湖沙化地區(qū)土壤溫度、土壤含水量對香根草的分蘗數(shù)影響不大，香根草的分蘗數(shù)受距湖距離、香根草生長高度的影響，土壤溫度與土壤含水量之間亦相互影響。

表4 距湖距離及香根草生長因子的相關(guān)性分析

表5 各環(huán)境因子及香根草分蘗數(shù)的相關(guān)性分析

3 結(jié) 論

香根草生長高度受距湖距離和不同處理方式影響不顯著，但不同處理方式對香根草生長高度有促進(jìn)作用。對香根草進(jìn)行刈割處理，割掉的部分被掩埋或就地堆放，在一定程度影響香根草生存的微環(huán)境，割掉的部分通過分解者的分解作用，可以增加土壤有機(jī)質(zhì)、降低地表風(fēng)速、增加土壤含水量，環(huán)境因子的改善有利于香根草的生長。香根草分蘗數(shù)受距湖尺度和不同處理方式的影響較大。

生長期末，香根草各指標(biāo)有差異。受水分及氮素的影響，根冠比呈N>M>F，該結(jié)論與胡啟武等的研究結(jié)論一致，胡啟武等[8]指出鄱陽湖沙化地區(qū)，隨著沙化程度的降低，土壤全氮呈增加的態(tài)勢；刈割、分蘗處理對香根草的生長高度影響不顯著，分蘗處理促進(jìn)香根草每蘗新根數(shù)的增加，刈割處理對香根草的其他指標(biāo)有促進(jìn)作用。

香根草栽植的區(qū)域各月土壤溫度均小于裸地的土壤溫度，香根草對土壤有一定的降溫作用；香根草栽植的區(qū)域各月土壤含水量均大于裸地的土壤含水量，香根草對土壤有一定的儲藏水分的作用。綜上，香根草在改善土壤物理性質(zhì)方面起到一定的作用。夏漢平等[25]通過比較純果園(純沙田柚園)和復(fù)合園(沙田柚—香根草復(fù)合園)小氣候觀測值，發(fā)現(xiàn)復(fù)合園土溫降低，土壤含水量增加，得出香根草可以有效調(diào)節(jié)農(nóng)田小氣候的結(jié)論，與本文在鄱陽湖沙化地區(qū)觀測香根草所得結(jié)論一致。

Pearson相關(guān)性分析結(jié)果表明，鄱陽湖沙化地區(qū)土壤溫度、土壤含水量對香根草的分蘗數(shù)影響不大，香根草的分蘗數(shù)受距湖尺度、香根草生長高度的影響。

本文僅觀測了香根草一年內(nèi)的生長變化情況，而香根草連續(xù)幾年的變化在生長高度和分蘗數(shù)等方面也會有所不同，香根草的時間分異將在進(jìn)一步的研究中討論。