王喜龙¹ 蔡强国¹ 王忠科² 孙国亮²

1	王喜龙　蔡强国（中国科学院地理研究所，北京 100101）
2	王忠科　孙国亮（张家口水土保持实验站，河北张家口 075000）

提　要　经对张家口地区梯田地埂植物篱的研究表明，其固埂作用非常显著，且能够改善土壤的理化性状及水分状况，有效地拦蓄地表径流及泥沙，提高作物产量，具有明显的经济效益，在当地具有很广泛的推广应用价值。

关键词　梯田地埂植物篱；固埂；理化性状；经济效益

中图分类号　S157.1

文献标识码　A

文章编号　1000－3037(2000)01－0074－06

　　地埂植物篱是复合农林业 (Agroforestry) 的一种形式。复合农林业的概念在 60 年代由国际农林业研究委员会 (ICRAF) 第一任主席 K.F.S.King 及其同事提出，近 20 多年来已经发展成为农业、林业、水土保持学、土壤学、地貌学、自然地理学、生态与环境、社会经济学、生物统计学及其它应用学科等多学科交叉研究的前沿领域^[1]。黄秉维先生自 80 年代以来就呼吁在中国推广应用复合农林业^[2、4]，认为这是一项解决我国农耕地减少，保证农业可持续发展，防治水土流失的重要技术措施。为此^[5]，我国在东北、华北、华中、华南、西北等不同的自然地理区小流域的治理过程中进行了复合农林业的尝试，治理效益均较为显著。对植物篱的研究目前在南非、印度等热带、亚热带地区有所进展，国内则在南方热带、亚热带地区有所尝试，但均多以等高植物篱为主，而有关梯田地埂植物篱的研究却较少，在北方温带地区研究更是薄弱。经在张家口地区研究表明，在梯田埂配以地埂植物篱可有效保护梯田埂免受冲刷，改善土壤的理化性状，提高土壤水分含量，有效拦蓄地表径流及泥沙，经济效益也比较显著，很值得在当地推广应用^①。

1 试验区概况及试验设计方法

1.1 试验区概况

　　试验区位于河北省张家口地区尚义和怀安两县^[6]，气候为温带大陆性季风气候，由于受山地的阻隔，多年平均降雨量约为 400～480mm，最大年降雨量 669.3mm，最小年降雨量 207.7mm，年际降雨量差 3 倍多。年内降雨量的分配也极不均匀，夏季降雨量约占 65%～80%，主要集中于 7～8 月，约占全年降雨量的 50%。本地区属于半干旱森林草原向干旱草原过渡的生物气候带，土壤侵蚀非常严重，年土壤侵蚀模数约为 2500～4500t/km²。

1.2 试验布设

　　两试验区均在坝下，地貌属黄土丘陵沟壑区，土壤为淡栗钙土。两试验地均为分水岭到坡脚的一个完整坡面，即达到以一个坡面为单元的梯田地埂植物篱试验布设要求。试验区坡面坡度平均为 10°，海拔 738～859m。在种植植物的安排上，选择耐旱、耐寒、根系发达、易成活，经济效益、生态效益、社会效益较好的植物。共在两试验地分别布设 5 种植物，且由坡顶到坡脚依次布设：柠条 (Caragana korshinskii)、紫穗槐 (Amorpha fruiticosa)、杏树 (Prunus armeniaca)、海棠 (Malus spectabilis)、黄花菜 (Biomass) 埂及对照区。共设 6 个处理，3 次重复，两地实验区共 36 个。由于试区坡面坡度变化不大，且海拔高度接近，不会对小气候造成明显影响，土壤类型均一。因而实验布设较为合理且观测结果具有较好的对比性。

2 地埂植物篱的生长状况与固埂作用

2.1 地埂植物篱的生长状况

　　怀安试区的杏树和紫穗槐生长较好（表 1），五年生杏树的冠幅可达
121～278cm，株高可达 147～305cm，三年就已开花结果；五年生紫穗槐的丛幅可达 95～197cm，丛高可达 112～215cm。尚义试区的杏树和柠条生长较好，五年生杏树的冠幅为 43～189cm，株高为 89～234cm；五年生柠条的丛幅为 34～168cm，丛高为 36～196cm。这说明所选的各植物种类都基本能适应当地的自然地理环境。

表１　各种生物埂植物地上部分生长量
Table 1 The growth of various hedges

2.2 地埂植物篱的固埂作用

　　通过对各地埂植物篱类型根系的观测发现（表 2），杏树、柠条、紫穗槐的根系比较发达，这主要是由于根系的生长发育与冠幅的发展极其相关，且各植物篱类型随着生长年限的增长，根系的伸展幅度及数量显著增加。土壤抗冲性能的强弱与植物根系的盘绕及固结状况密切相关，但根系对不同土层的抗冲性的增强效应的差异性非常显著^[7]。据吴钦孝等的研究表明^[8]，根系对土壤冲刷量的降低作用与整个植物抑制土壤冲刷的能力大小完全一样，可见植物在提高土壤抗冲刷力过程中起着主导作用。根系也同样具有推迟、减缓和缩短产流和产沙时间的作用。植物地上部分对减少土壤冲刷量具有一定的作用，而地下部分根系对降低土壤冲刷量起决定性的作用，其原因主要是根系盘绕土体，从而增强土壤的抗冲刷能力。由于植物根系的固土防冲作用而使梯田埂稳定性得到增强，使用年限大大延长。

表 2　地埂植物篱各植物三年、五年生根系观测值
Table 2 The root growth of various hedges growing for three years and five years

3 地埂植物篱的水土保持效益分析

3.1 地埂植物篱对土壤物理性状的影响

　　地埂植物篱能够比较明显地改善土壤的物理性状（表 3），无论是紫穗槐埂还是柠条埂与对应的光埂相比，土壤的孔隙度、含水量均有较大幅度的提高，而容重则有所降低。这表明土壤的通气性有所改善，渗透能力及蓄水保肥能力均有所提高。

表 3　地埂植物篱与对应光埂土壤物理性状对比
Table 3 Comparison of physical properties of soils covered and uncovered with hedges

3.2 地埂植物篱对土壤水分的影响

　　地埂植物篱的土壤水分在上、下部均较对应光埂有所增加，而土壤水分的绝对增加量在顶部受生物覆盖的影响较小，底部却受其影响较大。表明生物埂保持和增加土壤水分的作用是明显的。

　　在地埂植物篱埂的顶部有、无生物覆盖的情况下，0～10cm 范围内土壤水分均随土壤深度的增加而增加。这是因为近地表由于水分蒸发而导致土壤偏干，影响深度大约为 10cm，但在此范围内，各种生物使土壤水分的增加值均呈现出减小趋势，只是黄花菜埂的地表部分土壤水分的绝对增加量较大，而其它 3 种木本植物篱埂则相似。这主要是由黄花菜特殊的生物外观所引起的：即其发达的枝叶犹如积水槽，天然降雨可顺其汇集于根部，而使土壤水分明显增加；而在 10～50cm 范围内，各种有植物篱的埂和所对应光埂的土壤水分含量都基本稳定，只是在有植物篱覆盖的情况下土壤水分含量较对应的光埂高，而绝对增加量在 10～30cm 范围内，两种乔木植物篱（即杏树和海棠）增加，相反两种形体较小的植物（即紫穗槐和黄花菜）则减小；30～50cm 深处，只有海棠植物篱埂减小，其它 3 种均有所增加，通过方差分析明显看出，在总的变异均方和中交互作用所带来的均方和所占的比重最大，其次为生物因素，深度因素对土壤水分增加的影响最小，但都不显著。

　　在地埂植物篱埂底部 0～10cm 范围内大致与顶部相似（图 1，图 2），只是黄花菜植物篱埂随着深度的增加，土壤水分的绝对增加量呈增大趋势；10～50cm 深处各种植物篱埂的土壤湿度与顶部相似，但不同深度土壤水分的绝对增加值却与顶部不同；10～30cm 海棠、黄花菜植物篱埂基本不变，而杏树埂明显减小，紫穗槐埂有所增加；30～50cm 均呈增加趋势，这可从表 4 中得到理解。可以发现在总的变异均方和中，生物因素所带来的均方和占主导地位，其次为深度因素和交互作用，并且影响作用非常显著。这说明在有生物覆盖的情况下，各种植物篱都会使土壤水分明显增加。

图 1 地埂植物篱底部土壤水分状况
Fig.1 The bottom soil moisture of various hedges

图 2 地埂植物篱底部土壤水分增量
Fig.2 The increment of bottom soil moisture covered with various hedges

表 4　地埂植物篱埂底部方差分析
Table 4 The covariance analysis of various hedges

3.3 地埂植物篱对土壤养分的影响

　　紫穗槐埂的有机质、速效氮、速效磷、速效钾含量分别较光埂增加 2.9g/kg、13.9mg/kg、8.6mg/kg、24.8mg/kg；柠条埂的有机质、速效氮、速效磷、速效钾含量分别较光埂增加 3.9g/kg、11.7mg/kg、2.19mg/kg、42mg/kg。这表明梯田生物埂可以比较明显地改善土壤的养分状况，为作物的生长发育、产量的提高创造了有利的条件（表 5）。

表 5　梯田生物埂与对应光埂土壤养分状况对比
Table 5 Comparison of nutrient in soils covered and uncovered with hedges

3.4 地埂植物篱对水土流失的影响

　　为了比较地埂植物篱对径流、泥沙的影响，于 1997 年 9 月在尚义试验区采用小型便携式入渗降雨器在各生物埂与对应空白埂分别进行^[9]。人工降雨试验观测结果（表 6）表明，在各次降雨径流量达到稳定的降雨时段内，柠条埂、紫穗槐埂、黄花菜埂、杏树埂、海棠埂的累积产流量分别较对应光埂减少 11.8mm、11mm、10.7mm、10.5mm、3.3mm；累积产沙量分别较对应光埂减少 0.18kg、0.14kg、0.10kg、0.12kg、0.11kg，这主要是由于冠层和枯枝落叶对雨水的截流作用，地上部分对水流的机械阻挡作用可明显减缓水流速度，增加地表水流的下渗量，从而使径流量较对应的光埂有所减少。同时由于水流速度的降低而使得挟沙力降低，冠幅的屏障作用可有效降低林下的降雨强度，从而使得土壤的溅蚀量有所减少，再加上根系强有力的固土防冲作用而相应地增强了土壤抗冲刷性能，从而使产沙量较对应的光埂有所减少。

表 6　人工降雨条件下各实验小区地埂的入渗、径流、泥沙观测
Table 6 The infiltration, runoff and sediments on ridges of experimental plots under
conditions of simulated rainfall

4 地埂植物篱的经济效益分析

　　杏树、海棠、紫穗槐、柠条、黄花菜在正常生长时发挥经济效益的起始年份分别为 5、5、1、3、1 年，现将经济效益的估算时段确定为 10 年。由表 7 可见，两种经济树种（杏树、海棠）每公顷 10 年累计产值较高，分别为 43200 元和 36000 元，而两种灌木类型（紫穗槐、柠条）相对较低，分别为 12960 元和 5184 元；年均单位产值也表现出相同的趋势。

表 7　每公顷地埂植物篱十年经济效益计算值
Table 7 The ten-year economic benefit of per hectare hedges

　　相比之下（表 8），两种经济树种（杏树、海棠）在十年内的总投入（包括：苗、籽费、整地费、种植费）比较高，均为 4350 元；而两种灌木类型则较低，分别为 450 元和 240 元。由此可得杏树埂、海棠埂、紫穗槐埂、柠条埂、黄花菜埂十年内单位面积的净收入分别为 38850 元、31650 元、12510 元、4950 元、12990 元，十年内益本比依 R=B 总/C 总计算，分别为 9.9、8.3、28.8、21.6、7.5；投资回收年限依 TD=C 总/B 年计算，分别为 1、1.2、0.3、0.5、1.3 年。这表明在十年内两种灌木类型（紫穗槐埂、柠条埂）的经济效益相对来讲比较高，黄花菜埂较低；因而投资回收年限明显偏低，黄花菜埂则为最高。

表 8　每公顷地埂植物篱净收益、益本比和投资回收年限计算值
Table 8 The net profit, cost-benefit ratio, and period for recovery of investment on per hectare hedges

5 结论

　　(1) 柠条、紫穗槐、黄花菜、杏树、海棠等 5 种地埂植物篱均能适应当地的环境条件，生长状况良好。由于植物根系强有力的固土防冲作用，可有效保护梯田埂免受冲刷，增强了梯田埂的稳定性，延长了梯田的使用年限。

　　(2) 地埂植物篱较光埂相比，土壤的孔隙度有所增加，容重有所降低，有利于蓄水保肥，土壤的养分状况得到明显改善。同时由于植物冠幅对降雨的截流，枯枝落叶对地表径流的拦蓄及其植物地上部分对地表径流的机械阻挡而降低地表流速，增加土壤的入渗量。因而土壤的水分含量明显提高。

　　(3) 地埂植物篱拦蓄径流、泥沙的效用比较显著。虽然地埂植物篱对梯田作物有胁地作用，但相对其所带来的经济收入来讲是比较小的。在所选的 5 种植物篱类型中，两种灌木类型（紫穗槐埂、柠条埂）的经济效益最为显著。很值得推广应用，但必须因地制宜，由于尚义县年降水量较怀安县少，因而推广时应以柠条为主，而怀安应以紫穗槐为主。

参考文献

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9	蔡强国，王贵平，陈永宗．黄土高原小流域侵蚀产沙过程与模拟[M]．北京：科学出版社，1998.

第一作者简介

王喜龙 (1973－)，男，宁夏回族自治区同心县人，在读硕士研究生，主要从事区域治理、水土保持、脆弱生态环境重建等方面的研究。

基金项目：国家自然科学基金委员会面上基金课题 (49871053)；河北省科委和省山办资助项目 (96230905)。

①以下除特别注明外，实验观测数据均来自张家口地埂植物篱试验观测成果册（张家口市水利局编，1997）。