牛天新，陈文岳

(1.杭州市农业科学研究院，浙江 杭州 310024；2.建德市人民政府，浙江 建德 311600)

耕地是农业可持续发展的基础，没有充足和肥沃的耕地资源作为支撑，很难保障区域粮食安全生产[1]。我国耕地面积仅占国土面积的14%，且2/3为中低产田，后备耕地资源严重不足[2]。为了确保耕地占补动态平衡，中国许多地方进行了大面积的补充耕地建设[3]。我国山地丘陵资源十分丰富，坡地修建梯田是合理利用坡耕地，控制水土流失的根本措施，是农作物高产稳产和农业产业结构调整的重要基础[4]。

杭州市耕地资源相对匮乏，但山地资源特别是低丘缓坡面积较大，是重要的土地后备资源[5]。为了实现耕地资源的占补平衡，构建了大面积的新垦山地[6-8]。在开垦过程中，地表植被受到极大的扰动，形成了没有植被覆盖的裸露边坡；加之缺乏配套的排水系统，边坡在水力侵蚀和重力侵蚀的影响下，造成坍塌现象。边坡甚至石坎的坍塌，直接影响到田块的耕作。因此，在低丘缓坡开发新垦山地的同时，需采取配套的边坡护坡措施，才可有效防止水土流失，将人为造地建设对生态的影响降到最低。

在坡面人工恢复植被在我国高速公路边坡绿化中得到了广泛的应用[9-12]，但是作为可应用于新垦山地相配套的护坡技术，有其特殊的要求。首先，需要控制成本。农业关乎民生，但其产值有限，高速公路边坡坡面坡度大、坡面长，护坡成本高，相应的技术直接拿来，难免技术过度所造成的浪费，大面积应用推广也不切实际。其次，所选择的植物，应避免侵略性强的种类，以保证田块中农作物的正常生长。再次，在植被护坡和抗侵蚀效果的同时，对其改良土质的能力提出了更高的要求。因此，有必要结合新垦耕地实际情况，对现有边坡植被护坡技术进行研究与改进。

目前高速公路等边坡施工一般为30～40 g·m-2的种子用量，为降低植物密度减少种子用量，为保证固坡效果同时降低护坡成本。根据土壤条件、环境条件、气候条件，以本地种类为主，灌木和草本结合混种，选择常见的种类：狗牙根、马棘、胡枝子、盐肤木4种植物，考察不同的种子喷播量对新垦地的护坡效果，为适合新垦山地的生态护坡技术提供技术借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验试验地位于杭州市富阳区新登双江试验基地(119°95′E，30°07′N)，地处中国东部沿海地区，属于亚热带季风气候。试验地边坡坡度为35°～40°，土壤耕层质地为砂土，容重1.3 g·cm-3，厚度基本在16～20 cm；土壤呈酸性，pH值为5.25，有机质6.9 g·kg-1，有效磷1.5 mg·kg-1，速效钾75 mg·kg-1。

1.2 护坡植物

选择本地常见的狗牙根、马棘、胡枝子、盐肤木为护坡植物。

狗牙根为禾本科狗牙根属低矮草本，是最具代表性的暖季型草坪草，性喜温暖湿润，喜光耐热，耐阴性和耐寒性较差，耐践踏，侵占能力强，普遍用于草坪。

马棘系豆科半灌木植物，矮生，抗旱，观赏价值高，耐脊，生活力强。

胡枝子为豆科胡枝子属直立灌木，耐旱，耐瘠薄，耐酸性，耐盐碱，耐刈割，对土壤适应性强，在瘠薄的新开垦地上可以生长，但最适于壤土和腐殖土，耐寒性很强，可作绿肥及饲料。

盐肤木为漆树科本属落叶小乔木，喜光，对气候及土壤的适应性强，较适宜在长江以南生长。

1.3 处理设计

采用客土喷播技术进行施工，未铺设椰网，喷播后用无纺布覆盖。草本比例取15%(马棘、胡枝子、盐肤木与狗牙根比例为5∶7∶7∶3.35)，每个区块坡面面积为30 m2，重复3次，坡度40°。取5种草灌混播种子用量，处理T1～T5分别为5、10、20、30、40 g·m-2。试验过程中不施肥，实施后对植被覆盖度、植物抗拉力、株高、根长、直径等进行测定；生长两年后分别对试验地的坡面上部和下部的灌木数量进行统计，并分别测定含水率、土壤抗剪强度、紧实度，进行对比，根据不同的种子喷播量的护坡效果确定合适的种子用量。

1.4 检测指标测量方法

生长高度。现场随机抽取每种草30株，从地面量至植株拉直后的最高叶尖为生长高度。

根长。从试验坡地中小心挖出根系完整的植物，量取各样品的根长，用游标卡尺量取根径，取平均值。

覆盖度。当草种出苗之后，采用针刺法进行一次植物盖度的测量。先选择2个1 m×1 m的样方，借助钢卷尺和样方绳上的每隔10 cm的标记，用粗约2 mm的细针顺序在样方内上下左右间隔10 cm的点上(共100个点)从植被上方垂直插下，若细针能与植物相接触，计为“有”，如不接触，则计“无”，在表上登记，最后计算总次数，算出覆盖度。

根系抗拉性。通过根系夹持工具将植物一端固定住，另一端用根系夹持工具与推拉式指针测力器连接，缓慢拉动推拉式指针测力器，直至将植物拔出土壤。为避免根系在夹持部断裂，从而正确反映出根系的抗拉性能，排除夹具处断裂时测得的数据。

土壤含水率。使用智能土壤水分检测仪将试验地分别取三角形的点检测数据，为了避免天气原因导致土壤含水率骤然变化，本试验挑选连续5 d晴天检测含水率。

土壤抗剪强度。针对不同的坡地，测定不同部位的植物覆盖土壤多处浅陋表土壤抗剪强度，每块试验地取上中下3个高度，各取3个点来测量，取平均值。

土壤紧实度。用土壤紧实度测定仪测量不同部位的植物覆盖土壤，每块试验地取上中下3个高度，各取3个点来测量10 cm深度的土壤紧实度，取平均值。

1.5 测量工具

HZR-SWR智能土壤水分检测仪(北京惠泽农科技有限公司)；RYNY-106土壤紧实度仪(上海茸研仪器有限公司)；WI88027袖珍土壤剪力测量仪(北京金泉水科技有限公司)；KTL-200推拉式指针测力器(无锡市大箕山工仪器有限公司)；JZC-B2型多功能坡度测量仪(中国温州南方建筑仪器厂)。

2 结果与分析

2.1 试验地播种时气温情况

试验周期从8月到次年1月，期间气温情况如图1所示。试验期间最低气温-9 ℃，最高气温38 ℃。富阳山区气温有时很低，波动范围较大。试验期间浙江经历了罕见的寒潮，对后期各种植物的生长存活有较大影响。

图1 试验地气温变化情况

2.2 草灌混播植物的覆盖度变化

植被覆盖度是在地面衡量地表植被状况的一个最重要的指标，同时又是影响土壤侵蚀的主要因子。植被覆盖及其变化是全球和区域生态环境变化的重要指示[13]。试验点垦造耕地存在肥力低下、耕作层浅、团粒结构不佳、砾石度大、保肥保水能力差等问题，直接影响植物的有效利用。

表1表明，狗牙根播种3 d后迅速发芽，各播量处理中，T1的覆盖度较低，30 d时覆盖度只达到40%，此时T2的覆盖度为63%，而T3、T4、T5的覆盖度分别为92%、98%和99%；45 d后，T1的覆盖度达到66%，而T2、T3、T4、T5的覆盖度快速到达92%、100%、100%和100%。由此可见，5 g·m-2的种子投加量的草本量太低，未能起到初期固土和保护灌木的作用。其他各处理下，马棘、胡枝子、盐肤木在草木植物狗牙根的保护下，整体长势良好。

表1 试验地的覆盖度随时间变化情况

2.3 植物抗拉力试验

植物生长两个半月后，同时进行株高、茎粗、根长和根系抗拉力的测定。由表2可知，几种护坡植物中，胡枝子的抗拉力较强，其株高较低，只有21.75 cm，但其根长和根茎最大，故测出胡枝子的抗拉力达到106.88 N，远超其他几种植物。盐肤木的抗拉力次之，马棘和狗牙根的抗拉力相对较弱。3种灌木的抗拉力、根长与直径均高于草本植物狗牙根，由此可见，在护坡固土方面，灌木表现明显超过草本。所以新垦地的护坡应当草灌结合共同护坡，所以后面主要对灌木的生长情况进行统计。

表2 植物抗拉力试验及株高等性状

2.4 植物生长数量统计

生长2年后，试验地植物覆盖率仍为100%，对播种的植物数量进行统计，同时对每块地的含水率、剪切力和土壤紧实度进行测定。2年后各处理护坡植物狗牙根、马棘、胡枝子和盐肤木都有生长，对试验地的坡面上部和下部的灌木数量按丛和种类分别进行统计。

表3显示，T1处理的坡上下部均无胡枝子生长，可能是T1的种子投加量少，当年即有部分裸露土面，仅有少量草来保护坡面，导致坡面覆盖度较低，恶劣的生长条件造成胡枝子的死亡。就坡的位置来看，植被主要生长的坡上部，坡下部则除了T3、T4有少量生长外，其他处理均无生长。T5因灌木种子投加量大，坡上部胡枝子的丛数和株数达到最高。

表3 胡枝子生长数量

表4显示，马棘在各处理的坡面及坡上下部均能生长，且长势较旺。同样，T5因种子投加量大，马棘的丛数和株数达到最高，且马棘的总丛数和总株数随着种子投加量的增大而增大。除T4外，其他各处理均以坡上部植物的株数和丛数较多。由此可见，马棘与胡枝子均适于在坡上部生长。

表4 马棘生长数量

表5显示，两年后各处理盐肤木均能生长，且生长良好，个别植株高大。以T2坡面的总丛数和总株数最低，T5的最高，总丛数和总株数与种子投加量呈正相关。各处理在坡上部和下部的株数和丛数呈平均分布，其间差异不大。由此可见，盐肤木对生长环境适应能力较强。

表5 盐肤木生长数量

2.5 含水率、剪切力和紧实度情况

土壤的抗剪强度是保持土体稳定性的重要因素[14]，抗剪能力强说明根系固土效果好，能提高坡面的稳定性，反之则说明固土效果差，边坡容易失稳。土体的结构、密度和含水量等因素均与抗剪强度指标相关联，但对于同一试验区来说，土体的结构和密度变化不会很大，而含水率对抗剪强度指标的影响要远大于其他因素。因此，土壤含水率可作为检测土壤护坡效果的重要指标[15]。

由表6可知，各处理的含水率平均值差异不大，新垦山地边坡中部含水率数值要高一些。T5地块含水率略低，可能是由于此坡面上的植物数量较多的缘故，T3的含水率最高。

表6 试验地含水率、剪切力和紧实度情况

土壤剪切力和紧实度是坡岸抗侵蚀和稳定性的重要指标。一般认为，表层和浅层的土壤剪切力越高，坡岸表面滑坡的可能性越小；表面的紧实度越高，坡岸耐风蚀和雨蚀的能力越强[16]。浅层土壤抗剪强度实际上是土壤与植物根系复合体的抗剪强度，更能反映植物根系的固土作用[17]。由剪切力数值来看，坡上部的剪切力小于中下部的剪切力，平均剪切力数值由高到低为T5>T3>T2>T1>T4，表明以种子投加量为40和20 g·m-2剪切力的植物根系固土能力强，表现最差的为30 g·m-2种子投加量处理，尽管用种量大，但其固土效果却最差。

T1、T2、T3坡面紧实度随坡由上到下呈递增趋势，而T4和T5则呈递减趋势，10 cm深度下平均紧实度排序为T3>T2>T1>T4>T5。试验结果显示，尽管T4和T5的种子投加量大，植株数量也多，但植物长势不好，且相互影响生长，导致根系不够发达，固土能力下降。由此表明，新垦地土层10 cm深度下，种子投加量为20 g·m-2的植物根系的固土能力最强。

3 小结

试验选择本地种类的马棘、胡枝子、盐肤木、狗牙根4种植物进行草灌混播，采用5种草灌混播种子投加量，考察新垦山地生态护坡效果。坡面植物的抗拉力从高到低分别为胡枝子、盐肤木、马棘、狗牙根，3种灌木无论是抗拉力还是根长和直径的表现均明显超过草本植物，草本在生长初期可起到保护灌木的作用，所以新垦地护坡应当草灌结合，共同护坡。

试验根据植物数量统计探明3种灌木在坡面上的分布情况。马棘与胡枝子一样适于在坡上部生长，盐扶木在整个坡面均有分布。根据种植的效果显示，20 g·m-2种子投加量处理的坡面上3种植物可协同生长，互不影响，生长状况良好，有良好的固土效果。

根据两年多的草灌混播灌木的生长情况、次年恢复灌木数量、土壤剪切力、土壤紧实度等结果综合考虑认为，20 g·m-2的种子投加量可作为新垦地田埂边坡的最优种子投加量，且远低于一般公路边坡的种子投加量。因此，本方案可以替换一般性护坡工程种子喷播量的方案，从而达到在保持原有固土效果的同时能够降低各种材料成本。