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1固氮植物在改善土壤肥力方面的應(yīng)用

利用固氮植物改善土壤肥力的應(yīng)用已有上千年的歷史,如豆科作物與農(nóng)作物間作、輪作,種植綠肥,以及近年提倡的種植豆科覆蓋植物等。在山區(qū)坡地治理開發(fā)中,沿等高線種植速生和多年生的木本固氮植物籬,不但可以有效防治水土流失,而且還可以有效改善土壤肥力和改良土壤。其一,通過生物固氮活動(dòng),可以源源不斷地向土壤提供除植物籬本身生長(zhǎng)所需以外的氮素,同時(shí),通過循環(huán)能將深層土壤中作物不能直接利用的磷、鉀及其它營(yíng)養(yǎng)元素,供給作物生長(zhǎng);其二,植物籬的新鮮枝葉作為綠肥還田,使土壤有機(jī)質(zhì)及含氮量大量增加,盡管在不同的農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū),植物籬的生長(zhǎng)速度和生物產(chǎn)量不同,但每年至少可修剪一至兩次。在四川西南部金沙江河谷海拔1000m～1400m范圍內(nèi)非常貧瘠的土壤上(土壤含氮量0.061%,有機(jī)質(zhì)含量0.66%)的試驗(yàn)表明,在坡耕地上相隔4m～6m種植的雙行固氮植物籬每年在每公頃土地上可提供8t～12t的新鮮枝葉,6年后,土壤有機(jī)質(zhì)含量比對(duì)照高19.8%～32%,含氮量比對(duì)照高74.9%～133.9%,使極為退化的土地得到改善,農(nóng)作物產(chǎn)量也比對(duì)照提高;其三,木本固氮植物的根系可以利用深層土壤中作物不能直接利用的養(yǎng)分,腐爛后其根系及根瘤中的營(yíng)養(yǎng)成分便留存于土壤中。

2固氮植物在防治水土流失方面的應(yīng)用

隨著人口增長(zhǎng)及城市化和工業(yè)化的發(fā)展,坡地在我國(guó)農(nóng)業(yè)中的作用將會(huì)增大。坡地開發(fā)和利用中的主要問題是嚴(yán)重的水土及養(yǎng)分流失,造成土壤貧瘠和土層減薄,甚至土地耕作價(jià)值的喪失。為了解決這些問題,最有效和普遍的是坡改梯,并在我國(guó)山區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展和水土流失防治方面起了重要作用,但有一定的局限,包括投入大,在修建梯田的第一二年會(huì)引起大量的土壤流失,打亂土層,常常導(dǎo)致最初幾年作物產(chǎn)量下降,梯埂易于坍塌,維護(hù)困難,特別在粗谷性土壤上更是非常困難;此外,人工梯地不能培肥土壤。為了解決上述問題,我們提出在坡耕地上根據(jù)不同坡度相隔3m～6m,沿等高線種植二行或一行固氮、速生、耐修剪、萌蘗力強(qiáng)的植物籬,作物則種植在植物籬之間的種植帶中。固氮植物籬可以防止水土流失,培肥土壤,提供飼料和薪柴。

2.1阻擋水土流失

密集種植的植物籬象墻一樣對(duì)水土流失具有十分有效的攔截作用,而且坡地上大規(guī)模的植物籬系統(tǒng),通過對(duì)地表徑流的層層攔截,其防止水土流失的作用是極其有效的。國(guó)外在熱帶地區(qū)的試驗(yàn)表明,93%～98%的土壤流失得到控制[2,3]。我們?cè)诮鹕辰庸鹊脑囼?yàn)表明,80%～90%的土壤流失得到控制。植物籬的阻擋作用使得作物耕作帶的土壤不斷堆積于植物籬的上方,經(jīng)過幾年的正常耕種,坡耕地就能變成梯地,形成生物梯地,這種生物梯地具有人工梯地的所有優(yōu)點(diǎn),而且比人工梯地具有明顯的優(yōu)越性,投入少,能培肥土壤,生物梯地的地埂是由多年生植物籬形成,不易坍塌,避免維修;在粗谷性土壤和各種坡度的坡地上都能建成。此外,由于大量綠肥的投入,改善了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu),增強(qiáng)了土壤水分的滲透性和蓄水能力,同時(shí)植物籬還延長(zhǎng)地表徑流的下滲時(shí)間,從而有效地減少了徑流,我們的研究表明,生物梯田的地表徑流僅為對(duì)照坡耕地的37%～47%,因此可以十分有效地控制水土和養(yǎng)分流失,改善土壤的水分及肥力狀況。

2.2改善土壤肥力

由于固氮植物具有固氮能力,即使在含氮量很低的土壤上也能茂盛生長(zhǎng),并以枯枝落葉及綠肥的形式增加土壤含氮量。正如在全面已經(jīng)述及,植物籬每年修剪的大量新鮮枝葉是改善土壤肥力和土壤結(jié)構(gòu)的重要材料,例如墨西哥丁香(Gliricidiasepium)的干葉含氮3%～4%,鉀3.5%,若在坡地上相隔4m種植,則每公傾每年可提供100kg～200kg的氮[4];一種刺桐(Erythrinapoeppigiana)的枯枝落葉的含氮量為2.3%～2.6%,嫩葉含氮4.1%～4.9%,當(dāng)與作物間作時(shí),每年每公頃可提供20t的鮮葉[5]。植物籬的生物固氮活動(dòng)也能增加土壤肥力;適時(shí)修剪植物籬,以避免植物籬對(duì)作物的遮蔭。試驗(yàn)結(jié)果表明,生物梯田的土壤養(yǎng)分比對(duì)照有明顯的增加,同時(shí)土壤結(jié)構(gòu)及有機(jī)質(zhì)含量的改善,將會(huì)改善化肥的使用效率,減少化肥使用量,降低生產(chǎn)成本。在已經(jīng)坡改梯的地方,為了解決土壤培肥和地埂的穩(wěn)定問題,亦可將木本固氮植物密集種植于地埂上,但應(yīng)選擇深根性和側(cè)枝分枝少的樹種,通過修剪提供綠肥,改善梯地的土壤肥力,密集的植物根系有利于地埂的穩(wěn)定。

2.3植物籬的其它功能和效益

薪柴是山區(qū)的主要生活能源,砍伐薪柴是造成山區(qū)森林和灌叢植被破壞的重要原因之一。在缺柴地區(qū),可以將植物籬作為薪柴經(jīng)營(yíng),即減少修剪次數(shù),將葉及小枝作為綠肥,較大的枝條作為薪材,這將有助于保護(hù)森林,節(jié)省勞力。飼料是山區(qū)畜牧業(yè)的基礎(chǔ),習(xí)慣上,飼料在我國(guó)即指草質(zhì)飼料,盡管許多木本豆科固氮植物是優(yōu)質(zhì)的飼料,但木本飼料的應(yīng)用在我國(guó)還很不夠,應(yīng)作為新的發(fā)展方向。一些組成植物籬的植物是很好的木本飼料,具有比草本飼料更豐富的營(yíng)養(yǎng),可以采集嫩枝葉作為飼料利用。

3固氮植物在荒山荒坡治理和改良中的應(yīng)用

由于森林的破壞和長(zhǎng)期水土流失,我國(guó)山區(qū)存在大面積的荒山荒坡。我國(guó)對(duì)荒山荒坡的治理主要是造林,盡管已取得了明顯的成效,但還有不少地區(qū)有大面積的荒山荒坡由于嚴(yán)重的水土流失,土層淺薄,土壤貧瘠,造林成效不大?；纳交钠碌闹卫砗透牧紤?yīng)以固氮植物作為先鋒植物。試驗(yàn)表明,在水土流失非常嚴(yán)重、土壤極度退化,沒有其它植物生長(zhǎng)的裸露土壤上,只要選用合適的固氮木本樹種,即使以種子直播的方式,在一定時(shí)間內(nèi)也能形成茂盛的群落,隨后其它的植物在群落中逐漸出現(xiàn),在江西極度退化的紅壤荒丘上利用胡枝子(Lespedezasp)進(jìn)行植被恢復(fù)即獲得了成功[6],山毛豆(Tephrosiacondida)和新銀合歡(Leucaenaleucocephala)已成為金沙江干熱河谷造林的主要樹種。我國(guó)山區(qū)豐富的自然環(huán)境孕育了豐富的植物多樣性,在不同的生態(tài)區(qū)都有不少鄉(xiāng)土固氮植物資源可供選擇,還可以引進(jìn)在相似環(huán)境條件下已經(jīng)成功的固氮植物。固氮植物在荒山荒坡生長(zhǎng)一定時(shí)間之后,即可再次實(shí)施造林,因?yàn)橥寥赖酿B(yǎng)分和水分條件都已得到改善,此時(shí)的造林成功率便會(huì)大為提高。在四川西南部干熱河谷的工作表明[7],在貧瘠的荒山荒坡種植豆科固氮植物可以改善土壤的水分和養(yǎng)分狀況,與營(yíng)造赤桉純林和裸地相比,赤桉與豆科固氮植物混交、不同豆科固氮植物混交及豆科固氮植物純林對(duì)土壤水分、土壤有機(jī)質(zhì)和土壤全氮含量的改善作用是明顯的(表1)?；纳交钠律蠣I(yíng)造的這類固氮植物用作其它目的經(jīng)營(yíng),例如作為薪炭林經(jīng)營(yíng),因?yàn)榇蠖鄶?shù)固氮植物生長(zhǎng)快,具有很強(qiáng)的萌蘗力,而且熱值高,是薪炭林經(jīng)營(yíng)的優(yōu)良對(duì)象,薪炭林的充分發(fā)展,將會(huì)減輕山區(qū)居民因燒柴對(duì)各類森林的壓力,直接或間接地改善山區(qū)環(huán)境和生產(chǎn)條件。此外,許多木本固氮植物生長(zhǎng)迅速,也可以作為紙漿林經(jīng)營(yíng),例如,種植密度為10000株/ha的喬木田菁(Sesbaniasesban)一年可生產(chǎn)15t～20t的干物質(zhì)[8]。

4木本豆科飼料的發(fā)展

我國(guó)山區(qū),特別是西南山區(qū)具有豐富的豆科飼料植物資源,除草本豆科飼料,如三葉草、苜蓿以外,其它可以大量利用的有新銀合歡,豬屎豆(Crotalaria),山螞蝗(Desmodium),千斤拔(Flemingia),木藍(lán)(Indigofera),槐(Sophora),山毛豆(Tephrosia),田菁(Sesbaniaspp.),木豆(Cajanus),合歡(Albizia)等等。木本飼料具有較高的營(yíng)養(yǎng)成分,如喬木田菁(Sesbaniasesban)的葉和嫩枝的粗蛋白含量達(dá)20%～25%,是反芻動(dòng)物的優(yōu)良飼料,可在飼料中添加10%～20%[6],刺桐(Erythrinapoeppigiana)的嫩葉含27%～34%的粗蛋白,大花田箐(Sesbaniagrandiflora)的葉含25%～30%的粗蛋白,都是良好的飼料,可以在山區(qū)大力發(fā)展牛羊飼養(yǎng)業(yè),改善我國(guó)傳統(tǒng)的食物結(jié)構(gòu),使耗糧耗水較多的養(yǎng)豬業(yè)逐漸下降,降低糧食消耗和節(jié)約用水。在我國(guó)四川西部的調(diào)查亦表明[9],豆科植物比其他常見的禾本科牧草含有較高的粗蛋白和粗脂肪含量(表2),不但可以作為鮮飼料利用,亦可以加工成粉料。發(fā)展木本飼料可以與荒山荒坡的治理和改良相結(jié)合,也可以與糧食生產(chǎn)相結(jié)合,如在田邊地角、地埂廣泛種植木本飼料,既可以提供飼料,還能加固土壤,并且能夠吸引傳粉昆蟲為作物傳粉(這是另一個(gè)十分重要而在我國(guó)被忽視了的領(lǐng)域),提高土地的利用率。

山區(qū)木本飼料的發(fā)展,應(yīng)與飼養(yǎng)業(yè)發(fā)展相結(jié)合。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,食物結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化,對(duì)食物的需求將從量的要求轉(zhuǎn)向質(zhì)的要求,以激素類為基礎(chǔ)的人工飼料及以該類飼料為基礎(chǔ)的飼養(yǎng)業(yè),會(huì)逐漸被以天然飼料或更合理的天然飼料與配合飼料的結(jié)合品所取代;山區(qū)木本飼料與飼養(yǎng)業(yè)的發(fā)展,也可以成為山區(qū)新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方向,與此相關(guān)的加工業(yè),如皮制品的發(fā)展等,將會(huì)對(duì)改變山區(qū)落后面貌起到重要作用。除了上述的用途外,固氮植物還具有許多重要的用途,包括提供生產(chǎn)生活所需木材、人類的食物、動(dòng)物的飼料等直接產(chǎn)品,還可以生產(chǎn)一些特殊的產(chǎn)品,如新銀合歡的葉可以生產(chǎn)一種有價(jià)值的產(chǎn)品,其樹皮生產(chǎn)的樹膠是阿拉伯樹膠的優(yōu)良替代品;黑荊樹(Acaciadeal-bata)可以生產(chǎn)優(yōu)良的考膠等,需要在應(yīng)用中廣泛發(fā)掘。對(duì)人類的生存和發(fā)展來(lái)說(shuō),沒有比土地更重要的了,土壤的喪失也就是人類生存基礎(chǔ)的喪失。然而,水土流失的嚴(yán)重性雖已引起山區(qū)人民和政府部門的注意,但經(jīng)濟(jì)有效的措施還不多。盡管由于自然環(huán)境條件的不同,形成土壤的速度不同,但就現(xiàn)在一般接受的形成1cm厚的土壤需要一百年的時(shí)間,及每年未經(jīng)控制的坡地減薄1cm～2cm的比較,就可以看出其問題的嚴(yán)重性。

因此,有必要采取有效措施扭轉(zhuǎn)或減緩這種趨勢(shì)。從山區(qū)農(nóng)業(yè)在未來(lái)中國(guó)農(nóng)業(yè)中的重要性,以及當(dāng)前山區(qū)農(nóng)業(yè)所面臨的問題,采用有效的既能增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),又能解決坡地水土流失、肥力下降問題的技術(shù)和措施是當(dāng)務(wù)之急。由固氮植物組成的植物籬除了可以用于坡地耕作以解決水土流失和培肥土壤外,還可以在山區(qū)坡地開發(fā)的其它方面應(yīng)用。如在山區(qū)坡地種植果樹等經(jīng)濟(jì)植物時(shí),亦可采用,植物籬除攔截水土流失外,還可以作為重要的有機(jī)肥料,改善水果的品質(zhì);在山區(qū)造林方面,也可以在相隔適當(dāng)距離建立由固氮植物組成的植物籬,增強(qiáng)水土保持的功效。因此,固氮植物籬的應(yīng)用在山區(qū)有著廣泛的前景。此外,固氮植物在荒山荒坡的治理,木本飼料植物的發(fā)展等方面都能發(fā)揮重要作用?？傊?固氮植物對(duì)改善山區(qū)環(huán)境,提高山區(qū)人民的生活水平,使山區(qū)走上可持續(xù)發(fā)展道路,具有廣泛的應(yīng)用前景和重要的意義。

但在固氮植物應(yīng)用中,應(yīng)當(dāng)注意如下一些問題:(1)要根據(jù)固氮植物在山區(qū)農(nóng)業(yè)中的不同應(yīng)用目的及當(dāng)?shù)氐幕締栴},針對(duì)各農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)實(shí)際,選擇合適的物種。不同地區(qū)有不同的固氮植物種類,而且同一物種在不同生態(tài)區(qū)的表現(xiàn)亦不完全相同,因此要注意選擇和試驗(yàn),并采用正確的種植方法和利用方式。(2)固氮植物在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用,大多與傳統(tǒng)方法有差異,為了推廣這一工作,有必要建立固氮植物應(yīng)用的試驗(yàn)示范基地。(3)固氮植物在山區(qū)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用與山區(qū)扶貧密切相關(guān),若能結(jié)合國(guó)家及各級(jí)政府的扶貧工作和項(xiàng)目開展,則會(huì)在短時(shí)間起到良好的效果。(4)為長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展考慮建立全國(guó)固氮植物數(shù)據(jù)庫(kù),為各生態(tài)區(qū)的發(fā)展和應(yīng)用服務(wù)。