前言
坡耕地水土流失是世界上許多國家所面臨的環境問題之一，世界上近8億人口直接依賴于坡耕地維持他們的給養[1].由于人為活動，使坡耕地生態系統很容易產生水土流失。坡耕地土壤退化嚴重制約了土地的生產力，而土地的退化過程和坡耕地嚴重的土壤侵蝕密切相關[2].坡耕地嚴重的水土流失不僅破壞耕地資源，更威脅到國家生態與糧食安全；坡耕地水土流失在導致山丘區群眾貧困的同時，也加劇了江、河、湖、庫的淤積和污染，對防洪安全形成威脅，影響水資源的有效利用。對坡耕地合理的開發利用和采取相應的保護模式是防治坡耕地水土流失、實現山區農業可持續發展的關鍵[3].
植物籬技術是一種新型有效的維持坡耕地可持續利用的技術，是農林間作技術的發展，它是在坡耕地上，按一定的間距等高種植多年生草、灌植物，使其成籬（生物墻），在其間種植農作物。由于植物籬對地表徑流的攔截阻擋，能有效地控制水土流失，使坡地逐步梯化，增強土壤肥力，提高坡地生產力，實現坡地的可持續利用[4].
本文總結了目前國內外植物籬技術的研究和推廣的現狀，對植物籬在土壤侵蝕控制、地表徑流削減、土壤養分增加、土壤物理性質改善和面源污染控制等方面所具有的生態效益進行了分析，并探討了植物籬技術應用和研究方面的不足和今后研究的重點領域，旨在為我國坡耕地的可持續利用提供一些借鑒和參考。
1植物籬技術研究推廣
植物籬最早起源于20世紀50年代美國的等高草籬，作為一種能有效減少地表徑流、保土蓄水的水土保持措施，植物籬在坡地改良利用及侵蝕防治控制等方面逐漸受到研究者的廣泛重視。研究表明，植物措施的保水保土效果隨降水強度增大而更加明顯，甚至可以超過梯田；同時，木本植物根系從深層土壤吸收養分，擴大了農林復合系統中養分循環的范圍，提高了系統的養分利用效率和養分的含量及有效性，枯落物分解后可以有效地向土壤歸還營養元素，增加土壤有機質，從而改善土壤物理化學性質[5].
等高植物籬-農作系統中坡長被截短，坡面徑流不連續，侵蝕泥沙的搬運過程受到阻截，植物籬帶間微地貌不同于坡耕地，系統中雨滴的打擊受到林冠-近地覆蓋作物的攔截，坡面濺蝕過程不同于單純林地，而系統中林木對降雨的截持作用、系統對土壤結構性質的改良、林木籬帶對坡面徑流的阻滯都能影響雨滴的打擊和徑流搬運過程，從而影響土壤侵蝕及養分流失。目前國內外對等高植物籬-農作系統內養分流失機理、系統水平空間結構對養分流失影響已經作了一些初步探討[6].然而，由于植物籬的土壤養分控制效應受立地條件、侵蝕狀況等因素影響，同時坡地中耕作侵蝕和水力侵蝕相互作用，系統中大部分的控制機理尚未研究透徹，導致實踐中植物籬很難被實際應用者所接受。因此，進一步明確植物籬對土壤養分流失控制的機理對植物籬措施的推廣應用具有實際指導意義。
1.1植物籬技術在國外的研究推廣
早在20世紀30年代，在非洲尼日利亞的東南部，農民就有在耕地上帶狀種植豆科灌木作為肥料，用來控制雜草，其間種植農作物。20世紀初菲律賓的農民有在陡坡地上種植銀合歡，用于控制坡地的侵蝕和保護地力的習慣，20世紀30年代荷蘭殖民者把這項技術引入印尼東部的帝汶島加以推廣[7].
最早可以見到的植物籬種植研究報道是1965年的赫曼智（Hermandez）[8],他在菲律賓連續4年用銀合歡與玉米間作，銀合歡間距1m,每2個月割1次，研究報道土壤的侵蝕量減少了，而玉米產量卻增加了。
70年代位于非洲的國際熱帶農業研究所（IITA）進行木本樹木與作物間作的試驗研究，隨后選擇和評價了不同樹種植物籬對地力的影響，研究其如何適宜于小農戶的技術，以及在大的農場應用的可能性，推薦了10種可供為籬的植物及其種植和管理技術[9].
80年代初期，國際農林復合經營研究中心（ICRAF）在非洲一些國家開展植物籬在坡耕地上的水土保持效果和提高農作物產量效果的研究[10].90年代初，國際山地中心（ICIMOD）在興都庫什-喜馬拉雅山區（HinduKush-Himalayas）各國建立坡地農業水土保持適用技術實驗與示范點，探索適合各國山區具體情況的坡耕地水土保持與土壤培肥模式，以便促進該地區各國山區土地的水土保持和荒漠化治理，促進興都庫什-喜馬拉雅山區坡耕地的合理利用和持續發展[11].國際土壤研究和管理委員會（IB-SRAM）在東南亞、太平洋地區和一些非洲國家開展研究，希望通過土地的持續利用來解決山區的貧困和糧食問題，就山地開發、水土保持和退化土壤改良的方法進行研究，并對坡耕地等高帶間作和植物籬技術也作了一些研究和示范工作。近年來，澳大利亞國際農業研究中心（ACRAR）也展開大規模的國際合作研究，特別是“可持續農業生產的土壤侵蝕管理”項目，在植物籬防治坡地土壤侵蝕方面作了大量深入仔細的研究，并在土壤侵蝕理論方面取得了很多進展[12],為利用固氮植物籬進行水土流失和土壤退化的生物治理提供了一些理論依據。
1.2植物籬技術在國內的研究推廣
在中國北方的農民很早有種植黃荊、紫穗槐、桑等為籬的習慣。在貴州山區農民有在坡地上等高種植桑、松、杉、茶、果樹如桃、李、杏、梨、櫻桃等護坡的技術，羅甸縣農民用金蕎麥保護坡耕地的歷史達到百年以上。植物籬技術的研究在國內始于20世紀80年代末，研究初步結論有：中科院成都生物所與國際山地發展研究中心合作提出了“等高固氮植物籬”技術，采用銀合歡、山毛豆等在川南推廣面積達0.27萬hm2[13,14].貴州省農科院與國際土壤研究所和國際水管理研究所合作研究了“植物籬”技術對土壤肥力的影響以及水土保持效果，在貴州推廣數百hm2香根草、紫穗槐、灰毛豆、桑樹等植物籬[15,16].湖北秭歸水保試驗站與南京土壤所、華中農大、中科院地理所、香港大學等合作提出三峽植物籬模式，采用黃荊、新銀合歡、茶、桑、香根草等為籬，與經果林配合推廣了160hm2.
陜西水保局在黃土高原推廣與果樹（棗、蘋果、梨、杏等）配合的“等高灌木帶”,等高種植沙柳、沙棘、紫穗槐、黃荊、檸條等，僅陜西省靖邊縣就推廣種植0.67萬hm2[17].四川省農科院在試驗研究中提出“經濟植物籬”概念，強調成籬植物的經濟效益，提出采用桑、蓑草、黃花、果樹、花椒、金銀花和飼草為籬[18],以期解決因成籬植物經濟效益低，農民不愿意推廣的問題。
2植物籬生態效益研究進展
2.1植物籬對土壤侵蝕的影響
植物籬在經過多方面多角度的研究后，被認為在防止土壤侵蝕方面具有顯著的作用和效果。蔡強國等[19]通過一系列研究之后認為植物籬笆能減少土壤侵蝕量，這種作用在大雨強時尤其明顯，同時指出減少土壤侵蝕的原因是籬笆根部能阻擋水流，減緩流速，減小水流的泥沙攜帶能力，使細溝不容易形成。
伊迪信等[20]研究認為，植物籬控制土壤侵蝕的原因是其增加了地面覆蓋度，減緩了坡度，改善了土壤質地，縮短了坡長，以及植物籬對地表徑流的機械阻擋，而其中植物籬的機械阻擋作用是引起土壤侵蝕量大幅度下降的主要原因。盡管兩位學者從不同的側面對植物籬減輕土壤侵蝕進行了闡述，但共同的一點是植物籬的機械阻擋是其減輕土壤侵蝕的主要直接原因。
2.2植物籬對徑流的影響
徑流是攜帶泥沙流失的主要動力載體，同時流失的泥沙中又強烈地富集養分，造成養分大量流失，因此防止徑流產生至關重要。
王青杵等[21]研究表明，植物籬能減緩產流時間。李秀彬等[22]也認為，在坡面種植植物籬能延緩徑流流速，延長產流時間。孫輝等[23]利用新銀合歡和山毛豆在坡耕地上每隔4m培植高密度的雙行等高植物籬，結果表明可使坡耕地的徑流量平均減少49.6%以上。唐亞等[24]研究表明在坡耕地上建立高密度植物籬可降低地表徑流50%~70%.
許峰等[25]則通過大雨強模擬降雨對植物籬效果進行了研究，結果表明以等高植物籬為代表的坡地生態工程能相當有效地減少坡面徑流量，并指出通過施肥和帶間覆蓋效果會更明顯。而唐政洪等[26]則根據其實驗小區資料建立了紫穗槐植物籬徑流模型。
以上這些研究結果表明，植物籬能延長產流時間，減緩徑流流速，減少徑流流失量，同時通過一定人為處理措施效果會更好。然而由于人為處理的方法不同，可能導致的效果有所差距。但具體哪些人為措施比較理想，目前仍然沒有系統的研究和統一的認定。
2.3植物籬對土壤養分和有機質的影響
土壤養分流失是農田非點源污染的主要形式。土壤養分是植物生長發育的物質基礎，肥沃的土壤能促進植物生長旺盛、枝葉繁茂，從而能增加植被覆蓋度，減少水土流失，對于經濟作物來說，還可以提高其經濟產量。相反，選擇適宜的樹種也能改善土壤肥力，促進土壤養分結構良性循環。
孫輝等[27]曾在四川寧南縣坡耕地上對等高固氮植物籬新銀合歡和山毛豆進行了研究，結果表明，兩者在防止土壤養分退化方面作用明顯，經正常耕作3~6年后，作物帶土壤全氮、有機質、有效鉀和陽離子交換量等均有不同程度的增加。之后他又在同一試驗點上對坡耕地土壤坡面養分進行了研究，結果表明等高固氮植物籬模式對養分的影響表現在對養分的歸還和在土壤坡面的再分配，植物籬根系可將土壤深層的P、K吸收并通過刈割枝葉返還種植帶，發揮養分泵的功能[28].許峰等則在三峽庫區紫色土坡耕地上采用香根草、馬桑、新銀合歡、黃荊等作為植物籬，先后分別從植物籬帶間距[29]以及土壤養分動態[30]等方面進行了較多研究和探討，等高植物籬帶間距應控制在細溝侵蝕發生的臨界坡長（6m）以內才能有效減少養分流失。
此外，同樣也是在三峽庫區紫色土上，植物籬仍為馬桑、新銀合歡、黃荊，黃麗等[31]則專門就植物籬對土壤有機質的影響做了研究探討，結果表明，種植植物籬后可顯著提高土壤有機質含量并有利于胡敏酸的積累，使HA/FA增大，土壤腐殖酸分子中芳香環的縮合度、芳化度等都明顯提高，腐殖質的熟化度增加。朱遠達等[5]通過局部地形變化、土壤顆粒和養分在小區內的空間分布變化，對植物籬控制土壤養分流失的機理進行了研究，指出植物籬對粒徑較大的顆粒流失控制效果更明顯。
為了進一步認識植物籬是否能夠提高坡地持續生產力的作用，李秀彬等[22]除了對其一般保持水土方面研究之外，還從植物籬用作綠肥的角度來衡量其培肥土壤的效果，其結果顯示新銀合歡每年所產綠肥含純N素924kg/hm2,P為48kg/hm2,K為504kg/hm2,間接改善土壤養分效果十分明顯。
2.4植物籬對土壤物理性質的影響
土壤物理性質的好壞對植物的正常生長也將產生重大的影響。通常用來反映土壤物理性質的指標有土壤自然含水量、田間持水量、容重、比重、孔隙度（總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度）、機械組成及土壤結構等。
黃麗等[31]研究表明，植物籬能改善土壤結構，使土壤中2~0.2mm粒級微團聚體的含量呈現增加的趨勢。唐亞等[24]也認為植物籬能改善團粒結構及水分滲透率。李新平等[32]對植物籬水土保持效應及機理進行了研究，分析后認為植物籬地下部根系能顯著改善耕層土壤的物理性狀，增強土壤入滲能力和提高土壤抗沖性，并且指出植物籬帶能在較長的時間內維持較高的土壤入滲量和較大的穩定入滲率。伊迪信等[15]通過研究后證明，逐步梯化的植物籬能年均增加蓄水量360m3/hm2.孫輝等[33]則對植物籬種植系統土壤水分動態作了較深入研究，其結果表明，植物籬與農作物利用土壤水分的深度不同，植物籬在旱季主要利用50cm以下深層土壤水分來度過嚴酷的旱季，而在雨季則促進水分向深層土壤滲透，提高0~150cm土層貯水量，同時指出植物籬土壤水分漸變層厚度大于傳統耕作坡地和裸坡地。
在我國，人們研究植物籬時多以等高植物籬或等高固氮植物籬為材料，王喜龍等[34]則以地埂植物籬為研究對象，對植物籬影響土壤的其他性狀進行了研究，其結果表明地埂植物籬能增加土壤孔隙度，降低土壤容重，增加土壤入滲量，有利于蓄水。此后，王玲玲等[35]在礫石坡耕地上又再次以等高植物籬為研究對象進行了相關研究，結果同樣表明植物籬能使土壤容重下降，土壤總孔隙度和非毛管孔隙度明顯增加，改土效果明顯。
2.5植物籬對坡面徑流、面源污染物的削減作用
植物籬通過減少坡耕地的地表徑流和農地非點源污染物質輸出量從而達到控制非點源污染的效果[36,37].當徑流從坡面上部向下流動過程中，徑流中的泥沙在遇到植物籬時，會有明顯的沉積，而泥沙作為面源污染物（尤其是泥沙結合態P）的重要載體，阻截泥沙的流失就意味著減少了面源污染物的輸出。
其次，坡耕地的地表徑流通過植物籬的層層攔截，一方面延長了地表徑流的下滲時間，另一方面也大大降低了地表徑流的速度，加上土壤水分入滲率的逐年改善，而徑流是面源污染物的主要載體，植物籬在削減徑流的同時也削減了坡面徑流的面源污染物。種植植物籬后可以顯著提高土壤有機質含量，提高了土壤肥力水平，減少化肥的施用量，間接減少了坡面徑流面源污染物的輸出。
植物過濾帶通過植物籬和有機質以及微生物體的吸附作用凈化徑流，含面源污染物的徑流通過6m長的植物過濾帶后，75%的全N、全P、懸移質特別是P被吸附。
3結語
綜上所述，等高固氮植物籬技術一方面由于植物籬的阻截作用改善了坡耕地的微地形，攔截了泥沙，增加了入滲，減少了徑流，改良了土壤，另外由于給農田補充了養分，減少了化肥的施用量，因此大大減少了坡面徑流面源污染物的輸出，對于防止坡耕地農業面源污染具有非常好的效果。
植物籬是一種很有潛力的坡地持續利用技術，它把發揮坡地資源優勢與防治坡地退化有機結合起來，充分利用坡地因其坡度、坡向和坡位而具有的空間優勢和環境類型優勢來發展立體種植和多種經營，是實現坡耕地可持續利用以及減輕坡耕地農業面源污染的重要途徑。
我國從研究植物籬開始到現在僅有10余年的歷史。在過去的10多年里，植物籬技術研究在我國得到了重視并取得了長足進展，但在以下幾個研究內容方面仍然存在欠缺與不足：①植物籬水土保持效益模型的研究與建立；②植物籬對土壤微生物的影響以及對間作物生長環境的影響；③植物籬自身營養成分含量的研究與測定；④植物籬種類的選擇與配置特別是經濟植物籬；⑤不同植物籬栽植的最佳密度、株行距、帶距與帶間距；⑥不同植物籬的修剪時間、高度與次數；⑦植物籬的生態效益、經濟效益及其綜合效益評價；⑧植物籬技術和控制坡耕地面源污染物相結合。
植物籬技術也是一項防治坡耕農業地面源污染的行之有效的措施，但是目前來講，植物籬技術研究較多的是如何控制水土流失，對于削減農業面源污染的研究較少，而農業面源污染（尤其是坡耕地產生的農業面源污染）日益成為我國水源保護的重要難題，在這方面的研究還需要加大力度。
