植物覆盖和水土保持

植物土壤保护

作物生长季的早期在土壤表面建立良好的保护层对水土保持十分重要——特别对于斜坡上、陡坡上、大树下和溪流边的条状防护层来说。

植物覆盖对水土保持至关重要，甚至可以有效防止土壤风蚀。它可以直接保护土壤表面，例如，植物覆盖可以防止加速度高的雨滴降落，还可以帮助雨水渗透和稳定开始移动的水珠。增加植被覆盖度还可以逐渐增加土壤有机质，稳定土壤团聚体和其中的生物活性，还可以起到改善土壤团聚体稳定性和水分入渗吸收。生物活性的增加可以近一步巩固植物根系、黏液和真菌菌丝的团聚土壤，并在地面上形成孔隙。它很大程度上依赖于营养来源，比如植物腐殖质。为了可以更好的在接近播种季节进行播种活动，其土壤表面应该有足够的覆盖物。土壤表面覆盖已经枯死的植物也会有所帮助。更多的土壤养分和密集的管理意味着更多的植物生长和土壤中更多的生物活性。与土壤中适量的磷酸盐相比，高水平的磷酸盐会减少植物细根生长和延伸的共生菌根的生长。同样，在没有覆盖作物的情况下，过多的杂草控制可能会减少全年的总生物量。

种植足够的植株对植物的早期覆盖、萌发、出苗和早期生长速度至关重要。种子萌发率低可能是由于土地准备晚、种子受损或种子与下方土壤接触差、播种过深或过浅、种子被食用、发芽后生长缓慢或不适应气候、土壤过于压实或过热等原因导致的。主要用于土壤保护和改良的植物的种子通常与农民通常使用的种子有很大不同。有多种用途种子大小不一（可能较小或较大)，因此需要调整其播种深度。另见下面的小节。

野生豆类(“豆科植物”)经常与其他覆盖作物混合使用。这些物种还可以帮助将土壤空气中的氮(N2)固定在已被侵蚀的土壤中，这样植物就可以以铵态氮和硝态氮的形式利用该元素。但是如果种子没有适当的预处理，那么成熟、干燥的种子无法正常吸收水分并渗透入坚硬、光滑、不透水的种皮或其少数小而密封的孔隙中，这也是种子休眠的原因。但热水可能会在几天内打开种子的一些小毛孔促进水分吸收，但这样做也可能会杀死种子中重要的细菌或微生物。种子萌发的影响因素和耐受性因其成熟度、含水量、遗传类型等而异。在外部种皮划出至少一次的划痕从而造成机械损伤后，将种子在水中浸泡几秒钟或几分钟后就可以提升发芽率(也可以使用超粗砂纸、打磨机或用鞋压在混凝土上摩擦等犯法，Mandal，2010年)。

有些在种子供应商的旋转桶中进行预处理，也可以使用电砂纸工具进行摩擦。热水可以帮助水分通过一些种皮的小孔缓慢渗透，但也可能杀死种子。可以将其放入沸水3秒或80摄氏度热水3分钟或将种子放入60摄氏度并逐渐等其冷却。操作前，可以先用少量种子进行测试，并在装有水的盘子中观察3 – 7天后进行温度调整。当没有温度计时，可以采用以下方法：3：1的体积比的100℃和20℃水相兑匀，可以调为80℃的水。100℃和20℃的水按1：1的比例可以混合为60℃的水。在室温下储存的水通常在20℃左右。但这样的指南通常是有风险的，或者有的时候几乎没有效果，所以在储存种子后在需要在当地测试并调整促进发芽的措施。

也可以考虑使用硫酸打破种子休眠。但硫酸的使用对人和细菌有风险，而且这种方法的使用很难标准化，因为硫酸在种子表面上造成的损伤并不总是足以促使其发芽的。标准使用方案通常不可靠，因此建议在种子储存(干燥)后再进行测试。用两层超粗砂纸磨损种子表皮可以造成深度划伤，这是与种子打破休眠更快的方法相比更为可靠的措施。将种子样品浸泡在不加热的水中可以帮助人们测试促使种子(或减缓)发芽是否需要预处理措施。种子发芽的时机对于如何种子管理、应对干旱和与其他植物竞争都很重要。

参见Mandal(2010)或Mandal写有关农用林业部分的更多内容——例如，关于改进后的低成本方法。

将植株沿风向或斜坡成行播种或种植有助于防止水土流失。这种做法既可以收获的主要作物，也可以保护土壤、及植物的水和养分(草、野生草药、灌木或树木)。同样，在一些简易未耕种的种植带沿着风侵蚀的方向上自发生长的植物也会对其水土保持有所帮助。

有永久植被的种植带还可以更好的保护土壤，还可以为捕食者提供食物。这些捕食者通常以有害的害虫为食，而这些害虫很快就会在一些季节性作物中进行繁殖。农作物害虫通常比它们的天敌身体结构更简单，繁殖速度也更快。植物的花蜜可以喂养一些年轻的有益昆虫，包括食虫类。图1的左侧和中间。

图1。保护性土壤表面覆盖物。相对较窄(左)或较宽(中)的草种植带可以有助于减少水分流失和侵蚀。其中还包括一些木本固氮豆科植物，这种植物对于土壤中营养物质被植物吸收作为饲料的情况十分重要。也可以使用其他植物在一些侵蚀最严重的季节可以作为带状土壤低覆盖物。早期作物土壤表面覆盖也很重要。使用一些死去的植物材料(通常被称为护根物或残留物)也有对减少水分流失有帮助(右)，同样也可以使用石头。图片来自肯尼亚的Muriuki和Macharia(2011)。

覆盖在地表的枯死植物材料(枯枝烂叶、地膜)也可以阻止土壤侵蚀。然而，一般却很难得到足够的枯死植物量；有些枝叶会很快就腐烂，而还有一些植物，比如桉树叶，可能需要较长时间或很难腐烂，往往会被水冲走或风吹走。一些蛇、啮齿动物、野火、昆虫和家禽的出现也可能会刮伤幼苗地膜层。地膜的使用可以减少土壤表面的蒸发并使其降温，但同时雨水可能无法有效地到达植物根部。没有活的植物的土壤表面很快就会变得干裂，并且土壤内部也无法迅速吸收更多的水(通过毛细血管的水运动)，除非其中有大的土块和缝隙。而且通过单个水蒸气分子的随机扩散的干燥速度比吸力和其他水分运动慢得多。

确定覆盖物和间种作物的播种时间。如果第一次播种后出芽情况较好，覆盖作物或间作时间选择可以与除草或垄作过程相结合。这样做即可以帮助第一批作物在竞争较少的情况下生长，而且在斜坡上设置合适的排沟可能足以阻止侵蚀。牛犁可以倾斜地形成垄沟，或者使用拖拉机进行翻耕从而形成不平整的土壤表面，在这种情况下水通常不会流过垄沟。

延长作物覆盖时间。另一种减少作物之间竞争的方法是使用覆盖作物或间作作物，在植物顶端变大之前间作植物就可以长出很深的根。并且在主要作物或第一次作物收获后，间作植物顶部就可以长得更高。或者可以考虑在第一批作物收获前或收获后播种间作植物。如果使用合适的机器甚至可以在秸秆或覆盖作物植株之间进行机械化播种。

土壤保护植物的综合利用，且早期的植被种植紧密、覆盖有助于水土保持。对农民来说，作物早期和长期的收益和成本都很重要。种植早期和生长良好的作物覆盖可以：

• 抑制或解决杂草问题
• 喂养和庇护农作物害虫的天敌
• 减少氮钾元素的浸出
• 增加生物固氮量
• 将磷酸盐和其他养分保留在土壤表面
• 改善土壤结构和水分入渗(但蒸腾作用会增加)
• 促进根系生长、土壤有机质和微生物活性

一些覆盖作物还可以作为牲畜饲料或人类食物。结合和种植不同的植物可以帮助建立更早和更长的土壤表面覆盖植物系统。这样的组合也可以增加受保护土地的价值；更多信息请参见间作和农林结合的文章。为了防止水污染，主要是针对硝酸盐的污染，在丹麦等国，超过必要的时间让土壤裸露是非法行为。

参考资料

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Muriuki JP, Macharia PN 2011 Green Water Credits Report K12: Inventory and Analysis of Existing Soil and Water Conservation Practices in Upper Tana, Kenya. https://www.isric.org/documents/document-type/green-water-credits-report-k12-inventory-and-analysis-existing-soil-and Open access.

Mandal T. 2010. Low-cost soil and water conservation with many early benefits. Presentation Researchers’ Day: Climate Change Impact, Adaptation and Mitigation GEUS, Inst. of Geography, University of Copenhagen. 7 October 2010. Arranged by the Climate Change Task Force. https://www.yumpu.com/en/document/view/35209735/present-danish-water-forum

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Watene G and others 2021 Water Erosion Risk Assessment in the Kenya Great Rift Valley Region Sustainability 2021, 13(2), 844; https://doi.org/10.3390/su13020844