紫根香的香根草在丹江口库区消落带治理的应用研究

    香根草品种特殊品种，多年生草本粗壮植物，上世纪90年代引入我国，在南方引种成功。本世纪初，我们首次将香根草引种至北方地区，并在南水北调中线工程水源地丹江口水库消落区及黄河流域部分地区种植驯养成功，充分发挥其生态学特性，表现出了很好的水土保持、水质净化和景观效果，并从经济价值方面开发了以草代木香菇种植、动物饲料和保健饮品等，具有良好的生态、环境、社会和经济效益，推广应用前景广阔，是实现“绿水青山就是金山银山”的重要途径之一。

关键词  香根草；丹江口水库；消落区治理；效果分析

1 紫根香简介

紫根香（学名：Vetiveria zizanioides (L.) Nash ）是禾本科香根草属多年生粗壮草本植物一种。秆丛生，高可达2.5米。原产于非洲、印度，是热带地区植物，现广泛种植于亚热带地区，是一种非常耐旱、适应力强，生长快的丛生草本植物，有着“神奇牧草”和“世界上具有最长根系的草本植物”的称号。

紫根香的香根草品种具有多年生、经久不衰、一次栽种多年收益、耐旱涝能力强、适生范围很广等特点，可在多种贫瘠、严苛的地方生长，且生物护坡技术简单经济，相较于常规的混凝土边坡建设更为经济且有实效。香根草具有强大坚韧的须根系，穿透力极强、抗拉力较强；须根系可将土壤牢牢锁住，坚固程度非常可观，有效防止土壤裂开和水土流失。

1.1 紫根香的香根草品种的栽植

    我国也有天然香根草分布，但引进的情况比较多。主要分布于浙江、福建、江苏、台湾、广东、海南及江西，非洲至印度、斯里兰卡、泰国、缅甸、印度尼西亚、爪哇、马来西亚一带广泛种植。

紫根香的香根草品种气候适应性广，在-10-45℃的地区均可生长。在我国长江以南海拔2000米以下的地区可以安全越冬。当日平均温度10℃时根开始萌发。随着气温的升高，光合能力强，生长逐渐加快。香根草虽然是旱生植物，但受到季节性的水淹仍能存活，在年降雨量800-2000毫米的地区生长较好；香根草耐瘠薄，但施肥能促进其长高、增加分蘖数和积累生物量。

紫根香的香根草品种在一年中的大多数时候都能种植成活，北方3月底至5月中旬为最佳栽植季节，移栽后有15-20天的缓苗期。

1.2 紫根香的香根草品种的功效

紫根香的香根草品种须根含香精油，油浓褐色，稠性大，紫罗兰香型，挥发性低，用作定香剂。幼叶是良好的饲料。茎秆可作造纸原料^[1]。须根可以制作饮品，茎秆还可以作为基质种植优质香菇。可以说，香根草浑身都是宝。特别是其防止水土流失、防风固沙、湿地净化水污染物、垃圾堆场绿化与吸纳污染物等效果极为显著。香根草的根系不但能够穿过土层起到锚固作用，还可以有效地提高土体的抗剪强度，从而起到稳定边坡的作用。

1.2.1水土保持功效

综合有关试验研究成果，紫根香的香根草品种的水土保持功效主要体现在以下方面：

一是保持水土、固土固沙、稳定陡坡。适用于高速公路、高等级公路、铁路、明渠等基础设施边坡和路基的保护与稳固，以及江河湖泊和水库护岸护堤。由于其具有强大的根系，在缓坡上可形成土壤根结性植物篱，一方面拦截了降雨冲刷的泥土，另一方面可形成等高植物篱笆，根系穿透土壤可增加土壤渗透性，使大部分降雨能更好地渗透到地表之下，减少了地面径流和土壤养分流失。

二是持久耐用，成本低廉。根系在其纵向生长的同时可以相互交错形成网状根，具有强大的固结能力。试验表明：香根草具有很强的张力（平均为75MPa），为钢强张力的1/6，而造价成本仅是传统工程的1/10左右。香根草在土壤深层的网状根系与土壤形成一个有机整体并具有1/6钢强度的抗拉能力，从而使土壤抗冲击能力得到加强，大量的根系增强了土壤的抗剪、切力和土体粘附力，提高了斜坡稳定性，减轻了侵蚀。塌方的公路护坡通常要用工程办法来解决，而种植香根草6个月以后，可以不用石头水泥，不但成本减少，而且美观、牢固，使用寿命长达30-50年以上。

三是恢复植被、优化生态。主要用于荒山、尾矿场、采石场、垃圾填埋场以及工业污染区等恶劣生态环境的垦复与植被覆盖。香根草强大的根系可达地下2-5米，可快速生长高达2-3米，具有极强的抗逆性，并且耐盐碱、耐旱、耐湿、耐瘠薄和耐热，在恶劣的土壤条件下能够正常生长，被农学家称为“先锋植物”。

1.2.2保护湿地、治理污水

紫根香的香根草品种的湿地净化功能突出，一是治理污水与净化富营养化水体。有关研究表明：香根草耐盐碱，在可交换性盐浓度达33%时仍正常生长，pH3.8的酸性土壤，铝浓度高达68%情况下仍能正常生长（对一般作物来说铝浓度15%就相当高了），在高浓度的砷、铅、镉、铝等条件下能正常生长，并可用于酸性硫酸盐土的整治^[2]。香根草有能力减少交换性铝的含量，吸收有毒元素。因此在土壤被重金属、放射性物质污染或因开矿等其它工业、研究设施、地下掩埋物、废弃物污染后，种植香根草极有利于土壤的复垦。

    二是保护湿地，防治面源污染。库区岸线因为水位涨落，长期浸淹冲刷，使消落带无植物生长，形成大片裸露泥沙的消落效应。在低洼沼泽形成的湿地，也成了垃圾、污水的汇集区。根据试验，香根草可在消落带耐受6个月以上完全淹没。根据记录，其水土保持功能和强大的吸收氮磷的能力，对整个水源区消落带、对山区涵养水源、农业面源污染防治、岸线和湿地保护具有重要意义。

三是涵养水源，保护水库、增加供水。大量试验证明，种草涵养水源的能力远远超过种树。暴雨期间，山区的大量降雨如果没有草丛阻拦，90%的雨水会挟带泥土直接进入水库。在豫鄂陕三省43个县（区、市）、十余万平方公里的水源区内使用香根草进行生态治理，可以减少、阻止自然与人为造成的水土流失，极大降低泥沙下泄量，有效延长水库使用寿命，提高供水效益。

1.2.3开发利用潜力巨大

紫根香的的综合开发利用前景广阔，经济价值可观，是践行“绿水青山就是金山银山”理念的重要体现。

一是综合利用，帮助当地农民致富。用香根草等茎杆作原料以草代木生产香菇、木耳等40余种食用菌。可减少及停止对大量栎木等原生树的砍伐，可有效保护森林资源, 解决了食用菌生产与林业生态平衡之间的"菌林"矛盾，为食用菌产业的可持续发展提供了一条可靠途径。菌草废料还可作为优质菌体蛋白质饲料。

二是香根草茎叶中富含动物所需的蛋白质、氨基酸以及脂类、矿质元素等，同时具有消炎抗菌作用，可用于制作健康饮品，也可用作牲畜优质饲料原料。

 三是香根草可作为极有潜力的生物质能源材料。有关专家在秸秆类木质纤维素为原料的沼气生产设备、工艺等方面进行了探索，香根草作为生物能源-沼气发酵原料，利用微好氧-厌氧发酵两相技术，产气率为140434 m³/m³·t，利用率高达58.46%。

四是香根草还可以用作绿肥、编制工艺品、建筑材料、胶合板和造纸的主要原料等。香根草根系提取精油是很多香水的基础油，可以开发出多种护肤和保健产品。香根草具有巨大的生态价值和经济开发潜力。

2 香根草的研究与种植

国内已有学者进行实验并取得了系列研究成果。夏汉平等（2002）就开展了香根草生态工程用于公路护坡的效益研究^[3]。刘尚蔚等（2011）应用于生态水利工程中^[4]。王轶浩等（2010）研究了香根草在三峡库区消落带的水土保持功能^[5]。闫海燕（2013）对香根草的根土复合体力学性能进行了研究^[6]。

2.1 试验引种

河南坤元生态公司从2003年开始种植香根草，进行了大量的引种、驯化、繁殖、功能开发等一系列研究与实践，取得了许多重要成果。为有效解决南水北调中线水源区水土流失和生态保护问题，2003年由科技部主持在北京召开座谈会。院士专家建议采用生物治理技术，将优良水土保持植物香根草引入长江以北进行试验。次年起，国家外专局安排南阳市政府负责进行引种实验。河南坤元生态公司实施，独家完成了耐寒品种驯化育苗等技术研究。经过16年的引种、驯化、试验、示范，香根草由开始不到5%的成活率达到现在98%，打破了“香根草不能过长江”的断言。

2016年与河南黄河河务局开封局合作，在黄河下游种植香根草，并对其生态修复功能进行了研究^[7]。项目组首先在开封黄河兰考蔡集段种植香根草4.7亩近10万株，成功将香根草引种至北纬34°69´区域的黄河下游滩区，拓展了种植范围。结合黄河河岸边坡防止水土流失特殊需求和现有护坡种植结构单一的实际，课题组开展了香根草和百喜草的适应性引种及在黄河中下游的示范推广研究。

鉴于香根草在固土防沙、涵养水源方面的显著成效及香根草强大的经济价值，兰考县政府决定引进香根草进行示范种植，在小宋乡、孟寨乡、考城渠道推广示范种植香根草。到2017年6月底，小宋乡种植面积10亩约20万株、孟寨乡约3万株、考城渠道种植30亩约60万株。

同期，中国保护母亲河联盟（筹）在郑州花园口旅游区推广种植香根草3.4亩约7万株。本项目前期成果“香根草、百喜草适应性引种及在河南黄河的示范推广研究”于2017年11月通过河南河务局科技成果评审，其阶段性成果已为黄河下游滩区水土保持治理工作和生态修复，带动沿黄区域经济发展提供了重要的示范引领作用。

2.2 抗冲刷试验

本项目在兰考蔡集段香根草种植区进行香根草抗冲刷试验，研究分析香根草坡固土护坡效果，并通过试验对香根草的生物学特性展开研究^[7、8]。开展香根草固土护坡抗雨刷实验，进一步检验香根草水土保持功效，为香根草的推广提供理论数据支撑。通过人工模拟强降雨，对比观察有香根草生态修复边坡与无香根草防护边坡的特征并进行效果分析，以确定香根草在生态修复中的作用。定期分析土体营养元素的变化，观察香根草对于改良土壤的效果，营养元素的固化或者吸收。

根据本期试验，再结合与其相关的一些早期完成的试验发现，香根草的种植不论生态效应还是工程效应等多方面都很显著。通过观察植被表面的发展情况以及对比分析种植前后土地表面裂缝状况，可以看出种植香根草有利于改善土壤条件，丰富土壤元素，增加土壤群落丰富度，有利于群落的自然发展或者人工演替。从力学角度来看，香根草对土壤有锚固作用，香根草的根就像钢筋一样将土壤牢牢的固定住，并且香根草还有一定的截留雨水的作用，对降雨冲刷泥土有保护作用。纵向来看，香根草对降雨下渗的深度和速度都有一定的截留作用，对土壤的水土保持有积极作用。

2.3 水土保持能力分析

通过对土壤的元素分析试验，可以看出香根草生命力强，在生长的过程中吸收掉土壤中的一些元素。但整体来看，香根草的种植可以增加土壤元素的丰富度。促进更多的物种在周围生长，从而使土壤变得更加肥沃，植物丰富度更好，形成一个水土保持的良性循环，具有显著的护坡固土作用。

实验结果还表明，香根草水土保持能力很强。我们在种植香根草地块与对比地块选取相同面积大小的地块，在相同的时间内收集被模拟雨水冲刷的土体，可以发现种植香根草地块产生的径流量远小于对比地块，分别占产水量的35.6%和54.2%，降低径流量18.5%。径流泥沙含量分别为12.54%和49.68%，挟带泥沙降低37.14%。种植区由于植被作用效果强烈，产流量降低18.5%，抗冲刷能力强，携带泥沙量降低37.14%。在种植过香根草地块的土壤经过大水冲刷后被水带走的泥沙明显减少且香根草能够留住土中粒径较大的土颗粒，充分证明了香根草在保持水土方面的能力。

香根草对土壤营养元素含量的影响也很显著。实验测定数据表明，种植香根草后，对土壤中有机质的含量有很大影响，土壤中的有机质含量明显呈上升趋势。香根草种植对于土壤中全氮量也有一定维持作用。

香根草对土壤水分含量的影响显著。实验测定数据表明，种植香根草后，对土壤水分含量有较大影响，土壤中的水分含量明显呈上升趋势。种植区冲刷前土壤含水率0.79%，比非种植区0.65%高出0.13%；种植区冲刷后土壤含水率3.39%，比非种植区4.58%降低1.19%。

实践证明，香根草在的固土护坡、水土保持功效显著，对涵养水源、改良土壤、提高土壤元素丰富度也有一定功果。此外，香根草还具有一定的社会效益，能够带动当地的经济发展。

3 丹江口库区消落带治理示范

    丹江口水库是南水北调中线工程的水源地。季节性水位涨落和库区周期性蓄水、泄洪带来的水位波动，使丹江口水库形成了大片消落带，其具有稳定堤岸、保护水质、保持陆地—水生生态系统连通性、维持物种多样性和提供特殊生境等重要生态功能。2014年10月16日，丹江口水库的水位达到160.03 m，水库库容大幅增加，原有消落带被淹没，在更高海拔上形成了205 km² 的新消落带，已成为库区生态系统最脆弱的地带。

南水北调中线水源地河南淅川县库区面积约占丹江水库总面积的50%，多年来，为了生态环境保护，各级政府已经在库区投入巨额生态资金种树种草。我们2008年开始在库区消落带有选择的实验种植香根草，2009年至2011年主要记录香根草的生长状况、耐淹时间以及相关监测。通过实践总结，2012年申报了发明专利。目前在淅川县的马蹬、香花、上集、九重、大石桥等乡镇水库消落带有重点种植区。同时在西峡县、内乡县、邓州市等河南水源区四个县都有种植，总面积达到了3000余亩。

我们在丹江库区河南片实验的基础上，2013年开始与长江水资源保护科研所开展库区生态保护和库区消落带适生植物选用的合作。2016年经长江水资源保护科研所推介，我们供应汉江集团一绿化公司香根草三年生耐寒种苗近两万株，该公司种植在丹江口市生态保护项目的消落带上，发挥了示范作用，种苗茁壮成长。

丹江口水库自2014年底中线工程正式通水以来，库水位一直在150-157米之间变动，对155-168米之间的消落带植物没有什么影响。2017年9月以后，库区水位开始上升，至10月底水位升至167米左右，达到历史最高水位。2018年3月水位开始陆续退下，到4月底退至160米，这六个月水位落差7米的区域形成了新的消落带。监测发现，原有各种树草被淹后已经死亡，而消落带种植的香根草在经过六个月的水淹后，依然成活。

根据香根草在库区消落带的耐淹记录表明，在长期水淹的消落带只有香根草可以起到生态保护的积极作用，对消落带生态恢复十分重要。香根草既是一种旱生植物，又是一种水生植物，适生范围很广。经过耐寒驯化的香根草新品种“宛香一号”可以在年降雨量200-6000毫米、温度范围在-20℃--55℃的环境下生长，耐旱、耐淹、耐酸碱，长期水渍亦生长如故，很多植物被水淹没3个月基本无法继续成活，但香根草却能在水淹6个月以后仍然保持旺盛的生命力，不能不让人叹为观止。香根草有庞大的根系，能够高效吸收污染水中的氮、磷、汞、镉、铅等元素，阻挡农作物面源污染，消除水的富营养化，净化水质。因此它是绿化、保护堤坝边坡、生物净化湿地水质及水库消落带适生的理想植物。

监测结果显示，香根草对其生长的介质条件适应范围很宽，在沙地、页岩地、砾石地亦能着生。库区无论山区丘陵或平原，都存在着因径流而引起的侵蚀冲沟，由微沟逐渐成中沟、大沟，在冲沟方向垂直栽植香根草绿篱，可使冲沟稳定下来。在水库消落带种植香根草，形成生态防护绿化隔离带，不仅可以拦截60%的径流和90%的泥沙。还能阻拦吸收农业面源污染，净化水质；防止库外垃圾进入库内；更可以改变库边消落带光秃秃的面貌。香根草绿篱建造成本低廉、技术简易，生物护坡的成本仅相当于砌石、混凝土护坡费用的1/10以下，而其绿色、低碳、吸附阻拦污染物、综合开发利用等功效却是工程措施所不具备的。

4 结论与展望

香根草是世界上根系最长的禾本科植物，具有耐干旱、耐水淹、耐瘠薄、耐盐碱、抗病害，驱鼠驱虫、湿地保护、防治面源污染、净化水体等特性功能，一年栽植、百年使用。香根草引种中原地区成功后，分别在2009年、2013年和2014年通过了市、省和国家科技部门组织的三级专家鉴定。一致认为：“香根草是优良的水保植物，通过在南水北调中线工程水源地丹江口库区的示范、推广，取得了明显的成效”。“香根草无性繁殖，实践表明没有生物入侵现象”。耐寒品种“紫根香”及应用技术达到国内领先水平。

在长江以北区域引种驯化成功，且表现出良好的推广使用价值。2013年开始，与黄河水利委员会的单位合作，先后在甘肃、陕西、河南、山东等地黄河河务局范围内荒漠化区域、盐碱地、河边沙滩等不同地貌，不同纬度，不同立地条件进行了试验。实践证明，“紫根香”耐寒香根草品种在零下20度依然越冬，创造了奇迹。归纳起来，种植香根草有以下作用。

1、在大中型水库消落带、河道滩区、黄土高原大量种植，能够遏制水土流失，防风固沙；治理农业面源污染，净化水质；在鼠害虫害严重区域套种香根草能驱鼠防虫。

2、在河流中下游河道两侧边坡滩地、人工湿地栽植绿化用草防护，可以代替大量石方水泥，减少投资又低碳环保，形成绿色生态廊道。

3、香根草可用于食草动物牛、羊、驴、兔的饲养,其茎叶富含动物所需的氨基酸、脂类、矿质元素等，具有抗菌消炎功效,饲养动物肉质细嫩芳香。

4、用香根草茎替代木材，可生产香菇、木耳等30余种木腐食用菌。建立菌草菌种生产工厂，在沿线形成新兴产业模式。

5、利用香根草种植香菇,经国家多部门测验，蛋白质、十七种氨基酸总和等营养成分分别比使用木屑原料的高出50.85%和57.74%，香菇多糖等提高免疫力的成分高出136--500%，硒含量高出11倍。社会反映其口感、香气均优于木屑生产的香菇。

6、以草代木生产食用菌，能有效保护流域森林植被，解决菌林矛盾。按菌草原料50%的使用率，河南丹江汉江流域及沿线如生产香菇二十亿袋，年节约木材量可达250000万公斤。

7、利用香根草原料和技术优势，配合政府精准扶贫项目。一家三口养菇1200袋，可收入10800至12000元，人均收入3600至4000元，超过脱贫标准，是贫困户脱贫致富的重要途径之一。               

通过研究与实践，我们与企业合作总结出香根草的基本产业模式是：种植香根草→固土固沙→公司养护→收获青草→牲畜饲料→群众养殖→收获干草→香菇袋料→农民养菇→公司定单→形成规模→加工提取→收购销售→脱贫致富→产业带动→乡村振兴……。  

 总体谋划，久久为功。习主席针对水利行业指出：“保护生态，涵养水源，创造更多生态产品”。鉴于香根草对于库区消落带和流域生态治理提供了技术选择，为群众致富提供了绿色通道，为高质量发展提供了物质保证，创新带动效果好，市场前景广阔。政府和有关部门应将香根草作为新兴产业培育壮大。采

取“生态＋香草产业”的模式，成为推动乡村产业振兴的突破口。用生态保护转化生态产业，让绿水青山带出金山银山。