云南曲靖烤烟坡耕地不同农作处理的水土流失特征

邱学礼，李军营，李向阳，胡万里，段宗颜，付斌，鲁耀

(1.云南省农业科学院农业环境资源研究所，650205，昆明;2.云南省烟草农业科学研究院，653100，云南玉溪)

云南曲靖烤烟坡耕地不同农作处理的水土流失特征

邱学礼1，李军营2†，李向阳2，胡万里1，段宗颜1，付斌1，鲁耀1

(1.云南省农业科学院农业环境资源研究所，650205，昆明;2.云南省烟草农业科学研究院，653100，云南玉溪)

通过对云南红壤坡耕地一年内产流降雨的监测，研究不同农作处理下烤烟坡耕地的水土流失特征。结果表明：1)顺坡垄作处理条件下，施肥量的差异造成地表植被覆盖率的差异，影响了水土流失量和养分流失量;2)破膜提土处理条件下，相比未破膜处理，破膜后可增加地表土壤的保水能力、减少水土流失量，其中秸秆覆盖在揭膜后对减轻水土流失效果更好;3)烤烟生长前期，农作处理方式是影响水土流失和养分流失的主要因素，烤烟生长后期，地表植被覆盖率成为影响坡耕地水土流失和养分流失的主要因素;4)氮、磷养分流失途径相比较，总磷流失相对于总氮流失受径流流失影响更大。

坡耕地;农作处理;水土流失;养分流失;云南曲靖

云南曲靖作为全国主要烟叶产区，地处滇中低纬高原，立体气候特征明显，气候温和，降水充沛;但年降水量分布不均，5—10月雨季降水量占全年的80%左右，加之高原山地的立体地形，易发生水土流失，土壤退化严重。加强对坡耕地水土流失的综合治理可起到固土保肥作用，促进烟区的可持续发展。目前，国内外学者就坡耕地水土流失进行了较多研究，但多集中于坡耕地土地利用方式、植被类型、农作措施的水土流失特征和水土保持效果［1-4］方面。对于经济作物烤烟种植区的水土流失研究报道较少，并且烤烟种植的农作措施繁琐，有别于大田粮食作物;因此，笔者以云南曲靖烤烟坡耕地为研究对象，研究不同农作处理方式对红壤坡耕地水土流失的影响，探讨烤烟坡耕地水土流失的治理措施，研究结果对改善烟区生态环境、促进山地农业可持续发展具有重要意义［5-8］。

1 研究区概况

研究区位于云南省曲靖市马龙县旧县镇团结村缓坡丘陵烤烟种植区。地理位置为 E 103°22'57.0″，N 25°21'17.0″，海拔 1 885m。年均气温 13.6℃，年均降雨量1 001.8mm，年均日照时间2 158 h。土壤类型为第四纪红土发育的红壤、砂壤土质地。

2 研究方法

2.1 试验布设

在研究区内，选择坡度一致的坡面(坡向东南，坡度8.5°)设置径流小区，每个径流小区面积32m2(顺坡8m×横坡4m)，径流小区下方设1.5m3径流池，共建造18个径流小区。径流小区内种植作物为烤烟(Nicotiana tabacumLinn.)，品种为云烟85，每小区种植36株烟。根据当地烤烟种植施肥量和农作措施，设置6种农作处理方式，每种处理重复3次。坡耕地农作处理方式见表1。

表1 坡耕地农作处理方式Tab．1 Experiment design of farmingmeasures in slope field

1)施肥量。常规施肥量：有机肥为3 500 kg/hm2，N 为 79 kg/hm2，P2O5为 93 kg/hm2，K2O 为 166 kg/hm2;优化施肥量：有机肥为3 500 kg/hm2，N为90 kg/hm2，P2O5为 120 kg/hm2，K2O 为 225 kg/hm2。

2)垄作方向。顺坡垄作为4垄×9株/垄;横坡垄作为6垄×6株/垄。

3)覆盖处理。烟苗移栽后地膜覆盖垄面;垄面秸秆覆盖量为16 kg/区;烤烟移栽45 d后进行破膜提土覆盖垄面。

试验区烤烟于2008年4月20日完成移栽，2008年9月4日采烤烟结束，试验时间135 d。试验期间降雨28场，降雨量为713.8mm，占常年总降雨量的72.5%。

2.2 监测与分析方法

1)监测方法。降雨量监测：采用SM-I型人工雨量计监测。径流量监测：以一次产流降雨为单位，通过记录径流池内水文尺刻度，计算径流量。泥沙流失量监测：取100mL径流液0.45 um滤膜过滤，滤膜烘干后称量，通过过滤前后滤膜质量差减，计算径流中泥沙质量含量。泥沙流失量计算公式

式中：W1为泥沙流失量，t/km2;P1为泥沙质量浓度，g/L;M为径流量，L/m2。

养分流失量监测：测定径流混合水样中氮磷养分浓度，乘以径流量。加和监测期间各次氮磷养分流失量，得到总氮、总磷流失量。水样总氮测定采用碱性过硫酸钾消解分光光度法，水样总磷测定采用钼酸铵分光光度法。

式中：W2为总氮流失量，t/km2;P2为径流中总氮质量浓度，g/L;W3为总磷流失量，t/km2;P3为径流中总磷质量浓度，g/L。

2)分析方法。采用统计软件SPSS 16.0对数据进行处理分析。

3 结果与分析

3.1 试验期降雨情况

试验期间降雨量为713.8mm，占全年降雨量985mm的72.5%，5—7月降雨集中，占全年降雨量的比例分别为14.1%、27.6%和26.2%，其余月份降雨量占全年降雨量的比例低于3%。径流小区内径流量的变化规律同降雨趋势一致。试验监测期间内共有8次产流降雨，各次产流降雨情况见表2。

3.2 不同农作处理方式对径流量的影响

不同农作处理方式不同产流时间径流量变化曲线见图1。可知，相同自然降雨条件下，处理1～处理6的径流量分别为 200、190、184、71、58 和 60 L/m2。横坡垄作处理4～处理6的径流量仅占顺坡垄作处理1～处理3的29% ～38%，横坡垄作对减少径流流失有较好的效果。顺坡垄作处理间施肥量的差异造成地表植被覆盖率的差异，植被覆盖的增加能减少地表径流量。横坡垄作的3种处理中，未破膜处理4的径流总量大于破膜处理5和处理6。由于破膜处理可增加土壤表层面积，使得一部分降雨通过渗透进入土体，减少地表径流量，所以，破膜处理能有效地减少径流流失。秸秆覆盖在破膜后的降雨过程中径流量小于未覆盖秸秆处理的，多次降雨后，秸秆覆盖处理的径流量与未覆盖秸秆处理的径流量差异较小。由此可见，在控制坡耕地径流流失方面，横坡垄作效果远好于顺坡垄作。秸秆覆盖在破膜后对减少径流流失具有一定的效果。

表2 试验期间产流降雨情况Tab．2 Characteristic of rainfall-runoff process during the experiment

图1 不同农作处理方式不同产流日期的径流量Fig．1 Runoff change in different farmingmeasures

3.3 不同农作处理方式对土壤流失量的影响

不同农作处理方式不同产流时间土壤流失量变化曲线见图2。可知，相同自然降雨条件下，处理1～处理6的土壤流失总量分别为702、667、557、243、213和247 t/km2。顺坡垄作的处理1、处理2和处理3的土壤流失量具有较大差异，这是因为3种农作处理间的施肥量不同，所以造成烟株生长有差异，地表植被覆盖率不同，进而引起了相同降雨条件下土壤流失量的差异显著。横坡垄作处理的土壤流失量都小于顺坡垄作处理，横坡垄作处理的土壤流失量占顺坡垄作处理的30% ～44%，横坡垄作处理对减少土壤流失有较好的效果。横坡垄作破模处理后，使表土疏松、分散，首遇降水后土壤颗粒易随径流流失，径流中土壤流失量剧增，而在经过多次降雨产流后，揭膜培土处理的地表经过雨水的冲刷，表土被压实，产生结皮，土壤流失量逐渐减少。试验监测后期，降雨产流的土壤流失量都减少，且各处理的土壤流失量差异较小。经前期多次降雨产流，坡耕地地表土壤经冲刷、压实和结皮作用，减少了土壤流失，并且因烤烟生长进入成熟期，地表植被覆盖率达到最大化，成熟烟叶能有效阻挡降雨、减小雨水动能、减弱降雨侵蚀力。影响坡耕地土壤流失量的因素由不同农作处理方式转为地表植被覆盖率，各处理径流小区的植被覆盖率差异是引起地表土壤流失量的主要因素。

3.4 不同农作处理方式对养分流失量的影响

3.4.1 不同农作处理方式对总氮流失的影响 不同农作处理方式不同时间径流中总氮流失量见图3。可以看出，监测期间8次产流降雨过程中，顺坡垄作前3次的总氮流失量是后5次的2倍左右。监测前期，烤烟种植刚完成，移栽或烟苗进入伸根期，经过翻耕扰动，土壤疏松分散，易随降水流失，并且作物地上部分幼小，未能有效降低或防止降水对土壤的溅蚀和冲刷。坡耕地顺坡垄作的氮流失主要发生在前几次降雨过程中，如果前期降雨为暴雨，氮的流失更为严重，应在作物生长前期加强水土流失的防治措施。每次降雨产流中的总氮流失量和径流中的氮素浓度横坡垄作均小于顺坡垄作。由此可知，顺坡垄作氮素流失量高是因地表径流冲刷过程中带走了大量团粒或微团粒结构的土壤颗粒，其中富含大量的氮素和有机物质，造成了径流总氮含量顺坡垄作处理的高于横坡垄作处理的。

图2 不同农作处理方式不同产流日期土壤流失量变化Fig．2 Change of soil loss in different farmingmeasures

图3 不同农作处理方式不同产流日期径流中总氮流失量Fig．3 Temporal distribution of nitrogen in differentmeasures

顺坡垄作处理1、处理2、处理3的总氮流失量分别为1 501、1 599、1 515 kg/km2。处理1未施用任何肥料，其总氮流失量最小，处理2(常规施肥)的施肥量小于处理3(优化施肥)的，但处理2的总氮流失量却大于处理3。由此可知，当地烤烟种植常规施肥磷肥、钾肥施用量不足，氮磷钾养分不均衡，而氮肥相对过剩未能被烤烟生长所吸收，造成降雨过程中随径流流失。

横坡垄作监测前期，3次径流中氮素流失总量小于后5次径流中氮素的流失总量，横坡垄作沿等高线起垄，能有效阻挡表土随径流流失，径流中泥沙含量减少，泥沙含氮量不是决定横坡垄作处理中径流氮素流失的主要因素。降雨量成为影响横坡垄作径流中氮素流失的重要因素，当降雨量大于土壤含水容量时，多余的降水通过地表径流流失，径流流失过程中和表土发生可溶性氮素物质交换;因此，降雨量的多少是横坡垄作氮素流失的主要因素。

同为横坡垄作的3个处理，虽然施肥量均相同，但处理4总氮流失量670 kg/km2大于处理5的458 kg/km2和处理6的429 kg/km2。由于处理4进行了薄膜覆盖，所以产径流量大于其余2个处理。在烤烟移栽45 d后处理5和处理6进行了破膜提土处理，因破膜后地表土壤的保水能力增加，径流流失量减少，所以总氮流失量也减小。

3.4.2 农作处理对总磷流失的影响 图4为不同农作处理方式不同产流时间径流中总磷流失量。可以看出，处理1～处理6的总磷流失量分别为：461、497、533、198、172 和 176 kg/km2。可知，顺坡垄作总磷流失量是横坡垄作的3倍左右。顺坡垄作处理，径流总磷流失量随着磷肥施用量的增加而增大，而横坡垄作处理，破膜提土的总磷流失量小于未破膜处理，减少的径流总磷流失量幅度为10%左右。可见，破膜提土能有效减少坡耕地的径流流失量和泥沙流失量。破膜提土处理中，进行秸秆覆盖还田的处理5径流总磷流失量最小;但处理5和处理6相比，径流中总磷流失量差异不显著，说明秸秆覆盖还田对总磷流失量的影响较小。

图4 不同农作处理方式不同产流日期径流中总磷流失量Fig．4 Temporal distribution of phosphorus in differentmeasures

3.5 坡耕地水土流失和养分流失的关系

针对低覆盖度坡耕地土壤养分流失，黄丽等［9］，傅涛等［10］，王洪杰等［11］在研究三峡库区紫色土坡耕地时，得出氮磷养分流失以径流泥沙为主，袁东海等［12］，王兴祥等［13］同样指出，坡面养分流失以泥沙结合态流失为主，氮、磷在流失泥沙中有养分富集现象。通过监测，云南红壤坡耕地径流小区的土壤氮磷养分流失也具有相同的结论，即独立观测氮磷养分流失时，都是以泥沙流失为主;但相对观测氮、磷养分流失时，氮流失和磷流失的途径有一定差别。从图1～图4可以看出，图1和图4具有相似性，即在06-09和07-07的2次产流降雨过程中，径流流失量和总磷流失量都出现了流失高峰，而图2和图3具有一定的相似性，仅在06-09的产流降雨中，泥沙流失量和总氮流失量出现流失高峰。

8次产流降雨过程中不同农作处理径流流失量和泥沙流失量与氮、磷养分流失量的相关系数见表3。可以看出：顺坡垄作处理1、处理2和处理3径流流失量与总磷流失量的相关系数达到极显著水平，而径流流失量与总氮流失量的相关系数仅达显著水平;泥沙流失量与总氮、总磷流失量的相关系数都达极显著水平，但泥沙流失量与总氮流失量的相关系数大于与总磷流失量的相关系数。纵向比较可知，径流流失量与总氮流失量相关系数小于泥沙流失量与总氮流失量的相关系数，径流流失量与总磷流失量的相关系数大于泥沙流失量与总磷流失量的相关系数。顺坡垄作时，相对于总氮流失量，总磷流失量偏向于以径流流失为主，而总氮流失量却以泥沙态流失为主。横坡垄作时，因处理间农作措施复杂，坡耕地水土流失与养分流失关系不如顺坡垄作时明显;但是也可以看出与顺坡垄作相同的规律，即坡耕地总氮、总磷流失以泥沙态流失为主，而总磷流失受径流流失影响相对大于总氮流失。

表3 不同农作处理方式水土流失量与养分流失量的相关系数Tab．3 Correlation coefficient between runoff and nutrient losses in different farmingmeasures

以上现象可能与施肥方式、氮磷在土壤中的特性、植被覆盖率等有关。烤烟种植中氮肥一部分做基肥施用，一部分做追肥施用，追肥施用都是在土壤表层，并且氮肥在土壤中转化为铵态氮、硝态氮、亚硝态氮等无机离子，易随土壤水的蒸发而移动到土壤表层;因此土壤表层的微团聚体吸附了大量的有机氮和无机氮。在坡耕地降雨产流过程中，表土易随径流流失，土壤表面颗粒吸附的大量氮素成为氮素流失的主要载体。而磷肥一般都做基肥一次性深施入土，并且基肥施入的磷肥60%以上都被固定在土壤深层。只有当降雨量逐渐增加，雨水入渗到土壤深层，土壤深层的可溶性磷溶解于水体，才能随径流流出;所以磷素流失一部分发生在土壤表层，另一部分发生在土壤深层。这也从一方面解释了众多研究学者的普遍结论［12-15］，总氮流失量大于总磷流失量。

4 结论

1)在控制烤烟红壤坡耕地水土流失方面，横坡垄作效果远好于顺坡垄作，横坡垄作产生的水土流失量仅占顺坡垄作的1/3左右。

2)在红壤坡耕地养分流失方面，横坡垄作减少养分流失效果远远优于顺坡垄作。其中处理5(优化施肥+横坡垄作+垄面秸秆覆盖+地膜覆盖+破膜培土)在减少烤烟坡耕地养分流失方面效果最好。

3)坡耕地水土流失和养分流失的影响因素不仅与降雨、农作处理和施肥量有关，而且与作物生长时期有关。

4)红壤坡耕地土壤氮磷养分流失都是以泥沙流失为主，而总磷流失受径流流失影响相对大于总氮流失。

5 参考文献

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［2］杨子生，刘彦随，卢艳霞.山区水土流失防治与土地资源持续利用关系探讨［J］.资源科学，2005，27(6)：146-150

［3］米艳华，潘艳华，沙凌杰，等.云南红壤坡耕地的水土流失及其综合治理［J］.水土保持学报，2006，20(2)：17-21

［4］袁东海，王兆骞，陈欣，等.不同农作措施红壤坡耕地水土流失特征的研究［J］.水土保持学报，2001，15(4)：66-69

［5］付斌，胡万里，屈明，等.不同农作措施对云南红壤坡耕地径流调控研究［J］.水土保持学报，2009，23(1)：17-20

［6］郑波，殷寿安，胡万里，等.不同农艺措施对马龙坡耕地烤烟农艺性状影响［J］.西南农业学报，2009，22(1)：40-43

［7］邱学礼，段宗颜，胡万里，等.降水特征与农作处理对坡耕地水土流失的动态研究［J］.水土保持学报，2010，24(1)：82-85

［8］徐泰平，朱波，汪涛，等.秸秆还田对紫色土坡耕地养分流失的影响［J］.水土保持学报，2006，20(1)：30-36

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［13］王兴祥，张桃林，张斌.红壤旱坡地农田生态系统养分循环和平衡［J］.生态学报，1999，19(3)：335-341

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［15］黄生斌，刘宝元，孙江，等.密云县密云水库流域坡耕地养分流失特征［J］.生态与农村环境学报，2007，23(3)：51-54

Effects of different slope farmingmeasures on soil erosion and nutrient loss inNicotiana tabacumarea，Qujing City，Yunnan Province

Qiu Xueli1，Li Junying2，Li Xiangyang2，Hu Wanli1，Duan Zongyan1，Fu Bin1，Lu Yao1
(1.Agricultural Resources＆ Environment Institute，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，650205，Kunming;2.Yunnan Academy of Tobacco Agricultual Sciences，653100，Yuxi，Yunnan：China)

The characteristics of soil erosion and nutrient loss under different slope farmingmeasures of red soil in Yunnan were studied based on rainfall-runoff process.The results showed that for the down slope tillage，the different amounts of fertilizer would lead to different vegetation coverage，which will affect the amounts of soil erosion and nutrient loss.Compared with the treatment of covering film，contour tillage after uncovering film could improve soilmoisture-holding capacity and reduce soil erosion，especially strawmulching after uncovering film performed better.At early stage，themain factors affecting soil erosion and nutrient loss byNicotiana tabacumplant were farmingmeasures;and atmaturity stage，themain affecting factor was vegetation coverage.Compared with nitrogen loss，the phosphorus loss was affected greater by runoff.

slope field;farmingmeasures;soil erosion;nutrient loss;Qujing City，Yunnan Province

2012-05-07

2012-08-09

农业部污染源普查项目“种植业源污染物流失系数测算”(WX-Z-07-15);中国烟草总公司科技计划项目“清香型特色优质烟叶开发”(110201101003(Ts-03));中国烟草总公司云南省公司科技项目“云南清香型特色优质烟叶开发”(2011YN02)，“云南黄金走廊生态特色烟叶开发”(2011YN03)

邱学礼(1976—)，男，硕士，助理研究员。主要研究方向：农业土壤环境。E-mail：qiuxuelils@163.com

†责任作者简介：李军营(1978—)，男，博士。主要研究方向：烟草生理生态。E-mail：ljyl250@163.com

(责任编辑：宋如华)