粉垄耕作对南方旱坡木薯种植地水土流失及产量的影响

刘 斌，甘秀芹，韦本辉，周 佳，申章佑，李艳英，劳承英，胡 泊，周灵芝，吴延勇

(广西农业科学院经济作物研究所，广西 南宁 530007)

粉垄耕作对南方旱坡木薯种植地水土流失及产量的影响

刘 斌，甘秀芹，韦本辉*，周 佳，申章佑，李艳英，劳承英，胡 泊，周灵芝，吴延勇

(广西农业科学院经济作物研究所，广西 南宁 530007)

为探究粉垄等耕作方式对坡耕地水土流失及作物产量的影响，以南方15°坡耕地为研究对象，研究在粉垄耕作与传统耕作2种耕作处理下，木薯生育不同时期坡耕地水土流失情况，以及对木薯产量相关因素的影响。结果显示，在木薯苗期、薯块膨大期和成熟期，与传统耕作相比，粉垄耕作增加土壤蓄水量，且随土层加深蓄水量增加效果更明显，40～60 cm土层土壤蓄水量分别增加14.93 %、15.60 %和18.03 %；地表径流量减少42.03 %，土壤流失量减少44.62 %，氮、磷和钾养分流失量分别减少49.61 %、31.22 %和42.49 %；木薯产量增加20.13 %。粉垄耕作可提高南方旱坡地的土壤蓄水能力，有效减少地表产流次数和径流量，显著减少土壤、水分以及养分的流失，促进木薯生长发育、产量提高。

粉垄耕作；旱坡地；水土流失；产量提高；木薯

我国是水土流失最严重的国家之一，根据国土资源部 、水利部和环保部的统计，2012年我国水土流失面积占国土面积的 37 %，每年流失土壤50亿 t，折合成经济损失达24亿元[1-2]。我国的水土流失分布范围广、面积大，长期严重的水土流失破坏了自然生态平衡，严重影响了耕地资源的数量安全和质量安全，导致了耕地数量减少、松土层变薄、土壤肥力衰退、土壤板结、理化性状恶化、作物生产能力下降，使人类赖以生存的土壤资源遭到破坏和丧失[3]，给国民经济的发展带来沉重的包袱，成为中国现代化进程中的严重制约因素[4]。

人类不合理的经济活动是引起水土流失发生、发展的主导因素，在耕作上，我国目前是人力、畜力和拖拉机等耕作方式并存，顺坡耕地、过度放牧，对耕地不合理的耕作方式加重了水土流失。为此，我国科技人员已经在耕作措施对旱地土壤物理性状、地表径流蓄水保墒能力和作物产量的影响方面做了大量的研究[5-8]，但目前在耕作制度的创新应用对耕地水土流失、土壤水分含量与产量的研究甚少。

粉垄耕作与栽培技术，由广西农业科学院发明，原理为利用粉垄机械的螺旋形钻头刀片一次性快速旋磨切割粉碎土壤，在种植带上形成了“U”形的松土层，使耕作后的土壤疏松，土壤团粒结构分布比例更有利于水分入渗、增加土壤蓄水量，构建了良好的“耕地土壤水库”。该技术已在水稻、玉米、小麦、马铃薯、花生、木薯、甘蔗等[10-18]多种作物上试验应用，与传统耕作相比，粉垄栽培作物根系发达、光合效率提高，具有明显的增产、提质和保水效果，粉垄耕作后的耕层疏松深厚、土壤调蓄水分能力增强，且土壤水分入渗能力较强，一旦有水分补充可以很快入渗[19]。本研究应用粉垄耕作，进行其对天然降水利用，水、土、养分流失，木薯产量影响等方面的试验研究，以探讨粉垄耕作对南方旱坡木薯种植地的保水保土保肥效果。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2013-2014年在广西隆安县那桐镇方村进行。隆安县位于广西的西南部，北回归线以南，岩溶山地地貌，石灰岩上覆盖第四纪红土。属南亚热带季风气候，年平均降雨量1301 mm，年内降雨量分配很不均匀，季节性较强，雨量主要集中在6-9月，年均气温21.8 ℃，多年平均最高月气温28.4 ℃，最低月平均气温13.2 ℃。

试验地均为南北向，坡度约为15°，前茬作物为甘蔗，土壤母质为第四纪红土，肥力中等，2013年试验地土壤全氮0.92 g/kg，全磷1.26 g/kg，全钾20.21 g/kg，速效氮156 mg/kg，速效磷18 mg/kg，速效钾154 mg/kg，有机质25.2 g/kg，pH 4.32；2014年试验地土壤全氮0.84 g/kg，全磷1.00 g/kg，全钾7.44 g/kg，速效氮133 mg/kg，速效磷11 mg/kg，速效钾135 mg/kg，有机质21.3 g/kg，pH 3.73。

供试作物为木薯，品种为新选048。

1.2 试验方法

试验设2个处理：①粉垄耕作(FL)：在种植木薯前2 d，沿等高线用粉垄机进行耕作，种植带粉垄深度为40 cm，行间不耕作；②传统拖拉机耕作(CT)：在粉垄耕作的同一天，用功率为132 KW的拖拉机对试验地先进行深翻，深度为40 cm，然后再进行耙磨(20 cm左右)。在同一等高线上采用间隔重复设计，重复3次，小区面积95 m2(长10 m，宽9.5 m)。木薯种植行距1.2 m，株距1 m，沿等高线种植，每小区种植8行，每行9株共种植72株。各处理肥料施用量均为：N 112.5 kg/hm2，P2O5112.5 kg/hm2，K2O 112.5 kg/hm2。

种植前，在每个小区的四周筑田畦，并用塑料包住田畦，形成集雨区，分别在各集雨区的最低处设置用铁皮做成的分隔式的出水槽，槽宽20 cm，分成2格，其中1格宽5 cm为接水口，直接连通容量为500 L的蓄水池，贮存径流雨水，另外1格宽15 cm为外排水出口，径流雨水直接外流；在试验地旁边设置雨量计，测量降雨量。

每次降雨后，测量降雨量，同时对各小区进行观察，凡产生径流，即进行测量及取样。取样的方法为，先把蓄水池内的水和土壤充分搅拌均匀，测量径流量；同时随机选择5个点取样，把5个点的样倒入桶内混合，再取1000 mL悬浮液样，样品拿到室内进行沉淀、过滤，过滤后，把留在滤纸上的沉淀物用蒸馏水洗干净，然后风干，计算出水量和土重，并分析水样和土样的养分含量；实测小区鲜薯产量，并换算单位面积产量，并随机选择10株进行考种分析。

土壤蓄水量的测定：分别在木薯苗期(5月)、薯块膨大期(8月)和成熟期(12月)在每个小区内选3个点取样，测定土壤含水量和土壤容重，土壤蓄水量按以下公式计算：

W=VH×10/100

其中，W为土壤蓄水量(mm)；V为土壤体积含水量( %)；H为土壤厚度(cm)。

土壤的养分测定：有机质用重铬酸钾容量法(NY/T1121.6-2006)；全氮用半微量开氏蒸馏法(GB7173-87)；全磷用氢氧化钠熔融-钼锑钪比色法(GB9837-88)；全钾用火焰分光光度计法(GB9836-88)；碱解氮用碱解扩散法[20]；有效磷用碳酸氢钠浸提-钼锑钪比色法(NY/T148-1990)；速效钾用火焰分光光度计法[21]。

径流水中养分的测定：总氮用过硫酸钾氧化紫外分光光度法(GB11894-89)；总磷用钼酸铵分光光度法(GB11893-89)；总钾用火焰原子吸收分光光度法(GB11904-89)测定。

采用Excel 2003及SPSS18.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 降雨情况

2013年4月2日至12月25日，试验地共降雨86次，总降雨量1177.7 mm，主要集中在5-9月，雨量为892.1 mm，占木薯生育期内总雨量的75.75 %，占试验区常年平均降雨量的68.57 %，11月上中旬因受台风影响，降雨量达到261.3 mm；2014年4月8日至12月28日，试验地共降雨72次，总降雨量1156.4 mm，主要集中在6-9月，雨量1031.2 mm，占当年木薯生育期内总雨量的89.17 %，占试验区常年平均降雨量的79.26 %(图1)。

2.2 粉垄耕作对土壤蓄水量的影响

从粉垄耕作与传统耕作下木薯不同生育期的土壤蓄水量比较(表1)可知，不同耕作处理下土壤蓄水量差异较大，粉垄耕作下的木薯苗期、薯块膨大期和成熟期的土壤蓄水量在不同土层深度均明显大于传统耕作(对照)，且在不同年份的趋势是相同的，0～60 cm土层的土壤蓄水量在木薯苗期、薯块膨大期和成熟期粉垄耕作分别比传统耕作增加9.02 %、11.62 %和11.79 %。

粉垄耕作0～20 cm土层的土壤蓄水量在苗期、薯块膨大期和成熟期分别比对照增加1.8、6.4和2.3 mm，增加幅度分别为3.71 %、11.13 %和4.49 %。20～40 cm土层的土壤蓄水量在苗期、薯块膨大期和成熟期分别比对照增加3.9、2.0和6.6 mm，增加幅度分别为6.87 %、7.26 %和11.36 %。40～60 cm土层的土壤蓄水量比对照增加更为显著，苗期、薯块膨大期和成熟期分别比对照增加9.6、12.9和11.5 mm，增加幅度分别为14.93 %、15.60 %和18.03 %。说明在木薯整个生育期内，粉垄耕作可以改善土壤结构，增强降水的入渗性能，尤其增加深层土壤蓄水量，更有利于贮存更多的雨水，减少地表径流。

图1 木薯生育期内各月份降雨量分布情况Fig.1 Distribution of rainfall in different months during the period of cassava growth

2.3 粉垄耕作对水土流失的影响

地表径流次数与耕作方式密切相关(表2)。2013年，粉垄耕作发生地表径流14次，传统耕作24次，粉垄耕作比传统耕作减少10次，减少41.67 %；2014年，粉垄耕作发生地表径流13次，传统耕作21次，粉垄耕作比传统耕作减少8次，减少38.10 %。说明粉垄耕作有效地减少了地表径流的发生。

耕作方式与径流量也密切相关，粉垄耕作径流量明显小于传统耕作，2年减少径流量78 570.3 L/hm2，减少率为42.03 %，其中，2013年，粉垄耕作的径流量比传统耕作减少42 611.85 L/hm2，减少率为42.37 %；2014年，粉垄耕作的径流量比传统耕作减少35 958.45 L/hm2，减少率为41.63 %。表明粉垄耕作地表径流量显著减少，保水效果明显。获得这一效果的可能原因是，粉垄耕作种植带形成了“U”型的松土层，使雨水贮存在“U”型的种植带内，有利于减少水土流失。

表1 粉垄耕作与传统耕作土壤蓄水量的比较

表2 粉垄耕作与传统耕作水土流失量和产流次数比较

粉垄耕作由于径流量的减少，随水流失的土壤也随之减少，2年减少土壤流失量15 413.85 kg/hm2，减少率为44.62 %，其中，2013年，粉垄耕作地表土壤流失量比传统耕作减少8883.9 kg/hm2，减少了40.18 %；2014年，粉垄耕作地表土壤流失量比传统耕作减少6529.95 kg/hm2，减少了52.51 %(表2)，水土保持效果十分显著。

2.4 粉垄耕作对土壤养分流失的影响

旱坡地土壤养分的流失主要是通过吸附于土壤颗粒表面的养分随土壤侵蚀流失和溶解于径流中的养分随径流液流失这2种途径。土壤侵蚀流失的养分远远大于径流液流失的养分。在同一种耕作条件下，钾素的流失量最大，其次是氮素，磷素的流失量最小。由于不同的耕作方式产生不同的径流量，土壤侵蚀和随水流失的养分也有明显的差异，水土流失越多，带走的养分就越多。

粉垄耕作中N、P、K的土壤侵蚀量及随水流失量均比传统耕作的明显减少，2013-2014年，粉垄耕作中N的总流失量为36.193 kg/hm2，比传统耕作减少35.627 kg/hm2，减少了49.61 %，其中土壤N流失量减少35.511 kg/hm2，随径流液流失减少0.116 kg/hm2；粉垄耕作中P的总流失量为29.054 kg/hm2，比传统耕作减少13.19 kg/hm2，减少了31.22 %，其中土壤P流失量减少13.190 kg/hm2，随径流液流失量与传统耕作的相当；粉垄耕作中K的总流失量为121.013 kg/hm2，比传统耕作减少89.425 kg/hm2，减少了42.49 %，其中土壤K侵蚀量减少89.174 kg/hm2，随径流液流失减少0.251 kg/hm2(图2～3)。可见，粉垄耕作这一创新的耕作方法，使得木薯种植带的土壤疏松，且较深，降雨时，行间的饱和土壤水分会部分流入“U”型槽内，减少了水土流失量，从而减少了土壤养分的流失、减缓土壤肥力的下降、减轻环境的污染。

2.5 粉垄耕作对木薯产量和经济性状的影响

表3显示，粉垄耕作栽培的木薯单株结薯数、单株薯重、茎秆重、产量均明显高于传统耕作种植的木薯，2013-2014年的测定结果显示，粉垄栽培木薯株高增加9.54 %～14.54 %、平均薯长增加6.58 %～9.86 %、单株结薯数增加17.86 %～26.14 %、单株薯重增加17.86 %～21.38 %、茎秆重增加22.03 %～27.50 % ，表明粉垄耕作种植的木薯生长优势明显强于传统耕作。

产量测定结果表明，2013年粉垄种植木薯产量达48 996.0 kg/hm2，比对照(41 394.0 kg/hm2)增加7602.0 kg/hm2，增产率达18.36 %；2014年粉垄种植木薯产量达73 827.0 kg/hm2，比对照(60 847.5 kg/hm2)增加12 979.5 kg/hm2，增产率达21.33 %，2年平均木薯产量增加20.13 %。表明粉垄耕作有利于提高木薯的产量。获得这一效果的可能原因是粉垄耕作的土壤更加疏松透气，可以为木薯提供更好的水、肥条件，有利于木薯的生长和结薯，从而促进产量增加。

图2 粉垄耕作与传统耕作土壤养分侵蚀量比较Fig.2 Comparison of Fenlong cultivation and conventional tillage on soil nutrients erosion amount

图3 粉垄耕作与传统耕作地表径流水养分流失量比较Fig.3 Comparison of Fenlong cultivation and conventional tillage on water nutrients erosion amount in surface runoff

年份Year处理Treatment株高(cm)Plantheight茎粗(cm)Stemdiameter薯长(cm)Tuberlength薯粗(cm)Tuberdiameter单株结薯数单株薯重(kg)Tubernumberperplant秆重(kg/hm2)Tubersweightperplant薯重(kg/hm2)Stemweight2013CT293.53.18929.45.0888.44.183586841394bFL321.53.13732.35.4419.94.924377048996a2014CT323.33.31230.45.4738.86.0839313.560847.5BFL370.33.42732.45.37711.17.3850125.573827A

注：同列数据后不同小、大写字母分别代表不同处理间差异显著(P≤0.05)和极显著(P≤0.01)。

Note：Different small and capital letters in the same column mean significant(P≤0.05) and very significant difference(P≤0.01).

3 讨论与结论

南方雨水较多，但季节性较强，主要集中在每年的5-9月份，会造成严重的水土流失，而10月至次年4月降雨量较少，秋冬干旱及春旱也会常常发生，因此，充分利用降雨，提高土壤蓄水能力，减少雨季的流失水量，增加土壤水分的贮存量，提高土壤对作物的供水能力，减少地表径流就成了作物正常生长和产量提高的关键[5，22]。本研究结果表明，粉垄耕作不仅可以加深耕作层厚度，并且能够更大程度地疏松土壤，加速雨水下渗，增加土壤耕层中的水分。与传统耕作比较，粉垄耕作土壤蓄水量提高9.03 %～11.73 %，且土层越深蓄水效果越显著，木薯生育中后期土壤蓄水量比前期高。

土壤接纳的降雨除保存于土壤供作物利用外，多余水分的主要去路是表面径流流失和深层土壤渗透，土壤渗透水分的性能好就能贮存更多的水分供作物利用[22]，粉垄耕作，由于在木薯种植带中形成较深的“U”型疏松土槽，在土壤水分非饱和的情况下，使雨水贮存在“U”型的种植带内，有效的集聚了天然降水，减少地表径流产生的水土流失。与传统耕作比较，粉垄耕作减少地表径流次数38.10 %～41.67 %，减少地表径流量42.03 %，减少土壤流失量44.62 %，这在一定程度上减少因径流引起的对地表的冲刷而产生的环境的破坏。

水土流失越多，带走土壤中的养分就越多，土壤养分的流失，一方面使土壤库的养分逐渐趋于枯竭，土壤养分肥力下降，土壤供肥能力降低，进而影响作物产量的提高；另一方面，由于土壤养分的流失，还会使江河、湖库水体富营养化而污染水体[3]，同时，还会增加肥料的施用量，加大施肥成本，减少农民的收入。粉垄耕作技术，可显著减少水土流失，减少土壤中养分的流失，与传统耕作比较分别减少氮、磷、钾养分流失49.61 %、31.22 %、42.49 %，这对保持和提高土壤肥力及保护环境都会起到良好的效果。

粉垄耕作有利于水分入渗，增加了土壤蓄水量，减少水土流失，增强了抗旱能力，提高了土壤保水保肥能力，促进根系下扎，扩大吸收面积，提高土壤对木薯的水肥供应能力，后劲足，改善了木薯的块根长度、块根直径、单株块根数、单株块根重等主要经济性状，显著提高了木薯的产量，与传统耕作比较，粉垄耕作的木薯产量提高了20.13 %[12]。

通过粉垄耕作对旱坡地水土流失及木薯产量的影响的研究，表明粉垄耕作能提高南方旱坡地的土壤蓄水能力，有效减少地表产流次数和径流量，显著减少土壤、水分以及养分的流失，促进木薯良好生长发育、提高木薯产量。在今后的研究中可进一步研究不同坡度、不同降雨强度、不同粉垄深度、不同作物的粉垄耕作及其后效对水土流失的影响，加强粉垄耕作对水肥利用效率的研究，进一步揭示粉垄耕作保水保肥机理，为合理推广粉垄耕作防治水土流失提供技术支撑。

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(责任编辑 汪羽宁)

Effects of Fenlong Cultivation on Water and Soil Erosion and Cassava Yield in South Dry Slope Cropland

LIU Bin, GAN Xiu-qin, WEI Ben-hui*,ZHOU Jia, SHEN Zhang-you, LI Yan-ying, LAO Cheng-ying, HU Po, ZHOU Ling-zhi, WU Yan-yong

(Cash Crops Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Guangxi Nanning 530007, China)

To explore the effects of tillage method of Fenlong on water and soil fertilizer erosion， crop yield of dry slope cropland , 15 degrees dry slope cropland of South was taken as example，this research was studied on the situation of water and soil loss and influence on the factors of cassava yield during the different growth periods of cassava under Fenlong cultivation and conventional tillage treatments. The results showed that in the seedling stage, the tuber expand stage and mature stage of cassava， compared with conventional tillage, Fenlong cultivation increased soil water storage, and this increasion was more apparent with the increasion of soil deepen storage.40-60 cm soil layer soil water storage capacity was increased by 14.93%, 15.60% and 14.93% respectively; Surface runoff was reduced by 42.03%, soil erosion was reduced by 44.62%, runoff in nitrogen, phosphorus and potassium nutrients was decreased by 49.61%, 31.22% and 49.61% respectively; Cassava yield was increased by 20.13%. It indicated that Fenlong cultivation could improve soil water storage capacity of dry slope cropland in south, reduce surface runoff amount and runoff times effectively, and decrease the loss of the soil, water and nutrients significantly,as well as boost the growth and development of cassava, enhance cassava yield.

Fenlong cultivation; Dry slope cropland; Water and soil erosion; Yield increase；Cassava

1001-4829(2016)12-2806-06

10.16213/j.cnki.scjas.2016.12.008

2016-08-21

广西科学研究与技术开发计划项目(桂科攻122201 4-2C)；国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-12-gxgxq)

刘 斌(1966-)，男，广西昭平人，副研究员，主要从事土壤、农耕新方法粉垄技术及薯类作物栽培与育种研究工作，E-mail：gxliubin@126.com；*为通讯作者，E-mail：weibenhui@126.com。

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