不同保土截留措施对巢湖地区坡耕地的水土保持效应

孟超峰 王静 郭熙盛 吕国安

摘要 [目的]研究不同保土截留措施对巢湖地区坡耕地的水土保持效应。[方法]利用长期定位小区试验，研究植物篱+秸秆覆盖（HM）、植物篱（PH）和浅垄（CT）对坡耕地土壤肥力的影响，进一步研究植物篱与秸秆覆盖结合对提高土壤肥力的作用和效果，从而不断完善植物篱与秸秆覆盖技术。[结果]与常规耕作对照（CK）相比，植物篱+秸秆覆盖、植物篱和等高垄作处理的径流量与产沙量分别降低43.00%和48.52%、36.52%和40.52%、33.11%和38.42%。常规耕作处理径流水中总氮和总磷浓度分别为5.19和1.12 mg/L，均高于其他处理，分别比植物篱、植物篱+秸秆覆盖和等高垄作处理总氮和总磷平均浓度高14.62%和30.49%、12.96%和25.42%、10.77%和27.34%。不同处理耕层土壤有机质含量由高到低依次为HM、PH、CT、CK，且0～10 cm土层有机质含量高于10～20 cm土层。植物篱+秸秆覆盖、植物篱和等高垄作处理耕层土壤速效养分与对照相比均有所提高，且HM处理显著高于对照（CK）。[结论]植物篱与秸秆覆盖可以作为源头控制农田养分流失的较好措施加以推广。

关键词 植物篱；秸秆覆盖；坡耕地；径流；氮磷流失

中图分类号 S157.2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）17-0133-04

Abstract [Objective]To study effect of different soil conservation measures on soil and water conservation of sloping cultivated land in Chaohu area.[Method]By the longterm experiment， influence of the hedgerow + band coverage （HM）， hedgerows （PH） and shallow ridge （CT） on soil fertility of cultivated land slope was studied， and the function and effect of improving the function were stduied by the hedgerow straw mulch with hedgero ， so as to constantly improve the hedgerow and straw covering technique.[Result]Compared with conventional tillage （CK） ， runoff and sediment yield of hedgerow + zone between hedgerow and coverage， high ridge treatment were decreased by 43% and 48.52%， 36.52% and 40.52%， 33.11% and 38.42%.Total nitrogen and total phosphorus concentration of conventional tillage runoff respectively was 5.19 and 1.12 mg/L ， were higher than other treatments， respectively， than hedgerow hedgerow + zone coverage and high ridge planting treatments， total nitrogen and total phosphorus increased by 14.62% and 30.49%， the average concentration of 12.96% and 25.42%， 10.77% and 27.34%.The order of soil organic matter content between different treatments was HM>PH>CT>CK， and the content of organic matter in 0-10 cm soil layer was higher than that of 10-20 cm soil layer. Hedgerow + straw mulching， hedgerow and nutrient high ridge soil treatment compared with the control treatment were improved， and the treatment of HM was significantly higher than that of control （CK）. [Conclusion]Hedgerow and straw mulching can be used as a good measure to control the loss of farmland nutrients at the source.

Key words Hedgerow；Straw mulching；Sloping cultivated land；Runoff；Nitrogen and phosphorus loss

安徽巢湖是我國五大淡水湖之一，在该地区的经济和社会发展中扮演着重要角色。然而，近年来，由于流域内经济的发展和人口的过快增长，巢湖及周边地表水的水质日趋恶化，大面积蓝藻暴发现象频频发生。巢湖沿湖坡耕地是当地重要的农业用地，国内外研究表明，农业面源污染是导致地表水环境恶化的重要因素之一[1-3]，而坡耕地农田土壤养分、泥沙的大量流失是引起农业面源污染的主要原因，防治巢湖沿湖坡耕地农业面源污染的关键是控制氮的来源[4-6]。在降雨发生径流时农田土壤养分以溶解态和颗粒态随径流向水体迁移，成为水体中的补给源。因此，研究植物篱+秸秆覆盖技术对于控制和减少养分流失量、减轻对受纳水体的影响具有重要意义。

目前，国内外对秸秆覆盖、植物篱技术提高坡耕地农田养分、减少径流量已有较多研究，主要集中在植物篱种类、影响机理以及不同坡度等方面[7-9]。林超文等[9]研究表明，在坡耕地栽种植物篱可以显著减少径流量和泥沙流失量，且见效快。坡耕地等高植物篱、秸秆覆盖和浅垄在减少土壤侵蚀、增加土壤肥力、控制面源污染、增加系统产出和降低投资等方面效果显著。国内外虽然在等高植物篱改善坡耕地生态，减少土壤侵蚀的效果与机理[10-11]，植物篱-农作系统的养分流失等方面已有不少研究，而植物篱与秸秆覆盖相结合对控制坡耕地水土流失和土壤养分分布特征研究较少。笔者研究植物篱与秸秆覆盖相结合对巢湖坡耕地水土流失、不同土层土壤养分分布特征的影响，旨在为巢湖地区坡地生态工程控制土壤养分流失和面源污染、持续利用坡地土壤资源提供理论依据。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

试验在安徽省肥东县长临镇沿巢湖坡耕地进行。巢湖流域位于安徽省中部，长江和淮河之间，具体地理位置为116°024′30″～118°000′00″E，30°058′40″～32°006′00″ N。湖泊主体位于117°016′54″～117°051′46″E，30°025′28″～31°043′28″ N，属于长江左岸水系，是我国著名的五大淡水湖泊之一，也是安徽省第一大湖泊。巢湖流域面积13 349 km2，其中巢湖闸以上面积9 130 km2，闸以下面积4 219 km2。年平均气温15～16 ℃，1月平均气温2～3 ℃，7月平均气温28～30 ℃。流域内降水量年际变化大，多年平均降水量为1 000～1 158 mm。供试土壤为黄棕壤，土壤有机质、全氮、速效磷含量偏低，土壤肥力不高。供试土壤化学性质：pH 6.21，土壤有机质（SOM）15.99 g/kg，全氮1.13 g/kg，全磷0.32 g/kg，全钾663.77 g/kg，碱解氮97.16 mg/kg，速效磷7.48 mg/kg，速效钾145.99 mg/kg。

1.2 试验设计

采用径流小区长期定位研究方法，设计4个处理：①植物篱（PH）。常规耕作下选用百合科萱草属植物黄花菜，每小区栽植3带，每带2行，行距20 cm，株距20 cm。②植物篱+秸秆覆盖（HM）。常规耕作下将油菜或小麦秸秆剪成20～30 cm，覆盖于植物篱带间地表，用量为3 000 kg/hm2。③常规耕作（CK）。将土壤耕作层修成顺坡平面。④等高垄作（CT）。将小区修建成6阶顺坡梯田。3次重復，完全随机区组排列。各小区呈北高南低，坡度5°，面积24 m2（8 m×3 m），小区四周用25 cm厚的砖砌水泥挡板，地下部分埋深和地上高均为25 cm，以防止各小区内外径流，在其南侧（下边）建立径流池，以便收集降雨产流后的水样和泥沙样。试验区附近设置标准雨量筒，用以降雨观测。

1.3 测定项目与方法

观测时间为2012—2013年，降雨产流后，立即测定每个径流池水位，计算径流量。采集径流池泥水样，总氮（TN）采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定；溶解态氮（DN）由水样经0.45 μm微孔滤膜过滤后，测定方法与总氮相同；颗粒态氮（PN）的浓度为总氮浓度减去溶解态氮浓度；铵态氮（NH4+-N）采用靛酚蓝比色法测定；硝态氮（NO3--N）采用紫外分光光度法测定。氮素流失量的计算方法为每次径流体积与氮流失浓度的乘积。总磷（TP）采用过硫酸钾消解-钼锑抗分光光度法测定；水溶性总磷（DP）将水样用0.45 μm微孔滤膜过滤后，测定方法与总磷相同；颗粒态总磷为总磷减去水溶性总磷。化学需氧量（COD）采用重铬酸钾法测定。水样的保存方法：水样取回后一般立即测定，少量不能测定的，滴加浓硫酸并冷冻保存，5 d内测完。

在每次作物收获后采集土样，在小区的下部、中部和上部地段分0～10、10～20 cm 2层采样，每个土样取4个点混合后分别代表小区下部、中部和上部不同层次的土壤。采用常规方法测定土壤样品的pH、有机质、速效氮、速效磷、速效钾。

2 结果与分析

2.1 植物篱与秸秆覆盖对径流量和产沙量的影响

2012年未产生径流，仅在2013年7月6日和8日取2次径流水样，降雨量分别为51.2、92.6 mm。

地表径流是引起坡耕地土壤侵蚀和养分流失的主要动力[12]。从图1可以看出，由于当地农民常规耕作（CK）是从坡顶顺坡而下的种植方式，种植行与地表径流的流向一致，且地表覆盖度较小，因此地表和土壤侵蚀量最高。植物篱+秸秆覆盖（HM）处理径流、产沙最少，不仅是因为植物篱具有阻滞拦截径流泥沙能力，而且帯间秸秆覆盖增大了地表覆盖度，降低了雨水打击地表的力度，延长了产流时间，增加了入渗量，加强了渗透性和抗冲性。与常规耕作对照处理相比，

植物篱+秸秆覆盖、植物篱和等高垄作处理的径流量与产沙量分别降低43.00%和48.52%、36.52%和40.52%、33.11%和38.42%。

植物篱+秸秆覆盖处理径流、产沙量与常规耕作差异显著，植物篱处理与等高垄作处理的径流、产沙量介于两者之间。

2.2 植物篱与秸秆覆盖对地表径流中各养分流失特征的影响

径流中养分含量取决于径流冲击土壤的程度、径流量以及土壤中养分含量等因素[13]。从表1可以看出，2次降雨常规耕作处理径流水中总氮和总磷平均浓度分别为5.19和1.12 mg/L，均高于其他处理，分别比植物篱、植物篱+秸秆覆盖和等高垄作处理总氮和总磷平均浓度高14.62%和30.49%、12.96%和25.42%、10.77%和27.34%。在2次径流水样中硝态氮浓度均高于铵态氮浓度。且第1次降雨径流中的养分浓度均高于第2次径流中养分浓度，原因可能是降雨间隔时间太短，易流失的养分大部分被第1次带走。

2.3 植物篱与秸秆覆盖对土壤pH的影响

试验小区建立于2008年，图2中1、5、10号小区是有植物篱处理的小区（PH），2、7、12是植物篱+秸秆覆盖处理小区（HM），3、8、11是常规耕作小区（CK），4、6、9是等高垄作小区（CT）。由图2可知，0～10、10～20 cm耕层的土壤pH均在5～6，基本为弱酸性土壤。随着时间的推移pH总体呈下降趋势，但差异不显著。这种变化差异可能是受水分、作物根系或者土壤微生物的影响。

2.4 植物篱与秸秆覆盖对耕层土壤有机质含量的影响

有机质是土壤固相部分的重要组成，尽管土壤有机质含量仅占土壤总量的很小一部分，但对土壤形成、土壤肥力、环境保护及农林业可持续发展等方面具有重要意义。土壤有机质是植物矿质和有机营养的重要来源，采用植物篱+秸秆覆盖措施后能显著提高耕层土壤有机质含量。

由图3A可知，在2012年10月28日采样中，不同处理0～10 cm土层土壤有机质含量由高到低依次为HM、PH、CT、CK。植物篱+秸秆覆盖（HM）、植物篱（PH）和等高垄作（CT）与常规耕作相比有机质含量分别提高了26.53%、9.34%和6.22%。HM处理与CK之间差异极显著，PH与HM、CT之间差异显著，HM和CT处理与CK之间差异不显著。10～20 cm土层土壤有机质含量由高到低依次为HM、CT、PH、CK。与常规耕作相比，HM、CT、PH处理有机质含量分别提高了21.18%、17.86%和8.80%。且HM、CT处理与CK有极显著差异，而HM、CT、PH处理之间差异不显著。

2013年6月5日取土样，0～10 cm土层不同处理之间土壤有机质含量由高到低依次为HM、CT、PH、CK。HM、CT、PH处理分别比CK有机质含量高27.64%、7.20%、4.91%。仅HM与CK之间有极显著差异，CT、PH与CK差异不显著。10～20 cm土层土壤有机质含量由高到低依次为HM、PH、CT、CK。与CK相比，HM、PH、CT处理有机质含量分别提高了13.93%、9.02%、5.25%。HM处理与CK之间有显著差异，而PH、CT处理与CK之间差异不显著。

由图3B可知，各处理0～10 cm土层土壤有机质含量均高于10～20 cm土层土壤有机质含量，各处理上层和下层有机质变化规律基本一致。HM处理有机质含量均显著高于CK，说明植物篱+秸秆覆盖（HM）、植物篱（PH）和等高垄作（CT）措施均可以提高耕层土壤有机质含量。

2.5 植物篱与秸秆覆盖对耕层速效养分含量的影響

黎建强等[7]研究表明，在坡耕地-植物篱系统中，植物篱能显著改善和提高植物篱带内表层土壤养分。0～20 cm土层，植物篱对农耕地小区土壤SOM、TK含量，经济林小区土壤TK、AP含量有显著影响[14]。从表2可以看出，在不同处理措施下耕层土壤速效养分含量有显著差异。植物篱+秸秆覆盖（HM）、植物篱（PH）、等高垄作（CT）处理耕层土壤速效养分与对照（CK）相比都有所提高，且HM处理显著高于对照（CK）。在2012年10月28日采样中，不同处理对0～10 cm土层土壤速效养分的影响，植物篱+秸秆覆盖（HM）处理碱解氮、速效磷、速效钾含量比对照（CK）分别提高了14.76%、61.66%、35.64%。植物篱（PH）处理碱解氮、速效磷、速效钾含量比对照（CK）分别提高了4.57%、46.21%、20.39%。等高垄作（CT）处理碱解氮、速效磷、速效钾含量比对照分别提高了3.96%、26.42%、1.93%。

不同处理对10～20 cm土层土壤速效养分的影响，植物篱+秸秆覆盖（HM）处理土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量比对照（CK）分别提高了24.76%、115.76%、23.29%。植物篱（PH）处理碱解氮、速效磷、速效钾含量比对照（CK）分别提高了15.53%、13.05%、7.16%。等高垄作（CT）处理碱解氮、速效磷、速效钾含量比对照分别提高了13.03%、33.51%、4.44%。

在2013年6月5日采样中，不同处理对0～10 cm土壤速效养分的影响，植物篱+秸秆覆盖（HM）处理碱解氮、速效磷、速效钾含量比对照（CK）分别提高了16.96%、46.64%、42.29%。植物篱（PH）处理碱解氮、速效磷、速效钾含量比对照（CK）分别提高了5.77%、20.68%、7.90%。等高垄作（CT）处理碱解氮、速效磷、速效钾含量分别比对照提高了4.91%、8.30%、1.88%。

不同处理对10～20 cm土层土壤速效养分的影响，植物篱+秸秆覆盖（HM）处理土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量比对照（CK）分别提高了10.44%、50.24%、25.94%。植物篱（PH）处理碱解氮、速效磷、速效钾含量比对照（CK）分别提高了4.04%、41.39%、23.70%。等高垄作（CT）处理碱解氮、速效磷、速效钾含量比对照分别提高了3.41%、11.28%、-37.32%。

3 结论

（1）相对于常规耕作处理，植物篱+秸秆覆盖、植物篱和等高垄作处理径流量分别减少了43.00%、36.52%和33.11%，泥沙量分别减少了48.52%、40.52%和38.42%，表现出显著的水土保持作用。

（2）植物篱、植物篱+秸秆覆盖和等高垄作处理能有效地降低径流水中总氮和总磷浓度，与常规耕作相比，总氮和总磷平均浓度分别降低了14.62%和30.49%、12.96%和25.42%、10.77%和27.34%。

（3）不同处理之间耕层土壤有机质含量由高到低依次为HM、PH、CT、CK。植物篱+秸秆覆盖可以提高耕层土壤有机质含量，且显著高于常规处理。

（4）不同处理措施下耕层土壤速效养分含量有显著差异。植物篱+秸秆覆盖、植物篱、等高垄作处理耕层土壤速效养分含量与对照（CK）相比都有所提高，且植物篱+秸秆覆盖处理显著高于对照。

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