不同保土截留措施對(duì)巢湖地區(qū)坡耕地的水土保持效應(yīng)

孟超峰 王靜 郭熙盛 呂國(guó)安

摘要 [目的]研究不同保土截留措施對(duì)巢湖地區(qū)坡耕地的水土保持效應(yīng)。[方法]利用長(zhǎng)期定位小區(qū)試驗(yàn)，研究植物籬+秸稈覆蓋（HM）、植物籬（PH）和淺壟（CT）對(duì)坡耕地土壤肥力的影響，進(jìn)一步研究植物籬與秸稈覆蓋結(jié)合對(duì)提高土壤肥力的作用和效果，從而不斷完善植物籬與秸稈覆蓋技術(shù)。[結(jié)果]與常規(guī)耕作對(duì)照（CK）相比，植物籬+秸稈覆蓋、植物籬和等高壟作處理的徑流量與產(chǎn)沙量分別降低43.00%和48.52%、36.52%和40.52%、33.11%和38.42%。常規(guī)耕作處理徑流水中總氮和總磷濃度分別為5.19和1.12 mg/L，均高于其他處理，分別比植物籬、植物籬+秸稈覆蓋和等高壟作處理總氮和總磷平均濃度高14.62%和30.49%、12.96%和25.42%、10.77%和27.34%。不同處理耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為HM、PH、CT、CK，且0～10 cm土層有機(jī)質(zhì)含量高于10～20 cm土層。植物籬+秸稈覆蓋、植物籬和等高壟作處理耕層土壤速效養(yǎng)分與對(duì)照相比均有所提高，且HM處理顯著高于對(duì)照（CK）。[結(jié)論]植物籬與秸稈覆蓋可以作為源頭控制農(nóng)田養(yǎng)分流失的較好措施加以推廣。

關(guān)鍵詞 植物籬；秸稈覆蓋；坡耕地；徑流；氮磷流失

中圖分類號(hào) S157.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 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(guó)五大淡水湖之一，在該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中扮演著重要角色。然而，近年來，由于流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的過快增長(zhǎng)，巢湖及周邊地表水的水質(zhì)日趨惡化，大面積藍(lán)藻暴發(fā)現(xiàn)象頻頻發(fā)生。巢湖沿湖坡耕地是當(dāng)?shù)刂匾霓r(nóng)業(yè)用地，國(guó)內(nèi)外研究表明，農(nóng)業(yè)面源污染是導(dǎo)致地表水環(huán)境惡化的重要因素之一[1-3]，而坡耕地農(nóng)田土壤養(yǎng)分、泥沙的大量流失是引起農(nóng)業(yè)面源污染的主要原因，防治巢湖沿湖坡耕地農(nóng)業(yè)面源污染的關(guān)鍵是控制氮的來源[4-6]。在降雨發(fā)生徑流時(shí)農(nóng)田土壤養(yǎng)分以溶解態(tài)和顆粒態(tài)隨徑流向水體遷移，成為水體中的補(bǔ)給源。因此，研究植物籬+秸稈覆蓋技術(shù)對(duì)于控制和減少養(yǎng)分流失量、減輕對(duì)受納水體的影響具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)秸稈覆蓋、植物籬技術(shù)提高坡耕地農(nóng)田養(yǎng)分、減少?gòu)搅髁恳延休^多研究，主要集中在植物籬種類、影響機(jī)理以及不同坡度等方面[7-9]。林超文等[9]研究表明，在坡耕地栽種植物籬可以顯著減少?gòu)搅髁亢湍嗌沉魇Я浚乙娦Э?。坡耕地等高植物籬、秸稈覆蓋和淺壟在減少土壤侵蝕、增加土壤肥力、控制面源污染、增加系統(tǒng)產(chǎn)出和降低投資等方面效果顯著。國(guó)內(nèi)外雖然在等高植物籬改善坡耕地生態(tài)，減少土壤侵蝕的效果與機(jī)理[10-11]，植物籬-農(nóng)作系統(tǒng)的養(yǎng)分流失等方面已有不少研究，而植物籬與秸稈覆蓋相結(jié)合對(duì)控制坡耕地水土流失和土壤養(yǎng)分分布特征研究較少。筆者研究植物籬與秸稈覆蓋相結(jié)合對(duì)巢湖坡耕地水土流失、不同土層土壤養(yǎng)分分布特征的影響，旨在為巢湖地區(qū)坡地生態(tài)工程控制土壤養(yǎng)分流失和面源污染、持續(xù)利用坡地土壤資源提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在安徽省肥東縣長(zhǎng)臨鎮(zhèn)沿巢湖坡耕地進(jìn)行。巢湖流域位于安徽省中部，長(zhǎng)江和淮河之間，具體地理位置為116°024′30″～118°000′00″E，30°058′40″～32°006′00″ N。湖泊主體位于117°016′54″～117°051′46″E，30°025′28″～31°043′28″ N，屬于長(zhǎng)江左岸水系，是我國(guó)著名的五大淡水湖泊之一，也是安徽省第一大湖泊。巢湖流域面積13 349 km2，其中巢湖閘以上面積9 130 km2，閘以下面積4 219 km2。年平均氣溫15～16 ℃，1月平均氣溫2～3 ℃，7月平均氣溫28～30 ℃。流域內(nèi)降水量年際變化大，多年平均降水量為1 000～1 158 mm。供試土壤為黃棕壤，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷含量偏低，土壤肥力不高。供試土壤化學(xué)性質(zhì)：pH 6.21，土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）15.99 g/kg，全氮1.13 g/kg，全磷0.32 g/kg，全鉀663.77 g/kg，堿解氮97.16 mg/kg，速效磷7.48 mg/kg，速效鉀145.99 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用徑流小區(qū)長(zhǎng)期定位研究方法，設(shè)計(jì)4個(gè)處理：①植物籬（PH）。常規(guī)耕作下選用百合科萱草屬植物黃花菜，每小區(qū)栽植3帶，每帶2行，行距20 cm，株距20 cm。②植物籬+秸稈覆蓋（HM）。常規(guī)耕作下將油菜或小麥秸稈剪成20～30 cm，覆蓋于植物籬帶間地表，用量為3 000 kg/hm2。③常規(guī)耕作（CK）。將土壤耕作層修成順坡平面。④等高壟作（CT）。將小區(qū)修建成6階順坡梯田。3次重復(fù)，完全隨機(jī)區(qū)組排列。各小區(qū)呈北高南低，坡度5°，面積24 m2（8 m×3 m），小區(qū)四周用25 cm厚的磚砌水泥擋板，地下部分埋深和地上高均為25 cm，以防止各小區(qū)內(nèi)外徑流，在其南側(cè)（下邊）建立徑流池，以便收集降雨產(chǎn)流后的水樣和泥沙樣。試驗(yàn)區(qū)附近設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)雨量筒，用以降雨觀測(cè)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

觀測(cè)時(shí)間為2012—2013年，降雨產(chǎn)流后，立即測(cè)定每個(gè)徑流池水位，計(jì)算徑流量。采集徑流池泥水樣，總氮（TN）采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測(cè)定；溶解態(tài)氮（DN）由水樣經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過濾后，測(cè)定方法與總氮相同；顆粒態(tài)氮（PN）的濃度為總氮濃度減去溶解態(tài)氮濃度；銨態(tài)氮（NH4+-N）采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定；硝態(tài)氮（NO3--N）采用紫外分光光度法測(cè)定。氮素流失量的計(jì)算方法為每次徑流體積與氮流失濃度的乘積?？偭祝═P）采用過硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法測(cè)定；水溶性總磷（DP）將水樣用0.45 μm微孔濾膜過濾后，測(cè)定方法與總磷相同；顆粒態(tài)總磷為總磷減去水溶性總磷?；瘜W(xué)需氧量（COD）采用重鉻酸鉀法測(cè)定。水樣的保存方法：水樣取回后一般立即測(cè)定，少量不能測(cè)定的，滴加濃硫酸并冷凍保存，5 d內(nèi)測(cè)完。

在每次作物收獲后采集土樣，在小區(qū)的下部、中部和上部地段分0～10、10～20 cm 2層采樣，每個(gè)土樣取4個(gè)點(diǎn)混合后分別代表小區(qū)下部、中部和上部不同層次的土壤。采用常規(guī)方法測(cè)定土壤樣品的pH、有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物籬與秸稈覆蓋對(duì)徑流量和產(chǎn)沙量的影響

2012年未產(chǎn)生徑流，僅在2013年7月6日和8日取2次徑流水樣，降雨量分別為51.2、92.6 mm。

地表徑流是引起坡耕地土壤侵蝕和養(yǎng)分流失的主要?jiǎng)恿12]。從圖1可以看出，由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)民常規(guī)耕作（CK）是從坡頂順坡而下的種植方式，種植行與地表徑流的流向一致，且地表覆蓋度較小，因此地表和土壤侵蝕量最高。植物籬+秸稈覆蓋（HM）處理徑流、產(chǎn)沙最少，不僅是因?yàn)橹参锘h具有阻滯攔截徑流泥沙能力，而且?guī)￠g秸稈覆蓋增大了地表覆蓋度，降低了雨水打擊地表的力度，延長(zhǎng)了產(chǎn)流時(shí)間，增加了入滲量，加強(qiáng)了滲透性和抗沖性。與常規(guī)耕作對(duì)照處理相比，

植物籬+秸稈覆蓋、植物籬和等高壟作處理的徑流量與產(chǎn)沙量分別降低43.00%和48.52%、36.52%和40.52%、33.11%和38.42%。

植物籬+秸稈覆蓋處理徑流、產(chǎn)沙量與常規(guī)耕作差異顯著，植物籬處理與等高壟作處理的徑流、產(chǎn)沙量介于兩者之間。

2.2 植物籬與秸稈覆蓋對(duì)地表徑流中各養(yǎng)分流失特征的影響

徑流中養(yǎng)分含量取決于徑流沖擊土壤的程度、徑流量以及土壤中養(yǎng)分含量等因素[13]。從表1可以看出，2次降雨常規(guī)耕作處理徑流水中總氮和總磷平均濃度分別為5.19和1.12 mg/L，均高于其他處理，分別比植物籬、植物籬+秸稈覆蓋和等高壟作處理總氮和總磷平均濃度高14.62%和30.49%、12.96%和25.42%、10.77%和27.34%。在2次徑流水樣中硝態(tài)氮濃度均高于銨態(tài)氮濃度。且第1次降雨徑流中的養(yǎng)分濃度均高于第2次徑流中養(yǎng)分濃度，原因可能是降雨間隔時(shí)間太短，易流失的養(yǎng)分大部分被第1次帶走。

2.3 植物籬與秸稈覆蓋對(duì)土壤pH的影響

試驗(yàn)小區(qū)建立于2008年，圖2中1、5、10號(hào)小區(qū)是有植物籬處理的小區(qū)（PH），2、7、12是植物籬+秸稈覆蓋處理小區(qū)（HM），3、8、11是常規(guī)耕作小區(qū)（CK），4、6、9是等高壟作小區(qū)（CT）。由圖2可知，0～10、10～20 cm耕層的土壤pH均在5～6，基本為弱酸性土壤。隨著時(shí)間的推移pH總體呈下降趨勢(shì)，但差異不顯著。這種變化差異可能是受水分、作物根系或者土壤微生物的影響。

2.4 植物籬與秸稈覆蓋對(duì)耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

有機(jī)質(zhì)是土壤固相部分的重要組成，盡管土壤有機(jī)質(zhì)含量?jī)H占土壤總量的很小一部分，但對(duì)土壤形成、土壤肥力、環(huán)境保護(hù)及農(nóng)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面具有重要意義。土壤有機(jī)質(zhì)是植物礦質(zhì)和有機(jī)營(yíng)養(yǎng)的重要來源，采用植物籬+秸稈覆蓋措施后能顯著提高耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量。

由圖3A可知，在2012年10月28日采樣中，不同處理0～10 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為HM、PH、CT、CK。植物籬+秸稈覆蓋（HM）、植物籬（PH）和等高壟作（CT）與常規(guī)耕作相比有機(jī)質(zhì)含量分別提高了26.53%、9.34%和6.22%。HM處理與CK之間差異極顯著，PH與HM、CT之間差異顯著，HM和CT處理與CK之間差異不顯著。10～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為HM、CT、PH、CK。與常規(guī)耕作相比，HM、CT、PH處理有機(jī)質(zhì)含量分別提高了21.18%、17.86%和8.80%。且HM、CT處理與CK有極顯著差異，而HM、CT、PH處理之間差異不顯著。

2013年6月5日取土樣，0～10 cm土層不同處理之間土壤有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為HM、CT、PH、CK。HM、CT、PH處理分別比CK有機(jī)質(zhì)含量高27.64%、7.20%、4.91%。僅HM與CK之間有極顯著差異，CT、PH與CK差異不顯著。10～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為HM、PH、CT、CK。與CK相比，HM、PH、CT處理有機(jī)質(zhì)含量分別提高了13.93%、9.02%、5.25%。HM處理與CK之間有顯著差異，而PH、CT處理與CK之間差異不顯著。

由圖3B可知，各處理0～10 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于10～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量，各處理上層和下層有機(jī)質(zhì)變化規(guī)律基本一致。HM處理有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于CK，說明植物籬+秸稈覆蓋（HM）、植物籬（PH）和等高壟作（CT）措施均可以提高耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量。

2.5 植物籬與秸稈覆蓋對(duì)耕層速效養(yǎng)分含量的影響

黎建強(qiáng)等[7]研究表明，在坡耕地-植物籬系統(tǒng)中，植物籬能顯著改善和提高植物籬帶內(nèi)表層土壤養(yǎng)分。0～20 cm土層，植物籬對(duì)農(nóng)耕地小區(qū)土壤SOM、TK含量，經(jīng)濟(jì)林小區(qū)土壤TK、AP含量有顯著影響[14]。從表2可以看出，在不同處理措施下耕層土壤速效養(yǎng)分含量有顯著差異。植物籬+秸稈覆蓋（HM）、植物籬（PH）、等高壟作（CT）處理耕層土壤速效養(yǎng)分與對(duì)照（CK）相比都有所提高，且HM處理顯著高于對(duì)照（CK）。在2012年10月28日采樣中，不同處理對(duì)0～10 cm土層土壤速效養(yǎng)分的影響，植物籬+秸稈覆蓋（HM）處理堿解氮、速效磷、速效鉀含量比對(duì)照（CK）分別提高了14.76%、61.66%、35.64%。植物籬（PH）處理堿解氮、速效磷、速效鉀含量比對(duì)照（CK）分別提高了4.57%、46.21%、20.39%。等高壟作（CT）處理堿解氮、速效磷、速效鉀含量比對(duì)照分別提高了3.96%、26.42%、1.93%。

不同處理對(duì)10～20 cm土層土壤速效養(yǎng)分的影響，植物籬+秸稈覆蓋（HM）處理土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量比對(duì)照（CK）分別提高了24.76%、115.76%、23.29%。植物籬（PH）處理堿解氮、速效磷、速效鉀含量比對(duì)照（CK）分別提高了15.53%、13.05%、7.16%。等高壟作（CT）處理堿解氮、速效磷、速效鉀含量比對(duì)照分別提高了13.03%、33.51%、4.44%。

在2013年6月5日采樣中，不同處理對(duì)0～10 cm土壤速效養(yǎng)分的影響，植物籬+秸稈覆蓋（HM）處理堿解氮、速效磷、速效鉀含量比對(duì)照（CK）分別提高了16.96%、46.64%、42.29%。植物籬（PH）處理堿解氮、速效磷、速效鉀含量比對(duì)照（CK）分別提高了5.77%、20.68%、7.90%。等高壟作（CT）處理堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別比對(duì)照提高了4.91%、8.30%、1.88%。

不同處理對(duì)10～20 cm土層土壤速效養(yǎng)分的影響，植物籬+秸稈覆蓋（HM）處理土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量比對(duì)照（CK）分別提高了10.44%、50.24%、25.94%。植物籬（PH）處理堿解氮、速效磷、速效鉀含量比對(duì)照（CK）分別提高了4.04%、41.39%、23.70%。等高壟作（CT）處理堿解氮、速效磷、速效鉀含量比對(duì)照分別提高了3.41%、11.28%、-37.32%。

3 結(jié)論

（1）相對(duì)于常規(guī)耕作處理，植物籬+秸稈覆蓋、植物籬和等高壟作處理徑流量分別減少了43.00%、36.52%和33.11%，泥沙量分別減少了48.52%、40.52%和38.42%，表現(xiàn)出顯著的水土保持作用。

（2）植物籬、植物籬+秸稈覆蓋和等高壟作處理能有效地降低徑流水中總氮和總磷濃度，與常規(guī)耕作相比，總氮和總磷平均濃度分別降低了14.62%和30.49%、12.96%和25.42%、10.77%和27.34%。

（3）不同處理之間耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為HM、PH、CT、CK。植物籬+秸稈覆蓋可以提高耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量，且顯著高于常規(guī)處理。

（4）不同處理措施下耕層土壤速效養(yǎng)分含量有顯著差異。植物籬+秸稈覆蓋、植物籬、等高壟作處理耕層土壤速效養(yǎng)分含量與對(duì)照（CK）相比都有所提高，且植物籬+秸稈覆蓋處理顯著高于對(duì)照。

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