秸稈覆蓋對(duì)種植烤煙坡耕地土壤侵蝕的影響

呂凱 段穎丹 吳伯志

摘要：【目的】探討秸稈覆蓋對(duì)種植烤煙坡耕地土壤侵蝕的影響，為坡耕地可持續(xù)利用提供理論依據(jù)?！痉椒ā坎捎檬覂?nèi)人工模擬降雨法，以烤煙K326為材料，分別設(shè)3個(gè)降雨強(qiáng)度（40、80和120 mm/h）和3個(gè)秸稈覆蓋量（3750、7500和15000 kg/ha），以無(wú)秸稈覆蓋為對(duì)照，觀(guān)測(cè)烤煙不同生育期徑流量和產(chǎn)沙量，并進(jìn)行不同因素與徑流量和產(chǎn)沙量的相關(guān)性分析及回歸分析?！窘Y(jié)果】隨著降雨歷時(shí)的推移，產(chǎn)流速率先上升而后趨于穩(wěn)定;隨著秸稈覆蓋量的增加，產(chǎn)流速率和產(chǎn)沙速率逐漸降低，當(dāng)秸稈覆蓋量達(dá)7500和15000 kg/ha時(shí)，兩者水土保持效果較接近，其平均產(chǎn)流速率和平均產(chǎn)沙速率分別為0.19、0.14 L/（m2·min）和0.05、0.03 g/（m2·min）;徑流量和產(chǎn)沙量隨降雨強(qiáng)度的增加而上升，兩者均與降雨強(qiáng)度呈極顯著正相關(guān)（P<0.01，下同）;秸稈覆蓋量越高，徑流量和產(chǎn)沙量越低，3個(gè)秸稈覆蓋處理的徑流量和產(chǎn)沙量較對(duì)照分別降低48.67%～81.62%和57.63%～89.98%;無(wú)秸稈覆蓋時(shí)，徑流量和產(chǎn)沙量隨葉面積指數(shù)的增加而降低，徑流量和產(chǎn)沙量與葉面積指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，但僅產(chǎn)沙量達(dá)顯著水平（P<0.05）;雙因素方差分析結(jié)果表明，秸稈覆蓋量、葉面積指數(shù)及兩者交互作用對(duì)徑流量和產(chǎn)沙量均有極顯著影響，以秸稈覆蓋量對(duì)產(chǎn)流產(chǎn)沙的貢獻(xiàn)最大;基于降雨強(qiáng)度（RI）、秸稈覆蓋量（ST）和葉面積指數(shù)（LAI）建立徑流量（Yr）和產(chǎn)沙量（Ys）的最優(yōu)回歸方程分別為Yr=19.136-0.003×ST+0.356×RI-1.216×LAI和Ys=7.711-0.001×ST+0.152×RI-0.854×LAI，對(duì)應(yīng)的決定系數(shù)（R2）為0.630和0.577，方程擬合度均達(dá)極顯著水平?！窘Y(jié)論】秸稈覆蓋或烤煙冠層均能有效降低坡耕地徑流量和產(chǎn)沙量，當(dāng)兩者同時(shí)存在時(shí)秸稈覆蓋起主導(dǎo)作用，以7500 kg/ha秸稈覆蓋量對(duì)土壤侵蝕的抑制效果較好。

關(guān)鍵詞： 秸稈覆蓋;烤煙;葉面積指數(shù);坡耕地;土壤侵蝕

中圖分類(lèi)號(hào)： S157;S572? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：2095-1191（2019）11-2450-09

Effects of straw mulching on soil erosion in tobacco

sloping farmland

LYU Kai， DUAN Ying-dan， WU Bo-zhi*

（Faculty of Agronomy and Biotechnology， Yunnan Agriculture University， Kunming? 650201， China）

Abstract：【Objective】The effects of straw mulching on soil erosion in tobacco sloping farmland were investigated to provide a theoretical basis for sustainable use of slope land. 【Method】The experiments were conducted by rainfall simulator during different tobacco growth stages involving three rainfall intensities（40，80 and 120 mm/h） and three straw rates （3750，7500 and 15000 kg/ha），and no straw was the control. Tobacco K326 was the material. The runoff and sediment yield at various growth stages were measured.Besides，the correlation and regression between soil erosion indexes （runoff and sediment yield） and different factors were discussed， respectively. 【Result】The runoff rate increased with rainfall duration firstly， and then tended to stabilize，the runoff rate and sediment yield rate reduced with straw rates increased.When the straw mulching were 7500 and 15000 kg/ha， the water conservation effects were close， and the average runoff rate and sediment yield rate of two treatments were up to 0.19 and 0.14 L/（m2·min），0.05 and 0.03 g/（m2·min）， respectively. Runoff and sediment yield increased as rainfall intensity went up. The runoff and sediment yield were extremely positive related to rainfall intensity（P<0.01， the same as below），and cut down with straw rate increased. The runoff and sediment yield decreased by 48.63%-81.62% and 57.63%-89.98% respectively compared to control. Moreover，runoff and sediment yield decreased with the increase of leaf area index under the condition of no straw mulching，the runoff and sediment yield were negatively correlated with leaf area index，but only sediment yield reached significant level（P<0.05）. The two-way analysis of variance showed that thestraw mulching， leaf area index and their interaction exhibited extremely signi-ficant effect on runoff and sediment yield，and straw mulching was the most important factor. The optimal regression equations of runoff and sediment yield were Yr=19.136-0.003×ST+0.356×RI-1.216×LAI and Ys=7.711-0.001×ST+0.152×RI-0.854×LAI，which were established on rainfall intensity（RI）， straw rates（ST） and leaf area index（LAI） by stepwise regression analysis，the coefficients of determination（R2） were respectively 0.630 and 0.577， and the fitness of the equations reached extremely significant level. 【Conclusion】Therefore，the straw mulching orcanopy cover can reduce runoff and sediment yield， but the former is better than the latter when both of them are applied. The straw rate of 7500 kg/ha has sound effects on soil erosion control.

Key words： straw mulching; flue-cured tobacco; leaf area index; sloping farmland; soil erosion

0 引言

【研究意義】據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年全國(guó)烤煙種植面積和產(chǎn)量分別為108.1萬(wàn)ha和227.9萬(wàn)t（國(guó)家統(tǒng)計(jì)局，2018），其中70%烤煙種植于坡地，部分甚至為陡坡地，水土流失風(fēng)險(xiǎn)較高，對(duì)煙草生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展造成較大隱患。云南省作為我國(guó)最大的烤煙產(chǎn)區(qū)，2017年種植面積和產(chǎn)量分別達(dá)41.2萬(wàn)ha和83.9萬(wàn)t（國(guó)家統(tǒng)計(jì)局，2018），其中80%以上為山地?zé)?。近年?lái)，隨著云南煙區(qū)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的不斷改善和烤煙種植比較收益的降低，烤煙種植“上山”現(xiàn)象日益加劇，加之烤煙生產(chǎn)過(guò)程中土壤侵蝕問(wèn)題較少被關(guān)注，導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重，土壤耕層變薄，肥力降低（史東梅等，2017），烤煙產(chǎn)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)收益下降（蔡毅等，2014）。因此，如何降低植煙坡地土壤侵蝕，對(duì)促進(jìn)坡耕地資源的可持續(xù)利用及烤煙生產(chǎn)的穩(wěn)定性具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】秸稈覆蓋作為一種重要的保護(hù)性耕作措施，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。已有研究表明，秸稈覆蓋可通過(guò)吸收雨滴動(dòng)能，減少濺蝕，降低土壤孔隙堵塞和結(jié)皮機(jī)率，增加土壤入滲性能，降低徑流侵蝕力，從而減少地表產(chǎn)流產(chǎn)沙（Jordán et al.，2010;Prosdocimi et al.，2016）;同時(shí)可通過(guò)增加地表糙度和降低徑流流速以減少土壤侵蝕（Gholami et al.，2013;朱高立等，2016）。林超文等（2010b）研究發(fā)現(xiàn)，與裸地相比，秸稈覆蓋降低產(chǎn)流和產(chǎn)沙量分別達(dá)73.9%～86.2%和96.4%～98.1%;Sadeghi等（2015）通過(guò)測(cè)定發(fā)現(xiàn)秸稈覆蓋可降低徑流量89.34%～96.71%;白永會(huì)等（2017）通過(guò)模擬降雨試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋減流減沙率分別達(dá)69.3%和99.2%;王靜等（2010）、徐勤學(xué)等（2017）的研究結(jié)果也表明秸稈覆蓋可有效抑制地表產(chǎn)流和產(chǎn)沙。對(duì)于作物覆蓋而言，隨著作物生長(zhǎng)，冠層覆蓋度不斷增加，其降低土壤侵蝕的能力也不斷增強(qiáng)。前人的研究結(jié)果表明，玉米葉面積指數(shù)與產(chǎn)沙量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)（陳龍飛等，2013;王鵬飛等，2016），作物冠層覆蓋度每增加10%則產(chǎn)沙率減少0.19%～0.27%（袁正科等，2002）。與裸地相比，大豆冠層覆蓋可平均降低徑流量和泥沙量為31.43%和54.84%（馬波等，2012），春小麥冠層覆蓋則可減少46.85%徑流量和53.02%泥沙量（黃滿(mǎn)湘等，2003）。焦平金等（2009）研究認(rèn)為，葉面積指數(shù)是造成不同類(lèi)型作物冠層覆蓋水土保持效果差異的主要因素，其中作物覆蓋抑制土壤侵蝕的效果為玉米<棉花<黃豆。【本研究切入點(diǎn)】目前，關(guān)于秸稈覆蓋或作物冠層對(duì)植煙土壤侵蝕影響的研究較多，但兩者共同作用對(duì)土壤侵蝕影響的研究鮮有報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以植煙坡耕地為研究對(duì)象，探討人工模擬降雨條件下秸稈覆蓋與烤煙冠層對(duì)土壤侵蝕的影響，以期為坡耕地土壤侵蝕防治和烤煙生產(chǎn)的可持續(xù)性提供理論支撐。

1 材料與方法

1. 1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年5—9月在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水資源與節(jié)水灌溉重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（東經(jīng)102°45′，北緯25°7′）進(jìn)行。該區(qū)域年平均氣溫15 ℃，年均日照時(shí)數(shù)2200 h，無(wú)霜期240 d以上，年降水量1035 mm，全年85%的降雨量集中在5—10月，其中大雨和暴雨較多。土壤類(lèi)型主要為紅壤和紫色土?？緹煘楫?dāng)?shù)氐闹饕?jīng)濟(jì)作物。

1. 2 試驗(yàn)材料與裝置

供試烤煙為當(dāng)?shù)刂髟云贩NK326，秸稈類(lèi)型為當(dāng)年收獲小麥。人工模擬降雨裝置由南京林業(yè)大學(xué)制造，降雨高度9 m，降雨強(qiáng)度變化范圍15～150 mm/h，降雨均勻度大于85%。徑流小區(qū)采用自制可調(diào)節(jié)坡度（0～30°）的土槽，長(zhǎng)度、寬度和深度分別為160、80和30 cm，土槽下端上方和底部分別設(shè)置有導(dǎo)流管，用于地表徑流和地下滲漏收集。土槽內(nèi)填裝土壤來(lái)自坡耕地耕層（0～20 cm），土壤類(lèi)型為砂質(zhì)紅壤，填裝前在土槽底鋪墊透水粗棉布。土壤風(fēng)干后經(jīng)孔徑為10 mm鋼篩過(guò)篩，按10 cm厚度分3層填裝，邊填土邊壓實(shí)，土壤容重約1.15 g/cm3。供試土壤養(yǎng)分狀況（歐陽(yáng)鋮人等，2018）：有機(jī)質(zhì)23.60 g/kg，全氮0.15 g/kg，全磷0.08 g/kg，全鉀0.15 g/kg，堿解氮37.29 mg/kg，速效磷20.36 mg/kg，速效鉀83.30 mg/kg，pH 6.66。

1. 3 試驗(yàn)方法

根據(jù)近43年的水文資料分析，該區(qū)域降雨侵蝕力以大雨和暴雨為主（趙平偉等，2015）。因此，結(jié)合氣象部門(mén)對(duì)雨強(qiáng)的劃分，降雨強(qiáng)度設(shè)計(jì)為40、80和120 mm/h，分別模擬大雨、暴雨和特大暴雨;以無(wú)秸稈覆蓋（0 kg/ha，SM0）為對(duì)照，另設(shè)3個(gè)秸稈覆蓋量，分別為3750 kg/ha（SM3750）、7500 kg/ha（SM7500）和15000 kg/ha（SM15000）;在烤煙移栽后的第45 d（旺長(zhǎng)期，F(xiàn)GS）、75 d（現(xiàn)蕾期，SS）和110 d（成熟末期，LMS）進(jìn)行室內(nèi)模擬降雨。試驗(yàn)正式開(kāi)始前，對(duì)降雨強(qiáng)度進(jìn)行率定，降雨產(chǎn)流后，每間隔5 min取1次徑流和泥沙樣品，單次降雨歷時(shí)60 min，取樣12次，重復(fù)3次。

在土槽內(nèi)橫坡起壟兩行，壟體寬40 cm，土槽上端和下端壟溝寬均為20 cm，中間壟溝為40 cm。每壟種植烤煙2株，共計(jì)4株，株距和行距分別為40和80 cm，種植完成后將土槽調(diào)節(jié)至7°（試驗(yàn)區(qū)域烤煙種植以緩坡地為主）并置于室外?？緹熡?017年5月1日移栽并覆膜，氮、磷和鉀肥施用量分別為105、135和300 kg/ha（煙草專(zhuān)用復(fù)合肥、鈣鎂磷肥和硫酸鉀混合施用），6月10日完成揭膜培土，并采用分切約5 cm長(zhǎng)的小麥秸稈（風(fēng)干）對(duì)壟體和壟溝進(jìn)行均勻覆蓋。其余種植和管理措施按照當(dāng)?shù)乜緹熒a(chǎn)習(xí)慣進(jìn)行。

1. 4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1. 4. 1 徑流量和產(chǎn)沙量 產(chǎn)流后采用帶蓋集水桶每隔5 min測(cè)量1次徑流體積，并用竹竿在桶內(nèi)攪動(dòng)1 min，分層采集徑流250 mL，室內(nèi)靜置48 h后，倒掉上清液過(guò)濾，于50 ℃下烘干至恒重并稱(chēng)重。徑流量按公式（1）計(jì)算：

R=[i=1n=12r ] （1）

式中，R為產(chǎn)流后60 min內(nèi)徑流總量（L），r為5 min內(nèi)徑流量（L）。

產(chǎn)沙量按公式（2）計(jì)算：

S=[i=1n=12K] ×r÷V （2）

式中，S為產(chǎn)流后60 min內(nèi)泥沙總量（g），K為250 mL徑流中泥沙重量（g），r為5 min內(nèi)徑流量（L），V=0.25 L。

產(chǎn)流速率為5 min內(nèi)單位面積平均徑流量，產(chǎn)沙速率為5 min內(nèi)單位面積平均產(chǎn)沙量。

1. 4. 2 葉面積指數(shù) 在每個(gè)生育期進(jìn)行模擬降雨前，測(cè)量土槽中各株烤煙葉片的最大長(zhǎng)度和寬度，并參照邵惠芳等（2017）的方法計(jì)算葉面積指數(shù)（LAI）。

LAI=（k[i=1n=4j=1xL]×W）÷a （3）

式中，k為烤煙葉面積系數(shù)0.6345（國(guó)家煙草專(zhuān)賣(mài)局，2010），x為單株葉片數(shù)，L和W分別為葉片最大長(zhǎng)度（m）和寬度（m），a為土槽面積，其值為1.28 m2。

1. 5 統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel 2016和SPSS 24.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，其中多重比較采用Duncans新復(fù)極差法，相關(guān)分析采用Pearson系數(shù)（雙側(cè)）;采用Origin 2018作圖。

2 結(jié)果與分析

2. 1 烤煙不同生育期的葉面積指數(shù)變化情況

烤煙種植于4個(gè)不同土槽，并分別覆蓋4個(gè)不同梯度的秸稈量。由表1可知，同一生育期不同土槽烤煙葉面積指數(shù)存在一定差異，隨著烤煙生育期的推移，葉面積指數(shù)先增大后減小，到成熟末期（LMS）時(shí)由于葉片采收完畢，葉面積指數(shù)為0。

2. 2 烤煙不同生育期產(chǎn)流產(chǎn)沙過(guò)程分析

烤煙不同生育期的產(chǎn)流和產(chǎn)沙過(guò)程如圖1所示。產(chǎn)流速率在不同生育期和秸稈覆蓋條件下總體上表現(xiàn)為先上升而后逐漸趨于平穩(wěn)。秸稈覆蓋處理（SM3750、SM7500和SM15000）在不同生育期內(nèi)的產(chǎn)流速率與產(chǎn)沙速率較接近。對(duì)于無(wú)秸稈覆蓋處理（SM0）而言，不同生育期的產(chǎn)流速率與產(chǎn)沙速率存在差異，其中產(chǎn)流速率以成熟末期最高，烤煙旺長(zhǎng)期（FGS）和現(xiàn)蕾期（SS）則接近;產(chǎn)沙速率排序?yàn)镾S

2. 3 不同因素對(duì)坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響

2. 3. 1 降雨強(qiáng)度 由圖2可知，降雨強(qiáng)度越大，坡面徑流量和產(chǎn)沙量越高，且不同降雨強(qiáng)度間的差異達(dá)顯著水平（P<0.05，下同）;與40 mm/h降雨強(qiáng)度相比，80和120 mm/h降雨強(qiáng)度下各秸稈覆蓋處理徑流量平均增加2.9和4.22倍，產(chǎn)沙量則平均增加3.92和6.31倍。相關(guān)分析結(jié)果（表2）顯示，徑流量和產(chǎn)沙量分別與降雨強(qiáng)度呈極顯著正相關(guān)（P<0.01，下同），說(shuō)明降雨強(qiáng)度是導(dǎo)致坡面土壤侵蝕的直接因素之一。造成上述結(jié)果的主要原因是：一方面由于降雨強(qiáng)度越大，雨滴對(duì)土壤沖擊力越大，表層土壤越容易被剝離，從而使產(chǎn)沙量增加;另一方面，雨滴沖擊加劇了土壤團(tuán)聚體崩解而堵塞土壤孔隙度，降低土壤入滲率，增加徑流量，同時(shí)增加徑流的攜帶泥沙能力。

2. 3. 2 秸稈覆蓋量 秸稈覆蓋量對(duì)徑流量和產(chǎn)沙量的影響如圖3所示。秸稈覆蓋量越高，徑流量和產(chǎn)沙量越低，且不同秸稈覆蓋量處理間的徑流量（除80 mm/h成熟末期）和產(chǎn)沙量均差異顯著。相關(guān)分析結(jié)果（表3）顯示，徑流量和產(chǎn)沙量與秸稈覆蓋量呈極顯著負(fù)相關(guān)。究其原因：一方面秸稈覆蓋降低了雨滴動(dòng)能，減少表層土壤濺蝕與地表結(jié)皮，有效抑制土壤孔隙被堵塞，提升雨水入滲，減少?gòu)搅髁?另一方面，由于秸稈附著于地表后會(huì)削弱地表徑流的動(dòng)能，降低徑流流速，從而降低徑流對(duì)土壤的剝離能力。由此可見(jiàn)，秸稈覆蓋可有效降低坡地徑流量和產(chǎn)沙量。與無(wú)秸稈覆蓋處理相比，SM3750、SM7500和SM15000處理的徑流量和產(chǎn)沙量分別平均降低48.67%、73.67%、81.62%和57.63%、84.73%、89.98%，進(jìn)一步說(shuō)明當(dāng)秸稈覆蓋量超過(guò)7500 kg/ha時(shí)，秸稈覆蓋降低產(chǎn)沙和產(chǎn)流的增幅效果減弱。

2. 3. 3 葉面積指數(shù) 各秸稈覆蓋處理烤煙不同生育期葉面積指數(shù)見(jiàn)表1。由圖4可知，在有無(wú)秸稈覆蓋下，葉面積指數(shù)對(duì)產(chǎn)流和產(chǎn)沙的影響存在明顯差異。當(dāng)無(wú)秸稈覆蓋（SM0）時(shí)，徑流量和產(chǎn)沙量均隨葉面積指數(shù)增加而降低，且不同葉面積指數(shù)條件下徑流量（除120 mm/h）和產(chǎn)沙量存在顯著差異，說(shuō)明烤煙冠層可降低產(chǎn)流和產(chǎn)沙量，且冠層覆蓋度越高效果越好。當(dāng)有秸稈覆蓋（SM3750、SM7500和SM15000）時(shí)，在相同降雨強(qiáng)度和秸稈覆蓋量下，現(xiàn)蕾期（LAI=6.5～7.6）產(chǎn)流和產(chǎn)沙量均低于旺長(zhǎng)期（LAI=2.8～3.6），尤其是當(dāng)降雨強(qiáng)度為80和120 mm/h時(shí)，差異達(dá)顯著水平，表明秸稈與冠層覆蓋共同作用時(shí)，增加冠層覆蓋有助于降低坡面產(chǎn)流和產(chǎn)沙量。由表4可知，雖然葉面積指數(shù)與徑流量和產(chǎn)沙量均呈負(fù)相關(guān)，但僅與產(chǎn)沙量相關(guān)性達(dá)顯著水平，且相關(guān)度較低，進(jìn)一步說(shuō)明葉面積指數(shù)對(duì)土壤侵蝕的作用受降雨強(qiáng)度和秸稈覆蓋的影響較大。

2. 3. 4 秸稈覆蓋量與葉面積指數(shù)的交互作用 不同降雨強(qiáng)度下秸稈覆蓋量和葉面積指數(shù)與產(chǎn)流產(chǎn)沙的雙因素方差分析結(jié)果（表5）表明，秸稈覆蓋量、葉面積指數(shù)及兩者的交互作用對(duì)徑流量和產(chǎn)沙量均有極顯著影響;由各自變量III型平方和可知，秸稈覆蓋量對(duì)徑流量和產(chǎn)沙量的貢獻(xiàn)最大，其次為秸稈覆蓋量與葉面積指數(shù)的交互作用，葉面積指數(shù)的貢獻(xiàn)最小。

2. 4 土壤侵蝕指標(biāo)的回歸分析結(jié)果

基于降雨強(qiáng)度、秸稈覆蓋量和葉面積指數(shù)，采用多元線(xiàn)性逐步回歸分析法建立徑流量和產(chǎn)沙量的最優(yōu)回歸方程（表6）?；貧w方程中，Yr為徑流量（L），Ys為產(chǎn)沙量（g），ST為秸稈覆蓋量（kg/ha），RI為降雨強(qiáng)度（mm/h），LAI為葉面積指數(shù)，經(jīng)F檢驗(yàn)結(jié)果顯示，回歸方程均達(dá)極顯著水平，說(shuō)明回歸方程較可靠，可用于模擬秸稈覆蓋條件下植煙坡地坡面徑流量和產(chǎn)沙量。

3 討論

本研究結(jié)果顯示，隨著降雨歷時(shí)的推移，植煙坡面產(chǎn)流速率先上升，隨后逐漸趨于穩(wěn)定，且隨著秸稈覆蓋量的增加，產(chǎn)流速率和產(chǎn)沙速率均呈下降趨勢(shì)，與張翼夫等（2015）的研究結(jié)果相似。隨著秸稈量增加，秸稈覆蓋對(duì)土壤侵蝕抑制效果的增幅呈下降趨勢(shì)，尤其當(dāng)秸稈覆蓋量達(dá)7500和15000 kg/ha時(shí)，兩者的產(chǎn)流速率、產(chǎn)沙速率、徑流量和產(chǎn)沙量均較接近，主要是因?yàn)楫?dāng)覆蓋度較高時(shí)，過(guò)多的秸稈覆蓋對(duì)地表糙度增加和雨滴動(dòng)能的削弱效果有限，而對(duì)土壤入滲性能影響較?。◤堃矸虻?，2015），使其對(duì)產(chǎn)流產(chǎn)沙的抑制增幅效果降低。本研究還發(fā)現(xiàn)，雖然土壤侵蝕隨降雨強(qiáng)度的增加而加劇，但隨著秸稈覆蓋量的增加，坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙水平呈降低趨勢(shì)，表明秸稈覆蓋量增加能削弱降雨強(qiáng)度增加對(duì)土壤侵蝕帶來(lái)的影響（張翼夫等，2015）。單純從水土保持角度來(lái)看，秸稈覆蓋量越高，其效果越好，但由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是以經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出為目的，過(guò)多的秸稈量不僅會(huì)增加生產(chǎn)成本，還會(huì)破壞作物生長(zhǎng)環(huán)境。因此，坡耕地可持續(xù)利用需兼顧生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。在本研究中，當(dāng)秸稈量為7500 kg/ha時(shí)，減流和減沙比例分別達(dá)73.67%和84.73%，而當(dāng)秸稈量增至15000 kg/ha時(shí)，減流和減沙比例約增加8.00%和5.00%，說(shuō)明當(dāng)秸稈覆蓋量超過(guò)7500 kg/ha時(shí)，秸稈量的增加帶來(lái)水土保持收益較低;此外，過(guò)量的秸稈覆蓋會(huì)降低坡耕地烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)（鄭憲濱等，2007），從而減少經(jīng)濟(jì)收益。綜上所述，在本研究條件下，以7500 kg/ha秸稈覆蓋量的綜合效益較好。

產(chǎn)流和產(chǎn)沙是反映坡耕地土壤侵蝕的重要指標(biāo)，弄清降雨過(guò)程中地表產(chǎn)流和產(chǎn)沙特征有助于理解和闡述坡耕地土壤侵蝕機(jī)制。坡耕地產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響因素較多，如地表覆蓋度（馬波等，2012）、耕作措施（陳龍飛等，2013）、種植制度（蔣翔等，2015）、土壤理化性狀（吳媛媛等，2016）和降雨強(qiáng)度（朱高立等，2016）等。就秸稈覆蓋和作物冠層而言，已有研究表明秸稈覆蓋或作物冠層均能有效抑制坡耕地產(chǎn)流和產(chǎn)沙，降低土壤侵蝕（王靜等，2010;Zhao et al.，2014;Tesemma et al.，2015;朱高立等，2016），本研究結(jié)果與上述的前人研究結(jié)果一致。本研究還發(fā)現(xiàn)，在40、80和120 mm/h降雨強(qiáng)度條件下，當(dāng)無(wú)冠層覆蓋時(shí)（成熟末期），3750、7500和15000 kg/ha秸稈覆蓋較無(wú)秸稈覆蓋的徑流量和產(chǎn)沙量平均降低64.97%～91.63%和70.82%～93.88%;而無(wú)秸稈覆蓋時(shí)，旺長(zhǎng)期和現(xiàn)蕾期徑流量和產(chǎn)沙量較成熟末期平均降低38.66%～45.66%和26.04%～63.53%，說(shuō)明秸稈覆蓋對(duì)抑制坡耕地產(chǎn)流產(chǎn)沙的效果高于冠層覆蓋。這主要是因?yàn)榻涤杲?jīng)作物冠層分配后將動(dòng)能較高的雨滴轉(zhuǎn)化為動(dòng)能較小的穿透雨和莖稈流（馬波等，2014），降低了濺蝕和結(jié)皮的機(jī)率，增加雨水入滲（張祖蓮等，2017），從而降低坡面產(chǎn)流和產(chǎn)沙;但由于冠層下方穿透雨的分布不均勻性，穿透雨多以葉尖和葉緣引流的方式到達(dá)地表（馬波等，2015），也會(huì)加劇局部土壤的濺蝕和產(chǎn)流，尤其是在降雨強(qiáng)度較大和植株較高時(shí);當(dāng)秸稈覆蓋達(dá)到一定量時(shí)，雨滴大部分動(dòng)能被秸稈吸收，其對(duì)土壤孔隙度和糙度的破壞較小，維持了土壤良好的入滲性能，同時(shí)降雨能均勻入滲，從而能更有效地降低產(chǎn)流和產(chǎn)沙。本研究結(jié)果表明，秸稈覆蓋量、葉面積指數(shù)及兩者交互作用均對(duì)坡面產(chǎn)流和產(chǎn)沙具有極顯著影響，其中以秸稈覆蓋量的影響最大，而葉面積指數(shù)的影響最小，進(jìn)一步說(shuō)明秸稈和冠層同時(shí)作用，秸稈覆蓋是影響坡面產(chǎn)流和產(chǎn)沙的主導(dǎo)因子。在無(wú)冠層覆蓋時(shí)，由于降雨可均勻分布于地表，增加雨水入滲面積，其次秸稈直接覆蓋于地表，其對(duì)雨水的攔截效果相對(duì)更好;而有冠層存在時(shí)，由于其對(duì)降雨的攔截和引流，降低雨水到達(dá)地表分布的均勻性及雨水入滲面積，削弱秸稈覆蓋的作用，導(dǎo)致局部土壤侵蝕加劇，可能是造成秸稈覆蓋與葉面積指數(shù)的交互作用對(duì)產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響不及秸稈覆蓋單一作用的原因。本研究區(qū)域烤煙成熟采收階段（7—9月）正值雨季，隨著冠層覆蓋的降低，土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)不斷增加。因此，在烤煙生產(chǎn)中有必要進(jìn)行合理的秸稈覆蓋，既有利于增加坡耕地雨水利用效率（林超文等，2010a），又能降低土壤侵蝕（Prosdocimi et al.，2016），促進(jìn)烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)形成（蔡毅等，2014），實(shí)現(xiàn)坡耕地的可持續(xù)利用。

本研究基于室內(nèi)人工模擬降雨，探討不同降雨強(qiáng)度、秸稈覆蓋量和葉面積指數(shù)條件下坡耕地產(chǎn)流產(chǎn)沙特征，明確秸稈與烤煙冠層覆蓋對(duì)土壤侵蝕影響及適宜的秸稈覆蓋量，研究結(jié)果可為當(dāng)?shù)乜緹熒a(chǎn)及坡耕地土壤侵蝕防治提供理論支撐。但關(guān)于秸稈與作物冠層協(xié)同作用下對(duì)坡耕地產(chǎn)流產(chǎn)沙機(jī)制影響仍需進(jìn)一步深入研究，以便為坡耕地土壤侵蝕的防治提供更系統(tǒng)的理論依據(jù)。

4 結(jié)論

植煙坡地土壤侵蝕隨秸稈覆蓋量或葉面積指數(shù)的增加而降低，秸稈覆蓋或烤煙冠層均能有效降低坡耕地徑流量和產(chǎn)沙量，當(dāng)兩者同時(shí)存在時(shí)秸稈覆蓋的減流減沙效益相對(duì)更好，在坡耕地烤煙生產(chǎn)中建議采用7500 kg/ha秸稈覆蓋以降低土壤侵蝕，增加雨水利用效率，促進(jìn)坡耕地可持續(xù)利用。

參考文獻(xiàn)：

白永會(huì)，查軒，查瑞波，張婧，戴金梅，王麗園，劉川，范章懷. 2017. 秸稈覆蓋紅壤徑流養(yǎng)分流失效益及徑流剪切力影響研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，31（6）：94-99. [Bai Y H，Zha X，Zha R B，Zhang J，Dai J M，Wang L Y，Liu C，F(xiàn)an Z H. 2017. Effects of straw mulching on soil erosion benefits and runoff shear force under simulated rainfall[J]. Journal of Soil and Water Conservation，31（6）：94-99.]

蔡毅，向金友，程智敏，左娟，黃勝，張吉亞. 2014. 施肥技術(shù)對(duì)土壤養(yǎng)分流失和烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，27（1）：197-203. [Cai Y，Xiang J Y，Cheng Z M，Zuo J，Huang S，Zhang J Y. 2014. Effects of fertilizer application on soil nutrient loss，yield and quality of flue-cured tobacco[J]. Southwest China Journal of Agricultural Scien-ces，27（1）：197-203.]

陳龍飛，劉普靈，王栓全，劉棟. 2013. 玉米生長(zhǎng)對(duì)不同耕作方式下的徑流及產(chǎn)沙的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，27（1）：12-16. [Chen L F，Liu P L，Wang S Q，Liu D. 2013. Effect of maize on runoff and sediment yield under different til-lage practices[J]. Journal of Soil and Water Conservation，27（1）：12-16.]

國(guó)家統(tǒng)計(jì)局. 2018. 中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒—2018[M]. 北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社：401-407. [National Bureau of Statistics. 2018. China statistical yearbook—2018[M]. Beijing：China Statistics Press：401-407.]

國(guó)家煙草專(zhuān)賣(mài)局. 2010. YC/T 142—2010 煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測(cè)量方法[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社. [Administration，State Tobacco Monopoly. 2010. YC/T 142-2010 Investigating and measuring methods of agronomical character of tobacco[S]. Beijing：Standards Press of China.]

黃滿(mǎn)湘，章申，張國(guó)梁，張秀梅. 2003. 北京地區(qū)農(nóng)田氮素養(yǎng)分隨地表徑流流失機(jī)理[J]. 地理學(xué)報(bào)，58（1）：147-154. [Huang M X，Zhang S，Zhang G L，Zhang X M. 2003. Losses of nitrogen nutrient in overland flow from farmland in Beijing under simulated rainfall conditions[J]. Acta Geographica Sinica，58（1）：147-154.]

蔣翔，李博，李元，祖艷群. 2015. 秸稈覆蓋對(duì)桃—大豆套種地表徑流及N、P流失的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，29（6）：41-44. [Jiang X，Li B，Li Y，Zu Y Q. 2015. Effect of straw mulch on surface runoff and losses of nitrogen and phosphorus under peach-soybean interplanting system[J]. Journal of Soil and Water Conservation，29（6）：41-44.]

焦平金，王少麗，許迪，王友貞. 2009. 次暴雨下作物植被類(lèi)型對(duì)農(nóng)田氮磷徑流流失的影響[J]. 水利學(xué)報(bào)，40（3）：296-302. [Jiao P J，Wang S L，Xu D，Wang Y Z. 2009. Effect of crop vegetation type on nitrogen and phosphorus runoff losses from farmland in one rainstorm event[J]. Journal of Hydraulic Engineering，40（3）：296-302.]

林超文，羅春燕，龐良玉，付登偉，黃晶晶，涂仕華，張新全. 2010a. 不同覆蓋和耕作方式對(duì)紫色土坡耕地降雨土壤蓄積量的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，24（3）：213-216. [Lin C W，Luo C Y，Pang L Y，F(xiàn)u D W，Huang J J，Tu S H，Zhang X Q. 2010a. Influence of mulching and tillage methods on the rainfall storage by soil in purple soil area[J]. Journal of Soil and Water Conservation，24（3）：213-216.]

林超文，羅春燕，龐良玉，黃晶晶，付登偉，涂仕華，蒲波. 2010b. 不同耕作和覆蓋方式對(duì)紫色丘陵區(qū)坡耕地水土及養(yǎng)分流失的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，30（22）：6091-6101. [Lin C W，Luo C Y，Pang L Y，Huang J J，F(xiàn)u D W，Tu S H，Pu B. 2010b. Effects of different cultivation and mulc-hing methods on soil erosion and nutrient losses from a purple soil of sloping land[J]. Acta Ecologica Sinica，30（22）：6091-6101.]

馬波，李占斌，馬璠，吳發(fā)啟. 2015. 模擬降雨條件下玉米植株對(duì)降雨再分配過(guò)程的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，35（2）：497-507. [Ma B，Li Z B，Ma F，Wu F Q. 2015. Effects of maize plants on the redistribution of water under simula-ted rainfall conditions[J]. Acta Ecologica Sinica，35（2）：497-507.]

馬波，劉雨鑫，吳發(fā)啟. 2012. 植大豆對(duì)坡耕地徑流侵蝕產(chǎn)沙的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，26（4）：32-36. [Ma B，Liu Y X，Wu F Q. 2012. Effect of soybean plants on runoff erosion sediment on slope land[J]. Journal of Soil and Water Conservation，26（4）：32-36.]

馬波，馬璠，李占斌，吳發(fā)啟. 2014. 模擬降雨條件下作物植株對(duì)降雨再分配過(guò)程的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，30（16）：136-146. [Ma B，Ma F，Li Z B，Wu F Q. 2014. Effect of crops on rainfall redistribution processes under simulated rainfall[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，30（16）：136-146.]

歐陽(yáng)鋮人，吳伯志，吳開(kāi)賢，楊友瓊，段穎丹，張曉云，字淑慧. 2018. 玉米間作馬鈴薯及起壟的水土保持效應(yīng)[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，31（9）：1802-1810. [Ouyang C R，Wu B Z，Wu K X，Yang Y Q，Duan Y D，Zhang X Y，Zi S H. 2018. Effect of ridging on soil erosion under maize and potato intercropping in Southwest China[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences，31（9）：1802-1810.]

邵惠芳，劉志宏，崔登科，穆童，黃五星，許自成. 2017. 基于氮素效應(yīng)的烤煙葉面積指數(shù)動(dòng)態(tài)模擬[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，25（9）：1276-1286. [Shao H F，Liu Z H，Cui D K，Mu T，Huang W X，Xu Z C. 2017. Dynamic simulation of leaf area index of tobacco based on nitrogen effect[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture，25（9）：1276-1286.]

史東梅，蔣光毅，蔣平，婁義寶，丁文斌，金慧芳. 2017. 土壤侵蝕因素對(duì)紫色丘陵區(qū)坡耕地耕層質(zhì)量影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，33（13）：270-279. [Shi D M，Jiang G Y，Jiang P，Lou Y B，Ding W B，Jin H F. 2017. Effects of soil erosion factors on cultivated-layer quality of slope farmland in purple hilly area[J]. Transactions of the Chinese Socie-ty of Agricultural Engineering，33（13）：270-279.]

王靜，郭熙盛，王允青. 2010. 自然降雨條件下秸稈還田對(duì)巢湖流域旱地氮磷流失的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，18（3）：492-495. [Wang J，Guo X S，Wang Y Q. 2010. Effect of straw mulch on nitrogen and phosphorus loss from farmlands in Chaohu Lake Region under natural rainfall condition[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture，18（3）：492-495.]

王鵬飛，鄭子成，張錫洲，李廷軒，林超文. 2016. 玉米季橫壟坡面細(xì)溝侵蝕特征及其影響因素[J]. 土壤學(xué)報(bào)，53（4）：869-880. [Wang P F，Zheng Z C，Zhang X Z，Li T X，Lin C W. 2016. Characteristics and influencing factors of rill erosion in slope land with contour ridges during maize growing season[J]. Acta Pedologica Sinica，53（4）：869-880.]

吳媛媛，楊明義，張風(fēng)寶，張加瓊，趙恬茵，劉淼. 2016. 添加生物炭對(duì)黃綿土耕層土壤可蝕性的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào)，53（1）：81-92. [Wu Y Y，Yang M Y，Zhang F B，Zhang J Q，Zhao T Y，Liu M. 2016. Effect of biochar application on erodibility of plow layer soil on loess slopes[J]. Acta Pedologica Sinica，53（1）：81-92.]

徐勤學(xué)，朱曉鋒，方榮杰，江斌偉，陳洪松，付智勇，王克林. 2017. 秸稈覆蓋對(duì)巖溶區(qū)坡耕地產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，31（2）：22-26. [Xu Q X，Zhu X F，F(xiàn)ang R J，Jiang B W，Chen H S，F(xiàn)u Z Y，Wang K L. 2017. The influence of corn straw mulching on the processes of runoff and sediment yield in the sloping farmland of the karst area[J]. Journal of Soil and Water Conservation，31（2）：22-26.]

袁正科，田育新，李錫泉，蔣麗娟. 2002. 緩坡梯土幼林林下植被覆蓋與水土流失[J]. 中南林學(xué)院學(xué)報(bào)，22（2）：21-24. [Yuan Z K，Tian Y X，Li X Q，Jiang L J. 2002. Erosion and vegetation coverage of the slope and terrace soil under young forest stands[J]. Journal of Central South Fo-restry Universith，22（2）：21-24.]

張翼夫，李洪文，何進(jìn)，王慶杰，李問(wèn)盈，陳婉芝，張欣悅. 2015. 玉米秸稈覆蓋對(duì)坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙過(guò)程的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，31（7）：118-124. [Zhang Y F，Li H W，He J，Wang Q J，Li W Y，Chen W Z，Zhang X Y. 2015. Effects of maize straw mulching on runoff and sediment process of slope[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，31（7）：118-124.]

張祖蓮，洪斌，黃英，梁諫杰，邱觀(guān)貴. 2017. 降雨作用下坡面紅土起動(dòng)條件研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，31（3）：62-68. [Zhang Z L，Hong B，Huang Y，Liang J J，Qiu G G. 2017. A study on the starting conditions of rainfall-affec-ted laterite particles on slopes[J]. Journal of Soil and Water Conservation，31（3）：62-68.]

趙平偉，郭萍，李成武，李立印，張俊凱，李屏，鄧輝敏. 2015. 云南不同量級(jí)降雨下的降雨侵蝕力特征分析[J]. 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，24（12）：2135-2141. [Zhao P W，Guo P，Li C W，Li L Y，Zhang J K，Li P，Deng H M. 2015. Characteristic analysis of rainfall erosivity at each level in Yunnan Province[J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin，24（12）：2135-2141.]

鄭憲濱，張正楊，劉國(guó)順，邢國(guó)強(qiáng)，張毅. 2007. 秸稈覆蓋對(duì)煙田土壤性狀和煙葉質(zhì)量的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，36（10）：47-50. [Zheng X B，Zhang Z Y，Liu G S，Xing G Q，Zhang Y. 2007. Effects of straw mulching on soil properties of tobacco field and quality of tobacco leaves[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences，36（10）：47-50.]

朱高立，黃炎和，林金石，鄒偉，蔣芳市，王雪琪，陳培濟(jì)，詹振芝. 2016. 不同覆蓋度和雨強(qiáng)條件下崩積體坡面侵蝕的動(dòng)力學(xué)特征[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，30（2）：1-7. [Zhu G L，Huang Y H，Lin J S，Zou W，Jiang F S，Wang X Q，Chen P J，Zhan Z Z. 2016. The characteristics of hydrodyna-mics in the slope erosion of colluvial deposits under di-fferent straw coverage and rainfall intensity[J]. Journal of Soil and Water Conservation，30（2）：1-7.]

Gholami L，Sadeghi S H，Homaee M. 2013. Straw mulching effect on splash erosion，runoff and sediment yield from eroded plots[J]. Soil Science Society of America Journal，77（1）：268-278.

Jordán A，Zavala L M，Gil J. 2010. Effects of mulching on soil physical properties and runoff under semi-arid conditions in southern Spain[J]. Catena，81（1）：77-85.

Prosdocimi M，Jordán A，Tarolli P，Keesstra S，Novara A，Cerdà A.2016. The immediate effectiveness of barley straw mulch in reducing soil erodibility and surface runoff generation in Mediterranean vineyards[J]. Science of the Total Environment，547：323-330.

Sadeghi S H R，Gholami L，Moghadam E S，Darvishan A K. 2015. Scale effect on runoff and soil loss control using rice strawmulch under laboratory conditions[J]. Solid Earth，6：2915-2938.

Tesemma Z K，Wei Y，Peel M C，Western A W. 2015. The effect of year-to-year variability of leaf area index on Varia-ble Infiltration Capacity model performance and simulation of runoff[J]. Advances in Water Resources，83（9）：310-322.

Zhao X N，Huang J，Wu P，Gao X D. 2014. The dynamic effects of pastures and crop on runoff and sediments reduction at loess slopes under simulated rainfall conditions[J]. Catena，119（3）：1-7.

（責(zé)任編輯 羅 麗）