红壤缓坡花生地不同水土保持措施效果分析

2011-05-12钟义军叶川黄欠如章新亮武琳孙永明秦江涛

中国水土保持科学 2011年3期

钟义军，叶川，黄欠如†，章新亮，武琳，孙永明，秦江涛

(1.江西省红壤研究所，331717，南昌;2.中国科学院南京土壤研究所，210008，南京)

红壤是我国长江流域以南各种红色或黄色酸性土壤的总称，其分布面积2.18亿hm2，占全国土地面积的22.7%。丰富的光、热、水条件是低丘红壤的综合开发利用成为该区农业可持续发展的突破口［1］，是我国重要的土壤资源和多种农林产品的主产区［2-3］;同时，红壤水土流失严重，已经成为我国南方红壤区危害环境的第一位问题。江西省是我国红壤分布重要区域之一。红壤旱地是红壤在旱作条件下形成的耕作土壤，占江西耕地面积的12% ～15%，是发展多种经营和农民致富的主要资源。由于红壤旱地长期不合理开垦利用以及降水分布的不均匀，季节性暴雨引起的水土流失非常严重。据统计，江西省年水土流失量达1.64亿t，占土地面积的20%，而且还有不断恶化的趋势［4-5］，极大地制约了当地经济的发展［6］;另一方面，红壤旱地立地条件复杂，自然与人文环境背景迥异，造成侵蚀特征各异，加之红壤侵蚀影响因素多样、过程复杂、时间和空间上分布的随机性和不确定性均给红壤旱地土壤侵蚀科学研究带来极大的困难和严峻的挑战:因此，红壤旱地水土保持措施效果研究成为红壤侵蚀研究的重要任务，对治理水土流失和发展农业生产方面具有十分重要的作用［7］。作为红壤旱地的先锋作物，花生(Arachis hypogaea)在农作物种植中被大力推广［8］，但是，花生因生长周期较短，农事较多，水土流失较为严重。本研究旨在探讨红壤缓坡花生地上不同水土保持措施的效果，分析水土保持影响因子间的变化规律，为构建红壤缓坡旱地水土流失治理模式和关键技术、促进本地区农业和社会经济的持续发展提供科学依据。

1 试验地概况

本研究在江西省进贤县江西省红壤研究所的水土流失定位试验站进行。该试验站的地理位置为E 28°15'30″，N 116°20'24″，气候温和、雨量丰富、日照充足、无霜期长，属中亚热带季风气候，年均降雨量1 537 mm，年蒸发量1 100～1 200 mm;干湿季节明显，3—6月为雨季，降雨量占全年雨量61% ～69%;7—9月为旱季，蒸发量占全年蒸发量的40% ～59%;年均气温17.7～18.5℃，最冷月气温(1月)为4.6℃;最热月(7月)平均气温一般在28.0～29.8℃。地形为典型低丘，土壤为第四纪黏土母质发育的红壤旱地，质地较黏重，肥力中等。

2 研究方法

试验地地形和土壤理化性质基本一致，样地坡度为10°。试验采用径流小区法，建立12个小区，小区面积120 m2(5 m×24 m)，设置4种不同耕作措施(花生常规种植(对照)、花生+草篱、花生+覆盖+草篱、花生+覆盖)进行水土流失监测。每种处理3个重复。在相应草篱小区顺坡间隔8 m种植1条香根草(Vetiveria zizanioiaes)篱，每条篱带2行，株行距为50 cm×50 cm;覆盖材料采用水稻秸秆。

花生品种选用进贤多粒土花生，种植密度为40 cm×15 cm，2010年4月26日播种，8月26日收获。试验于2010年5月开始，每次降雨后测定地表径流量和泥沙量，8月底观测结束，用以比较花生生长期不同措施的水土保持效果。

降雨量测定采用北京澳作HOBO U30监测仪;径流量观测采用分流池法;侵蚀量取样测定采用搅拌法［9］。

用Excel2003进行数据分析及作图，SPSS16.0数据处理软件进行方差分析及相关性分析。

3 结果与分析

3.1 观察期内日降雨量分布与地表径流量统计

试验观察期内共降雨32次，其降雨分布见图1，其中，日降雨量在60 mm以上的达到10次，以2010年6月19日最大，达到168 mm，日降雨量在30～60 mm之间的4次，＜30 mm的18次。日降雨量在60 mm以上的集中于5、6、7月份，占试验观察期内总降雨量的51.25%。

图1 2010年试验观察期内日降雨量分布Fig.1 Distribution of daily rainfall during experimental observation period in 2010

3.2 不同处理对径流量的影响

在32次降雨事件中共发生21次产流事件，不同处理地表径流量统计见表1和图2。可知:作物+草篱、作物+覆盖+草篱和作物+覆盖3种措施的地表径流量均与对照(花生常规种植)差异显著(P＜0.05)，其中覆盖和覆盖+草篱处理与对照差异极显著(P＜0.01)。由图2可以看出:在花生生育期内作物+覆盖+草篱处理的效果最好，平均地表径流量最低，与对照相比可减少地表径流量48.82%。其径流量由大到小顺序依次为对照(花生常规种植)、作物+草篱、作物+覆盖和作物+覆盖+草篱。因此，秸秆覆盖+草篱技术仅产生较少的径流量，是低丘红壤缓坡旱地水土保持有效耕作措施，主要原因是覆盖在地表的作物秸秆可以削弱雨滴对土壤的打击力，从而减轻其对地表结构的破坏。阻止地表硬壳的形成使大部分降雨能迅速渗入土壤，增加水分渗透率，提高土壤含水量，减少地表径流的形成［10］，植物篱技术能有效减少地表径流的形成［11］。

表1 不同处理地表径流量统计Tab.1 Surface runoff during observation period m3/hm2

表2 不同处理土壤侵蚀量统计Tab.2 Soil erosion amount during observation period kg/hm2

图2 不同水土保持措施5—8月地表径流量统计Fig.2 Surface runoff of different tillage measures

图3 不同耕作措施5—8月土壤侵蚀量统计Fig.3 Soil erosion amount of different tillage measures

3.3 不同处理对土壤侵蚀量的影响

21次降雨产流事件引起的土壤侵蚀量见表2和图3，统计分析(图3)显示:作物+草篱、作物+覆盖+草篱和作物+覆盖3种措施的土壤侵蚀量均与对照(花生常规种植)差异显著(P＜0.05)，其中作物+覆盖和作物+覆盖+草篱处理土壤侵蚀量较对照分别减少60.0%和62.4%，与对照差异极显著(P＜0.01)。其土壤侵蚀量由大到小顺序依次为对照、作物+草篱、作物+覆盖和作物+覆盖+草篱。由于秸秆覆盖时，雨滴对地表的打击力弱以及因覆盖减少了雨滴对地表的直接打击面，使被雨滴溅起而进入到径流中的细小土粒减少，同时因覆盖产生的径流少，由其侵蚀的土壤也大为减少;因此，秸秆覆盖仅产生较少的土壤流失量［12］。另外，植物篱技术能有效拦截土壤侵蚀［13］，使得秸秆覆盖+草篱技术成为低丘红壤缓坡旱地水土保持有效耕作措施。8月24日花生收获后相同径流量引起的土壤侵蚀量明显加大，但常规种植花生措施的土壤侵蚀量增大率明显大于其他3种措施，这表明农事措施对土壤侵蚀量有一定影响。

4 结论与讨论

红壤区作为我国主要的经济林果、经济作物及粮食生产的重要基地，农业技术措施不但可以有效防治水土流失，还可以取得较高的生态、经济和社会效益［14］。在我国南方红土丘陵区域，坡耕地面积较大，高达90%的坡耕地具有不同程度的水土流失［15］。水土保持措施是红壤缓坡旱地水土流失治理的主要措施之一，也是治理坡耕地水土流失首先并重点考虑的措施。以花生常规种植为对照，重点考察了覆盖、草篱以及覆盖+草篱等水土保持措施对红壤缓坡花生地水土流失的影响，通过试验得到以下结论。

1)红壤缓坡花生地径流与降雨同期产生，但在日降雨量小于10 mm的条件下基本没有地表径流，降雨事件集中于5、6、7月份，引起地表径流量也主要集中于在这3个月，红壤缓坡花生地该时期的水土保持工作显得尤为重要和有意义。

2)采取水土保持措施手段能有效遏制地表径流的产生。与花生常规种植相比，3种水土保持措施产生的地表径流量由大到小的顺序为:作物+草篱、作物+覆盖和作物+覆盖+草篱，这表明覆盖和草篱对红壤缓坡花生地的地表径流产生量有一定影响;但是文中没有对覆盖的厚度以及草篱间距对径流量、侵蚀量和花生农艺性状进行过多的研究，有待于下一研究。

3)在红壤缓坡花生地采取的4种不同水土保持措施中，地表有植被就能有效保护水土流失，而采取作物+秸秆覆盖+草篱技术仅产生较少的径流量和土壤侵蚀量，是红壤缓坡花生地较为有效水土保持措施，建议予以大力推广。

［1］席承藩.南方山区的出路［M］.北京:科学出版社，1990:1-2

［2］中国农业土壤概论编委会.中国农业土壤概论［M］.北京:农业出版社，1982

［3］赵其国.我国红壤的退化问题［J］.土壤，1995，27(6):281-286

［4］肖荣诂.江西省水土流失现状及其防治对策［J］.水土保持学报，1994，14(3):39-43

［5］梁音，张斌，潘贤章，等.南方红壤区水土流失动态演变趋势分析［J］.土壤，2009，41(4):535

［6］梁音，史学正，史德明.水蚀对生态环境的影响∥赵其国.土壤圈物质循环与农业和环境［M］.南京:江苏科学技术出版社，1995:210-218

［7］杨艳生.我国南方红壤水土流失区水土保持技术措施［J］.水土保持研究，1996(6):117-120

［8］谢美珍，谢为民，卢升銮，等.红壤旱地花生石灰钾硼镁稀土配施效应研究［J］.江西农业学报，1997，9(3):25-30

［9］李合生.植物生理生化实验原理和技术［M］.北京:高等教育出版社，2000

［10］左长清，马良.红壤坡地果园不同耕作措施的水土保持效应研究［J］.水土保持学报，2004，18(2):33-36

［11］黄传伟，牛德奎，黄顶，等.草篱对坡耕地水土流失的影响［J］.水土保持学报，2008，22(6):40-43