黑土坡耕地几种水土保持措施的蓄水保土效应研究

齐智娟，张忠学，杨爱峥

（东北农业大学 水利与建筑学院，哈尔滨150030）

坡耕地作为东北黑土区主要的耕地资源，占耕地总面积的60%，多数分布在3°～15°的坡面上，是产生水土流失的主要来源地，占黑土区水土流失面积的80．3%［1］。保护性耕作技术是目前旱农地区保蓄水分、缓解干旱、增产增收的重要手段［2－4］。保护性耕作措施主要通过改善耕层土壤结构、减少扰动和改变垄向、增加降雨入渗时间来减少坡面侵蚀，蓄水保墒。研究表明，深松能有效改善土壤物理性状，增加土壤入渗，有利于提高土壤蓄水能力［5－6］，免耕、少耕虽然具有较好的水土保持功效，但需及时的耕作和管理以防止潜在的流失危险［7］，垄向区田通过土挡，拦蓄雨水，减少径流，起到保水、保土、保肥的作用，大大提高了天然降雨的利用率，有效地防止坡耕地水土流失［8－9］。横坡耕作与顺坡耕作相比，更能有效地减少地表径流和土壤侵蚀，起到蓄水保土的作用，但随着雨强的增大，保土效应逐渐降低［10－11］，因此，采取有效的水土保持耕作措施对农业的可持续发展有着至关重要的作用。

坡耕地蓄水保土效应受降雨情况、耕作措施的影响较大，不同耕作措施的土壤侵蚀过程和保水保土效果相差较大。本研究通过田间试验，并结合以往的数据资料，概括分析了几种保护性耕作措施的土壤储水量变化趋势，以及不同耕作措施下植被蒸散量的变化和作物水分利用效率的变化情况，旨在为黑土坡耕地不同耕作措施蓄水保土效应的研究提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1．1 试区概况

试验地位于黑龙江省甘南县兴隆乡，当地属温带半干旱季风气候，四季冷暖干湿分明，年平均气温2．6℃，年均降水量450 mm，年平均蒸发量1 499．8 mm，降雨季节分配不均，雨水集中在7－9月，水土流失严重。供试土壤为黑钙土，径流场平均坡度为5．0°。试区作物为良种春玉米海玉4号。

1．2 试验设计

共设8个处理，2次重复：裸地（LD）、常规耕作（CK）、免耕（MG）、少耕深松（SGS）、垄向区田（LQ）、深松＋区田（SQ）、横坡种植（HP）、横坡免耕（H M），其中垄向区田于7月中旬筑垱，免耕持续时间2 a，深松于7月初垄间深松，以常规耕作作为参照。小区规格为5 m×20 m。

测定方法：土壤含水量测定采用传统的烘干法，取样深度为0－10，10－20，20－40，40－60，60－80 c m，5个层次，每两周测一次，降雨前后加测一次。

2 结果与分析

2．1 不同耕作措施对土壤储水量的影响

图1为观测期内降雨量变化和不同耕作措施的土壤储水量变化图，土壤储水量的动态变化与观测期内降雨动态变化趋势相符。观测期内不同耕作措施储水量变化曲线的波动程度有较大差异，按储水量变化情况由大到小依次为：H M＞HP＞SQ＞LQ＞SGS＞MG＞CK＞LD。

图1 观测期内降雨量与不同耕作措施的土壤储水量变化

由图1可以看出，观测初期，不同耕作方式土壤储水量相差不大，主要因为6月初期部分土壤处于冻融阶段，降雨不能很好地入渗，保护性耕作措施的蓄水保土效果没有发挥出来，同时，深层冻土融化的增湿效果与土壤的蒸发相抵，使储水量变化较小。此时区田尚未筑垱，区田相当于常规处理。土壤储水量由大到小为：H M＞HP＞SQ＞SGS＞MG＞LQ＞CK＞LD。观测后期，伴随天气转暖、冻土融化以及降雨影响，雨水向深层渗透，土壤储水量发生大幅度变化。横坡种植和垄向区田由于较大程度的拦蓄降雨，强化入渗，储水量较高；深松由于土层疏松，土壤孔隙增大，储水量仅次于垄向区田；免耕的储水量略低于深松处理，却明显高于常规耕作，因其土壤没有扰动，避免压实，增加了入渗；裸地的土壤储水量最低，分析原因：裸地没有植被覆盖，耕层土壤致密，不利于下渗，对降雨起不到截留拦蓄的作用，且表层土壤蒸发严重，土壤储水能力差。

2．2 不同耕作措施对不同深度土层储水量的影响

不同耕作措施不同深度土层的土壤储水量变化曲线如图2所示，将土壤划分为5层：0－10，10－20，20－40，40－60，60－80 c m。

图2可以看出，0－10 c m土层储水量波动较大，降雨后储水量增加，雨后由于蒸腾作用土壤储水量迅速下降。其中 H M、HP、SQ、LQ、SGS、MG储水量分别为 CK 的121．2%，117．3%，112．7%，108．7%，104．0%，102．3%。裸地储水量最低，仅为常规耕作的91．6%。10－20 c m土层储水量变化趋势与0－10 c m相同，但差值明显减小，不同耕作措施的储水量变化逐渐变缓，占常规耕作的百分比有所降低。20－40 c m土层观测初期储水量变化微弱，主要因为冻融的影响很大，随着冻土的融化，降雨量的增加，水分向深层入渗。此时深松处理由于疏松土壤，加大了蒸发且更深层土壤水分来不及补给，储水量较低。不同耕作措施按储水量大小依次为：H M、HP、SQ、LQ、MG、SGS、CK、LD。40－60 c m土层，不难看出裸地储水量曲线基本为直线，波动极小，表明其受到降雨影响小。其它耕作措施的储水量虽有变化，但相比浅层土壤其变化程度小，曲线变化规律不明显。60－80 c m土层各耕作措施储水量差异很小，土壤储水量变化平稳，仍以裸地储水量最低，HM、HP、SQ、LQ、SGS、MG储水量分别为 CK 的101．8%，101．7%，101．2%，100．8%，100．2%，100．2%，裸地土壤储水量为常规耕作的99．3%。

2．3 不同耕作措施的水量平衡分析

为描述农田水分转化关系，采用土壤水分平衡公式：

式中：ΔW——时段初、末储水量的变化（mm）；S——补充灌溉量（mm），当观测期没有人工灌溉时，S＝0；P——降雨量（mm）；R——地表径流（mm）；ET——作物蒸散量（mm）。研究结果如表1所示。

图2 不同土层的储水量变化

表1 观测期内不同耕作措施的水分转化计算 mm

由表1可知，观测期内裸地和常规耕作时段末储水量少于时段初储水量，二者蒸散量亦较低，其中裸地主要是无植被覆盖，没有植株的蒸腾作用，径流损失过大。免耕和深松处理蒸散量略高，二者相差不多。横坡和含有区田的处理蒸散量最高，主要因为这几种处理有效拦蓄降雨，很大程度上减少了坡面径流，蓄水保墒，作物长势好。

2．4 不同耕作措施水分利用效率分析

为反映作物的物质生产和水分之间的关系，引入作物水分利用效率（WUE）对作物生长适宜程度进行评价：

WUE＝Y／ET

式中：Y——作物产量（kg／h m2）；ET——作物生育期耗水量（mm）。

表2为不同耕作措施作物生育期耗水量，其值为历年资料的平均值，其中不同耕作措施生育期降雨量均为925 mm，表3为不同耕作措施作物水分利用效率，其中作物产量亦为多年平均产量。由表3可知，作物水分利用效率变化保持H M＞HP＞SQ＞LQ＞SGS＞MG＞CK的趋势，各水土保持耕作措施的作物水分利用效率较常规分别增加34%，31%，28%，19%，14%和11%。其中横坡免耕效果最好，主要因为：一方面横坡有效拦蓄降雨，起到蓄水保土作用，另一方面免耕避免了耕作压实，改善土壤内部结构，从而有效地增加土壤水分，为作物生长提供适宜的土壤水分条件，提高了作物水分利用效率。

表2 不同耕作措施的全生育期耗水量 mm

表3 不同耕作措施作物水分利用效率

3 结 论

（1）不同耕作措施的蓄水保土效果不同，储水量曲线的波动程度有较大差异，按储水量变化由大到小依次为：H M＞HP＞SQ＞LQ＞SGS＞MG＞CK＞LD。

（2）不同耕作措施不同深度土层的储水量差异显著，表层土体受降雨、蒸腾作用影响大，土壤储水量变化程度大；深层土体由于雨水向深层的入渗量有限，以及冻融作用，土壤水分变化小，储水量变化程度小。

（3）不同耕作措施对作物蒸散量有较大影响，耕作措施对雨水的调蓄作用越强、径流越少，作物的长势越好，其蒸散量越大，反之，径流大，降雨得不到有效利用，作物生育期需水得不到满足，植株长势不好，蒸散量小。

（4）采用水土保持耕作技术可以减少坡面土壤水蚀，增加土壤水分入渗，起到蓄水保土作用，高效利用天然降雨，显著提高了土壤水分利用效率。

［1］ 杨文文，张学培，王洪英．东北黑土区坡耕地水土流失及防治技术研究进展［J］．水土保持研究，2005，12（5）：232－236．

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［5］ 罗锡文，李就好，朱余清．耕作方式对砖红壤物理特性和含水率的影响［J］．农业工程学报，2006，37（12）：62－66．

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