高山蔬菜坡耕地沟厢改造模式的水土保持效应

陈磊夫等

摘要：高山蔬菜坡耕地沟厢改造是高山蔬菜生态栽培技术的重要组成部分，已被证明能够有效缓解坡耕地水土流失，促进高山蔬菜产业的可持续发展。以鄂西高山蔬菜主产区坡耕地为对象，研究了自然降雨条件下高山菜田10种沟厢改造措施对两种坡度的坡耕地水土流失的防治效果。结果表明，在30°和15°坡度的高山菜田坡耕地上，设沟畦和开挖导流沟的耕作措施能够明显减少地表径流量和土壤流失量，且抑制效果与坡度呈正相关。直畦+导流沟、斜畦+导流沟措施与无导流沟方式相比可分别减少21%和15%的径流，36%和43%的泥沙，直畦+导流沟抑制地表径流效果较好，斜畦+导流沟对泥沙的抑制效果更佳，但陡坡地耕作仍有较高的水土流失风险。

关键词：高山蔬菜；坡耕地；水土保持；沟厢改造模式

中图分类号：S157.3；S157.4 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）16-3820-04

Abstract：Ecological cultivation techniques including ridge and furrows alteration have been reported as an effective technique to reducing soil and water loss in high land vegetable production. However， the effects of this technique have not been adequately evaluated. The effect of some ridge and furrows alteration techniques on soil and water loss were evaluated under nature rainfall from vegetable farmland of 1 800 m elevation on slopes with 15°and 25°gradients in western Hubei. The results showed that oblique ridging and increasing gutter significantly limited soil and water loss under different slope gradients. Runoff and soil loss under oblique ridge with gutter， vertical ridge with gutter decreased by 21% and 15%， 36% and 43%， respectively， compared with conventional vertical ridge without gutter. It is indicated that runoff reduction of vertical ridge with gutter and soil loss reduction of oblique ridge with gutter was effective. These findings will be useful in remedying soil and water loss in production of highland vegetable.

Key words：highland vegetable；sloping cropland；soil and water conservation；ridges and furrows design patterns

山区坡耕地是山地水土流失和农业面源污染的主要来源。长江上游约70%的耕地为无水保措施的顺坡耕作，大于25°的坡耕地较普遍，其中宜昌江段的入江泥沙主要来源于坡耕地[1]；坡耕地的水土流失使山区土层变薄、养分流失、土壤微生态变差、生产力低下，不利于山区农业可持续发展[2，3]。

鄂西山区是我国高山蔬菜第一大产区，也是国家集中连片特困地区之一，经过20多年的快速发展，高山蔬菜产业在很好解决山区农民脱贫致富的同时，也对山地生态环境产生了影响。高山蔬菜生产季节正值当地雨季，降水频率高且强度大，剧烈的淋溶造成土壤侵蚀，土壤健康度下降，间接导致大面积连作障碍和病害频发，农业生产成本上升，农作物品质变差，同时影响下游水质[4]。因此，研究生态型高山蔬菜栽培技术，采取保水护土的耕作措施，保持坡耕地生产力，是促进山区农业可持续发展的治本之策。

针对坡耕地保土保水型耕作措施，国内外学者提出了诸多保护性耕作技术，旨在减少农田土壤侵蚀，维护农田生态环境。其核心是通过地表覆盖技术、地表微地形改造技术、少耕免耕技术等，达到保持水土、提高土壤肥效、改善土壤结构、促进作物生长的一系列农技措施[5-8]，此外，植物篱-农作模式也被证明对坡耕地水土保持效果显著[9]。尽管这些保护性耕作措施和农林复合模式的积极作用已得到较多证实，但其研究大多集中在某几个主要农业区域，在不同区域和不同质地土壤上，这些措施的功效仍有待验证，尤其对于高山蔬菜坡耕地的研究较为缺乏。本课题组针对我国鄂西山区坡耕地的保护性耕作措施进行了长期探索，结合已有研究，针对雨季降水集中的特点，提出了高山蔬菜地膜覆盖+沟厢改造模式，目的在于使土壤水分饱和时能迅速将多余降雨导流，避免径流对菜畦造成严重冲刷，达到保水护土的目的。研究就上述沟厢改造模式的水土流失防治效果开展评价，其结论可为我国南方高山蔬菜坡耕地水土流失防治及其可持续生产提供依据，同时丰富我国保护性耕作措施的技术内容。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

试验区域属鄂西南山区武陵山余脉和长江上游的清江水系中下游，试验地点位于湖北省宜昌市长阳县火烧坪乡青树包村湖北省高山蔬菜试验站，地处东经110°43′，北纬30°30′，海拔约1 840 m，坡向朝南，年均气温为7.6℃，全年无霜期为200 d，昼夜温差大，为寒带气候。年均降雨量为1 366 mm，主要分布在6～9月，占全年降雨量的70%。试验地土壤为黄棕壤，土壤质地疏松，pH约5.1，土壤有机质含量约为3%。

1.2 试验设计

试验地内全部种植萝卜（Raphans sativus L.），品种为雪单一号；全部垄作并覆盖地膜，直播后即开始试验观测。试验设坡度和沟畦走向2个因素，其中坡度设30°和15°两个水平；沟畦走向设顺坡直畦和顺坡斜畦两种，顺坡直畦指畦面走向与坡面水平等高线垂直，顺坡斜畦指畦面走向与坡面水平等高线成45°左右夹角；主导流沟宽40 cm，深20 cm左右，位于各小区中部位置，与畦面走向成一定夹角。

坡度30°设5个处理，分别为处理1（T1）：直畦+30°导流沟；处理2（T2）：直畦+45°导流沟；处理3（T3）：直畦+2条45°平行导流沟；处理4（T4）：斜畦+垂直导流沟；处理5（T5）：直畦+无导流沟。坡度15°设5个处理，分别为处理6（T6）：直畦+45°交叉导流沟；处理7（T7）：直畦+45°导流沟；处理8（T8）：斜畦+垂直导流沟；处理9（T9）：直畦+无导流沟；处理10（T10）：斜畦+无导流沟。无重复，共10个径流试验小区。

1.3 试验方法

10个径流小区均为北南坡向，小区坡长18.0 m，宽2.8 m。小区四周用防水板围砌，坡面底部安装径流桶收集地表径流。每次自然降雨产流结束后测定径流桶中的径流高度，并换算成单次降雨径流量（以径流深表示），同时将桶内径流搅拌均匀后取2份500 mL的样品，经沉降、过滤、烘干后取平均值作为泥沙浓度，换算成单次降雨土壤侵蚀量（kg/hm2），并用SPSS 13.0对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 试验期间降雨情况

试验观测期从2013年7月19日起至10月20日结束，期间共发生11次产流降雨，降雨收集情况见表1。

2.2 不同处理措施对地表径流的防治效果

由表2可知，在30°坡度条件下，5种处理的平均地表径流量由大到小依次为：直畦+无导流沟>斜畦+垂直导流沟>直畦+45°导流沟>直畦+2条45°平行导流沟>直畦+30°导流沟。对该坡度下各处理的总径流量分析可知（图1），斜畦+垂直导流沟、直畦+45°导流沟、直畦+2条45°平行导流沟、直畦+30°导流沟4种处理的总地表径流量分别为17.13、16.99、14.79和14.29 mm，与对照直畦+无导流沟的总地表径流量相比分别减少了13%、13%、24%和27%。

由表3可知，在15°坡度条件下，5种处理的平均地表径流量由大到小依次为：直畦+无导流沟>斜畦+无导流沟>直畦+45°交叉导流沟>斜畦+垂直导流沟>直畦+45°导流沟。对该坡度下各处理的总径流量分析可知（图2），斜畦+无导流沟、直畦+45°交叉导流沟、斜畦+垂直导流沟、直畦+45°导流沟4种处理的总地表径流量分别为17.52、15.82、15.52和14.41 mm，与对照直畦+无导流沟的总地表径流量相比分别减少了8%、17%、18%和24%。

由此可见，在两种坡度下开挖导流排水沟对地表径流量几乎都有明显的降低作用。此外，开挖导流沟措施对径流的降低作用与坡度呈正相关关系，即对地表径流的抑制效果随坡度增加而增加，其对陡坡地表径流的抑制作用更明显。对两种坡度下的径流量综合分析可知，直畦+导流沟、斜畦+导流沟以及直畦+无导流沟3种方式同等面积下的总径流量分别76.30、82.43、96.66 mm，与直畦+无导流沟相比，直畦+导流沟和斜畦+导流沟方式的地表径流分别减少了21%和15%。

2.3 不同处理措施对土壤流失的防治效果

由表4可知，在30°坡度条件下，5种处理的平均土壤侵蚀量由大到小依次为：直畦+无导流沟>直畦+2条45°平行导流沟>直畦+30°导流沟>直畦+45°导流沟>斜畦+垂直导流沟。对该坡度下各处理的总土壤侵蚀量分析可知（图1），直畦+2条45°平行导流沟、直畦+30°导流沟、直畦+45°导流沟、斜畦+垂直导流沟的总土壤侵蚀量分别为5 711.13、5 378.04、 5 099.91和3 799.01 kg/hm2，与对照直畦+无导流沟的总土壤侵蚀量相比分别减少了28%、32%、36%和52%。

由表5可知，在15°坡度条件下，5种处理的平均土壤侵蚀量由大到小依次为：直畦+无导流沟>斜畦+无导流沟>直畦+45°交叉导流沟>斜畦+垂直导流沟>直畦+45°导流沟。对该坡度下各处理的总土壤侵蚀量分析可知（图2），斜畦+无导流沟、直畦+45°交叉导流沟、斜畦+垂直导流沟和直畦+45°导流沟的总土壤侵蚀量分别为16 506.4、14 285.92、 12 103.82和9 463.54 kg/hm2，与对照直畦+无导流沟的总土壤侵蚀量相比分别减少了14%、25%、37%和51%。

由此表明，在两种坡度下开挖导流排水沟对土壤侵蚀量均有明显降低作用，这与径流量的结果基本一致。开挖导流沟措施对土壤流失的降低作用与坡度呈正相关关系，即对土壤流失的抑制作用随坡度增加而增加，其对陡坡土壤流失的抑制作用更为明显。对两种坡度下的土壤流失综合分析可知，直畦+导流沟、斜畦+导流沟以及直畦+无导流沟3种方式同等面积下的总土壤侵蚀量分别39 938.5、35 604.67、62 212.79 kg/hm2，与直畦+无导流沟相比，直畦+导流沟和斜畦+导流沟方式分别减少了36%和43%的土壤流失。

3 讨论及结论

文章研究了自然降雨条件下，高山菜田坡耕地沟厢改造对坡耕地水土流失的防治效果。结果表明，在不同坡度的高山菜田坡耕地，采取设沟畦和开挖导流沟的沟厢改造方式能够明显减少地表径流量和土壤流失量，且坡度越大水土保持效果相对越好。直畦+导流沟、斜畦+导流沟措施与直畦+无导流沟方式相比可分别减少21%和15%的径流，36%和43%的泥沙。

由此可见，直畦+导流沟对地表径流有更好的抑制作用，而斜畦+导流沟对泥沙的抑制效果更强。究其原因可能是由于斜畦+导流沟方式下的径流路径坡度更缓，降低了径流流速和冲刷力，使产沙量更小的同时也有利于径流中泥沙的沉积和水流入渗，其作用原理与横坡垄作、等高线种植和设置截流沟相似[10，11]。此外，结果表明，沟厢改造措施对地表径流和土壤流失的降低作用均与坡度呈正相关关系，即抑制作用随坡度增加而增加，其对陡坡地的水土流失抑制效果更为明显，这与保护性耕作和等高草篱等措施的作用效果刚好相反[12，13]，说明沟厢改造措施与已有水土流失防治措施在作用机理上有所不同，是一种新的防治方式。同时，研究仅证明沟厢改造模式在陡坡地更能体现出抑制水土流失的作用，但不能证明能将陡坡地的水土流失控制在安全水平，陡坡长度等因素也会对侵蚀强度产生剧烈影响[14]，减少耕作过程中的地表扰动、增加可透性地表覆盖等也是降低水土流失强度的重要方式[15，16]。研究还发现，目前普遍采用的地膜覆盖方式虽能在一定程度上减少土壤中流和径流总深[17]，但其客观上对雨水起到了一定的汇集作用，促进了地表径流的形成。由于研究中两种坡度试验的观测期并非完全一致，因而无法对不同坡度下的径流量和侵蚀量作直接比较，陡坡地耕作仍有较高的水土流失风险。

参考文献：

[1] 李文华.长江洪水与生态建设[J].自然资源学报，1999，14（1）：1-8.

[2] 杨志新，郑大伟，李永贵.北京市土壤侵蚀经济损失分析及价值估算[J].水土保持学报，2004，18（3）：176-178.

[3] 葛忠强，赵春江，鲁绍伟，等.北京郊区近13年来水土流失变化监测分析——以房山区为例[J].水土保持研究，2006，13（5）：288-291.

[4] 邱正明，肖长惜.生态型高山蔬菜可持续生产技术[M].北京：中国农业科学技术出版社，2008.22-26.

[5] 吴崇友，金诚谦，魏佩敏，等.保护性耕作的本质与发展前景[J]. 中国农机化，2003（6）：8-11.

[6] 王长生，王遵义，苏 成，等.保护性耕作技术的发展现状[J].农业机械学报，2004，35（1）：167-169.

[7] 张海林，高旺盛，陈 阜，等.保护性耕作研究现状、发展趋势及对策[J].中国农业大学学报，2005，10（1）：16-20.

[8] 王 恺，李永梅，毛东丽，等.稻草编织物覆盖对坡耕地红壤水土流失的影响[J].林业调查规划，2010，35（4）：46-49.

[9] 蒲玉琳，谢德体，林超文，等.植物篱-农作模式坡耕地土壤综合抗蚀性特征[J].农业工程学报，2013，29（18）：125-135.

[10] 吴发启，赵西宁，崔卫芳.坡耕地耕作管理措施对降雨入渗的影响[J].水土保持学报，2003，17（3）：115-117.

[11] 朱 青，王兆骞，尹迪信.贵州坡耕地水土保持措施效益研究[J].自然资源学报，2008，23（2）：219-228.

[12] 周 璟，何丙辉，刘立志，等.坡度与种植方式对紫色土侵蚀与养分流失的影响研究[J].中国生态农业学报，2009，17（2）： 239-243.

[13] 肖 波，喻定芳，赵 梅，等.保护性耕作与等高草篱防治坡耕地水土及氮磷流失研究[J].中国生态农业学报，2013，21（3）：315-323.

[14] 蔡国强，吴淑安.紫色土陡坡地不同土地利用对水土流失过程的影响[J].水土保持通报，1998，18（2）：1-8.

[15] 蒋光毅，史东海，卢喜平，等.紫色土坡地不同种植模式下径流及养分流失研究[J].水土保持学报，2004，18（5）：54-58.

[16] 杨红薇，张建强，唐家良，等.紫色土坡地不同种植模式下水土和养分流失动态特征[J].中国生态农业学报，2008，16（3）：615-619.

[17] 林超文，罗春燕，庞良玉，等.不同耕作和覆盖方式对紫色丘陵区坡耕地水土及养分流失的影响[J].生态学报，2010，30（22）：6091-6101.

（责任编辑 田宇曦）

参考文献：

[1] 李文华.长江洪水与生态建设[J].自然资源学报，1999，14（1）：1-8.

[2] 杨志新，郑大伟，李永贵.北京市土壤侵蚀经济损失分析及价值估算[J].水土保持学报，2004，18（3）：176-178.

[3] 葛忠强，赵春江，鲁绍伟，等.北京郊区近13年来水土流失变化监测分析——以房山区为例[J].水土保持研究，2006，13（5）：288-291.

[4] 邱正明，肖长惜.生态型高山蔬菜可持续生产技术[M].北京：中国农业科学技术出版社，2008.22-26.

[5] 吴崇友，金诚谦，魏佩敏，等.保护性耕作的本质与发展前景[J]. 中国农机化，2003（6）：8-11.

[6] 王长生，王遵义，苏 成，等.保护性耕作技术的发展现状[J].农业机械学报，2004，35（1）：167-169.

[7] 张海林，高旺盛，陈 阜，等.保护性耕作研究现状、发展趋势及对策[J].中国农业大学学报，2005，10（1）：16-20.

[8] 王 恺，李永梅，毛东丽，等.稻草编织物覆盖对坡耕地红壤水土流失的影响[J].林业调查规划，2010，35（4）：46-49.

[9] 蒲玉琳，谢德体，林超文，等.植物篱-农作模式坡耕地土壤综合抗蚀性特征[J].农业工程学报，2013，29（18）：125-135.

[10] 吴发启，赵西宁，崔卫芳.坡耕地耕作管理措施对降雨入渗的影响[J].水土保持学报，2003，17（3）：115-117.

[11] 朱 青，王兆骞，尹迪信.贵州坡耕地水土保持措施效益研究[J].自然资源学报，2008，23（2）：219-228.

[12] 周 璟，何丙辉，刘立志，等.坡度与种植方式对紫色土侵蚀与养分流失的影响研究[J].中国生态农业学报，2009，17（2）： 239-243.

[13] 肖 波，喻定芳，赵 梅，等.保护性耕作与等高草篱防治坡耕地水土及氮磷流失研究[J].中国生态农业学报，2013，21（3）：315-323.

[14] 蔡国强，吴淑安.紫色土陡坡地不同土地利用对水土流失过程的影响[J].水土保持通报，1998，18（2）：1-8.

[15] 蒋光毅，史东海，卢喜平，等.紫色土坡地不同种植模式下径流及养分流失研究[J].水土保持学报，2004，18（5）：54-58.

[16] 杨红薇，张建强，唐家良，等.紫色土坡地不同种植模式下水土和养分流失动态特征[J].中国生态农业学报，2008，16（3）：615-619.

[17] 林超文，罗春燕，庞良玉，等.不同耕作和覆盖方式对紫色丘陵区坡耕地水土及养分流失的影响[J].生态学报，2010，30（22）：6091-6101.

（责任编辑 田宇曦）

参考文献：

[1] 李文华.长江洪水与生态建设[J].自然资源学报，1999，14（1）：1-8.

[2] 杨志新，郑大伟，李永贵.北京市土壤侵蚀经济损失分析及价值估算[J].水土保持学报，2004，18（3）：176-178.

[3] 葛忠强，赵春江，鲁绍伟，等.北京郊区近13年来水土流失变化监测分析——以房山区为例[J].水土保持研究，2006，13（5）：288-291.

[4] 邱正明，肖长惜.生态型高山蔬菜可持续生产技术[M].北京：中国农业科学技术出版社，2008.22-26.

[5] 吴崇友，金诚谦，魏佩敏，等.保护性耕作的本质与发展前景[J]. 中国农机化，2003（6）：8-11.

[6] 王长生，王遵义，苏 成，等.保护性耕作技术的发展现状[J].农业机械学报，2004，35（1）：167-169.

[7] 张海林，高旺盛，陈 阜，等.保护性耕作研究现状、发展趋势及对策[J].中国农业大学学报，2005，10（1）：16-20.

[8] 王 恺，李永梅，毛东丽，等.稻草编织物覆盖对坡耕地红壤水土流失的影响[J].林业调查规划，2010，35（4）：46-49.

[9] 蒲玉琳，谢德体，林超文，等.植物篱-农作模式坡耕地土壤综合抗蚀性特征[J].农业工程学报，2013，29（18）：125-135.

[10] 吴发启，赵西宁，崔卫芳.坡耕地耕作管理措施对降雨入渗的影响[J].水土保持学报，2003，17（3）：115-117.

[11] 朱 青，王兆骞，尹迪信.贵州坡耕地水土保持措施效益研究[J].自然资源学报，2008，23（2）：219-228.

[12] 周 璟，何丙辉，刘立志，等.坡度与种植方式对紫色土侵蚀与养分流失的影响研究[J].中国生态农业学报，2009，17（2）： 239-243.

[13] 肖 波，喻定芳，赵 梅，等.保护性耕作与等高草篱防治坡耕地水土及氮磷流失研究[J].中国生态农业学报，2013，21（3）：315-323.

[14] 蔡国强，吴淑安.紫色土陡坡地不同土地利用对水土流失过程的影响[J].水土保持通报，1998，18（2）：1-8.

[15] 蒋光毅，史东海，卢喜平，等.紫色土坡地不同种植模式下径流及养分流失研究[J].水土保持学报，2004，18（5）：54-58.

[16] 杨红薇，张建强，唐家良，等.紫色土坡地不同种植模式下水土和养分流失动态特征[J].中国生态农业学报，2008，16（3）：615-619.

[17] 林超文，罗春燕，庞良玉，等.不同耕作和覆盖方式对紫色丘陵区坡耕地水土及养分流失的影响[J].生态学报，2010，30（22）：6091-6101.

（责任编辑 田宇曦）