幼龄果园坡耕地保护性耕作的水土保持效果

潘艳华，王攀磊，2，郭玉蓉，2，曾莉，朱红业，2，郭志强，2，番华彩，刘树芳，杜彩艳†(．云南省农业科学院农业环境资源研究所，650205，昆明;2．农业部嵩明农业环境科学观测实验站，650205，昆明)



幼龄果园坡耕地保护性耕作的水土保持效果

潘艳华1，王攀磊1，2，郭玉蓉1，2，曾莉1，朱红业1，2，郭志强1，2，番华彩1，刘树芳1，杜彩艳1†
(1．云南省农业科学院农业环境资源研究所，650205，昆明;2．农业部嵩明农业环境科学观测实验站，650205，昆明)

摘要:随着农业产业结构调整，滇西南地区新植果园不断增多，水土流失及土壤退化成为该区域内普遍存在的重要生态环境问题。为提供切实可行的耕作技术指导，保护生态环境安全，本研究以滇西南边境地区坡耕地幼龄果园为对象，通过测定3种不同耕作措施(传统耕作、秸秆覆盖和生物覆盖)下的土壤养分状况、地表径流量和土壤流失量，研究不同保护性耕作模式的水土保持效果及作用机理。结果表明:秸秆覆盖和生物覆盖均能改善土壤养分状况，减少水土流失。相比于传统耕作，其他2种保护性耕作模式的土壤有机质、全氮和全钾质量分数增加了14%以上，径流量减少20%左右，土壤流失量减少10%～30%，总养分流失减少20%～30%。其中，生物覆盖模式水土保持效果更为显著，而且，随着试验时间推进，秸秆覆盖和生物覆盖模式的水土保持效果有明显增加的趋势。

关键词:幼龄果园;坡耕地;保护性耕作;水土保持;传统耕作;秸秆覆盖;生物覆盖

项目名称:公益性行业(农业)科研专项“中缅边境地区特色水果错季高效生产及产业化研究与示范”(201403036);农业部“嵩明农业环境科学观测实验站”(2011 08);公益性行业(农业)科研专项“坡耕地合理耕层构建技术指标研究及集成示范”(201503119)

滇西南边境地区是云南主要粮经作物的重要生产区域，也是少数民族的主要聚集区，经济发展水平较低，群众贫困面大，产业发展科技支撑力度小。区域内耕地以丘陵坡耕地为主，耕作管理粗放，部分较偏远的少数民族地区，甚至还存在原始的刀耕火种。过度垦殖和不合理的土地利用方式，导致严重的土壤侵蚀，坡耕地耕层变浅，土壤退化，农业生产力低下，综合生产效益不高，严重的阻碍云南边境地区人民的增产增收。

水的侵蚀会降低土壤渗透率、持水量、养分和有机质质量分数，降低土壤质量和作物产量［1］。云南全省水土流失面积超过14.1万km2，年土壤侵蚀量超过5.18亿t［2 3］，该区占60%以上。水土流失主要和降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡长坡度、作物覆盖和管理及水土保持措施有关［4］，保护性耕作从作物覆盖和管理处罚，通过免耕、少耕和覆盖，可减少土壤侵蚀，增加土壤持水性能，改善土壤肥力，保护农田生态系统，从而维持土地可持续生产力［5 6］。保护性耕作对水土流失及土壤质量的影响，已有较多研究［7 13］，但针对幼龄果园保护性耕作的报道［14 17］则较少。近年来，滇西南地区种植结构调整的力度越来越大，各种新植果园不断增多，水土流失及土壤退化成为该区域内普遍存在的重要生态环境问题。针对幼龄果园，开展保护性耕作试验，旨在为滇西南尤其是中缅边境地区不断涌现的新植果园，提供切实可行的耕作技术指导，保护生态环境安全。

1　试验地概况

试验地位于云南省保山市隆阳区道街乡等高村(E25.08°，N 99.10°)，海拔2 300 m，属西南季风区亚热带高原气候，年平均气温15.5℃，年平均降雨量966.5 mm。该试验地土壤类型为红壤，坡度为13.2°，为云南典型的坡耕地。土壤基础理化性质如下:密度 1.17 g/cm3，孔隙度 56.19%，pH值为6.02，有机质23.45 g/kg，全氮、全磷、全钾质量分数分别为0.21%、0.12%和0.71%，速效氮、有效磷和速效钾质量分数分别为88.8、9.07和67.72 mg/kg。

2　材料与方法

2.1试验设计

本试验为同田对比试验，共设3个处理，每个处理3次重复，每个重复面积为30 m2。所有处理均在坡度相等的同一坡面耕地上。

处理1(T1)，传统种植及耕作。对坡耕地进行翻耕犁耙后，等高种植梅子 (Armeniaca mume Sieb．)，行距3.0 m，株距2.5 m。株、行距之间空地地表裸露，不种植任何作物，每年在春秋两季，各进行1次翻犁、除草和施肥。

处理2(T2)，秸秆覆盖保护性耕作。果树种植规格同处理1，果树移栽后不再翻耕，施肥方式为深松后直接兑水浇施。在果树株、行距之间，离梅子树根30 cm的空地上，覆盖玉米(Zea mays L.)秸秆(秸秆切段，每段长30～50 cm)。第1年秸秆用量为15 t/hm2，第2年秸秆用量为9 t/hm2。

处理3(T3)，生物覆盖保护性耕作。果树种植规格同处理1，施肥方式同处理2。在株、行距之间，离梅子树根60 cm的空地上，混播种植5种禾本科、豆科牧草，每个品种种植面积各占20%:三叶草海发(Trifolium subterraneum)、苜蓿皇后(Medicago sativa)、一年生黑麦草特高(Lolium multiflorum)、多年生黑麦草卓越(Lolium perenne)、禾本科牧草鸭茅安巴(Dactylis glomerata)。牧草播种方式:按行距30 cm开等高播种沟，牧草种子用细土及腐熟过筛的农家肥充分混合拌匀，按单位面积称量均匀撒播，播后覆薄土层1～2 cm，并浇透水。牧草前2次刈割后，直接还田覆盖于果园行间空地处，之后刈割的牧草部分结合家庭庭院养殖做畜禽饲料，部分继续覆盖地表裸露处。

2.2试验方法

2.2.1土壤取样及分析测试在试验开始前，按梅花形标准取样方法，对试验地土壤进行取样，并按照NY/T 1377—2007《土壤有机质的测定》、NY/T 1121.6—2006《土壤检测第6部分:土壤有机质的测定》、NY/T 53—1987《土壤全氮测定法(半微量开氏法)》、NY/T 88—1988《土壤全磷测定法》、《土壤分析技术规范》、GB 12297—1990《石灰性土壤有效磷测定方法》、NY/T 889—2004《土壤速效钾和缓效钾含量的测定》等测定并分析测试土壤的理化性状。试验2年后，采用相同方法对各处理土壤取样，并测定其相应指标。

2.2.2径流量和土壤侵蚀量测定每个处理均用高40 cm×40 cm规格的空心砖砌成长10.0 m、宽6.0 m的径流观测区(长边垂直于等高线，短边平行于等高线)，在小区上方开凿排水沟，以拦截外围坡面径流，在小区下方建截洪沟、沉沙池和量水堰。每次降雨产生径流后，测定量水堰内的水量;同时，取样500～1000 mL(搅拌均匀)进行过滤，将泥沙烘干后称量，通过折算得到径流量及土壤侵蚀量。测定完毕后，将量水堰清理干净，以便承接下次径流。此外，沉沙池里有泥沙沉积时，同样取样烘干称量，并折算土壤侵蚀量。待完成全年取样后，对径流及泥沙养分质量分数进行分析检测［17］。

3　结果与分析

3.1耕作方式对幼龄果园土壤理化性状的影响

3.1.1土壤物理性状由表1可知，试验2年后，与基础土样相比，T1土壤密度和孔隙度均无明显变化;T2土壤孔隙度略有降低，相应密度略有增加;与T2变化趋势相反，T3土壤孔隙度略有增加，而密度略有降低。造成上述结果的原因在于，T2在试验期2年内，未进行任何翻耕，导致土壤部分板结;而T3混播多年生牧草，牧草根系的生长和延伸扩展，能有效疏松土壤，增强土壤透气性，改善土壤结构［18］。

表1　试验后土壤理化性状Tab．1　Soil physical and chemical properties after treatment

注:T1为传统种植及耕作，T2为秸秆覆盖保护性耕作，T3为生物覆盖保护性耕作。每列平均值后的不同字母表示不同处理结果差异显著(P＜0.05)。OM:土壤有机质。下同。Notes:T1:traditional tillage;T2:straw mulching;T3:biological covering．Mean values followed by the different letter in a column for the soil indicate that tillage practices had significant effect(P＜0.05)on soil properties．OM:organic matter．The same below．

3.1.2土壤化学性状与基础土样相比，试验2年后，T1土壤的各化学指标均无明显变化。处理2土壤大部分化学成分质量分数相对于基础土样均显著增加。其中:有机质、全氮和全钾质量分数增幅最大，增幅超过 20%;其次为土壤有效磷，增幅达

16.1%;全磷、速效钾增幅相对较小，增幅分别为7.6%和9.0%;土壤速效氮相比基础土样降低了8.3%。T3土壤部分化学成分质量分数同样有所增加。其中，土壤有机质、全氮和全钾增幅在14% ～18%之间，增幅略低于T2，速效氮质量分数增加了17.4%，全磷和有效磷质量分数略有降低。综合上述结果，T2土壤有机质及氮磷钾质量分数的增加，主要源于秸秆的腐解;而土壤速效氮降低的主要原因是秸秆在腐解过程中，微生物要消耗大量氮素，会造成土壤速效氮短期或暂时性降低现象。处理3则主要因为牧草根系的大量生长。

3.2耕作方式对幼龄果园水土流失的影响

2013和2014年 2年间，各处理水土流失情况如图1所示。2013年，试验期降雨量793.5 mm，产流时间为6—10月，对应产流期的降雨量为582.6 mm。2014年，试验期降雨量836.7 mm，产流时间为5—10月，对应产流期的降雨量为605.8 mm。总体来看，2014年试验期降雨量比2013年多39.2 mm，产流期降雨量比2013年大23.2 mm。

3.2.1径流量2013和2014年2年间，各处理径流量的变化趋势有所差异。从2013年整体径流量数据来看，各处理径流量由高到低依次为:T1＞T3＞T2，相对于T1，T2和T3的径流量分别减少了19.5%和18.1%;从具体月份来看，T2和T3的径流量在整个年度均低于T1，在8—10月份，差异逐渐增大，呈显著水平。2014年总径流量由高到低依次为:T2" T1"T3，相对于 T1，T3径流量减少了26.3%，而T2径流量略有增加;从具体月份来看，在5—8月份期间，径流量高低次序表现为:T2＞T1＞T3，差异不显著;而从8月开始至9月，T2径流量相对减少，低于T1，表现为 T1＞T2＞T3，其中，T1和 T3差异显著。可见，生物覆盖模式能够有效降低果园的地表径流量，而秸秆覆盖虽在前期能较好的降低径流量;但后期效果不显著，这可能是因为秸秆覆盖，自试验开始实施后，没有进行任何翻耕措施，导致土壤部分板结，地表径流难以下渗。

值得注意的是，T3径流量随着试验时间增加，产流量有逐步减少的趋势，即便是在降雨量较大的2014年，产流量也比2013年减小10 m3/hm2。究其原因，可能是因为随着牧草种植时间延长，生物量不断增加，覆盖度逐渐加大，牧草根系也不断增多，并逐渐向土壤深层伸展，改善了土壤结构，有利于土壤水分入渗，加之刈割的部分牧草直接还田覆盖，减少了地表裸露，也部分拦截了径流，多重因素作用使得径流量不断减少。

图1　2013和2014年幼龄果园的径流量、土壤流失量和水土流失总量Fig．1　Runoff volume，soil loss amount and soli erosion amount of young orchard in 2013 and 2014

3.2.2土壤流失量2013和2014年2年间，各处理土壤流失量均有以下规律:T1＞T2、T3，T2和 T3之间无显著差异。从年际变化来看，在2014年，保护性耕作措施对土壤流失量降低的效果更明显，相对于 T1，2013年 T2和 T3土壤流失量降低了10.0%～13.5%，而 2014年降低了 27.1%～29.2%。从年内月份变化趋势看，土壤流失均发生在5—10月份，在6—9月份各处理，呈显著差异。3.2.3水土流失总量水土流失总量的变化趋势和径流量一致。2013年，T1流失总量 422.11 t/hm2，T2和 T3流失总量分别为341.76和348.42t/hm2，相比T1，分别降低了19.0%和17.5%;2014年，T1流失总量455.34 t/hm2，T2和T3流失总量分别为453.01和334.41 t/hm2，相比T1，分别降低了0.5%和26.6%。各处理水土流失总量差异，主要出现在7—10月份，以7、8月份为甚。结果表明，2014年，T3的水土保持效果开始优于T2，可预测随着牧草生长时间延长，效果会愈趋明显。

3.3耕作方式对幼龄果园氮磷钾养分流失的影响

土壤氮磷钾养分流失状况如表2所示。2013 和2014年，各处理土壤养分变化趋势一致，全氮、全磷、全钾及总养分流失量均表现为:T1＞T2＞T3。其中:2013年，T1全氮、全钾和总养分流失量均显著高于T3;2014年，T1全氮和总养分流失量显著高于T3。从2年总的土壤养分流失情况看，与T1相比，T2的全氮、全磷、全钾和总养分流失量分别降低了24.1%、13.9%、17.2%和 20.5%，T3分别降低了34.5%、32.6%、26.9%和32.2%。

表2　土壤氮磷钾养分流失量Tab．2　Amount of N，P and K loss in soil　kg/hm2

4　结论与讨论

1)生物覆盖保护性耕作能有效增加土壤孔隙度，降低土壤密度。秸秆覆盖和生物覆盖保护性耕作，均能改善土壤养分状况，秸秆覆盖模式效果更为显著。2年试验期后，相比于传统耕作，秸秆覆盖模式的土壤有机质、全氮和全钾质量分数增加20%以上，有效磷、全磷和速效钾分别增加16.1%、7.6% 和9.0%;生物覆盖模式的土壤有机质、全氮、全钾和速效氮增加14%～18%。

2)随着试验时间推进，生物覆盖模式的径流量有逐步减少的趋势，而秸秆覆盖模式反而增加。试验第1年内，生物覆盖和秸秆覆盖模式径流量分别减少19.5%和18.1%;试验第2年内，生物覆盖模式径流量减少26.3%，而秸秆覆盖模式径流量略有增加。水土流失总量的变化趋势和径流量一致。

3)秸秆覆盖和生物覆盖模式均能够有效减少土壤流失量，且随着试验时间推进，效果更为明显。试验第1年内，生物覆盖和秸秆覆盖模式的土壤流失量降低了10.0%～13.5%，第2年内降低27.1% ～29.2%。

4)秸秆覆盖和生物覆盖模式均能够有效减少土壤养分流失。从2年总的土壤养分流失情况看，与传统耕作相比，秸秆覆盖模式土壤的全氮、全磷、全钾和总养分流失量分别降低 24.1%、13.9%、17.2%和 20.5%，生物覆盖分别降低 34.5%、32.6%、26.9%和32.2%。

研究结果充分说明，保护性耕作能有效地减少坡耕地地表径流量、水土流失总量和养分流失量。其主要原因在于秸秆和牧草的覆盖，在拦截径流的同时，降低了雨滴对表土的直接击溅和冲刷［19，20］，同时还能降低风力［21］，阻止土壤底层毛细水和上层接触，减少大气和土壤空气的湍流交换，从而拟制土壤水分蒸发［22，23］，增加土壤水分，提高土壤水分利用率和作物产量［24］。而生物覆盖水土保持效果优于秸秆覆盖，且随着时间推移，效果越显著，其原因在于土壤质地和结构也是土壤流失的敏感因素，质地细密的土壤渗透率低，易引起地表径流。秸秆覆盖处理，不进行任何翻耕措施，可能导致土壤部分板结，孔隙度略有降低，使得地表径流难以下渗;而生物覆盖套种的牧草，根系可逐渐向土壤深层伸展，增加土壤孔隙度，改善土壤结构，利于土壤水分入渗［25］，同时，进一步促进牧草生长，提高截雨、截流效果。对于生物覆盖的养分流失保护机制，除水土保持效应外，还应认识到:一方面，多年生牧草能够将土壤中的养分转化为其自身生物量，间接固持土壤养分;另一方面，牧草本身覆盖度好，根系发达，通过地上及地下部分的共同作用，使养分流失大量降低［26 27］。

已有大量研究表明，坡度对水土流失的影响至关重要［28 30］，尤其对于幼龄果园。在果树栽培初期，果树干、枝、叶较小，植被枝叶拦截能力低于降雨强度，容易产生地表径流，造成水土流失;此外，幼龄果树的根系弱小，土壤的抗蚀性、抗冲性和固定作用不足，也是水土流失发生的重要因素之一。

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Effects of conservation tillage on the sloping cultivated land of a young orchard

Pan Yanhua1，Wang Panlei1，2，Guo Yurong1，2，Zeng Li1，Zhu Hongye1，2，Guo Zhiqiang1，2，Fan Huacai1，Liu Shufang1，Du Caiyan1
(1．Institute of Agricultural Environment＆Resources，Yunnan Academy of Agricultural Science，650205，Kunming，China;
2．Scientific Observing and Experimental Station of Songming，Ministry of Agriculture，650205，Kunming，China)

Abstract:［Background］In recent decades，soil erosion has become severe environment problem in southwest Yunnan with the increasing of young orchard．Soil erosion is a complex process that depends on soil properties，ground slope，vegetation，and rainfall amount and intensity．Due to the exceptional weather and geographical conditions，the situation is more special in southwest Yunnan．Therefore，it is a critical issue that how the soil and water runoff and degradation of orchards is controlled in this area．This field study aimed to explore the effect and mechanism of soil and water conservation by different tillage practices．［Methods］The field trails were conducted on a red soil sloping land at Baoshan with altitude of 2 300 m．Long-term average annual rainfall is 966.5 mm and annual temperature is 15.5℃ at this site．A total of 3 treatments(traditional tillage，straw mulching，and biological covering)were set up，each treatment was repeated for 3 times，and the area of each treatment was 30 m2．Plum was cultivated with plants spacing of 10 cm and row spacing of 30 cm at all treatments．Different treatments were appliedon the spacing between rows:not planting any crops，mulching corn straw，and inter-planting mixed grasses．Soil nutrition content(nitrogen，phosphorus，and potassium)，surface runoff and soil loss amount were determined by the process of study．［Results］After a 2-year trial，soil organic matter，total nitrogen and total potassium contents increased by more than 14%，runoff amounts reduced by about 20%，erosion reduced by 10% －30%，losses of total nutrient decreased by 20% －30%when compared with traditional tillage practice，and the effect was more significant in biological covering tillage．The results from the study showed:1)Tillage with biological covering resulted in a slight increase of soil porosity and reduction of bulk density．2)Both treatments resulted in the reduction of soil loss and soil nutrient loss．The percent of decrease in runoff by biological covering was 18.1%in the first year and 26.3%in the second year when compared with traditional tillage，while 19.5%and a slight increase respectively in those two years by straw mulching．Soil erosion showed the same tendency，17.5%and 26.6%by biological covering whilst 19.0%and 0.5%by straw mulching for the past two years．3) With the experimental time advancing，the runoff amount and soil erosion of the biological covering treatment presented a declining trend，while which of the straw mulching increasing．The percent of decrease in soil loss by biological covering and straw mulching was 10.0%－13.5%for the first year and 27.1% －29.2%for the second year when compared with traditional treatment．Soil nutrient loss showed the same tendency，20.5%and 32.2%for each year．［Conclusions］Therefore，both straw mulching and biological covering improved soil nutrient status and reduced soil erosion，and biological covering showed more obvious influence．Moreover，the effect of soil and water retention became more significant with the advance of study time under the practices of straw mulching and biological covering．

Keywords:young orchard;slope cropland;conservation tillage;soil and water conservation;traditional tillage;straw mulching;biological covering

中图分类号:S157.2

文献标志码:A

文章编号:1672-3007(2016)03-0139-07

DOI:10．16843/j．sswc．2016．03．018

收稿日期:2015 06 09修回日期:2015 12 17

第一作者简介:潘艳华(1964—)，女，学士，研究员。主要研究方向:农业环境综合治理。E-mail:kmpyh829@163．com

通信作者†简介:杜彩艳(1977—)，女，博士研究生，副研究员。主要研究方向:植物营养和环境生态。E-mail:caiyandu@126．com