坡耕地间作作物群体水土保持耕作措施

安曈昕, 周 锋, 吴珍珍, 和成山, 李 康, 杨友琼, 吴伯志

(1.云南农业大学 农学与生物技术学院, 昆明 650201; 2.云南省西双版纳傣族自治州农业科学研究所,云南 景洪 666100; 3.迪庆州德钦县种子管理站, 云南 德钦 674500; 4.普洱市墨江县农科局农广校, 云南 墨江 654800)

云南省地貌类型属典型的山地构造地形，其中山坡地占94%，平坝区只占总面积的6%[1]。云南省是我国水土流失较严重的省份之一，目前，全省水土流失面积13.4万km2，占全省总面积的35%，年平均土壤流失量超过5亿t[2]。多数坡耕地不合理的使用(如滥垦、滥伐、滥牧的掠夺式经营以及坡地不合理的耕作措施如：顺坡种植、大坡度种植等)，造成大面积的水土流失。有研究表明，云南省坡耕地玉米顺坡种植造成水土流失量达4 993 kg/hm2，未采取其他保护措施的等高种植流失量也达1 465 kg/hm2[3]，使原本浅薄的土层更加贫瘠，加之其又易受干旱条件的制约，致使土地生产力严重受损，环境日益恶化，坡耕地可持续利用受到严重考验，水土保持任务十分艰巨。因此研究合理的作物间作方式对坡耕地水土等自然资源进行保护与利用，有利于促使坡耕地农业生产持续增产、增收、增效。间作是在同一田地上于同一生长期内分行或分带相间种植两种或两种以上作物的种植方式，是中国传统精细农艺的精华，在世界农作史上享有盛誉。在前人的研究中，间套作可以增加地表覆盖度，延长覆盖时间，减轻水土流失，是山地保持水土的重要种植措施[4-7]。采用不同间作种植方式对山地水土流失进行治理，均能达到一定的效果[8-10]。虽然目前坡耕地水土保持耕作措施有一定的研究[11-12]，但是从农业生产领域来说，研究不够全面，尤其是对利用不同作物特性构建间作群体水土保持效应的研究较少，有待进一步研究。本研究旨在通过合理选配玉米、辣椒、草带等不同作物进行间作，通过构建不同间作群体，增加空间层次或地表覆盖度，削弱雨水对地面的冲击，减缓径流流速，拦截泥沙，阻拦疏生作物区产生的水土流失，为坡耕地水土流失治理和山地农业可持续发展提供科学理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于云南省昆明市北郊云南农业大学教学科研试验农场，地理位置为：25°18′N，102°45′E，海拔1 930 m。属北纬低纬度亚热带—高原山地季风气候，雨季旱季分明，降雨主要集中在6—9月，年均降雨量1 035 mm，具有典型的温带气候特点。试验地土壤质地为山地砂质红壤，坡度为10°，试验地共设24个径流小区，小区面积为30 m2(3 m×10 m)。

1.2 试验设计

(1) 供试作物及品种：玉米(ZeamaysL.)：云瑞8号；辣椒(CapsicumannuumL.)：云南省通海县曲陀关长辣椒；非洲狗尾草(Setariasphacelatacv.Narok)。

(2) 试验设计：试验设8个处理(A，B，C，D，E，F，G，H)，3次重复，按随机区组设计，共24个试验小区。处理如下，A：玉米‖辣椒等高种植(行比为2∶2)；B：玉米‖辣椒等高种植(行比为2∶4)；C：玉米‖辣椒等高种植(行比为2∶6)；D：玉米‖草带等高种植；E：辣椒‖草带等高种植；F：玉米等高等行距单作；G：辣椒等高等行距单作；H：玉米顺坡等行距单作。

1.3 作物种植与管理

作物种植方式为：玉米、辣椒采用育苗移栽；草带为直播。各作物种植规格见表1。

表1 作物种植规格

试验地经20—30 cm深翻后碎土，间作等高处理均采用沿等高线开沟种植，玉米顺坡单作均采取打塘种植，将农家肥和化肥一起施入沟内或塘内，每穴移栽2～3株苗(双株留苗)；辣椒单作采用顺坡打塘种植，将农家肥和化肥一起施入沟内或塘内，移栽辣椒幼苗(单株留苗)。草带种植：采用草种为非州狗尾草，播种量为50 g/m2，每小区间作7带，每带宽40 cm。在玉米和辣椒宽行松碎土壤，施用农家肥和有机肥与土壤混拌后平整，均匀撒播草种，加盖约1 cm厚沙土，均匀轻拌并镇压播层表土，铺盖无纺布。

不同处理各作物田间管理措施均保持一致。玉米：第一次在拔节期追施苗肥，第二次在大喇叭口期追施穗肥。追肥时在距根部5 cm左右的地方破膜施入尿素。辣椒：第一次在辣椒现蕾期施用复合肥，壅施；第二次在门椒(辣椒第一朵花长成的果实)长到3 cm左右时施复合肥。以后每收获一次，可酌情追肥。草带于每次刈割后追施尿素。

1.4 测定项目及方法

气象指标测定：在试验地旁设有一台自动观测气象站(美国造Davis Vantage Pro 2型无线自动气象站)。每隔5 min记录1次数据，观测记录气象指标主要有：日最高温、日最低温、日均温、月蒸发量、日蒸发量、日降雨量、降雨次数、降雨强度、最大降雨强度(I30)。根据降雨强度，把降雨分为4个等级：I30<0.25 mm/min(低强度降雨)，0.25 mm/min0.75 mm/min(极高强度降雨)。

径流量及土壤侵蚀量测定：在作物生长期间，每次降雨产生径流后，用直刻度尺测定每个小区蓄水桶中的径流水深。根据水的深度计算小区径流量。每次降雨产生径流后，充分搅匀蓄水桶中的集水，分上、中、下3层共取水样250 ml，装于玻璃瓶中，过滤泥沙，在温度为105℃的烘箱中烘干24 h后称重，与各小区径流量换算得到每次降雨产生的土壤侵蚀量。

1.5 数据处理

对所得的数据用Excel和SPSS等应用软件进行数据计算、整理、统计分析，利用Duncan法对数据进行差异性检验。

2 结果与分析

2.1 间作作物群体对坡耕地径流量的影响

由表2可知，2009年作物生育期内6月、7月各处理间径流量差异不显著(p>0.05)。8月份各处理径流量差异达显著水平(p<0.05)，其中，D处理与B，C，G，H处理差异显著(p<0.05)；间作处理径流量依次为B>C>A>E>D，单作处理径流量依次为G>H>F，D处理径流量比G处理减少92.83%。各处理总径流量差异不显著(p>0.05)，间作处理总径流量依次为B>C>A>D>E，单作处理依次为G>H>F，D和E处理总径流量分别比G处理减少46.33%，50.23%。2010年6月份各处理径流量差异不显著(p>0.05)，其余各月和总径流量差异均显著(p<0.05)，7月份和总径流量各处理差异达极显著水平(p<0.01)，D，E处理总径流量均与H，G处理差异极显著(p<0.01)；间作各处理总径流量依次为A>C>B>E>D，单作处理依次为H>G>F，D和E处理总径流量比G处理分别减少96.01%，87.74%，比H处理分别减少97.52%，92.37%。综合2年结果可知，玉米间作草带、辣椒间作草带径流量最少，玉米间作辣椒次之，其中玉米间作辣椒2∶4少于2∶6，玉米、辣椒单作地表径流量最大。总体表明，间作草带处理能有效地减少坡耕地地表径流。

表2 不同时期各处理径流量方差分析

注：同行中数字后不同小写字母和*表示在p<0.05水平上差异显著，不同大写字母和**表示在p<0.01水平上差异极显著，相同字母表示差异不显著，下表同。

2.2 间作作物群体对坡耕地土壤侵蚀量的影响

由表3可知，2009年作物生育期内6月、7月以及总土壤侵蚀量各处理差异均不显著(p>0.05)。8月份各处理侵蚀量差异达显著水平(p<0.05)，其中，D，E处理与B，G，H处理差异均达显著水平(p<0.05)；间作处理侵蚀量依次为C>B>A>E>D，单作处理侵蚀量依次为G>H>F，D处理侵蚀量比G处理减少97.62%。间作处理总侵蚀量依次为B>C>A>D>E，单作处理依次为G >H >F，D 和E处理总侵蚀量分别比G处理减少89.75%，85.68%，比H处理分别减少85.54%，79.80%。2010年除8月份各处理侵蚀量差异不显著(p>0.05)外，其余月份和总侵蚀量各处理差异均达显著水平(p<0.05)，D处理与G，H处理差异均显著(p<0.05)。间作各处理总侵蚀量依次为A>B>C>E>D，单作处理依次为H>G>F，D处理总侵蚀量比G处理减少99.49%，比H处理减少99.37%。综合2年试验结果可以看出，间作处理土壤侵蚀量小于单作，其中间作草带处理土壤侵蚀量最少，在玉米间作辣椒中，2∶2，2∶4侵蚀量小于2∶6，土壤保持效果最好。

表3 不同时期各处理土壤侵蚀量方差分析

2.3 不同降雨强度下作物间作群体对坡耕地径流量的影响

由表4可知，2009年在低强度降雨和极高强度降雨下，各处理径流量差异不显著(p>0.05)。在低强度和高强度降雨下，各处理差异显著(p<0.05)。两个降雨强度下，D，E处理的径流量与G，H处理均达到显著水平(p<0.05)，低强度降雨下，间作处理径流量依次为B>C>A>E>D，单作处理依次为G>H>F，高强度降雨下，间作处理径流量依次为C>B>A>E>D，单作处理依次为H>G>F。低强度降雨下，D处理的径流量分别比G，H处理降低83.86%，83.55%，高强度降雨下，D处理的径流量分别比G，H处理降低77.13%，75.20%。2010年低强度降雨下，各处理差异不显著(p>0.05)，中强度和高强度降雨下，各处理差异均显著(p<0.05)。低强度和高强度降雨下，各间作处理径流量均依次为C>B>A>E>D，单作处理均依次为H>G>F，低强度下，D处理径流量分别比G，H处理减少97.39%，98.10%，E处理分别比G，H处理减少91.32%，93.68%；在高强度降雨下，D处理径流量分别比G，H处理减少97.52%，98.25%，E处理分别比G，H处理减少91.31%，93.87%。

两年试验结果表明，在各降雨强度下，间作处理中，玉米间作草带径流量最小，辣椒间作草带次之，玉米间作辣椒处理中，2∶2，2∶4模式径流量小于2∶6模式。径流量随着降雨强度的增大而增大，但间作处理尤其是草带间作处理增加幅度小于单作处理。

表4 不同强度降雨下各处理径流量方差分析

2.4 不同降雨强度下作物间作群体对坡耕地侵蚀量的影响

由表5可以看出，2009年在高强度降雨下，各处理侵蚀量差异不显著(p>0.05)，在其余降雨强度下，各处理差异均显著(p<0.05)。在低强度、中强度和极高强度降雨条件下，D和E处理侵蚀量与G处理差异均达到显著水平(p<0.05)。在各降雨强度下，间作处理的侵蚀量均小于G，H处理，间作处理侵蚀量依次为C>B>A>E>D，单作处理依次为G>H>F。随着降雨强度的增加，间作处理与单作处理侵蚀量差值越大，在极高强度降雨下，D处理的侵蚀量分别比G，H处理降低95.98%，94.17%，F处理的侵蚀量分别比G，H处理降低91.17%，87.20%。2010年除低强度降雨下各处理差异不显著(p>0.05)外，中强度和高强度降雨下各处理差异均达极显著水平(p<0.01)。在中强度和高强度降雨下，D，E处理侵蚀量和G，H处理差异均达极显著水平(p<0.01)。在中强度和高强度降雨下，各间作处理侵蚀量均依次为C>B>A>E>D，单作处理均依次为H>G>F。随着降雨强度增加，间作处理侵蚀量减少越多，中强度下，D处理侵蚀量分别比G，H处理减少99.59%，99.68%，E处理分别比G，H处理减少98.95%，99.18%；在高强度降雨下，D处理侵蚀量比G，H处理均减少99.96%，E处理分别比G，H处理减少99.78%，99.80%。两年试验结果表明，在各降雨强度下，间作处理中玉米间作草带侵蚀量最小，辣椒间作草带次之，玉米间作辣椒处理中，2∶2，2∶4模式侵蚀量小于2∶6模式。侵蚀量随着降雨强度的增大而增大，但间作处理土壤侵蚀量随降雨强度的增加幅度小于单作处理。

表5 不同强度降雨下各处理侵蚀量方差分析

3 讨 论

影响水土流失的因素有很多，其中地表覆盖是影响水土流失最直接也最重要的因素。前人关于地表覆盖与水土流失关系的研究表明：增加作物覆盖度减少水土流失的主要原因有：(1) 增加覆盖为土壤颗粒的分离和运输提供了阻力；(2) 增加了土壤载水和持水的能力；(3) 分解的植物残体保持了土壤有机质水平；(4) 提供连续的地表覆盖，保护土壤免受雨水的直接冲刷；(5) 降低耕地表面径流的流动速度和承载力；(6) 改善土壤团聚体和土壤结构，水分渗透能力增强[3,13-16]。在农业生产中，通过不同作物间、套、复种，恰恰是增加地表覆盖、延长覆盖时间的重要措施。本研究通过玉米、辣椒、草带搭配间作，可能通过提高地表覆盖降低了径流与土壤侵蚀。除此之外，传统的单一种植，如玉米单作等高秆作物本身叶片能够汇集降雨雨滴，将小雨滴集成大雨滴，从较高处落下，增加了对地表的溅蚀能力[17-18]。而如果高位作物玉米能与矮位作物间套作，从玉米叶面落下的水滴动能消耗在矮位作物叶面上，从而有效地减小雨滴溅蚀和径流面蚀，降低坡耕地土壤侵蚀[19]。前人研究表明，通过合理作物耕作措施，坡耕地土壤侵蚀可被极大控制，因而选配合适的作物系统，对于控制水土流失、减少径流非常重要[20-23]。本研究结果表明，高位作物玉米间作辣椒和间作草带相较于玉米单作处理，总水土流失量和总侵蚀量均能得到显著的降低，其中玉米间作辣椒2∶2，2∶4处理总径流量及总侵蚀量极显著小于辣椒单作和玉米单作。除作物之间的间作搭配能显著降低水土流失外，合理的农牧间作也能显著降低水土流失。前人研究表明，玉米与草木樨带状间作，地表径流减少50%～80%，冲刷量减少79%[24]，同时能显著增加其经济收入。本研究也表明，玉米间作草带和辣椒间作草带均能显著减少水土流失量，而且，在高强度降雨条件下，该处理水土流失量减少效果更明显，坡耕地水土资源得以有效保护。因此，在不适宜种植农作物的坡耕地上，采用合理的农牧间作不仅能起到水土保持、不破坏生态环境的作用，还能提高农牧民经济收入。

从国内外利用作物群体控制水土流失研究方面来看，间作模式主要以农林间作、林草间作为主[25-27]，国内在不同作物间作比较控制水土流失方面研究尚少。本研究采取玉米间作辣椒、玉米间作草带、辣椒间作草带等多种模式，探讨了合理的农作物间作及农牧结合对水土保持的效果，有利于保护农田生态环境，增加农牧民收入。为不同生态区域开展合理间套作搭配降低水土流失提供一定的理论支持。

4 结 论

在坡耕地上，作物间作体系能有效减少坡耕地水土流失量。作物间作群体总水土流失量均低于作物裸地单作；玉米间作辣椒的水土保持效果较好，其中，行比为2∶2，2∶4的水土保持效果好于2∶6模式。玉米间作草带和辣椒间作草带的水土保持效果最好，在中强度和高强度降雨下，玉米间作草带的水土流失减少程度好于低强度降雨，水土保持效果更明显。所以合理的作物间作体系均能有效利用与保护山区坡耕地水土资源。