晋北高寒区坡改梯对农田产流产沙及养分流失的影响

郭玉记 贾 芳 刘一乐

（山西农业大学水土保持科学研究所，山西 太原 030002）

坡耕地是我国的重要耕地资源，占我国总耕地面积的35%，在降雨量较大的情况下，坡耕地水土流失严重，造成土壤生产力下降，营养元素均有不同程度流失，导致我国水环境恶化[1]。

坡改梯工程能有效解决水土流失及养分流失问题，变跑水、跑土、跑肥的“三跑田”为保水、保土、保肥的“三保田”。然而坡改梯虽然能有效解决水土流失问题，但新修梯田扰动土壤原有养分，对土壤有机质和活性酶有所破坏，土壤养分含量下降，并没有有效提高作物产量，因此，通过试验掌握新修梯田的肥力状况及水土流失特征尤为必要。

1 研究区域与方法

1.1 研究区域

研究区域为山西省山阴县合盛堡乡西双山村省农科院高寒所试验基地，地貌类型属典型的黄土丘陵沟壑区，气候类型为温带大陆性气候，年均气温仅7℃，为典型高寒区，年降雨量410 mm。选取黍子作为试验作物。

1.2 试验方法

本次试验在坡耕地、1# 坡改梯和5# 坡改梯上设置对比试验，每种地块上划定3 个试验小区，每个小区面积为4 m×5 m=20 m2。为防止各试验小区之间水分和土塘养分的相互流失，在试验小区四周垂直埋入PVC 板材，径流小区下方安装集水槽，并在接口处放置塑料桶，收集降雨过后的地表径流水。用雨量计进行降雨观测，在黍子整个生长周期内，收集了2020年6月18日和7月30日的径流量，两次降雨分别为11.6 mm 和23.5 mm，降雨时长为1.5 h 和3.2 h，每次降雨后立即用径流水计算径流量。

用1 000 ml 塑料桶收集径流桶浑水样用以测定养分含量，另取1 000 ml 浑水样采用烘干称重法计算泥沙含量，再根据总径流量计算总泥沙量。

2 结果分析

2.1 不同处理的产流产沙分析

表1 为6月18日、7月30日两次不同降雨强度下，坡耕地、1#坡改梯、5#坡改梯等三种立地类型下，地表产生的径流量和泥沙量情况。可以看出，在降雨量相同的情况下，坡耕地产流最大，达到坡改梯的4～30 倍，1# 坡改梯产流次之，为5# 坡改梯的15～20 倍，原因为：随着坡改梯改造年限的延长，土壤逐渐熟化，土壤水分含量和蓄水能力持续上升和增强，产生径流量减少。

表1 农田地表径流量和泥沙量

在降雨量相同的情况下，坡耕地产沙最大，达到坡改梯的20～40 倍，1#坡改梯产沙次之，为5#坡改梯的7～20 倍。原因为：坡改梯随着形成年份的延长，有效入渗雨水增加，产生径流量减少，随径流带走的泥沙也相应减少。

坡耕地在雨量较大时产流、产沙较大，在7月18日较大降雨量情况下，产生的径流量是6月18日降雨量较小时产生径流的32.4～85.2%，而产生的泥沙量是6月18日降雨量较小时产生泥沙的50.9～70.2%。这说明，降雨量是造成坡耕地严重水土流失的重要原因。

2.2 不同处理对径流中氮元素的影响

表2 为不同处理农田地表径流氮流失量特征，可以看出，在不同雨强条件下，氮元素的流失量均是有机+无机配施最低，且在大雨强条件下，梯田的氮元素流失情况要显著大于坡耕地量；全氮的流失量要显著高于小雨量；各种耕地类型在不用施肥处理下氮流失量无显著差异，但坡耕地与不同年限坡改梯相比，随着坡改梯年限的增加，氮流失量显著减少。

表2 不同处理农田地表径流氮流失量

2.3 不同处理对径流中磷元素的影响

表3 为不同处理农田地表径流磷流失量，可以看出，梯田的磷元素流失量显著低于坡耕地，5#坡改梯的表现要优于1#坡改梯，且在大雨强条件下，全磷的流失量要显著高于小雨量。

表3 不同处理农田地表径流磷流失量

各种耕地类型在不用施肥处理下磷流失量均无显著差异，但坡耕地与不同年限坡改梯相比，随着坡改梯年限的增加，磷流失量显著减少。试验结果表明，坡耕地改为坡改梯，坡改梯工程对晋北高寒区坡耕地产流及养分流失有显著影响，相对于坡耕地5年坡改梯田，径流量和泥沙量平均减少68.6%和91.2%，氮磷流失量平均减少26.3%和29.8%，降雨强度也是影响水土和养分流失的关键因素，随着降雨时间的增加，径流量、泥沙量和土壤养分流失量也相应增加。