紅壤緩坡花生地不同水土保持措施效果分析

鐘義軍，葉川，黃欠如?，章新亮，武琳，孫永明，秦江濤

(1.江西省紅壤研究所，331717，南昌;2.中國科學(xué)院南京土壤研究所，210008，南京)

紅壤是我國長江流域以南各種紅色或黃色酸性土壤的總稱，其分布面積2.18億hm2，占全國土地面積的22.7%。豐富的光、熱、水條件是低丘紅壤的綜合開發(fā)利用成為該區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的突破口［1］，是我國重要的土壤資源和多種農(nóng)林產(chǎn)品的主產(chǎn)區(qū)［2-3］;同時(shí)，紅壤水土流失嚴(yán)重，已經(jīng)成為我國南方紅壤區(qū)危害環(huán)境的第一位問題。江西省是我國紅壤分布重要區(qū)域之一。紅壤旱地是紅壤在旱作條件下形成的耕作土壤，占江西耕地面積的12% ～15%，是發(fā)展多種經(jīng)營和農(nóng)民致富的主要資源。由于紅壤旱地長期不合理開墾利用以及降水分布的不均勻，季節(jié)性暴雨引起的水土流失非常嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，江西省年水土流失量達(dá)1.64億t，占土地面積的20%，而且還有不斷惡化的趨勢［4-5］，極大地制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展［6］;另一方面，紅壤旱地立地條件復(fù)雜，自然與人文環(huán)境背景迥異，造成侵蝕特征各異，加之紅壤侵蝕影響因素多樣、過程復(fù)雜、時(shí)間和空間上分布的隨機(jī)性和不確定性均給紅壤旱地土壤侵蝕科學(xué)研究帶來極大的困難和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn):因此，紅壤旱地水土保持措施效果研究成為紅壤侵蝕研究的重要任務(wù)，對治理水土流失和發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面具有十分重要的作用［7］。作為紅壤旱地的先鋒作物，花生(Arachis hypogaea)在農(nóng)作物種植中被大力推廣［8］，但是，花生因生長周期較短，農(nóng)事較多，水土流失較為嚴(yán)重。本研究旨在探討紅壤緩坡花生地上不同水土保持措施的效果，分析水土保持影響因子間的變化規(guī)律，為構(gòu)建紅壤緩坡旱地水土流失治理模式和關(guān)鍵技術(shù)、促進(jìn)本地區(qū)農(nóng)業(yè)和社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

本研究在江西省進(jìn)賢縣江西省紅壤研究所的水土流失定位試驗(yàn)站進(jìn)行。該試驗(yàn)站的地理位置為E 28°15'30″，N 116°20'24″，氣候溫和、雨量豐富、日照充足、無霜期長，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，年均降雨量1 537 mm，年蒸發(fā)量1 100～1 200 mm;干濕季節(jié)明顯，3—6月為雨季，降雨量占全年雨量61% ～69%;7—9月為旱季，蒸發(fā)量占全年蒸發(fā)量的40% ～59%;年均氣溫17.7～18.5℃，最冷月氣溫(1月)為4.6℃;最熱月(7月)平均氣溫一般在28.0～29.8℃。地形為典型低丘，土壤為第四紀(jì)黏土母質(zhì)發(fā)育的紅壤旱地，質(zhì)地較黏重，肥力中等。

2 研究方法

試驗(yàn)地地形和土壤理化性質(zhì)基本一致，樣地坡度為10°。試驗(yàn)采用徑流小區(qū)法，建立12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積120 m2(5 m×24 m)，設(shè)置4種不同耕作措施(花生常規(guī)種植(對照)、花生+草籬、花生+覆蓋+草籬、花生+覆蓋)進(jìn)行水土流失監(jiān)測。每種處理3個(gè)重復(fù)。在相應(yīng)草籬小區(qū)順坡間隔8 m種植1條香根草(Vetiveria zizanioiaes)籬，每條籬帶2行，株行距為50 cm×50 cm;覆蓋材料采用水稻秸稈。

花生品種選用進(jìn)賢多粒土花生，種植密度為40 cm×15 cm，2010年4月26日播種，8月26日收獲。試驗(yàn)于2010年5月開始，每次降雨后測定地表徑流量和泥沙量，8月底觀測結(jié)束，用以比較花生生長期不同措施的水土保持效果。

降雨量測定采用北京澳作HOBO U30監(jiān)測儀;徑流量觀測采用分流池法;侵蝕量取樣測定采用攪拌法［9］。

用Excel2003進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及作圖，SPSS16.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行方差分析及相關(guān)性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 觀察期內(nèi)日降雨量分布與地表徑流量統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)觀察期內(nèi)共降雨32次，其降雨分布見圖1，其中，日降雨量在60 mm以上的達(dá)到10次，以2010年6月19日最大，達(dá)到168 mm，日降雨量在30～60 mm之間的4次，＜30 mm的18次。日降雨量在60 mm以上的集中于5、6、7月份，占試驗(yàn)觀察期內(nèi)總降雨量的51.25%。

圖1 2010年試驗(yàn)觀察期內(nèi)日降雨量分布Fig.1 Distribution of daily rainfall during experimental observation period in 2010

3.2 不同處理對徑流量的影響

在32次降雨事件中共發(fā)生21次產(chǎn)流事件，不同處理地表徑流量統(tǒng)計(jì)見表1和圖2?？芍?作物+草籬、作物+覆蓋+草籬和作物+覆蓋3種措施的地表徑流量均與對照(花生常規(guī)種植)差異顯著(P＜0.05)，其中覆蓋和覆蓋+草籬處理與對照差異極顯著(P＜0.01)。由圖2可以看出:在花生生育期內(nèi)作物+覆蓋+草籬處理的效果最好，平均地表徑流量最低，與對照相比可減少地表徑流量48.82%。其徑流量由大到小順序依次為對照(花生常規(guī)種植)、作物+草籬、作物+覆蓋和作物+覆蓋+草籬。因此，秸稈覆蓋+草籬技術(shù)僅產(chǎn)生較少的徑流量，是低丘紅壤緩坡旱地水土保持有效耕作措施，主要原因是覆蓋在地表的作物秸稈可以削弱雨滴對土壤的打擊力，從而減輕其對地表結(jié)構(gòu)的破壞。阻止地表硬殼的形成使大部分降雨能迅速滲入土壤，增加水分滲透率，提高土壤含水量，減少地表徑流的形成［10］，植物籬技術(shù)能有效減少地表徑流的形成［11］。

表1 不同處理地表徑流量統(tǒng)計(jì)Tab.1 Surface runoff during observation period m3/hm2

表2 不同處理土壤侵蝕量統(tǒng)計(jì)Tab.2 Soil erosion amount during observation period kg/hm2

圖2 不同水土保持措施5—8月地表徑流量統(tǒng)計(jì)Fig.2 Surface runoff of different tillage measures

圖3 不同耕作措施5—8月土壤侵蝕量統(tǒng)計(jì)Fig.3 Soil erosion amount of different tillage measures

3.3 不同處理對土壤侵蝕量的影響

21次降雨產(chǎn)流事件引起的土壤侵蝕量見表2和圖3，統(tǒng)計(jì)分析(圖3)顯示:作物+草籬、作物+覆蓋+草籬和作物+覆蓋3種措施的土壤侵蝕量均與對照(花生常規(guī)種植)差異顯著(P＜0.05)，其中作物+覆蓋和作物+覆蓋+草籬處理土壤侵蝕量較對照分別減少60.0%和62.4%，與對照差異極顯著(P＜0.01)。其土壤侵蝕量由大到小順序依次為對照、作物+草籬、作物+覆蓋和作物+覆蓋+草籬。由于秸稈覆蓋時(shí)，雨滴對地表的打擊力弱以及因覆蓋減少了雨滴對地表的直接打擊面，使被雨滴濺起而進(jìn)入到徑流中的細(xì)小土粒減少，同時(shí)因覆蓋產(chǎn)生的徑流少，由其侵蝕的土壤也大為減少;因此，秸稈覆蓋僅產(chǎn)生較少的土壤流失量［12］。另外，植物籬技術(shù)能有效攔截土壤侵蝕［13］，使得秸稈覆蓋+草籬技術(shù)成為低丘紅壤緩坡旱地水土保持有效耕作措施。8月24日花生收獲后相同徑流量引起的土壤侵蝕量明顯加大，但常規(guī)種植花生措施的土壤侵蝕量增大率明顯大于其他3種措施，這表明農(nóng)事措施對土壤侵蝕量有一定影響。

4 結(jié)論與討論

紅壤區(qū)作為我國主要的經(jīng)濟(jì)林果、經(jīng)濟(jì)作物及糧食生產(chǎn)的重要基地，農(nóng)業(yè)技術(shù)措施不但可以有效防治水土流失，還可以取得較高的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益［14］。在我國南方紅土丘陵區(qū)域，坡耕地面積較大，高達(dá)90%的坡耕地具有不同程度的水土流失［15］。水土保持措施是紅壤緩坡旱地水土流失治理的主要措施之一，也是治理坡耕地水土流失首先并重點(diǎn)考慮的措施。以花生常規(guī)種植為對照，重點(diǎn)考察了覆蓋、草籬以及覆蓋+草籬等水土保持措施對紅壤緩坡花生地水土流失的影響，通過試驗(yàn)得到以下結(jié)論。

1)紅壤緩坡花生地徑流與降雨同期產(chǎn)生，但在日降雨量小于10 mm的條件下基本沒有地表徑流，降雨事件集中于5、6、7月份，引起地表徑流量也主要集中于在這3個(gè)月，紅壤緩坡花生地該時(shí)期的水土保持工作顯得尤為重要和有意義。

2)采取水土保持措施手段能有效遏制地表徑流的產(chǎn)生。與花生常規(guī)種植相比，3種水土保持措施產(chǎn)生的地表徑流量由大到小的順序?yàn)?作物+草籬、作物+覆蓋和作物+覆蓋+草籬，這表明覆蓋和草籬對紅壤緩坡花生地的地表徑流產(chǎn)生量有一定影響;但是文中沒有對覆蓋的厚度以及草籬間距對徑流量、侵蝕量和花生農(nóng)藝性狀進(jìn)行過多的研究，有待于下一研究。

3)在紅壤緩坡花生地采取的4種不同水土保持措施中，地表有植被就能有效保護(hù)水土流失，而采取作物+秸稈覆蓋+草籬技術(shù)僅產(chǎn)生較少的徑流量和土壤侵蝕量，是紅壤緩坡花生地較為有效水土保持措施，建議予以大力推廣。

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