云南曲靖烤煙坡耕地不同農(nóng)作處理的水土流失特征

邱學(xué)禮，李軍營，李向陽，胡萬里，段宗顏，付斌，魯耀

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，650205，昆明;2.云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，653100，云南玉溪)

云南曲靖烤煙坡耕地不同農(nóng)作處理的水土流失特征

邱學(xué)禮1，李軍營2?，李向陽2，胡萬里1，段宗顏1，付斌1，魯耀1

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，650205，昆明;2.云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，653100，云南玉溪)

通過對云南紅壤坡耕地一年內(nèi)產(chǎn)流降雨的監(jiān)測，研究不同農(nóng)作處理下烤煙坡耕地的水土流失特征。結(jié)果表明：1)順坡壟作處理條件下，施肥量的差異造成地表植被覆蓋率的差異，影響了水土流失量和養(yǎng)分流失量;2)破膜提土處理條件下，相比未破膜處理，破膜后可增加地表土壤的保水能力、減少水土流失量，其中秸稈覆蓋在揭膜后對減輕水土流失效果更好;3)烤煙生長前期，農(nóng)作處理方式是影響水土流失和養(yǎng)分流失的主要因素，烤煙生長后期，地表植被覆蓋率成為影響坡耕地水土流失和養(yǎng)分流失的主要因素;4)氮、磷養(yǎng)分流失途徑相比較，總磷流失相對于總氮流失受徑流流失影響更大。

坡耕地;農(nóng)作處理;水土流失;養(yǎng)分流失;云南曲靖

云南曲靖作為全國主要煙葉產(chǎn)區(qū)，地處滇中低緯高原，立體氣候特征明顯，氣候溫和，降水充沛;但年降水量分布不均，5—10月雨季降水量占全年的80%左右，加之高原山地的立體地形，易發(fā)生水土流失，土壤退化嚴(yán)重。加強對坡耕地水土流失的綜合治理可起到固土保肥作用，促進(jìn)煙區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。目前，國內(nèi)外學(xué)者就坡耕地水土流失進(jìn)行了較多研究，但多集中于坡耕地土地利用方式、植被類型、農(nóng)作措施的水土流失特征和水土保持效果［1-4］方面。對于經(jīng)濟作物烤煙種植區(qū)的水土流失研究報道較少，并且烤煙種植的農(nóng)作措施繁瑣，有別于大田糧食作物;因此，筆者以云南曲靖烤煙坡耕地為研究對象，研究不同農(nóng)作處理方式對紅壤坡耕地水土流失的影響，探討烤煙坡耕地水土流失的治理措施，研究結(jié)果對改善煙區(qū)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)山地農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義［5-8］。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省曲靖市馬龍縣舊縣鎮(zhèn)團結(jié)村緩坡丘陵烤煙種植區(qū)。地理位置為 E 103°22'57.0″，N 25°21'17.0″，海拔 1 885m。年均氣溫 13.6℃，年均降雨量1 001.8mm，年均日照時間2 158 h。土壤類型為第四紀(jì)紅土發(fā)育的紅壤、砂壤土質(zhì)地。

2 研究方法

2.1 試驗布設(shè)

在研究區(qū)內(nèi)，選擇坡度一致的坡面(坡向東南，坡度8.5°)設(shè)置徑流小區(qū)，每個徑流小區(qū)面積32m2(順坡8m×橫坡4m)，徑流小區(qū)下方設(shè)1.5m3徑流池，共建造18個徑流小區(qū)。徑流小區(qū)內(nèi)種植作物為烤煙(Nicotiana tabacumLinn.)，品種為云煙85，每小區(qū)種植36株煙。根據(jù)當(dāng)?shù)乜緹煼N植施肥量和農(nóng)作措施，設(shè)置6種農(nóng)作處理方式，每種處理重復(fù)3次。坡耕地農(nóng)作處理方式見表1。

表1 坡耕地農(nóng)作處理方式Tab．1 Experiment design of farmingmeasures in slope field

1)施肥量。常規(guī)施肥量：有機肥為3 500 kg/hm2，N 為 79 kg/hm2，P2O5為 93 kg/hm2，K2O 為 166 kg/hm2;優(yōu)化施肥量：有機肥為3 500 kg/hm2，N為90 kg/hm2，P2O5為 120 kg/hm2，K2O 為 225 kg/hm2。

2)壟作方向。順坡壟作為4壟×9株/壟;橫坡壟作為6壟×6株/壟。

3)覆蓋處理。煙苗移栽后地膜覆蓋壟面;壟面秸稈覆蓋量為16 kg/區(qū);烤煙移栽45 d后進(jìn)行破膜提土覆蓋壟面。

試驗區(qū)烤煙于2008年4月20日完成移栽，2008年9月4日采烤煙結(jié)束，試驗時間135 d。試驗期間降雨28場，降雨量為713.8mm，占常年總降雨量的72.5%。

2.2 監(jiān)測與分析方法

1)監(jiān)測方法。降雨量監(jiān)測：采用SM-I型人工雨量計監(jiān)測。徑流量監(jiān)測：以一次產(chǎn)流降雨為單位，通過記錄徑流池內(nèi)水文尺刻度，計算徑流量。泥沙流失量監(jiān)測：取100mL徑流液0.45 um濾膜過濾，濾膜烘干后稱量，通過過濾前后濾膜質(zhì)量差減，計算徑流中泥沙質(zhì)量含量。泥沙流失量計算公式

式中：W1為泥沙流失量，t/km2;P1為泥沙質(zhì)量濃度，g/L;M為徑流量，L/m2。

養(yǎng)分流失量監(jiān)測：測定徑流混合水樣中氮磷養(yǎng)分濃度，乘以徑流量。加和監(jiān)測期間各次氮磷養(yǎng)分流失量，得到總氮、總磷流失量。水樣總氮測定采用堿性過硫酸鉀消解分光光度法，水樣總磷測定采用鉬酸銨分光光度法。

式中：W2為總氮流失量，t/km2;P2為徑流中總氮質(zhì)量濃度，g/L;W3為總磷流失量，t/km2;P3為徑流中總磷質(zhì)量濃度，g/L。

2)分析方法。采用統(tǒng)計軟件SPSS 16.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 試驗期降雨情況

試驗期間降雨量為713.8mm，占全年降雨量985mm的72.5%，5—7月降雨集中，占全年降雨量的比例分別為14.1%、27.6%和26.2%，其余月份降雨量占全年降雨量的比例低于3%。徑流小區(qū)內(nèi)徑流量的變化規(guī)律同降雨趨勢一致。試驗監(jiān)測期間內(nèi)共有8次產(chǎn)流降雨，各次產(chǎn)流降雨情況見表2。

3.2 不同農(nóng)作處理方式對徑流量的影響

不同農(nóng)作處理方式不同產(chǎn)流時間徑流量變化曲線見圖1?？芍嗤匀唤涤陾l件下，處理1～處理6的徑流量分別為 200、190、184、71、58 和 60 L/m2。橫坡壟作處理4～處理6的徑流量僅占順坡壟作處理1～處理3的29% ～38%，橫坡壟作對減少徑流流失有較好的效果。順坡壟作處理間施肥量的差異造成地表植被覆蓋率的差異，植被覆蓋的增加能減少地表徑流量。橫坡壟作的3種處理中，未破膜處理4的徑流總量大于破膜處理5和處理6。由于破膜處理可增加土壤表層面積，使得一部分降雨通過滲透進(jìn)入土體，減少地表徑流量，所以，破膜處理能有效地減少徑流流失。秸稈覆蓋在破膜后的降雨過程中徑流量小于未覆蓋秸稈處理的，多次降雨后，秸稈覆蓋處理的徑流量與未覆蓋秸稈處理的徑流量差異較小。由此可見，在控制坡耕地徑流流失方面，橫坡壟作效果遠(yuǎn)好于順坡壟作。秸稈覆蓋在破膜后對減少徑流流失具有一定的效果。

表2 試驗期間產(chǎn)流降雨情況Tab．2 Characteristic of rainfall-runoff process during the experiment

圖1 不同農(nóng)作處理方式不同產(chǎn)流日期的徑流量Fig．1 Runoff change in different farmingmeasures

3.3 不同農(nóng)作處理方式對土壤流失量的影響

不同農(nóng)作處理方式不同產(chǎn)流時間土壤流失量變化曲線見圖2?？芍?，相同自然降雨條件下，處理1～處理6的土壤流失總量分別為702、667、557、243、213和247 t/km2。順坡壟作的處理1、處理2和處理3的土壤流失量具有較大差異，這是因為3種農(nóng)作處理間的施肥量不同，所以造成煙株生長有差異，地表植被覆蓋率不同，進(jìn)而引起了相同降雨條件下土壤流失量的差異顯著。橫坡壟作處理的土壤流失量都小于順坡壟作處理，橫坡壟作處理的土壤流失量占順坡壟作處理的30% ～44%，橫坡壟作處理對減少土壤流失有較好的效果。橫坡壟作破模處理后，使表土疏松、分散，首遇降水后土壤顆粒易隨徑流流失，徑流中土壤流失量劇增，而在經(jīng)過多次降雨產(chǎn)流后，揭膜培土處理的地表經(jīng)過雨水的沖刷，表土被壓實，產(chǎn)生結(jié)皮，土壤流失量逐漸減少。試驗監(jiān)測后期，降雨產(chǎn)流的土壤流失量都減少，且各處理的土壤流失量差異較小。經(jīng)前期多次降雨產(chǎn)流，坡耕地地表土壤經(jīng)沖刷、壓實和結(jié)皮作用，減少了土壤流失，并且因烤煙生長進(jìn)入成熟期，地表植被覆蓋率達(dá)到最大化，成熟煙葉能有效阻擋降雨、減小雨水動能、減弱降雨侵蝕力。影響坡耕地土壤流失量的因素由不同農(nóng)作處理方式轉(zhuǎn)為地表植被覆蓋率，各處理徑流小區(qū)的植被覆蓋率差異是引起地表土壤流失量的主要因素。

3.4 不同農(nóng)作處理方式對養(yǎng)分流失量的影響

3.4.1 不同農(nóng)作處理方式對總氮流失的影響 不同農(nóng)作處理方式不同時間徑流中總氮流失量見圖3。可以看出，監(jiān)測期間8次產(chǎn)流降雨過程中，順坡壟作前3次的總氮流失量是后5次的2倍左右。監(jiān)測前期，烤煙種植剛完成，移栽或煙苗進(jìn)入伸根期，經(jīng)過翻耕擾動，土壤疏松分散，易隨降水流失，并且作物地上部分幼小，未能有效降低或防止降水對土壤的濺蝕和沖刷。坡耕地順坡壟作的氮流失主要發(fā)生在前幾次降雨過程中，如果前期降雨為暴雨，氮的流失更為嚴(yán)重，應(yīng)在作物生長前期加強水土流失的防治措施。每次降雨產(chǎn)流中的總氮流失量和徑流中的氮素濃度橫坡壟作均小于順坡壟作。由此可知，順坡壟作氮素流失量高是因地表徑流沖刷過程中帶走了大量團?；蛭F粒結(jié)構(gòu)的土壤顆粒，其中富含大量的氮素和有機物質(zhì)，造成了徑流總氮含量順坡壟作處理的高于橫坡壟作處理的。

圖2 不同農(nóng)作處理方式不同產(chǎn)流日期土壤流失量變化Fig．2 Change of soil loss in different farmingmeasures

圖3 不同農(nóng)作處理方式不同產(chǎn)流日期徑流中總氮流失量Fig．3 Temporal distribution of nitrogen in differentmeasures

順坡壟作處理1、處理2、處理3的總氮流失量分別為1 501、1 599、1 515 kg/km2。處理1未施用任何肥料，其總氮流失量最小，處理2(常規(guī)施肥)的施肥量小于處理3(優(yōu)化施肥)的，但處理2的總氮流失量卻大于處理3。由此可知，當(dāng)?shù)乜緹煼N植常規(guī)施肥磷肥、鉀肥施用量不足，氮磷鉀養(yǎng)分不均衡，而氮肥相對過剩未能被烤煙生長所吸收，造成降雨過程中隨徑流流失。

橫坡壟作監(jiān)測前期，3次徑流中氮素流失總量小于后5次徑流中氮素的流失總量，橫坡壟作沿等高線起壟，能有效阻擋表土隨徑流流失，徑流中泥沙含量減少，泥沙含氮量不是決定橫坡壟作處理中徑流氮素流失的主要因素。降雨量成為影響橫坡壟作徑流中氮素流失的重要因素，當(dāng)降雨量大于土壤含水容量時，多余的降水通過地表徑流流失，徑流流失過程中和表土發(fā)生可溶性氮素物質(zhì)交換;因此，降雨量的多少是橫坡壟作氮素流失的主要因素。

同為橫坡壟作的3個處理，雖然施肥量均相同，但處理4總氮流失量670 kg/km2大于處理5的458 kg/km2和處理6的429 kg/km2。由于處理4進(jìn)行了薄膜覆蓋，所以產(chǎn)徑流量大于其余2個處理。在烤煙移栽45 d后處理5和處理6進(jìn)行了破膜提土處理，因破膜后地表土壤的保水能力增加，徑流流失量減少，所以總氮流失量也減小。

3.4.2 農(nóng)作處理對總磷流失的影響 圖4為不同農(nóng)作處理方式不同產(chǎn)流時間徑流中總磷流失量?？梢钥闯?，處理1～處理6的總磷流失量分別為：461、497、533、198、172 和 176 kg/km2。可知，順坡壟作總磷流失量是橫坡壟作的3倍左右。順坡壟作處理，徑流總磷流失量隨著磷肥施用量的增加而增大，而橫坡壟作處理，破膜提土的總磷流失量小于未破膜處理，減少的徑流總磷流失量幅度為10%左右。可見，破膜提土能有效減少坡耕地的徑流流失量和泥沙流失量。破膜提土處理中，進(jìn)行秸稈覆蓋還田的處理5徑流總磷流失量最小;但處理5和處理6相比，徑流中總磷流失量差異不顯著，說明秸稈覆蓋還田對總磷流失量的影響較小。

圖4 不同農(nóng)作處理方式不同產(chǎn)流日期徑流中總磷流失量Fig．4 Temporal distribution of phosphorus in differentmeasures

3.5 坡耕地水土流失和養(yǎng)分流失的關(guān)系

針對低覆蓋度坡耕地土壤養(yǎng)分流失，黃麗等［9］，傅濤等［10］，王洪杰等［11］在研究三峽庫區(qū)紫色土坡耕地時，得出氮磷養(yǎng)分流失以徑流泥沙為主，袁東海等［12］，王興祥等［13］同樣指出，坡面養(yǎng)分流失以泥沙結(jié)合態(tài)流失為主，氮、磷在流失泥沙中有養(yǎng)分富集現(xiàn)象。通過監(jiān)測，云南紅壤坡耕地徑流小區(qū)的土壤氮磷養(yǎng)分流失也具有相同的結(jié)論，即獨立觀測氮磷養(yǎng)分流失時，都是以泥沙流失為主;但相對觀測氮、磷養(yǎng)分流失時，氮流失和磷流失的途徑有一定差別。從圖1～圖4可以看出，圖1和圖4具有相似性，即在06-09和07-07的2次產(chǎn)流降雨過程中，徑流流失量和總磷流失量都出現(xiàn)了流失高峰，而圖2和圖3具有一定的相似性，僅在06-09的產(chǎn)流降雨中，泥沙流失量和總氮流失量出現(xiàn)流失高峰。

8次產(chǎn)流降雨過程中不同農(nóng)作處理徑流流失量和泥沙流失量與氮、磷養(yǎng)分流失量的相關(guān)系數(shù)見表3?？梢钥闯觯喉樒聣抛魈幚?、處理2和處理3徑流流失量與總磷流失量的相關(guān)系數(shù)達(dá)到極顯著水平，而徑流流失量與總氮流失量的相關(guān)系數(shù)僅達(dá)顯著水平;泥沙流失量與總氮、總磷流失量的相關(guān)系數(shù)都達(dá)極顯著水平，但泥沙流失量與總氮流失量的相關(guān)系數(shù)大于與總磷流失量的相關(guān)系數(shù)。縱向比較可知，徑流流失量與總氮流失量相關(guān)系數(shù)小于泥沙流失量與總氮流失量的相關(guān)系數(shù)，徑流流失量與總磷流失量的相關(guān)系數(shù)大于泥沙流失量與總磷流失量的相關(guān)系數(shù)。順坡壟作時，相對于總氮流失量，總磷流失量偏向于以徑流流失為主，而總氮流失量卻以泥沙態(tài)流失為主。橫坡壟作時，因處理間農(nóng)作措施復(fù)雜，坡耕地水土流失與養(yǎng)分流失關(guān)系不如順坡壟作時明顯;但是也可以看出與順坡壟作相同的規(guī)律，即坡耕地總氮、總磷流失以泥沙態(tài)流失為主，而總磷流失受徑流流失影響相對大于總氮流失。

表3 不同農(nóng)作處理方式水土流失量與養(yǎng)分流失量的相關(guān)系數(shù)Tab．3 Correlation coefficient between runoff and nutrient losses in different farmingmeasures

以上現(xiàn)象可能與施肥方式、氮磷在土壤中的特性、植被覆蓋率等有關(guān)?？緹煼N植中氮肥一部分做基肥施用，一部分做追肥施用，追肥施用都是在土壤表層，并且氮肥在土壤中轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮等無機離子，易隨土壤水的蒸發(fā)而移動到土壤表層;因此土壤表層的微團聚體吸附了大量的有機氮和無機氮。在坡耕地降雨產(chǎn)流過程中，表土易隨徑流流失，土壤表面顆粒吸附的大量氮素成為氮素流失的主要載體。而磷肥一般都做基肥一次性深施入土，并且基肥施入的磷肥60%以上都被固定在土壤深層。只有當(dāng)降雨量逐漸增加，雨水入滲到土壤深層，土壤深層的可溶性磷溶解于水體，才能隨徑流流出;所以磷素流失一部分發(fā)生在土壤表層，另一部分發(fā)生在土壤深層。這也從一方面解釋了眾多研究學(xué)者的普遍結(jié)論［12-15］，總氮流失量大于總磷流失量。

4 結(jié)論

1)在控制烤煙紅壤坡耕地水土流失方面，橫坡壟作效果遠(yuǎn)好于順坡壟作，橫坡壟作產(chǎn)生的水土流失量僅占順坡壟作的1/3左右。

2)在紅壤坡耕地養(yǎng)分流失方面，橫坡壟作減少養(yǎng)分流失效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于順坡壟作。其中處理5(優(yōu)化施肥+橫坡壟作+壟面秸稈覆蓋+地膜覆蓋+破膜培土)在減少烤煙坡耕地養(yǎng)分流失方面效果最好。

3)坡耕地水土流失和養(yǎng)分流失的影響因素不僅與降雨、農(nóng)作處理和施肥量有關(guān)，而且與作物生長時期有關(guān)。

4)紅壤坡耕地土壤氮磷養(yǎng)分流失都是以泥沙流失為主，而總磷流失受徑流流失影響相對大于總氮流失。

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Effects of different slope farmingmeasures on soil erosion and nutrient loss inNicotiana tabacumarea，Qujing City，Yunnan Province

Qiu Xueli1，Li Junying2，Li Xiangyang2，Hu Wanli1，Duan Zongyan1，F(xiàn)u Bin1，Lu Yao1
(1.Agricultural Resources＆ Environment Institute，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，650205，Kunming;2.Yunnan Academy of Tobacco Agricultual Sciences，653100，Yuxi，Yunnan：China)

The characteristics of soil erosion and nutrient loss under different slope farmingmeasures of red soil in Yunnan were studied based on rainfall-runoff process.The results showed that for the down slope tillage，the different amounts of fertilizer would lead to different vegetation coverage，which will affect the amounts of soil erosion and nutrient loss.Compared with the treatment of covering film，contour tillage after uncovering film could improve soilmoisture-holding capacity and reduce soil erosion，especially strawmulching after uncovering film performed better.At early stage，themain factors affecting soil erosion and nutrient loss byNicotiana tabacumplant were farmingmeasures;and atmaturity stage，themain affecting factor was vegetation coverage.Compared with nitrogen loss，the phosphorus loss was affected greater by runoff.

slope field;farmingmeasures;soil erosion;nutrient loss;Qujing City，Yunnan Province

2012-05-07

2012-08-09

農(nóng)業(yè)部污染源普查項目“種植業(yè)源污染物流失系數(shù)測算”(WX-Z-07-15);中國煙草總公司科技計劃項目“清香型特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)”(110201101003(Ts-03));中國煙草總公司云南省公司科技項目“云南清香型特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)”(2011YN02)，“云南黃金走廊生態(tài)特色煙葉開發(fā)”(2011YN03)

邱學(xué)禮(1976—)，男，碩士，助理研究員。主要研究方向：農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境。E-mail：qiuxuelils@163.com

?責(zé)任作者簡介：李軍營(1978—)，男，博士。主要研究方向：煙草生理生態(tài)。E-mail：ljyl250@163.com

(責(zé)任編輯：宋如華)