高山蔬菜坡耕地溝廂改造模式的水土保持效應

陳磊夫等

摘要：高山蔬菜坡耕地溝廂改造是高山蔬菜生態栽培技術的重要組成部分，已被證明能夠有效緩解坡耕地水土流失，促進高山蔬菜產業的可持續發展。以鄂西高山蔬菜主產區坡耕地為對象，研究了自然降雨條件下高山菜田10種溝廂改造措施對兩種坡度的坡耕地水土流失的防治效果。結果表明，在30°和15°坡度的高山菜田坡耕地上，設溝畦和開挖導流溝的耕作措施能夠明顯減少地表徑流量和土壤流失量，且抑制效果與坡度呈正相關。直畦+導流溝、斜畦+導流溝措施與無導流溝方式相比可分別減少21%和15%的徑流，36%和43%的泥沙，直畦+導流溝抑制地表徑流效果較好，斜畦+導流溝對泥沙的抑制效果更佳，但陡坡地耕作仍有較高的水土流失風險。

關鍵詞：高山蔬菜；坡耕地；水土保持；溝廂改造模式

中圖分類號：S157.3；S157.4 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）16-3820-04

Abstract：Ecological cultivation techniques including ridge and furrows alteration have been reported as an effective technique to reducing soil and water loss in high land vegetable production. However， the effects of this technique have not been adequately evaluated. The effect of some ridge and furrows alteration techniques on soil and water loss were evaluated under nature rainfall from vegetable farmland of 1 800 m elevation on slopes with 15°and 25°gradients in western Hubei. The results showed that oblique ridging and increasing gutter significantly limited soil and water loss under different slope gradients. Runoff and soil loss under oblique ridge with gutter， vertical ridge with gutter decreased by 21% and 15%， 36% and 43%， respectively， compared with conventional vertical ridge without gutter. It is indicated that runoff reduction of vertical ridge with gutter and soil loss reduction of oblique ridge with gutter was effective. These findings will be useful in remedying soil and water loss in production of highland vegetable.

Key words：highland vegetable；sloping cropland；soil and water conservation；ridges and furrows design patterns

山區坡耕地是山地水土流失和農業面源污染的主要來源。長江上游約70%的耕地為無水保措施的順坡耕作，大于25°的坡耕地較普遍，其中宜昌江段的入江泥沙主要來源于坡耕地[1]；坡耕地的水土流失使山區土層變薄、養分流失、土壤微生態變差、生產力低下，不利于山區農業可持續發展[2，3]。

鄂西山區是我國高山蔬菜第一大產區，也是國家集中連片特困地區之一，經過20多年的快速發展，高山蔬菜產業在很好解決山區農民脫貧致富的同時，也對山地生態環境產生了影響。高山蔬菜生產季節正值當地雨季，降水頻率高且強度大，劇烈的淋溶造成土壤侵蝕，土壤健康度下降，間接導致大面積連作障礙和病害頻發，農業生產成本上升，農作物品質變差，同時影響下游水質[4]。因此，研究生態型高山蔬菜栽培技術，采取保水護土的耕作措施，保持坡耕地生產力，是促進山區農業可持續發展的治本之策。

針對坡耕地保土保水型耕作措施，國內外學者提出了諸多保護性耕作技術，旨在減少農田土壤侵蝕，維護農田生態環境。其核心是通過地表覆蓋技術、地表微地形改造技術、少耕免耕技術等，達到保持水土、提高土壤肥效、改善土壤結構、促進作物生長的一系列農技措施[5-8]，此外，植物籬-農作模式也被證明對坡耕地水土保持效果顯著[9]。盡管這些保護性耕作措施和農林復合模式的積極作用已得到較多證實，但其研究大多集中在某幾個主要農業區域，在不同區域和不同質地土壤上，這些措施的功效仍有待驗證，尤其對于高山蔬菜坡耕地的研究較為缺乏。本課題組針對我國鄂西山區坡耕地的保護性耕作措施進行了長期探索，結合已有研究，針對雨季降水集中的特點，提出了高山蔬菜地膜覆蓋+溝廂改造模式，目的在于使土壤水分飽和時能迅速將多余降雨導流，避免徑流對菜畦造成嚴重沖刷，達到保水護土的目的。研究就上述溝廂改造模式的水土流失防治效果開展評價，其結論可為我國南方高山蔬菜坡耕地水土流失防治及其可持續生產提供依據，同時豐富我國保護性耕作措施的技術內容。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

試驗區域屬鄂西南山區武陵山余脈和長江上游的清江水系中下游，試驗地點位于湖北省宜昌市長陽縣火燒坪鄉青樹包村湖北省高山蔬菜試驗站，地處東經110°43′，北緯30°30′，海拔約1 840 m，坡向朝南，年均氣溫為7.6℃，全年無霜期為200 d，晝夜溫差大，為寒帶氣候。年均降雨量為1 366 mm，主要分布在6～9月，占全年降雨量的70%。試驗地土壤為黃棕壤，土壤質地疏松，pH約5.1，土壤有機質含量約為3%。

1.2 試驗設計

試驗地內全部種植蘿卜（Raphans sativus L.），品種為雪單一號；全部壟作并覆蓋地膜，直播后即開始試驗觀測。試驗設坡度和溝畦走向2個因素，其中坡度設30°和15°兩個水平；溝畦走向設順坡直畦和順坡斜畦兩種，順坡直畦指畦面走向與坡面水平等高線垂直，順坡斜畦指畦面走向與坡面水平等高線成45°左右夾角；主導流溝寬40 cm，深20 cm左右，位于各小區中部位置，與畦面走向成一定夾角。

坡度30°設5個處理，分別為處理1（T1）：直畦+30°導流溝；處理2（T2）：直畦+45°導流溝；處理3（T3）：直畦+2條45°平行導流溝；處理4（T4）：斜畦+垂直導流溝；處理5（T5）：直畦+無導流溝。坡度15°設5個處理，分別為處理6（T6）：直畦+45°交叉導流溝；處理7（T7）：直畦+45°導流溝；處理8（T8）：斜畦+垂直導流溝；處理9（T9）：直畦+無導流溝；處理10（T10）：斜畦+無導流溝。無重復，共10個徑流試驗小區。

1.3 試驗方法

10個徑流小區均為北南坡向，小區坡長18.0 m，寬2.8 m。小區四周用防水板圍砌，坡面底部安裝徑流桶收集地表徑流。每次自然降雨產流結束后測定徑流桶中的徑流高度，并換算成單次降雨徑流量（以徑流深表示），同時將桶內徑流攪拌均勻后取2份500 mL的樣品，經沉降、過濾、烘干后取平均值作為泥沙濃度，換算成單次降雨土壤侵蝕量（kg/hm2），并用SPSS 13.0對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 試驗期間降雨情況

試驗觀測期從2013年7月19日起至10月20日結束，期間共發生11次產流降雨，降雨收集情況見表1。

2.2 不同處理措施對地表徑流的防治效果

由表2可知，在30°坡度條件下，5種處理的平均地表徑流量由大到小依次為：直畦+無導流溝>斜畦+垂直導流溝>直畦+45°導流溝>直畦+2條45°平行導流溝>直畦+30°導流溝。對該坡度下各處理的總徑流量分析可知（圖1），斜畦+垂直導流溝、直畦+45°導流溝、直畦+2條45°平行導流溝、直畦+30°導流溝4種處理的總地表徑流量分別為17.13、16.99、14.79和14.29 mm，與對照直畦+無導流溝的總地表徑流量相比分別減少了13%、13%、24%和27%。

由表3可知，在15°坡度條件下，5種處理的平均地表徑流量由大到小依次為：直畦+無導流溝>斜畦+無導流溝>直畦+45°交叉導流溝>斜畦+垂直導流溝>直畦+45°導流溝。對該坡度下各處理的總徑流量分析可知（圖2），斜畦+無導流溝、直畦+45°交叉導流溝、斜畦+垂直導流溝、直畦+45°導流溝4種處理的總地表徑流量分別為17.52、15.82、15.52和14.41 mm，與對照直畦+無導流溝的總地表徑流量相比分別減少了8%、17%、18%和24%。

由此可見，在兩種坡度下開挖導流排水溝對地表徑流量幾乎都有明顯的降低作用。此外，開挖導流溝措施對徑流的降低作用與坡度呈正相關關系，即對地表徑流的抑制效果隨坡度增加而增加，其對陡坡地表徑流的抑制作用更明顯。對兩種坡度下的徑流量綜合分析可知，直畦+導流溝、斜畦+導流溝以及直畦+無導流溝3種方式同等面積下的總徑流量分別76.30、82.43、96.66 mm，與直畦+無導流溝相比，直畦+導流溝和斜畦+導流溝方式的地表徑流分別減少了21%和15%。

2.3 不同處理措施對土壤流失的防治效果

由表4可知，在30°坡度條件下，5種處理的平均土壤侵蝕量由大到小依次為：直畦+無導流溝>直畦+2條45°平行導流溝>直畦+30°導流溝>直畦+45°導流溝>斜畦+垂直導流溝。對該坡度下各處理的總土壤侵蝕量分析可知（圖1），直畦+2條45°平行導流溝、直畦+30°導流溝、直畦+45°導流溝、斜畦+垂直導流溝的總土壤侵蝕量分別為5 711.13、5 378.04、 5 099.91和3 799.01 kg/hm2，與對照直畦+無導流溝的總土壤侵蝕量相比分別減少了28%、32%、36%和52%。

由表5可知，在15°坡度條件下，5種處理的平均土壤侵蝕量由大到小依次為：直畦+無導流溝>斜畦+無導流溝>直畦+45°交叉導流溝>斜畦+垂直導流溝>直畦+45°導流溝。對該坡度下各處理的總土壤侵蝕量分析可知（圖2），斜畦+無導流溝、直畦+45°交叉導流溝、斜畦+垂直導流溝和直畦+45°導流溝的總土壤侵蝕量分別為16 506.4、14 285.92、 12 103.82和9 463.54 kg/hm2，與對照直畦+無導流溝的總土壤侵蝕量相比分別減少了14%、25%、37%和51%。

由此表明，在兩種坡度下開挖導流排水溝對土壤侵蝕量均有明顯降低作用，這與徑流量的結果基本一致。開挖導流溝措施對土壤流失的降低作用與坡度呈正相關關系，即對土壤流失的抑制作用隨坡度增加而增加，其對陡坡土壤流失的抑制作用更為明顯。對兩種坡度下的土壤流失綜合分析可知，直畦+導流溝、斜畦+導流溝以及直畦+無導流溝3種方式同等面積下的總土壤侵蝕量分別39 938.5、35 604.67、62 212.79 kg/hm2，與直畦+無導流溝相比，直畦+導流溝和斜畦+導流溝方式分別減少了36%和43%的土壤流失。

3 討論及結論

文章研究了自然降雨條件下，高山菜田坡耕地溝廂改造對坡耕地水土流失的防治效果。結果表明，在不同坡度的高山菜田坡耕地，采取設溝畦和開挖導流溝的溝廂改造方式能夠明顯減少地表徑流量和土壤流失量，且坡度越大水土保持效果相對越好。直畦+導流溝、斜畦+導流溝措施與直畦+無導流溝方式相比可分別減少21%和15%的徑流，36%和43%的泥沙。

由此可見，直畦+導流溝對地表徑流有更好的抑制作用，而斜畦+導流溝對泥沙的抑制效果更強。究其原因可能是由于斜畦+導流溝方式下的徑流路徑坡度更緩，降低了徑流流速和沖刷力，使產沙量更小的同時也有利于徑流中泥沙的沉積和水流入滲，其作用原理與橫坡壟作、等高線種植和設置截流溝相似[10，11]。此外，結果表明，溝廂改造措施對地表徑流和土壤流失的降低作用均與坡度呈正相關關系，即抑制作用隨坡度增加而增加，其對陡坡地的水土流失抑制效果更為明顯，這與保護性耕作和等高草籬等措施的作用效果剛好相反[12，13]，說明溝廂改造措施與已有水土流失防治措施在作用機理上有所不同，是一種新的防治方式。同時，研究僅證明溝廂改造模式在陡坡地更能體現出抑制水土流失的作用，但不能證明能將陡坡地的水土流失控制在安全水平，陡坡長度等因素也會對侵蝕強度產生劇烈影響[14]，減少耕作過程中的地表擾動、增加可透性地表覆蓋等也是降低水土流失強度的重要方式[15，16]。研究還發現，目前普遍采用的地膜覆蓋方式雖能在一定程度上減少土壤中流和徑流總深[17]，但其客觀上對雨水起到了一定的匯集作用，促進了地表徑流的形成。由于研究中兩種坡度試驗的觀測期并非完全一致，因而無法對不同坡度下的徑流量和侵蝕量作直接比較，陡坡地耕作仍有較高的水土流失風險。

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（責任編輯 田宇曦）

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（責任編輯 田宇曦）