坡耕地間作作物群體水土保持耕作措施

安曈昕, 周 鋒, 吳珍珍, 和成山, 李 康, 楊友瓊, 吳伯志

(1.云南農業大學 農學與生物技術學院, 昆明 650201; 2.云南省西雙版納傣族自治州農業科學研究所,云南 景洪 666100; 3.迪慶州德欽縣種子管理站, 云南 德欽 674500; 4.普洱市墨江縣農科局農廣校, 云南 墨江 654800)

云南省地貌類型屬典型的山地構造地形，其中山坡地占94%，平壩區只占總面積的6%[1]。云南省是我國水土流失較嚴重的省份之一，目前，全省水土流失面積13.4萬km2，占全省總面積的35%，年平均土壤流失量超過5億t[2]。多數坡耕地不合理的使用(如濫墾、濫伐、濫牧的掠奪式經營以及坡地不合理的耕作措施如：順坡種植、大坡度種植等)，造成大面積的水土流失。有研究表明，云南省坡耕地玉米順坡種植造成水土流失量達4 993 kg/hm2，未采取其他保護措施的等高種植流失量也達1 465 kg/hm2[3]，使原本淺薄的土層更加貧瘠，加之其又易受干旱條件的制約，致使土地生產力嚴重受損，環境日益惡化，坡耕地可持續利用受到嚴重考驗，水土保持任務十分艱巨。因此研究合理的作物間作方式對坡耕地水土等自然資源進行保護與利用，有利于促使坡耕地農業生產持續增產、增收、增效。間作是在同一田地上于同一生長期內分行或分帶相間種植兩種或兩種以上作物的種植方式，是中國傳統精細農藝的精華，在世界農作史上享有盛譽。在前人的研究中，間套作可以增加地表覆蓋度，延長覆蓋時間，減輕水土流失，是山地保持水土的重要種植措施[4-7]。采用不同間作種植方式對山地水土流失進行治理，均能達到一定的效果[8-10]。雖然目前坡耕地水土保持耕作措施有一定的研究[11-12]，但是從農業生產領域來說，研究不夠全面，尤其是對利用不同作物特性構建間作群體水土保持效應的研究較少，有待進一步研究。本研究旨在通過合理選配玉米、辣椒、草帶等不同作物進行間作，通過構建不同間作群體，增加空間層次或地表覆蓋度，削弱雨水對地面的沖擊，減緩徑流流速，攔截泥沙，阻攔疏生作物區產生的水土流失，為坡耕地水土流失治理和山地農業可持續發展提供科學理論依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于云南省昆明市北郊云南農業大學教學科研試驗農場，地理位置為：25°18′N，102°45′E，海拔1 930 m。屬北緯低緯度亞熱帶—高原山地季風氣候，雨季旱季分明，降雨主要集中在6—9月，年均降雨量1 035 mm，具有典型的溫帶氣候特點。試驗地土壤質地為山地砂質紅壤，坡度為10°，試驗地共設24個徑流小區，小區面積為30 m2(3 m×10 m)。

1.2 試驗設計

(1) 供試作物及品種：玉米(ZeamaysL.)：云瑞8號；辣椒(CapsicumannuumL.)：云南省通海縣曲陀關長辣椒；非洲狗尾草(Setariasphacelatacv.Narok)。

(2) 試驗設計：試驗設8個處理(A，B，C，D，E，F，G，H)，3次重復，按隨機區組設計，共24個試驗小區。處理如下，A：玉米‖辣椒等高種植(行比為2∶2)；B：玉米‖辣椒等高種植(行比為2∶4)；C：玉米‖辣椒等高種植(行比為2∶6)；D：玉米‖草帶等高種植；E：辣椒‖草帶等高種植；F：玉米等高等行距單作；G：辣椒等高等行距單作；H：玉米順坡等行距單作。

1.3 作物種植與管理

作物種植方式為：玉米、辣椒采用育苗移栽；草帶為直播。各作物種植規格見表1。

表1 作物種植規格

試驗地經20—30 cm深翻后碎土，間作等高處理均采用沿等高線開溝種植，玉米順坡單作均采取打塘種植，將農家肥和化肥一起施入溝內或塘內，每穴移栽2～3株苗(雙株留苗)；辣椒單作采用順坡打塘種植，將農家肥和化肥一起施入溝內或塘內，移栽辣椒幼苗(單株留苗)。草帶種植：采用草種為非州狗尾草，播種量為50 g/m2，每小區間作7帶，每帶寬40 cm。在玉米和辣椒寬行松碎土壤，施用農家肥和有機肥與土壤混拌后平整，均勻撒播草種，加蓋約1 cm厚沙土，均勻輕拌并鎮壓播層表土，鋪蓋無紡布。

不同處理各作物田間管理措施均保持一致。玉米：第一次在拔節期追施苗肥，第二次在大喇叭口期追施穗肥。追肥時在距根部5 cm左右的地方破膜施入尿素。辣椒：第一次在辣椒現蕾期施用復合肥，壅施；第二次在門椒(辣椒第一朵花長成的果實)長到3 cm左右時施復合肥。以后每收獲一次，可酌情追肥。草帶于每次刈割后追施尿素。

1.4 測定項目及方法

氣象指標測定：在試驗地旁設有一臺自動觀測氣象站(美國造Davis Vantage Pro 2型無線自動氣象站)。每隔5 min記錄1次數據，觀測記錄氣象指標主要有：日最高溫、日最低溫、日均溫、月蒸發量、日蒸發量、日降雨量、降雨次數、降雨強度、最大降雨強度(I30)。根據降雨強度，把降雨分為4個等級：I30<0.25 mm/min(低強度降雨)，0.25 mm/min0.75 mm/min(極高強度降雨)。

徑流量及土壤侵蝕量測定：在作物生長期間，每次降雨產生徑流后，用直刻度尺測定每個小區蓄水桶中的徑流水深。根據水的深度計算小區徑流量。每次降雨產生徑流后，充分攪勻蓄水桶中的集水，分上、中、下3層共取水樣250 ml，裝于玻璃瓶中，過濾泥沙，在溫度為105℃的烘箱中烘干24 h后稱重，與各小區徑流量換算得到每次降雨產生的土壤侵蝕量。

1.5 數據處理

對所得的數據用Excel和SPSS等應用軟件進行數據計算、整理、統計分析，利用Duncan法對數據進行差異性檢驗。

2 結果與分析

2.1 間作作物群體對坡耕地徑流量的影響

由表2可知，2009年作物生育期內6月、7月各處理間徑流量差異不顯著(p>0.05)。8月份各處理徑流量差異達顯著水平(p<0.05)，其中，D處理與B，C，G，H處理差異顯著(p<0.05)；間作處理徑流量依次為B>C>A>E>D，單作處理徑流量依次為G>H>F，D處理徑流量比G處理減少92.83%。各處理總徑流量差異不顯著(p>0.05)，間作處理總徑流量依次為B>C>A>D>E，單作處理依次為G>H>F，D和E處理總徑流量分別比G處理減少46.33%，50.23%。2010年6月份各處理徑流量差異不顯著(p>0.05)，其余各月和總徑流量差異均顯著(p<0.05)，7月份和總徑流量各處理差異達極顯著水平(p<0.01)，D，E處理總徑流量均與H，G處理差異極顯著(p<0.01)；間作各處理總徑流量依次為A>C>B>E>D，單作處理依次為H>G>F，D和E處理總徑流量比G處理分別減少96.01%，87.74%，比H處理分別減少97.52%，92.37%。綜合2年結果可知，玉米間作草帶、辣椒間作草帶徑流量最少，玉米間作辣椒次之，其中玉米間作辣椒2∶4少于2∶6，玉米、辣椒單作地表徑流量最大。總體表明，間作草帶處理能有效地減少坡耕地地表徑流。

表2 不同時期各處理徑流量方差分析

注：同行中數字后不同小寫字母和*表示在p<0.05水平上差異顯著，不同大寫字母和**表示在p<0.01水平上差異極顯著，相同字母表示差異不顯著，下表同。

2.2 間作作物群體對坡耕地土壤侵蝕量的影響

由表3可知，2009年作物生育期內6月、7月以及總土壤侵蝕量各處理差異均不顯著(p>0.05)。8月份各處理侵蝕量差異達顯著水平(p<0.05)，其中，D，E處理與B，G，H處理差異均達顯著水平(p<0.05)；間作處理侵蝕量依次為C>B>A>E>D，單作處理侵蝕量依次為G>H>F，D處理侵蝕量比G處理減少97.62%。間作處理總侵蝕量依次為B>C>A>D>E，單作處理依次為G >H >F，D 和E處理總侵蝕量分別比G處理減少89.75%，85.68%，比H處理分別減少85.54%，79.80%。2010年除8月份各處理侵蝕量差異不顯著(p>0.05)外，其余月份和總侵蝕量各處理差異均達顯著水平(p<0.05)，D處理與G，H處理差異均顯著(p<0.05)。間作各處理總侵蝕量依次為A>B>C>E>D，單作處理依次為H>G>F，D處理總侵蝕量比G處理減少99.49%，比H處理減少99.37%。綜合2年試驗結果可以看出，間作處理土壤侵蝕量小于單作，其中間作草帶處理土壤侵蝕量最少，在玉米間作辣椒中，2∶2，2∶4侵蝕量小于2∶6，土壤保持效果最好。

表3 不同時期各處理土壤侵蝕量方差分析

2.3 不同降雨強度下作物間作群體對坡耕地徑流量的影響

由表4可知，2009年在低強度降雨和極高強度降雨下，各處理徑流量差異不顯著(p>0.05)。在低強度和高強度降雨下，各處理差異顯著(p<0.05)。兩個降雨強度下，D，E處理的徑流量與G，H處理均達到顯著水平(p<0.05)，低強度降雨下，間作處理徑流量依次為B>C>A>E>D，單作處理依次為G>H>F，高強度降雨下，間作處理徑流量依次為C>B>A>E>D，單作處理依次為H>G>F。低強度降雨下，D處理的徑流量分別比G，H處理降低83.86%，83.55%，高強度降雨下，D處理的徑流量分別比G，H處理降低77.13%，75.20%。2010年低強度降雨下，各處理差異不顯著(p>0.05)，中強度和高強度降雨下，各處理差異均顯著(p<0.05)。低強度和高強度降雨下，各間作處理徑流量均依次為C>B>A>E>D，單作處理均依次為H>G>F，低強度下，D處理徑流量分別比G，H處理減少97.39%，98.10%，E處理分別比G，H處理減少91.32%，93.68%；在高強度降雨下，D處理徑流量分別比G，H處理減少97.52%，98.25%，E處理分別比G，H處理減少91.31%，93.87%。

兩年試驗結果表明，在各降雨強度下，間作處理中，玉米間作草帶徑流量最小，辣椒間作草帶次之，玉米間作辣椒處理中，2∶2，2∶4模式徑流量小于2∶6模式。徑流量隨著降雨強度的增大而增大，但間作處理尤其是草帶間作處理增加幅度小于單作處理。

表4 不同強度降雨下各處理徑流量方差分析

2.4 不同降雨強度下作物間作群體對坡耕地侵蝕量的影響

由表5可以看出，2009年在高強度降雨下，各處理侵蝕量差異不顯著(p>0.05)，在其余降雨強度下，各處理差異均顯著(p<0.05)。在低強度、中強度和極高強度降雨條件下，D和E處理侵蝕量與G處理差異均達到顯著水平(p<0.05)。在各降雨強度下，間作處理的侵蝕量均小于G，H處理，間作處理侵蝕量依次為C>B>A>E>D，單作處理依次為G>H>F。隨著降雨強度的增加，間作處理與單作處理侵蝕量差值越大，在極高強度降雨下，D處理的侵蝕量分別比G，H處理降低95.98%，94.17%，F處理的侵蝕量分別比G，H處理降低91.17%，87.20%。2010年除低強度降雨下各處理差異不顯著(p>0.05)外，中強度和高強度降雨下各處理差異均達極顯著水平(p<0.01)。在中強度和高強度降雨下，D，E處理侵蝕量和G，H處理差異均達極顯著水平(p<0.01)。在中強度和高強度降雨下，各間作處理侵蝕量均依次為C>B>A>E>D，單作處理均依次為H>G>F。隨著降雨強度增加，間作處理侵蝕量減少越多，中強度下，D處理侵蝕量分別比G，H處理減少99.59%，99.68%，E處理分別比G，H處理減少98.95%，99.18%；在高強度降雨下，D處理侵蝕量比G，H處理均減少99.96%，E處理分別比G，H處理減少99.78%，99.80%。兩年試驗結果表明，在各降雨強度下，間作處理中玉米間作草帶侵蝕量最小，辣椒間作草帶次之，玉米間作辣椒處理中，2∶2，2∶4模式侵蝕量小于2∶6模式。侵蝕量隨著降雨強度的增大而增大，但間作處理土壤侵蝕量隨降雨強度的增加幅度小于單作處理。

表5 不同強度降雨下各處理侵蝕量方差分析

3 討 論

影響水土流失的因素有很多，其中地表覆蓋是影響水土流失最直接也最重要的因素。前人關于地表覆蓋與水土流失關系的研究表明：增加作物覆蓋度減少水土流失的主要原因有：(1) 增加覆蓋為土壤顆粒的分離和運輸提供了阻力；(2) 增加了土壤載水和持水的能力；(3) 分解的植物殘體保持了土壤有機質水平；(4) 提供連續的地表覆蓋，保護土壤免受雨水的直接沖刷；(5) 降低耕地表面徑流的流動速度和承載力；(6) 改善土壤團聚體和土壤結構，水分滲透能力增強[3,13-16]。在農業生產中，通過不同作物間、套、復種，恰恰是增加地表覆蓋、延長覆蓋時間的重要措施。本研究通過玉米、辣椒、草帶搭配間作，可能通過提高地表覆蓋降低了徑流與土壤侵蝕。除此之外，傳統的單一種植，如玉米單作等高稈作物本身葉片能夠匯集降雨雨滴，將小雨滴集成大雨滴，從較高處落下，增加了對地表的濺蝕能力[17-18]。而如果高位作物玉米能與矮位作物間套作，從玉米葉面落下的水滴動能消耗在矮位作物葉面上，從而有效地減小雨滴濺蝕和徑流面蝕，降低坡耕地土壤侵蝕[19]。前人研究表明，通過合理作物耕作措施，坡耕地土壤侵蝕可被極大控制，因而選配合適的作物系統，對于控制水土流失、減少徑流非常重要[20-23]。本研究結果表明，高位作物玉米間作辣椒和間作草帶相較于玉米單作處理，總水土流失量和總侵蝕量均能得到顯著的降低，其中玉米間作辣椒2∶2，2∶4處理總徑流量及總侵蝕量極顯著小于辣椒單作和玉米單作。除作物之間的間作搭配能顯著降低水土流失外，合理的農牧間作也能顯著降低水土流失。前人研究表明，玉米與草木樨帶狀間作，地表徑流減少50%～80%，沖刷量減少79%[24]，同時能顯著增加其經濟收入。本研究也表明，玉米間作草帶和辣椒間作草帶均能顯著減少水土流失量，而且，在高強度降雨條件下，該處理水土流失量減少效果更明顯，坡耕地水土資源得以有效保護。因此，在不適宜種植農作物的坡耕地上，采用合理的農牧間作不僅能起到水土保持、不破壞生態環境的作用，還能提高農牧民經濟收入。

從國內外利用作物群體控制水土流失研究方面來看，間作模式主要以農林間作、林草間作為主[25-27]，國內在不同作物間作比較控制水土流失方面研究尚少。本研究采取玉米間作辣椒、玉米間作草帶、辣椒間作草帶等多種模式，探討了合理的農作物間作及農牧結合對水土保持的效果，有利于保護農田生態環境，增加農牧民收入。為不同生態區域開展合理間套作搭配降低水土流失提供一定的理論支持。

4 結 論

在坡耕地上，作物間作體系能有效減少坡耕地水土流失量。作物間作群體總水土流失量均低于作物裸地單作；玉米間作辣椒的水土保持效果較好，其中，行比為2∶2，2∶4的水土保持效果好于2∶6模式。玉米間作草帶和辣椒間作草帶的水土保持效果最好，在中強度和高強度降雨下，玉米間作草帶的水土流失減少程度好于低強度降雨，水土保持效果更明顯。所以合理的作物間作體系均能有效利用與保護山區坡耕地水土資源。