黑土區壟作方式對坡耕地土壤侵蝕的調控效果

牟廷森, 沈海鷗,2, 賀云鋒, 李春麗,2, 郭 聃,2, 劉殿民

(1.吉林農業大學 資源與環境學院， 吉林 長春 130118; 2.吉林省商品糧基地土壤資源可持續利用重點實驗室， 吉林 長春 130118)

東北黑土區是中國重要的糧食產區及商品糧基地，然而由于氣候、地形及人為等因素的影響，導致黑土資源流失嚴重，黑土層變薄、變瘦、變硬，嚴重影響中國糧食安全與農業可持續發展[1]。東北黑土區年平均氣溫較低，為提高坡耕地土溫和增加作物產量，普遍采用壟作耕作方式[2-3]，不同壟作方式及壟體形狀通過改變坡耕地地表微地形，進而影響其徑流及土壤侵蝕特征[4]。由于東北黑土區地形多為漫川漫崗，坡耕地地塊長度較長，順坡壟作及斜坡壟作促進徑流形成，導致土壤侵蝕加劇。王磊等[5]通過野外觀測得出，東北黑土區順坡大壟比常規壟的防治坡面土壤侵蝕效果好。桑琦明等[6]通過對比斜坡壟作與順坡壟作土壤侵蝕特征發現，斜坡壟作在斷壟前土壤侵蝕速率均低于順坡壟作，但其在斷壟后的一定時間內，土壤侵蝕速率高于順坡壟作。此外，牛曉樂等[7]研究發現，相同降雨強度下，橫坡壟作、順坡壟作+壟向區田、橫坡壟作+壟向區田與順坡壟作相比，均有一定程度的徑流和侵蝕調控作用，橫坡壟作+壟向區田的調控效果最為明顯。由此可見，現有研究主要集中在兩種或相似幾種壟作措施之間的對比，而不同壟作方式對坡耕地徑流和侵蝕的調控效果缺少系統研究，且對于壟作+排水溝方面研究也缺少報道。因此，本研究通過野外原位模擬降雨試驗，分析橫坡壟作、壟向區田、順壟+底部橫壟、橫壟+排水溝等不同壟作方式對坡耕地土壤侵蝕的調控效果，以期為黑土區土壤侵蝕防治提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 研究區概況與試驗小區

試驗于2018年在吉林省商品糧基地土壤資源可持續利用重點實驗室的水土保持科研基地(東經125°21′，北緯43°52′)開展。研究區屬于溫帶大陸性季風氣候，地勢平坦開闊，年均降水量617 mm，年均氣溫4.8 ℃[8]。主要種植作物為玉米和大豆，供試土壤為黑土，其顆粒組成為：砂粒(>50 μm)質量分數30.4%，粉粒(2～50 μm)質量分數48.3%，黏粒(<2 μm)質量分數21.3%，有機質含量為25.9 g/kg。

野外模擬降雨試驗采用的徑流小區修筑在原位坡耕地上，耕作層平均土壤容重為1.20 g/cm3。徑流小區規格為5 m(水平投影長度)×2 m(寬度)。徑流小區邊壁材料選用聚丙烯板，將其埋入地下30 cm，用于防止水分入滲的影響；地表留出20 cm，用于防止雨滴擊濺以及地表徑流溢出，從而保證形成相對完整獨立的徑流小區。小區底部設有圓柱狀集流桶，用于收集試驗過程中的徑流泥沙樣品。降雨設備采用側噴式單噴頭降雨裝置[9]，降雨高度為6 m[10]，降雨均勻度大于85%，降雨強度主要通過調節壓力閥和噴頭孔徑(5～12 mm)來控制，降雨強度可調節范圍為30～165 mm/h[11]。

1.2 試驗設計

徑流小區坡面處理包括7組，其中，5°坡面4組(順坡壟作，橫坡壟作，壟向區田，順壟+底部橫壟)，10°坡面3組(順坡壟作，橫坡壟作，橫壟+排水溝)。具體處理為： ①順坡壟作和橫坡壟作。按照野外坡耕地壟規格實測資料和相關研究成果[12-13]，將常規壟規格設計為壟間距65 cm，壟丘頂寬20 cm，壟高15 cm；順壟長度為5 m，橫壟長度為2 m。 ②壟向區田。在壟溝中隔一定距離修筑小土垱，以研究區10 a一遇極端降雨強度為依據，將土檔間距設計為65 cm，高度略低于壟高，設計為10 cm，土檔底寬度為20 cm。 ③順壟+底部橫壟。小區頂部修筑常規順壟，順壟長度為3.7 m；底部修筑兩條常規橫壟。 ④橫壟+排水溝。自徑流小區頂部至出水口，緊貼徑流小區一側邊壁，修一條長5 m，寬15～20 cm的排水溝，并用耕作工具將其壓實，使排水溝與橫壟壟溝底保持水平。壟向區田、順壟+底部橫壟、橫壟+排水溝處理的壟規格與順坡壟作和橫坡壟作處理的壟規格相同。

根據文獻[14]中關于東北地區暴雨的研究，將降雨強度設計為50和100 mm/h[14]，為保證降雨總量(50 mm)相同，降雨歷時分別設計為60，30 min(表1)。由于典型黑土區嚴重侵蝕坡耕地坡度為3°～8°[15]，據此將試驗徑流小區坡度設計為5°和10°，每個試驗處理重復2次，第1次試驗與起壟時間間隔1周，第2次試驗與第1次試驗間隔2周。具體試驗設計詳見表1。

表1 野外模擬降雨試驗和徑流小區設計

1.3 試驗方法

采用30 mm/h降雨強度進行預降雨，至徑流小區坡面剛開始積水即停止，主要目的是保證試驗前期徑流小區土壤水分條件的一致性[16]。各試驗處理前期土壤質量含水率為(21.7±1.0)%。預降雨結束后，為防止徑流小區土壤水分蒸發和減緩結皮的形成，采用塑料布對徑流小區表面進行覆蓋，靜置24 h待開展正式模擬降雨試驗。模擬降雨試驗開始前，為確保試驗的準確性，對降雨強度進行率定，當實測降雨強度與目標降雨強度的差值小于5%，降雨均勻度大于85%時方可揭開塑料布進行正式模擬降雨。徑流小區開始產流后，接取徑流泥沙樣品并記錄初始產流時間，取樣間隔為1～4 min，具體取樣時間視徑流泥沙樣品量而定。模擬降雨試驗結束后，稱取各徑流泥沙樣品的總質量，并將其靜置6～8 h，倒掉其上清液后轉移到已知質量的鋁盒中，將其放入設置恒溫為105 ℃的烘箱中烘干至恒重后稱量，用以計算產流率、土壤侵蝕速率、徑流量和土壤侵蝕量等[17]。

1.4 數據處理分析

使用Excel 2010和SPSS 19.1進行數據處理與分析：采用Excel 2010計算徑流量、土壤侵蝕量，繪制產流率和土壤侵蝕速率隨降雨歷時的變化過程圖；采用SPSS 19.1中方差分析、多重比較(LSD)和獨立樣本t檢驗，進行不同壟作方式，50及100 mm/h降雨強度下徑流量和土壤侵蝕量顯著性水平檢驗(p<0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同壟作方式對坡耕地徑流和侵蝕的調控效果分析

2.1.1 徑流調控效果 試驗條件下，順坡壟作(對照)處理的徑流量顯著高于其他壟作方式(表2)。對于5°坡耕地，在50 mm/h降雨強度下，順坡壟作處理的徑流量是橫坡壟作、壟向區田和順壟+底部橫壟處理的13.0，2.0和2.3倍；在100 mm/h降雨強度下，順坡壟作處理的徑流量是橫坡壟作、壟向區田和順壟+底部橫壟處理的6.2，1.7和1.7倍。橫坡壟作處理的徑流調控效果最好，在50，100 mm/h降雨強度下，與順坡壟作處理相比，橫坡壟作處理分別減少徑流92.3%和83.9%；而壟向區田和順壟+底部橫壟處理的徑流調控效果比較相近，其分別減少徑流49.6%～55.5%和40.8%～41.3%。對于10°坡耕地，順坡壟作和橫坡壟作處理的徑流量與5°坡耕地相比均有不同程度的增加，其中順坡壟作處理的增幅相對較小，增幅為17.0～24.6 L，橫坡壟作處理的增幅較大，增幅為76.2～187.2 L。但是，隨著坡度的增加，橫坡壟作處理的徑流調控效果有所降低，在50，100 mm/h降雨強度下，與順坡壟作處理相比，橫坡壟作處理分別減少徑流75.7%和38.1%。10°坡耕地條件下，50 mm/h降雨強度時順坡壟作、橫坡壟作和橫壟+排水溝3者間徑流量均有顯著性差異，而100 mm/h降雨強度時橫坡壟作和橫壟+排水溝處理的徑流量無顯著性差異。此外，50，100 mm/h降雨強度下，橫壟+排水溝處理的徑流調控效果相差不大，與順坡壟作處理相比，分別減少徑流47.8%和40.6%。隨著降雨強度和坡度的增大，不同壟作方式的徑流量有不同程度的增加，其徑流調控效果相應減小(表2)。分析其原因可能是由于順坡壟作處理能夠有效導水排水，從產流開始即形成較大的徑流，而橫坡壟作、壟向區田、順壟+底部橫壟和橫壟+排水溝處理具有橫垱措施，在降雨前期能夠不同程度地攔蓄降水，增加雨水在壟溝的滯留時間，從而增加土壤水分入滲量，減少徑流量；但是，部分壟作處理的壟丘在坡度增大或降雨強度增強后易發生細溝侵蝕，甚至垮塌，不但沒有起到較好的蓄水效果，反而易造成較大的徑流沖刷作用[18]。有研究表明坡度增加后，徑流流速相對增大，從而減少了徑流在坡面滯留的時間和入滲量，導致坡面徑流量迅速增加[19]。綜上所述，當坡度較緩(5°)，降雨強度較小(50 mm/h)時，橫坡壟作方式具有很好的徑流調控效果，而坡度較大(10°)，降雨強度較大(100 mm/h)時，橫坡壟作方式的徑流調控效果降低；壟向區田、順壟+底部橫壟和橫壟+排水溝方式的徑流調控效果較低且較為穩定。

表2 不同壟作方式下坡耕地徑流量及其徑流調控效果對比

2.1.2 土壤侵蝕調控效果 試驗條件下，順坡壟作(對照)處理的土壤侵蝕量顯著高于其他壟作方式(表3)。對于5°坡耕地，在50 mm/h降雨強度下，順坡壟作處理的土壤侵蝕量分別是橫坡壟作、壟向區田和順壟+底部橫壟處理的31.6，10.5和8.6倍；在100 mm/h降雨強度下，順坡壟作處理的土壤侵蝕量分別是橫坡壟作、壟向區田和順壟+底部橫壟處理的18.5，5.0和4.8倍。橫坡壟作處理的侵蝕調控效果較高，壟向區田和順壟+底部橫壟處理的侵蝕調控效果相近，在50，100 mm/h降雨強度下，與順坡壟作處理相比，橫坡壟作處理的土壤侵蝕量分別降低96.8%和94.6%；壟向區田和順壟+底部橫壟處理的土壤侵蝕量分別降低88.4%～90.5%和79.2%～79.8%，且隨著降雨強度的增加，壟向區田和順壟+底部橫壟2種壟作方式的侵蝕調控效果降低10%左右。對于10°坡耕地，在50 mm/h降雨強度下，順坡壟作處理的土壤侵蝕量分別是橫坡壟作和橫壟+排水溝處理的20.2和9.1倍，在100 mm/h降雨強度下，順坡壟作處理的土壤侵蝕量分別是橫坡壟作和橫壟+排水溝處理的2.9和7.7倍。隨著降雨強度的增加，橫坡壟作處理降低的土壤侵蝕量由95.0%減小到65.2%，橫壟+排水溝處理降低的土壤侵蝕量由89.0%減小到87.0%。造成上述結果的原因是由于試驗坡耕地為翻耕裸露處理，順坡壟作處理從開始產流便持續地搬運泥沙，直至降雨結束，導致其土壤侵蝕量最大[6]；橫坡壟作處理在坡度較緩和降雨強度較低時具有較強的保水攔沙能力，而在坡度較大和降雨強度較大時易發生漫壟現象，其壟體也易發生損壞，短時間內即形成較大徑流，產生較多易被搬運的泥沙[18]，因此，橫坡壟作處理具有較好的侵蝕調控效果，但是這種效果隨著坡度和降雨強度的增加而減小；壟向區田、順壟+底部橫壟和橫壟+排水溝處理具有橫垱措施，在降雨前期橫垱能夠有效攔截徑流泥沙[20]，因此，與順坡壟作處理相比，其減少侵蝕比例均可達到或超過80.0%(表3)。綜上所述，橫坡壟作、壟向區田、順壟+底部橫壟和橫壟+排水溝均能利用措施中的橫垱在一定程度上蓄水保土，減少土壤侵蝕；不同坡度和降雨強度下其侵蝕調控效果不同，在5°坡耕地，侵蝕調控效果基本表現為：橫坡壟作>壟向區田>順壟+底部橫壟>順坡壟作；在10°坡耕地，降雨強度較小(50 mm/h)時，橫坡壟作處理的侵蝕調控效果高于橫壟+排水溝處理，而降雨強度較大(100 mm/h)時，橫坡壟作處理的侵蝕調控效果低于橫壟+排水溝處理。因此，建議根據具體的地形坡度和降雨特征，在東北黑土區坡耕地篩選適宜的壟作方式，從而有效調節徑流和防治土壤侵蝕。

表3 不同壟作方式下坡耕地的土壤侵蝕量及其侵蝕調控效果對比

2.2 不同壟作方式對坡耕地徑流和侵蝕過程的影響分析

2.2.1 不同壟作方式產流率隨降雨歷時的變化 對于5°坡耕地，在50 mm/h降雨強度下，順坡壟作(對照)處理的產流率隨降雨歷時的變化呈現逐漸增加并趨于穩定的趨勢，其值穩定在50.0 mm/h上下；而橫坡壟作處理的產流率隨降雨歷時的變化值和波動幅度最低，其值穩定在8.0 mm/h上下；壟向區田處理的產流率，在降雨歷時42 min，降雨量達到36 mm之前，其值明顯低于順坡壟作處理，但是當降雨42 min后，壟向區田處理蓄水能力達到最大值，雨水漫出橫垱措施，其產流率開始增加，并呈現小幅波動，最大值為88.5 mm/h，其后產流率開始逐漸減小；順壟+底部橫壟處理的前期產流率變化與橫坡壟作處理相近，但是當降雨歷時達到48 min時，順壟+底部橫壟處理的底部橫壟出現漫壟現象并局部損壞，產流率迅速增加，最大值為317.4 mm/h(圖1)。

在100 mm/h降雨強度下，順坡壟作處理的產流率隨降雨歷時表現為先逐漸增加后趨于穩定的變化，在17 min時發生轉折，此時降雨量約為26 mm，產流率穩定在130.0 mm/h左右；橫坡壟作處理的產流率隨降雨歷時的變化值和波動幅度依然最低，其值穩定在12.0～21.0 mm/h；壟向區田處理的產流率，在降雨11 min，降雨量達到15 mm之前，其值較低，與橫坡壟作處理相近，但是當降雨11 min后，壟向區田處理橫垱發生漫流，產流率開始增長，并在降雨14 min，降雨量達到22 mm后趨于穩定，其值穩定在80.0 mm/h；順壟+底部橫壟處理的前期產流率亦較低，但是在降雨12 min，降雨量達到18 mm左右時，橫壟部分蓄水達到極限，出現漫壟現象，并且橫壟局部損壞，產流率迅速增大，從35.0 mm/h左右增長至338.3 mm/h，隨后又迅速減小并穩定在40.0 mm/h左右。

由此可知，坡度較緩(5°)時，在降雨前期或降雨量較小時，順坡壟作處理的產流率最大，橫坡壟作處理的產流率最小，壟向區田處理的產流率也明顯低于順坡壟作處理；當降雨時間延長或降雨量較大時，壟向區田和順壟+底部橫壟處理在50 mm/h降雨強度下，降雨歷時分別為42，48 min時，在100 mm/h降雨強度下，降雨歷時分別為11，12 min時，保水蓄水能力開始減弱，產流率會在短時間內迅速增加，甚至高于順坡壟作處理，而且隨著降雨強度的增加，不同壟作方式之間的產流率隨降雨歷時變化的差異越大，這種表現越明顯(圖1)。

分析原因是，順坡壟作處理的壟溝有利于雨水匯集形成徑流；而橫坡壟作處理可將雨水存蓄于壟溝中，延長雨水在壟溝內的滯留時間，導致降雨入滲增強[21]，從而顯著減小徑流；壟向區田處理的壟溝有較多橫向土垱，能夠攔截貯存雨水，提高土壤水分入滲率，較好地平衡了徑流和土壤水分入滲的矛盾[22]，但隨著降雨的持續，土壤水分入滲率降低，雨水蓄積，土垱易損壞并發生細溝侵蝕，土垱防治能力減弱，導致產生較大徑流；順壟+底部橫壟處理因底部設有橫壟，可有效攔截頂部順壟壟溝匯集形成的徑流，雨水在橫壟壟溝處滯留[23]，導致其前期產流率與橫坡壟作處理的產流率相近，然而隨著降雨歷時的不斷增大，加之上部順壟壟溝內蓄積的雨水不斷增多，導致底部橫壟逐漸損壞，演變為細溝侵蝕，進而形成大量徑流，且降雨強度或降雨量越大，順壟+底部橫壟處理的斷壟現象越顯著[24]。

因此，對于5°坡耕地，順坡壟作處理的壟溝能夠較好地排水導水，橫坡壟作處理能夠很好地保水，壟向區田和順壟+底部橫壟處理在短時間和降雨前期也能較好地保水，但降雨時間過長或降雨量較大時則易發生損壞，短時間內形成較大徑流。

圖1 5°坡耕地50，100 mm/h降雨強度下不同壟作方式產流率隨降雨歷時的變化

對于10°坡耕地，在50 mm/h降雨強度下，順坡壟作(對照)處理的產流率隨降雨歷時的變化呈現逐漸增加并趨于穩定的趨勢，其值亦穩定在50.0 mm/h上下；而橫坡壟作處理的產流率，在降雨32 min，降雨量達到26 mm之前，其值明顯低于順坡壟作與橫壟+排水溝處理，在降雨32 min后，出現漫壟現象，產流率顯著增加并趨于相對穩定，其產流率甚至高于順坡壟作與橫壟+排水溝處理；橫壟+排水溝處理的產流率隨降雨歷時的變化也呈現逐漸增加并趨于穩定的趨勢，在降雨前期，其值明顯低于順坡壟作處理，而高于橫坡壟作處理，但是隨著降雨歷時的增加，其值與順坡壟作和橫坡壟作處理的穩定產流率相近(圖2)。在100 mm/h降雨強度下，不用壟作方式的產流率均呈先快速增長后趨于穩定或減小的趨勢，其中順坡壟作處理的產流率增長最為迅速，從產流開始到降雨14 min時達到相對穩定，穩定值為130.0 mm/h左右；橫坡壟作處理在降雨15 min時，出現漫壟現象，產流率增長速度加快，到降雨24 min時壟體出現局部損壞，產流率短時間瞬間增大，其值高達200.2 mm/h，是50 mm/h降雨強度下橫坡壟作處理最大產流率的3.0倍，其后產流率又逐漸減小，在降雨結束時產流率降至95.6 mm/h；橫壟+排水溝處理的產流率低于順坡壟作處理，而高于橫坡壟作處理，從產流開始直到降雨24 min左右，橫坡壟作處理的產流率一直呈現增長趨勢，其后穩定在105.0 mm/h左右。

坡度較大(10°)時，在50，100 mm/h降雨強度下，不同壟作方式的產流率均隨降雨歷時的增加而逐漸增大，在降雨后期，不同壟作方式的穩定產流率相近(圖2)。分析原因主要是，順坡壟作處理在坡度較大時，其匯流作用更加顯著，形成較大的產流率；橫坡壟作處理的產流率在漫壟和斷壟現象發生前較小，在漫壟和斷壟后土壤侵蝕方式演變為細溝侵蝕[25]，且隨著降雨強度的增加，雨滴動能增強，導致橫壟壟丘多處出現細溝，最終發生壟丘垮塌，導致產流率迅速達到極值；橫壟+排水溝處理在降雨前期大部分雨水滯留于壟溝，導致降雨前期坡面產流率低于順坡壟作處理[26]，隨著降雨歷時或降雨量的增大，土壤含水量趨于飽和狀態，橫壟壟溝蓄水作用減弱，土壤水分入滲率也逐漸減小，壟溝內雨水逐漸涌向排水溝流出，導致坡面產流率逐漸增大，最后趨于相對穩定[27]。可見，順坡壟作方式的排水疏水能力最強，產流率較大；橫坡壟作方式在降雨前期具有較好的保水蓄水作用，但在降雨后期壟體易損壞，造成短時間內形成強徑流；橫壟+排水溝方式在降雨前期能夠蓄水保水，在降雨后期能夠較好地排水。

圖2 10°坡耕地50，100 mm/h降雨強度下不同壟作方式產流率隨降雨歷時的變化

2.2.2 不同壟作方式土壤侵蝕速率隨降雨歷時的變化 對于5°坡耕地，順坡壟作(對照)處理土壤侵蝕速率隨降雨歷時的變化呈現先快速增加后減小并逐漸趨于相對穩定的趨勢，在50，100 mm/h降雨強度下，順坡壟作處理的平均土壤侵蝕速率分別為0.88，1.85 kg/(m2·h)(圖3)。而另外3種壟作處理的土壤侵蝕速率均明顯低于順坡壟作處理，其大小整體表現為：順坡壟作>順壟+底部橫壟>壟向區田>橫坡壟作。隨著降雨強度的增加，相同壟作方式的土壤侵蝕速率逐漸增大，且不同壟作方式的土壤侵蝕速率差異也逐漸增大。在2個降雨強度下，順壟+底部橫壟處理在降雨過程中土壤侵蝕速率有短時間內的迅速波動，其中，50 mm/h降雨強度下的波動發生在降雨50～57 min，降雨量為40～47 mm間，降雨50 min時雨水漫過底部橫壟，壟體局部損壞時，土壤侵蝕速率開始迅速增長，到降雨52 min時達到最大值2.1 kg/(m2·h)，降雨57 min時恢復相對穩定；100 mm/h降雨強度下的波動發生在降雨12～21 min，降雨量為18～33 mm間，波動時間提前，且波動幅度增大，最大土壤侵蝕速率為5.6 kg/(m2·h)。分析原因是，試驗坡耕地均為翻耕裸露處理，降雨初期其坡面含有大量松散碎屑物質，順坡壟作處理的徑流匯流較快，搬運能力較強，導致土壤侵蝕速率迅速增加并達到峰值[28]，其后，隨著降雨的持續進行，坡耕地可供搬運的物質逐漸減少，導致其土壤侵蝕速率逐漸減小并趨向于相對穩定[29]；而橫坡壟作處理對降雨和徑流有最好的消減和調節作用，導致土壤侵蝕速率最低；壟向區田處理因蓄水能力弱于橫坡壟作，且降雨量過大時壟溝間土垱易被損壞，致徑流攜沙流出，土壤侵蝕速率有一定變化；順壟+底部橫壟處理上部順壟壟溝匯流較快，底部橫壟在出現漫壟時易發生細溝侵蝕而損壞，在短時間內大量徑流從損壞處流出，所以其挾沙能力相對較強[30]。

此外，隨著降雨強度的增大，雨滴打擊和徑流搬運能力增強，導致了土壤侵蝕速率的增加[31]。因此，橫坡壟作、壟向區田和順壟+底部橫壟處理在調節坡面徑流過程的同時，也能有效調控坡面土壤侵蝕過程、降低土壤侵蝕速率。

圖3 5°坡耕地50，100 mm/h降雨強度下不同壟作方式土壤侵蝕速率隨降雨歷時的變化

對于10°坡耕地，在50 mm/h降雨強度下，不同壟作方式土壤侵蝕速率隨降雨歷時的變化與5°坡耕地相近，其中，順坡壟作處理的土壤侵蝕速率隨降雨歷時的變化呈先增大再減小最后趨于穩定的趨勢；橫坡壟作和橫壟+排水溝處理下土壤侵蝕速率均小于順坡壟作處理，一直穩定在0.4 kg/(m2·h)以下，其平均土壤侵蝕速率大小表現為：順坡壟作>橫壟+排水溝>橫坡壟作(圖4)。

在100 mm/h降雨強度下，順坡壟作處理的土壤侵蝕速率增長迅速，且增幅較大，在降雨11 min，降雨量為18 mm時達到最大值4.4 kg/(m2·h)，隨后逐漸降低，在降雨20 min左右趨于相對穩定；橫坡壟作處理的土壤侵蝕速率在降雨19 min，降雨量為30 mm時開始快速增長，在降雨25 min，降雨量達到42 mm時到達最大值5.4 kg/(m2·h)，隨后迅速下降；橫壟+排水溝處理的土壤侵蝕速率在降雨16 min之前一直緩慢增長，降雨16 min、降雨量達到25 mm之后達到相對穩定狀態。3種壟作方式平均土壤侵蝕速率大小主要表現為：順坡壟作>橫坡壟作>橫壟+排水溝。造成上述結果的主要原因是，降雨初期坡耕地表面存在大量可供濺蝕和徑流搬運的松散物質，隨著降雨時間的推移，雨滴分散作用產生的微團聚體被徑流優先搬運，此時坡面團聚體粒級較大，搬運難度增大，造成降雨后期雨滴打擊作用和徑流的搬運能力達到一個相對穩定狀態[32]。橫坡壟作處理的壟丘在損壞前能很好地攔蓄徑流泥沙，在降雨強度相對較小(50 mm/h)時，壟丘不易損壞；但是在降雨強度相對較大(100 mm/h)時，土壤水分入滲受到限制，加快了對壟體的侵蝕，壟丘更易損壞，損壞后侵蝕方式以細溝侵蝕為主，前期蓄積的雨水順勢流出，土壤侵蝕強度在短時間內迅速增大[6]，因此，在100 mm/h降雨強度下，橫坡壟作處理平均土壤侵蝕速率高于橫壟+排水溝處理(圖4)。可見，橫坡壟作和橫壟+排水溝能夠降低土壤侵蝕速率，較好地攔截徑流泥沙，但橫坡壟作在降雨強度和坡度較大時，不能及時排出蓄水，容易損壞壟體，短時間內形成較高的土壤侵蝕速率，而橫壟+排水溝既有一定的蓄水保土能力，又有較好的排水能力。

圖4 10°坡耕地50，100 mm/h降雨強度下不同壟作方式土壤侵蝕速率隨降雨歷時的變化

3 結 論

(1) 試驗條件下，對于5°坡耕地，與順坡壟作處理相比，橫坡壟作處理徑流和侵蝕調控效果較好，壟向區田和順壟+底部橫壟處理的徑流和侵蝕調控效果相近。橫坡壟作處理徑流量和土壤侵蝕量分別減少83.9%～92.3%和94.6%～96.8%，壟向區田和順壟+底部橫壟處理徑流量減少40.8%～55.5%，土壤侵蝕量減少79.2%～90.5%。對于10°坡耕地，與順坡壟作處理相比，在50 mm/h降雨強度下，橫坡壟作處理的徑流和侵蝕調控效果較好，其徑流量和土壤侵蝕量分別減少75.7%和95.0%，在100 mm/h降雨強度下，橫坡壟作處理的徑流和侵蝕調控效果顯著降低，其徑流量和土壤侵蝕量分別減少38.1%和65.2%；橫壟+排水溝處理的徑流調控效果較低，而侵蝕調控效果較好，徑流量和土壤侵蝕量分別減少40.6%～47.8%和87.0%～89.0%。

(2) 對于5°坡耕地，在50，100 mm/h降雨強度下，橫坡壟作處理均不會發生漫壟和斷壟現象；壟向區田和順壟+底部橫壟處理在50 mm/h降雨強度下，分別在降雨42，48 min時發生漫壟；在100 mm/h降雨強度下，分別在降雨11，12 min時發生漫壟。對于10°坡耕地，在50 mm/h降雨強度下，至降雨32 min左右發生漫壟，在100 mm/h降雨強度下，至降雨15 min發生漫壟。在發生漫壟現象后，不同壟作方式的徑流和侵蝕調控效果減弱。

綜上所述，橫坡壟作、壟向區田、順壟+底部橫壟和橫壟+排水溝均能夠在一定程度上蓄水保土，減少土壤侵蝕；不同坡度和降雨強度下其徑流調控效果和侵蝕調控效果均不同。因此，建議根據具體地形坡度和降雨特征，在東北黑土區坡耕地篩選適宜的壟作方式，從而有效調節徑流、防治土壤侵蝕。