高山蔬菜坡耕地沟厢改造模式的水土保持效应

　　摘要：高山蔬菜坡耕地沟厢改造是高山蔬菜生态栽培技术的重要组成部分，已被证明能够有效缓解坡耕地水土流失，促进高山蔬菜产业的可持续发展。以鄂西高山蔬菜主产区坡耕地为对象，研究了自然降雨条件下高山菜田10种沟厢改造措施对两种坡度的坡耕地水土流失的防治效果。结果表明，在30°和15°坡度的高山菜田坡耕地上，设沟畦和开挖导流沟的耕作措施能够明显减少地表径流量和土壤流失量，且抑制效果与坡度呈正相关。直畦+导流沟、斜畦+导流沟措施与无导流沟方式相比可分别减少21%和15%的径流，36%和43%的泥沙，直畦+导流沟抑制地表径流效果较好，斜畦+导流沟对泥沙的抑制效果更佳，但陡坡地耕作仍有较高的水土流失风险。 

　　关键词：高山蔬菜；坡耕地；水土保持；沟厢改造模式 

　　中图分类号：S157.3；S157.4 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）16-3820-04 

　　山区坡耕地是山地水土流失和农业面源污染的主要来源。长江上游约70%的耕地为无水保措施的顺坡耕作，大于25°的坡耕地较普遍，其中宜昌江段的入江泥沙主要来源于坡耕地[1]；坡耕地的水土流失使山区土层变薄、养分流失、土壤微生态变差、生产力低下，不利于山区农业可持续发展[2，3]。 

　　鄂西山区是我国高山蔬菜第一大产区，也是国家集中连片特困地区之一，经过20多年的快速发展，高山蔬菜产业在很好解决山区农民脱贫致富的同时，也对山地生态环境产生了影响。高山蔬菜生产季节正值当地雨季，降水频率高且强度大，剧烈的淋溶造成土壤侵蚀，土壤健康度下降，间接导致大面积连作障碍和病害频发，农业生产成本上升，农作物品质变差，同时影响下游水质[4]。因此，研究生态型高山蔬菜栽培技术，采取保水护土的耕作措施，保持坡耕地生产力，是促进山区农业可持续发展的治本之策。 

　　针对坡耕地保土保水型耕作措施，国内外学者提出了诸多保护性耕作技术，旨在减少农田土壤侵蚀，维护农田生态环境。其核心是通过地表覆盖技术、地表微地形改造技术、少耕免耕技术等，达到保持水土、提高土壤肥效、改善土壤结构、促进作物生长的一系列农技措施[5-8]，此外，植物篱-农作模式也被证明对坡耕地水土保持效果显著[9]。尽管这些保护性耕作措施和农林复合模式的积极作用已得到较多证实，但其研究大多集中在某几个主要农业区域，在不同区域和不同质地土壤上，这些措施的功效仍有待验证，尤其对于高山蔬菜坡耕地的研究较为缺乏。本课题组针对我国鄂西山区坡耕地的保护性耕作措施进行了长期探索，结合已有研究，针对雨季降水集中的特点，提出了高山蔬菜地膜覆盖+沟厢改造模式，目的在于使土壤水分饱和时能迅速将多余降雨导流，避免径流对菜畦造成严重冲刷，达到保水护土的目的。研究就上述沟厢改造模式的水土流失防治效果开展评价，其结论可为我国南方高山蔬菜坡耕地水土流失防治及其可持续生产提供依据，同时丰富我国保护性耕作措施的技术内容。 

　　1 材料与方法 

　　1.1 研究地概况 

　　试验区域属鄂西南山区武陵山余脉和长江上游的清江水系中下游，试验地点位于湖北省宜昌市长阳县火烧坪乡青树包村湖北省高山蔬菜试验站，地处东经110°43′，北纬30°30′，海拔约1 840 m，坡向朝南，年均气温为7.6℃，全年无霜期为200 d，昼夜温差大，为寒带气候。年均降雨量为1 366 mm，主要分布在6～9月，占全年降雨量的70%。试验地土壤为黄棕壤，土壤质地疏松，pH约5.1，土壤有机质含量约为3%。 

　　1.2 试验设计 

　　试验地内全部种植萝卜（Raphans sativus L.），品种为雪单一号；全部垄作并覆盖地膜，直播后即开始试验观测。试验设坡度和沟畦走向2个因素，其中坡度设30°和15°两个水平；沟畦走向设顺坡直畦和顺坡斜畦两种，顺坡直畦指畦面走向与坡面水平等高线垂直，顺坡斜畦指畦面走向与坡面水平等高线成45°左右夹角；主导流沟宽40 cm，深20 cm左右，位于各小区中部位置，与畦面走向成一定夹角。 

　　坡度30°设5个处理，分别为处理1（T1）：直畦+30°导流沟；处理2（T2）：直畦+45°导流沟；处理3（T3）：直畦+2条45°平行导流沟；处理4（T4）：斜畦+垂直导流沟；处理5（T5）：直畦+无导流沟。坡度15°设5个处理，分别为处理6（T6）：直畦+45°交叉导流沟；处理7（T7）：直畦+45°导流沟；处理8（T8）：斜畦+垂直导流沟；处理9（T9）：直畦+无导流沟；处理10（T10）：斜畦+无导流沟。无重复，共10个径流试验小区。 

　　1.3 试验方法 

　　10个径流小区均为北南坡向，小区坡长18.0 m，宽2.8 m。小区四周用防水板围砌，坡面底部安装径流桶收集地表径流。每次自然降雨产流结束后测定径流桶中的径流高度，并换算成单次降雨径流量（以径流深表示），同时将桶内径流搅拌均匀后取2份500 mL的样品，经沉降、过滤、烘干后取平均值作为泥沙浓度，换算成单次降雨土壤侵蚀量（kg/hm2），并用SPSS 13.0对数据进行统计分析。 

　　2 结果与分析 

　　2.1 试验期间降雨情况 

　　试验观测期从2013年7月19日起至10月20日结束，期间共发生11次产流降雨，降雨收集情况见表1。 

　　2.2 不同处理措施对地表径流的防治效果 

　　由表2可知，在30°坡度条件下，5种处理的平均地表径流量由大到小依次为：直畦+无导流沟>斜畦+垂直导流沟>直畦+45°导流沟>直畦+2条45°平行导流沟>直畦+30°导流沟。对该坡度下各处理的总径流量分析可知（图1），斜畦+垂直导流沟、直畦+45°导流沟、直畦+2条45°平行导流沟、直畦+30°导流沟4种处理的总地表径流量分别为17.13、16.99、14.79和14.29 mm，与对照直畦+无导流沟的总地表径流量相比分别减少了13%、13%、24%和27%。 

　　由表3可知，在15°坡度条件下，5种处理的平均地表径流量由大到小依次为：直畦+无导流沟>斜畦+无导流沟>直畦+45°交叉导流沟>斜畦+垂直导流沟>直畦+45°导流沟。对该坡度下各处理的总径流量分析可知（图2），斜畦+无导流沟、直畦+45°交叉导流沟、斜畦+垂直导流沟、直畦+45°导流沟4种处理的总地表径流量分别为17.52、15.82、15.52和14.41 mm，与对照直畦+无导流沟的总地表径流量相比分别减少了8%、17%、18%和24%。 

　　由此可见，在两种坡度下开挖导流排水沟对地表径流量几乎都有明显的降低作用。此外，北大核心期刊开挖导流沟措施对径流的降低作用与坡度呈正相关关系，即对地表径流的抑制效果随坡度增加而增加，其对陡坡地表径流的抑制作用更明显。对两种坡度下的径流量综合分析可知，直畦+导流沟、斜畦+导流沟以及直畦+无导流沟3种方式同等面积下的总径流量分别76.30、82.43、96.66 mm，与直畦+无导流沟相比，直畦+导流沟和斜畦+导流沟方式的地表径流分别减少了21%和15%。 

　　2.3 不同处理措施对土壤流失的防治效果 

　　由表4可知，在30°坡度条件下，5种处理的平均土壤侵蚀量由大到小依次为：直畦+无导流沟>直畦+2条45°平行导流沟>直畦+30°导流沟>直畦+45°导流沟>斜畦+垂直导流沟。对该坡度下各处理的总土壤侵蚀量分析可知（图1），直畦+2条45°平行导流沟、直畦+30°导流沟、直畦+45°导流沟、斜畦+垂直导流沟的总土壤侵蚀量分别为5 711.13、5 378.04、 5 099.91和3 799.01 kg/hm2，与对照直畦+无导流沟的总土壤侵蚀量相比分别减少了28%、32%、36%和52%。