魏 曉，李 紅，蘇昌貴，高更和，謝庭生*

(1.湖南省經(jīng)濟地理研究所，湖南 長沙 410004；2.河南財經(jīng)政法大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450046)

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紅壤丘崗坡耕地復(fù)式保護性耕作效應(yīng)試驗

魏 曉1，李 紅1，蘇昌貴1，高更和2，謝庭生1*

(1.湖南省經(jīng)濟地理研究所，湖南 長沙 410004；2.河南財經(jīng)政法大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450046)

摘要：針對亞熱帶紅壤丘崗坡耕地季節(jié)性干旱、水土流失嚴重等問題，2010～2014年在湖南省衡南縣炮公村，通過坡面徑流小區(qū)試驗，對紅壤坡耕地復(fù)式保護性耕作的效應(yīng)進行了研究，結(jié)果表明：與常規(guī)耕作比較，耕層有機質(zhì)提高了10.2 g/kg，由輕度缺乏級上升為豐富級；土壤含水量提高了3.7個百分點；減少泥沙流失量96.7%，年侵蝕量為2.15 t/(hm2·a)，接近紅壤坡耕地允許侵蝕量值1.8 t/(hm2·a)；玉米增產(chǎn)835.5 kg/hm2，油菜增產(chǎn)432.0 kg/hm2，增加產(chǎn)值4499.4元/hm2，投入產(chǎn)出比由1.57上升為2.59，投入回報率提高了65%。

關(guān)鍵詞：紅壤；坡耕地；復(fù)式保護性耕作；效應(yīng)

保護性耕作被稱為農(nóng)業(yè)耕作制度的一場革命[1]，保護性耕作技術(shù)在國際上尚無統(tǒng)一的定義[2]。1985年，Allmaras提出了保護性耕作(Conservation tillage)定義：保護性耕作是指在一季作物之后地表殘茬覆蓋至少30%，使土壤侵蝕控制約在50%的耕作和種植體系。2002年，我國農(nóng)業(yè)部按照保護性耕作的內(nèi)涵和目標(biāo)，將其定義為對農(nóng)田實行免耕、少耕，并用作物秸稈覆蓋地表，以減少風(fēng)蝕、水蝕，提高土壤肥力和抗旱能力的先進農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)。有關(guān)保護性耕作的應(yīng)用和研究，國內(nèi)外報道較多。在國外，美國農(nóng)業(yè)部于1937年以研究作物秸稈覆蓋作用為切入點，總結(jié)出了以免耕、少耕和秸稈覆蓋為核心的保護性耕作技術(shù)，并開始在美國大面積推廣。截至目前，美國有近60%的耕地實行各種類型的保護性耕作，其中采用作物殘茬秸稈覆蓋耕作方式的占53%，采用免耕方式的占44%。目前，加拿大、澳大利亞、俄羅斯、巴西、法國、墨西哥、以色列、印度、埃及、巴基斯坦等國也在大面積應(yīng)用保護性耕作技術(shù)。國內(nèi)20世紀(jì)60年代開始進行保護性耕作研究，“九五”、“十五”期間，保護性耕作技術(shù)一直被列入國家科技攻關(guān)項目計劃，并被選為目前農(nóng)業(yè)部重點推廣的50項農(nóng)業(yè)技術(shù)之一，截止2001年，應(yīng)用面積已超過14×104hm2，在研究資料累積方面，有比較系統(tǒng)的關(guān)于保護性耕作的理論與技術(shù)介紹[1-5]，有若干單項技術(shù)試驗和農(nóng)藝試驗的報道[6-25]。然而，有關(guān)方面的介紹和報道，針對北方干旱半干旱地區(qū)的多，南方季節(jié)性干旱地區(qū)的少；針對溫帶棕壤、黑土、草甸土的多，亞熱帶紅壤的少，并且均為單項保護性耕作或保護性種植，紅壤坡耕地復(fù)式保護性耕作未見報道。

南方紅壤坡耕地，由于常年降雨量多在1200 mm以上，并且多強降雨，盡管實施了單項保護性耕作或保護性種植措施，水土流失問題依然較嚴重，尤以砂巖紅壤、花崗巖紅壤丘陵區(qū)最為明顯。筆者針對這一問題，于2010～2014年在湖南省衡南縣炮公村進行了復(fù)式保護性耕作試驗研究，以期為亞熱帶紅壤坡耕地高效利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗地處于湘江二級支流柿江中上游南岸，緩坡，耕層較厚(22～26 cm)，土層厚(>1.0 m)，種植模式為玉米-油菜。屬北亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫17.8 ℃，≥10 ℃的活動積溫5300～5500 ℃·d；年降雨量1268.8 mm，降雨分布不均，年年有規(guī)律性的伏秋干旱發(fā)生。

1.2試驗處理

試驗設(shè)4個處理：(1)復(fù)式保護性耕作，即等高開溝+稻草覆蓋方法，簡稱復(fù)保法(代號TP)；(2)保護性種植，即稻草覆蓋方法簡稱保種法(代號PP)；(3)保護性耕作，即等高開溝方法，簡稱保耕法(代號PT)；(4)常規(guī)耕種，即順坡耕種，簡稱常規(guī)法(代號CK)。

試驗布置在坡度為5.8°～8.3°的緩坡地段同一坡面上，順坡面分別設(shè)寬為10 m、長為15 m的試驗小區(qū)，小區(qū)面積150 m2；小區(qū)邊界均將塑料板埋入地下1 m，以免受側(cè)滲的影響；不同小區(qū)間用磚砌埂，一是起隔離作用，二是便于田間操作；小區(qū)坡底建徑流收集池；每小區(qū)內(nèi)部微地形(指坡度和低洼水線等)均是人工模擬建造，CK、PP區(qū)順坡分廂開溝、廂面坡度6.5°(當(dāng)?shù)囟鄶?shù)坡耕地坡度)；TP、PT區(qū)橫向分廂等高開溝，廂面坡度1.8°；TP、PP區(qū)用稻草覆蓋3～5 cm，這樣各個小區(qū)除保護性耕作類型不同以外，其他自然條件基本相同。各處理的小區(qū)編號及相應(yīng)類型見表1。

表1　小區(qū)編號與保護性耕作類型

1.3觀測項目及方法

2014年，油菜收獲后取0～5、5～10、10～20 cm土層的混合土樣，常規(guī)法測定土壤養(yǎng)分含量。玉米、油菜生長期用土壤水分速測儀(南京產(chǎn))測定0～20、20～40 cm土層土壤含水率。在小區(qū)的上、中、下位置各設(shè)1個測點，每7 d左右測1次，視天氣情況提前或推遲。徑流量由安裝在徑流場出水口的翻斗式流量計自動記錄的徑流過程整理得出；泥沙量分為白天和夜間兩部分，白天的泥沙量由人工觀測的產(chǎn)沙過程整理得出，而夜間的產(chǎn)沙量為出水口攔沙設(shè)施的攔截量；玉米、油菜成熟時，各小區(qū)分別測產(chǎn)。

2結(jié)果與分析

2.1復(fù)式保護性耕作提高耕層養(yǎng)分含量效應(yīng)

2.1.1TP處理提高耕層養(yǎng)分含量效應(yīng)明顯由表2可知，TP處理耕層有機質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀分別為28.7 g/kg、1.42 g/kg、18.2 mg/kg、152.8 mg/kg，分別較PP、PT、CK等3個處理養(yǎng)分含量均值提高7.1 g/kg、0.37 g/kg、6.1 mg/kg、43.9 mg/kg，提高幅度分別為33.08%、35.24%、50.83%、40.36%。經(jīng)t值檢驗，差異均達極顯著水平。TP處理提高耕層養(yǎng)分含量的效應(yīng)主要是由于秸稈覆蓋和秸稈肥料化利用，加速了土壤改良和土壤生物改良進程的結(jié)果，其次也與泥沙流失少、養(yǎng)分流失相應(yīng)少有關(guān)。

表2不同處理的耕層養(yǎng)分含量比較

mg/kg

2.1.2TP處理提高養(yǎng)分效應(yīng)依土層深度而異由表2可知，TP處理的0～5、5～10、10～20 cm土層有機質(zhì)含量分別為33.8、33.1、19.2 g/kg，平均為28.7 g/kg，分別較PP、PT、CK等對應(yīng)土層的有機質(zhì)含量均值高10.80、10.27、0.33 g/kg，提高幅度分別為46.96%、44.96%、1.77%；0～5、5～10 cm土層的養(yǎng)分提高效應(yīng)達極顯著水平，10～20 cm土層的效應(yīng)不顯著；其他全氮、速效磷、速效鉀依土層的變化趨勢與有機質(zhì)完全一致，即0～5、5～10 cm土層TP處理提高效應(yīng)達極顯著水平，10～20 cm土層的養(yǎng)分差異不顯著。這說明秸稈肥料化利用影響的土層深度主要為0～10 cm，而對10～20 cm土層的影響則??；這點還可以從各處理不同土層養(yǎng)分含量差異得到證實，TP、PP兩個秸稈覆蓋的處理0～10 cm和10～20 cm土層有機質(zhì)相差10.3～14.6 g/kg、而PT、CK兩個無秸稈覆蓋的差異值只有0.3～1.6 g/kg。

2.2復(fù)式保護性耕作提高土壤含水量效應(yīng)

2.2.1TP處理提高土壤含水量效應(yīng)明顯由表3可知，TP處理0～40 cm土層含水量均值為24.9%，分別較PP、PT、CK處理提高2.2、2.4、3.7個百分點。TP處理土壤含水量的明顯提高主要得益于秸稈覆蓋，首先，秸稈阻擋水汽上升，水汽難以透過覆蓋層而被秸稈截留，土壤水分蒸發(fā)量減少；其次，秸稈將降雨的超滲部分就地蓄存，滲入土壤中；第三，秸稈覆蓋保護了土壤免受雨滴直接沖擊，最大限度減少了對土壤結(jié)構(gòu)的破壞，土壤有效持水孔隙多，保蓄水能力增強；第四，由于等高橫耕，坡長，坡度明顯減小。

表3不同處理土壤含水量的比較

土層深度/cmTP/%PP/%PT/%CK/%TP-PPTP-PTTP-CK0～1028.726.823.221.11.95.57.610～2027.524.722.420.42.85.17.120～3024.223.423.421.50.80.82.730～4023.422.922.821.60.50.61.8均值24.922.722.521.22.22.43.7

2.2.2TP處理提高土壤含水量隨土層深度而異從表3可以看出，TP處理的0～20、20～40 cm土壤含水量分別為28.1%、23.8%，較PP處理提高2.35、0.65個百分點；較PT處理提高5.3、0.7個百分點；較CK處理提高7.35、2.25個百分點，均是隨土層深度的增加而遞減。這與前人的研究結(jié)果相悖，其原因可能是試驗地立地條件不同，前人的研究是在干旱和半干旱地區(qū)。

2.3復(fù)式保護性耕作減流、減沙效應(yīng)

將3年測定的復(fù)式保護性耕作(TP)、保護性種植(PP)、保護性耕作(PT)、常規(guī)耕作(CK)處理徑流量、泥沙流失量結(jié)果加權(quán)平均，按月份統(tǒng)計的結(jié)果見表4。

表4　不同處理徑流量、泥沙流失量的比較

2.3.1TP處理減流、減沙效應(yīng)明顯TP處理年徑流量223.6 mm，較PP、PT、CK處理減少105.3、142.0、767.5 mm，減少幅度分別為32.0%、38.8%、77.4%；泥沙流失量2.15 t/(hm2·a)，接近紅壤坡耕地允許侵蝕量值1.8 t/(hm2·a)，較PP、PT、CK處理減少2.18、3.44、41.36 t/(hm2·a)，分別減少68.3%、74.6%、96.7%。

TP處理的減流、減沙效應(yīng)明顯，主要是由于秸稈覆蓋，首先，雨滴的動能被秸稈吸收，徑流發(fā)生延后，徑流程度降低；其次，秸稈可保護土表免受降雨的沖擊，穩(wěn)定土壤疏松多孔的結(jié)構(gòu)，增加降雨入滲；第三，地面坡度小，據(jù)測定，坡度每增加5°，流失量增加75%～80%[26]，TP較CK地面坡度小4.1°。

2.3.2TP處理減流、減沙效應(yīng)隨量的增加而下降TP處理在9～12、1～2、7～8、3～6月的月徑流量均值分別為1.5、5.1、16.9、43.5 mm，依次增加，減流效應(yīng)均值分別為75.4%、65.7%、51.3%、44.6%，依次下降；月泥沙流失量分別為0、0.06、0.21、0.40 t/hm2，依次增加，減沙效應(yīng)均值分別為100%、83.4%、76.5%、59.6%，依次下降。這與前人的研究結(jié)果相反，其原因可能是試驗地點不同所致，前人的研究在干旱和半干旱地區(qū)。

2.4復(fù)式保護性耕作作物增產(chǎn)明顯

復(fù)式保護性耕作(TP)、保護性種植(PP)、保護性耕作(PT)、常規(guī)耕作(CK)處理4年中玉米、油菜測產(chǎn)結(jié)果見表5。

TP處理玉米、油菜產(chǎn)量分別為5002.5、3033.0 kg/hm2，較PP、PT、CK等3處理平均產(chǎn)量增產(chǎn)557.5、309.5 kg/hm2，分別增產(chǎn)12.8%、11.5%。經(jīng)t值檢驗，差異達極顯著水平。對各保護性耕作的大量文獻進行統(tǒng)計，對作物產(chǎn)量的影響大部分是增產(chǎn)或平產(chǎn)，平均增產(chǎn)幅度為12.51%，其中小麥為8.98%、水稻為6.23%、玉米為15.88%[23]。本試驗上述介紹了復(fù)式保護性耕作土壤養(yǎng)分含量提高，土壤水分條件改善，水土流失減輕，即作物生長的立地條件明顯改善；改善的立地條件，勢必會反映到作物產(chǎn)量構(gòu)成因素指標(biāo)上來。

表5　不同處理作物產(chǎn)量的比較

2.5復(fù)式保護性耕作經(jīng)濟效益明顯提高

復(fù)式保護性耕作(TP)、保護性種植(PP)、保護性耕作(PT)、常規(guī)耕作(CK)處理各項經(jīng)濟效益指標(biāo)見表6。

從表6可知，TP處理作物產(chǎn)量較CK增加18.7%，因而產(chǎn)出高4499.4元/hm2，而投入因免耕而少用工折款為4500元/hm2，故經(jīng)濟效益明顯提高，由1.57提高到2.59，高1.02，即每投入1元錢比CK多收入1.02元。

表6　不同處理經(jīng)濟效益差異

3結(jié)論與討論

本研究首次探索了復(fù)式保護性耕作對南方紅壤坡耕地有明顯的生態(tài)效應(yīng)和經(jīng)濟效應(yīng)。TP與CK比較，耕層有機質(zhì)提高10.2 g/kg，由輕度缺乏上升為豐富(國家土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn))；土壤含水率提高3.7個百分點；減少泥沙流失量96.7%，年侵蝕量為2.15 t/hm2，接近紅壤旱耕地允許侵蝕量值1.8 t/hm2。由于水土流失得到控制，因而TP與CK比較，玉米增產(chǎn)688.5～976.5 kg/hm2，油菜增產(chǎn)387.0～474.0 kg/hm2，增加產(chǎn)值4499.4元/hm2，投入產(chǎn)出比由1∶1.57上升為1∶2.59。

復(fù)式保護性耕作(TP)技術(shù)的關(guān)鍵：一是等高種植，二是鋪覆蓋物，這兩項措施方法簡單，群眾易于掌握，因此，值得應(yīng)用推廣。

試驗過程中發(fā)現(xiàn):TP處理提高土壤含水量的效應(yīng)隨土層深度增加而遞減；TP處理減流、減沙效應(yīng)隨量的增加而下降。為了充分發(fā)揮復(fù)式保護性耕作的保水、保土、保肥效應(yīng)，實施該技術(shù)時，一是畦面應(yīng)盡量做到等高，最好在廂溝內(nèi)間3～5 m筑一土?。欢歉采w物要做到雨后勤檢查，及時用切成長10 cm左右的稻草補蓋。

參考文獻：

[1] 高煥文.保護性耕作技術(shù)與機具[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：3-23.

[2] 宗俊耀.中國保護性耕作[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008：3-21.

[3] 李文盈，李洪文，陳實.保護性耕作[M].哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，2009：5-19.

[4] 李友軍.保護性耕作理論與技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008：7-13.

[5] 陳樹文.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)保護性耕作技術(shù)[M].哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，2004：4-18.

[6] 金成鎮(zhèn).保護性耕作與技術(shù)推廣[J].新農(nóng)村：黑龍江，2014(6)：254.

[7] 劉占恒.保護性耕作與農(nóng)業(yè)機械發(fā)展[J].河北農(nóng)機，2014(1)：34-35.

[8] 王立影.發(fā)展保護性耕作的意義及作用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2014(2)：260.

[9] 王曉初.機械化保護性耕作技術(shù)及優(yōu)勢[J].新農(nóng)村：黑龍江，2014(4)：173.

[10] 王永慶，付加雷.創(chuàng)新運行保護性耕作[J].農(nóng)機使用與維修，2014(4)：74.

[11] 馮天驕，劉武仁，呂貽忠.吉林省保護性耕作發(fā)展前景淺析[J].吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，39(1)：41-43.

[12] 王顯良.建昌縣玉米保護性耕作示范及推廣[J].新農(nóng)村：黑龍江，2014(4)：95.

[13] 張喜久.保護性耕作改善作物生長環(huán)境機理[J].黑龍江科技信息，2014(17)：258.

[14] 萬喜.保護性耕作中的秸稈肥料化利用[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備，2014(2)：72-73.

[15] 張文彬，陳琪.保護性耕作[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2013(5)：78.

[16] 高云超，朱文珊，陳文新.秸稈覆蓋免耕土壤微生物生物量與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，1994，27(6)：41-49.

[17] 張潔，姚宇卿，呂軍杰，等.豫西旱坡地長期保護性耕作土壤酶活性及其與肥力關(guān)系[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2011,29(2)：142-146.

[18] 李生福.隴中半干旱地區(qū)少免耕法對土壤含水量的影響初報[J].土壤通報，1994(3)：133-134.

[19] 洪曉強.渭北旱塬不同耕作法蓄水效果研究[J].水土保持通報，1996,11(4)：51-53.

[20] 蔡立群，羅珠珠，張紅陟，等.不同耕作措施對旱地農(nóng)田土壤水分保持及入滲性能的影響研究[J].中國沙漠，2012，32(5)：1362-13682.

[21] 沈裕琥，黃相國.秸稈覆蓋的農(nóng)田效應(yīng)[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1998，16(1)：48-53.

[22] 劉賢趙，康紹忠.降雨入滲和產(chǎn)流問題研究的若干進展及評述[J].水土保持通報，2004,19(2)：57-62.

[23] 謝瑞芝，李少昆，李小君，等.中國保護性耕作研究分析：保護性耕作與作物生產(chǎn)[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40(9)：1914-1924.

[24] 張雯，侯立白，張斌，等.遼西易旱區(qū)不同耕作方式對土壤物理性能的影響[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2006，20(3)：149-153.

[25] 吳金芝，黃明，李友軍，等.不同耕作方式對冬小麥光合作用產(chǎn)量和水分利用效率的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2008，26(5)：17-21.

[26] 謝庭生，魏曉，趙玲，等.紫色土山丘區(qū)水土流失治理技術(shù)[M].長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2008：9-12.

(責(zé)任編輯：曾小軍)

Effect Test for Duplex Conservation Tillage in Red Soil Slope Farmland

WEI Xiao1, LI hong1, SU Chang-gui1, GAO Geng-he2, XIE Ting-sheng1*

(1. Hunan Institute of Economic Geography, Changsha 410004, China; 2. Resource and Environmental College, University of Finance and Law of Henan, Zhengzhou 450046, China)

Abstract：Aiming at the seasonal drought and serious soil erosion problem in subtropical red soil slope farmland, by proceeding the slope runoff plot test, performed a research about influence of red soil sloping duplex conservation tillage(TP) in Paogong village, Hengnan county, Hunan province from 2010 to 2014. The results showed that: compared with regular farming, the soil organic matter increased 10.2 g/kg from mildly deficient to rich level, the soil moisture increased 3.7%; the sediment loss decreased 96.7%, and the annual erosion 2.15 t/hm2, which was close to 1.8 t/hm2of the erosion magnitude allowance in slope cultivated land of red soil, The corn yield increased 835.5 kg/hm2and rape yield increased 432.0 kg/hm2, the output value increased 4499.4 yuan/hm2, and the input-output ratio increased from 1.57 to 2.59, the return on investment increased 65%.

Key words：Red soil; Slope farmland; Duplex conservation tillage; Effect

中圖分類號：S157.2

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-8581(2016)02-0012-05

作者簡介：魏曉(1961─)，女，湖南長沙人，研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事地理與土地資源利用研究。*通訊作者：謝庭生。

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(41271192)；湖南省科技支撐計劃項目(2009T4013)。

收稿日期：2015-07-20