田太強，何丙輝，閆建梅

（西南大學 資源環(huán)境學院 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室，重慶400715）

近年來，由施肥而造成的面源污染問題越來越受到重視，徑流和泥沙是面源污染的主要運輸載體。降雨是產流的先決條件［1］，當降水強度大于林冠層、凋落物層的截流和土壤下滲強度時，便會形成地表徑流［2］。廣泛分布于中國川、黔、湘、贛、滇、浙、蘇等省的紫色土發(fā)育時間短，空隙度大，入滲強，加之降雨豐富，使得該區(qū)土壤侵蝕極其嚴重［3］，是長江上游水土流失的主要發(fā)源地和江河水庫泥沙的主要來源［4－5］。

目前，國內學者從耕作模式的角度對坡地產流機制及特性進行了大量的研究，鄭海金等［6］研究表明紅壤坡地3種耕作措施的蓄水保土效應為：橫坡間作＞縱坡間作＞果園清耕；邱野等［7］在天然降雨條件下研究了不同耕作模式下的產流特征，認為順坡傳統耕作產流量大于橫坡傳統耕作徑流量；林超文等［8］認為與順坡壟作相比，橫坡壟作能減少地表徑流、地下徑流、土壤侵蝕量及氮、磷、鉀素流失量；也有研究表明，少耕、免耕在增加土壤持水性能，改善土壤結構，增加土壤通透性等方面有顯著的效果［9－14］。

以上研究大多是基于單一坡面尺度或單一產流過程，系統研究坡面產流時間尺度的不多，尤其是野外長期觀測試驗的研究。因此，本文以重慶市最常見的種植模式（冬小麥—夏玉米輪作）為研究對象，在天然降雨的條件下，通過對紫色土坡地不同施肥與耕作模式下產流特性的研究，分析了不同處理年、月的徑流量及徑流系數的變化，旨在為紫色土坡地農業(yè)生產活動提供合理的施肥與耕作制度。本研究結果有助于認識坡地水文過程，對有效防治坡地水土流失和控制農業(yè)面源污染有著重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本研究試驗地位于重慶市西南大學后山農場（106°24′20″E，29°48′42″N）。丘陵地貌，位于正西方向，山腰部位的15°坡耕地。試驗點屬亞熱帶季風氣候，年平均降雨量1 100mm，年平均氣溫18.3℃，年日照1 270h。土壤為中等肥力水平的紫砂泥，質地為中壤。

1.2 試驗設計

試驗共設置15個小區(qū)，小區(qū)坡度為15°，每個小區(qū)規(guī)格為8m×4m，為防止各小區(qū)間發(fā)生水分和養(yǎng)分交換，小區(qū)之間用水泥墻的田埂隔開，埂寬20～30cm，墻體埋設在地下30cm，高出地面20cm，試驗共布設5個處理：對照處理（T0），常規(guī)處理（T1），優(yōu)化處理（T2），增量處理（T3），橫坡耕作處理（T4），對照處理為順坡耕作不施用任何肥料，常規(guī)處理為順坡耕作農家肥和化肥混合施用，優(yōu)化處理為順坡耕作單施化肥，增量處理為順坡耕作單施化肥增加施肥量，橫坡壟作處理為單施肥化肥橫坡壟作，每個處理設置3次重復。供試作物為小麥和玉米，順坡種植行窩距為100cm×50cm，橫坡種植行窩距為100cm×50cm，每年4月種植玉米，11月種植小麥，當年8月收獲玉米，第二年5月收獲小麥。各處理具體施肥量見表1。冬小麥施肥方法為：氮肥30%作為底肥，60%為拔節(jié)期追肥，10%為小麥孕穗期追肥；磷肥為一次性底肥；鉀肥70%為底肥，剩下30%為拔節(jié)期追肥。夏玉米施肥方法為：全部磷肥和鉀肥，1／3氮肥為底肥，剩下2／3氮肥為追肥。施用的氮、磷、鉀肥分別為尿素（含N≥46.4%）、過磷酸鈣（含P2O5≥12%）、氯化鉀（含 K2O≥60%）、有機肥（N，P2O5，K2O約為0.24%，0.17%，0.21%），施肥方式為撒施。

表1 試驗處理描述

1.3 徑流觀測及數據分析

每次降水后量測集水池徑流的深度，徑流深度與集水池底面積的乘積即為該次產生的徑流量。每次量測完集水池的徑流量之后，將集水池里的徑流水樣放掉，用清水清洗干凈，以備下一次采樣。在試驗點布設自計雨量計一個，以便記錄每次降雨的雨量。徑流系數采用如下公式計算：

徑流系數＝總徑流量／產流總降雨量

本研究采用SPSS 18.0統計軟件進行數據分析，基礎運算和一般統計分析采用Excel 2010進行。

2 結果與分析

2.1 降雨特征分析

對2008—2012年各月的產流降雨資料進行統計，試驗區(qū)2008—2012年總產流降雨量分別為538.20，405.30，436.70，195.10，631.89mm，其 中2008年產流降雨主要發(fā)生在4，6，7，8，9月，分別占全年產流降雨24%，20%，6%，8%，10.20%；2009年產流降雨主要集中在4—7月，分別占全年降雨的17%，14%，59%，10%；2010年產流降雨主要集中在4—7月，分別占全年的26%，15%，29%，30%；2011年產流降雨主要發(fā)生在5—7月，分別占全年的23%，60%，17%；2012年產流降雨主要發(fā)生在5—7月，分別占全年的45%，28%，27%。

綜上所述，試驗區(qū)5a平均產流降雨為441.44mm，產流降雨主要發(fā)生在4—9月，從各月產流降雨的平均值來看，6月出現產流降雨的峰值，這與儲小院在重慶縉云山觀測的降雨分布保持一致［15］。

2.2 不同處理年月徑流量變化特征

對2008—2012年各處理月徑流量求平均值，得到不同處理徑流量月值變化過程（圖1）?？梢钥闯?，各處理年內徑流分配均呈單峰型趨勢變化，4和9月徑流量較少，6月出現徑流量峰值，徑流量與降雨量表現出相對一致的變化趨勢，即降雨量越大，徑流量越大，這與本課題的前期研究成果保持一致［16］。降水是影響土壤侵蝕的主要因素，而徑流是影響土壤侵蝕的直接因素，隨著降雨歷時的延長，當土壤趨于飽和時便會形成地表徑流，從而使坡面土壤顆粒產生移動和分離。紫色土區(qū)6月是產流的峰值期，也是土壤侵蝕的危險期，因而采取不同的農藝措施進行坡面水土流失的防治尤為重要。

表2反映了各處理年際徑流量的變化情況，可以看出，施肥處理（T1，T2，T3）與對照處理（T0）、橫坡壟作單施化肥處理（T4）與順坡耕作單施化肥處理（T2）之間差異性均達到顯著性水平，說明施肥和耕作對徑流量的發(fā)生有顯著性的影響，這與前期郭甜等［16］的研究結果保持一致。T0，T1，T2，T3，T4處理5a徑流量平均值為55.11，35.44，38.82，40.84，28.93mm，依次為：T0＞T3＞T2＞T1＞T4，對照處理產生徑流量最多，橫坡壟作單施化肥處理產生徑流量最小，施肥處理（T1，T2，T3）比對照處理（T0）徑流量減少25.90%～47.50%，T4處理比T2處理減少25.46%。研究表明，在相同降雨條件及施肥水平下，橫坡壟作能將降水最大限度的攔截，增加土壤入滲的時間，減少地表徑流的發(fā)生，可見，橫坡壟作對坡地地表徑流的調控有重要作用。

圖1 不同處理月徑流量變化

表2 不同處理年際徑流量比較

從表2還可以看出，不同年份之間徑流量差異也比較大，經方差分析表明，同一處理不同年份之間的徑流產生量差異顯著，分析認為可能與降雨量有關，為了弄清降雨量對徑流量的影響，對年徑流量與降雨量進行回歸分析與相關分析，各處理回歸模型為：

式中：y——單位面積上的徑流量（L／m2）；x——年降雨量（mm）；R2——決定系數。下同。

具體變化趨勢為：徑流量隨降雨量的增大而增大，但T4處理模型相關性較差，其原因可能是橫坡壟作處理改變了坡長和地面粗糙度，導致徑流在地壟處大量淤積，降低了坡面徑流能量，因而降雨量與徑流量的相關性較弱。

2.3 不同處理年月徑流系數變化特征

表3是不同年份各處理徑流系數的變化情況，將T0，T1，T2，T3，T4處理5a徑流系數求平均值，分別為：0.120，0.080，0.092，0.096，0.070，依次表現為：T0＞T3＞T2＞T1＞T4，且經方差分析發(fā)現，施肥處理（T1，T2，T3）與不施肥處理（T0）、橫坡壟作單施化肥處理（T4）與順坡處理單施化肥處理（T2）之間徑流系數差異均達到顯著水平。從不同年份來看，同一處理不同年份間徑流系數差異性也達到顯著性水平，從同一處理不同年份來看，T0，T1，T2，T3，T4處理徑流系數總體呈減小的趨勢，分析認為隨著種植時間的延長，施肥可能改變了土壤理化性狀和作物生長狀況，例如土壤容重、作物覆蓋度、儲水量［17］、空隙度等因素［18］，導致土壤入滲能力增強，從而減少降雨轉化為地表徑流，導致徑流系數減小。

表3 不同處理年際徑流系數比較

徑流系數反映了一個地區(qū)有多少降雨形成了地表徑流，它綜合反映了一個地區(qū)的植被和土壤等地表狀況對徑流的影響［19］。將2008—2012年各處理相同月份的徑流系數求平均值，得到徑流系數的月值變化過程。由圖2可以看出，T0，T1，T2，T3，T4處理徑流系數總體均呈變大的趨勢，分析認為跟降雨量分布與作物生長情況有關，4—8月初是作物的生長期，8月初玉米收割完后，地表裸露較大，土壤容易板結，即使在降雨量很小的情況下，產流也相對較多，6月降雨量分布最多，但6月正值玉米抽雄開花期，作物生長旺盛，截流作用較強，所以在降雨量相差不大的情況下，6月的徑流系數相對較小，4和5月因為降雨量分布較少，從而導致徑流系數較小。

圖2 不同處理月徑流系數變化

3 討論

關于影響地表徑流量的因素較多，有雨強［20］、坡度［21］、土地利用類型［22］、土壤初始含水量［23］等。本文主要研究施肥與耕作對地表徑流的影響。施肥能夠減少地表徑流，表明施肥可能改變了作物的生長情況，避免了雨滴直接打擊土壤，延緩和阻止徑流在坡面的形成和傳遞，有效的防治了土壤結皮，增加了土壤水分的入滲量和蓄積量，從而減少了地表徑流，這與張興昌等［16］的研究結果保持一致。不施肥條件下，農作物缺乏生長的必要元素，長勢較差，保持水土的效果相對較差。在相同施肥水平下，橫坡壟作較順坡耕作能有效減少地表徑流量的發(fā)生，是因為壟作有利于農作物根系下扎，增加了土壤的入滲和保蓄，同時壟溝有效的攔截了徑流，減小了匯水面積，從而降低了坡面徑流的能量，減輕了徑流對土壤的沖蝕，這與袁東海等［24］研究結果保持一致，即同順坡相比，等高土埂、水平草帶、水平溝、等高農作有明顯減輕水土流失的作用。

張洪江等［19］采用灰色理論對重慶縉云山不同植被類型地表徑流系數進行了研究，但對坡地農作物不同施肥與耕作下徑流系數的研究還少見報道。本文研究結果表明施肥與耕作對徑流系數有顯著影響，其原因可能是施肥和耕作改變了土壤結構，導致各措施的保水保肥能力不一樣，從而各處理將降雨轉化為地表徑流的能力也有所差異，另外降雨量的分布和作物生長情況也對徑流系數有一定的影響，本研究表明，在地表裸露的情況下，即使降雨量較小，徑流系數也相對較大。

4 結論

（1）試驗區(qū)產流時間主要集中在4—9月，6月出現產流降雨的峰值，月徑流量與月降雨量的變化規(guī)律相對一致，月徑流量隨時間呈單峰型趨勢變化，4和9月徑流量較少，6月出現徑流量峰值，年均徑流量依次為：T0（55.11mm）＞T3（40.84mm）＞T2（38.82mm）＞T1（35.44mm）＞T4（28.93mm），施肥處理比對照處理徑流量減少25.90%～47.50%，橫坡壟作單施化肥處理比順坡耕作單施化肥處理減少25.46%，年降雨量與年徑流量呈冪函數關系。

（2）年均徑流系數依次表現為：T0（0.120）＞T3（0.096）＞T2（0.092）＞T1（0.080）＞T4（0.070），作物生長期內月均徑流系數總體呈增大的趨勢，其原因與降雨量及作物生長情況有關，有待于進一步分析；方差分析表明不同處理間年徑流系數、年徑流量差異性達到顯著性水平。

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