叢子健,叢和均,肖繼兵

(1.遼寧省旱地農(nóng)林研究所,遼寧 朝陽 122000; 2.朝陽縣林業(yè)和草原事務(wù)服務(wù)中心,遼寧 朝陽 122000)

土壤是人們賴以生存及發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),是人類開發(fā)利用最早的一類生產(chǎn)資料[1]。 我國農(nóng)林等產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)即為提高土壤的質(zhì)量[1]。 因此需要加強(qiáng)對土壤數(shù)量及質(zhì)量的保護(hù)工作。 遼西地區(qū)的地貌特點以低山丘陵居多,坡度超過5°的低山丘陵區(qū)占比達(dá)到近48%;此類地塊土地生產(chǎn)能力低,發(fā)展農(nóng)作物種植的效益不高,目前當(dāng)?shù)胤e極用于果園建設(shè),為山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了積極的帶動作用。

目前,遼西地區(qū)種植果樹的面積達(dá)到35 萬hm2以上,在當(dāng)?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展中成為重要的支柱性產(chǎn)業(yè)。 但是大規(guī)模的開發(fā)利用山地資源,加上未及時采取有效的水土保持措施,原有的生態(tài)系統(tǒng)遭到了不同程度的破壞,導(dǎo)致了地表的植被及地貌形態(tài)的大幅度變化、水土流失現(xiàn)象加重,地力嚴(yán)重退化[1],不利于果園的優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)。 果樹果品的產(chǎn)量及品質(zhì)與土壤的營養(yǎng)狀況密切相關(guān)[2],因此提高果品產(chǎn)量及品質(zhì)的有效手段之一即為改變果園內(nèi)傳統(tǒng)的清耕制管理方式、以達(dá)到土壤營養(yǎng)狀況改善的效果[3～4]。 目前,遼西地區(qū)提高地力的重要措施之一即為地表覆蓋這種保護(hù)性耕作技術(shù),在地溫調(diào)節(jié)、水土保持、蓄水保墑等方面有著積極的作用,在我國干旱地區(qū)的果業(yè)生產(chǎn)中大面積推廣應(yīng)用[5]。

保護(hù)性耕作技術(shù)通過盡量少耕、免耕、地表覆蓋等,減少對土壤的干擾、降低對土壤的侵蝕、提高土壤的保水性能,實現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用[6]。 目前有關(guān)保護(hù)性耕作措施在果園內(nèi)應(yīng)用的研究較多,Adekalu 等研究認(rèn)為,在果園內(nèi)生草覆蓋等可對土壤的理化性質(zhì)起到顯著的改善效果,降低水土流失量及養(yǎng)分的損失,是保持水土、減少地表徑流、減弱土壤侵蝕作用的有效措施之一[7～8];董海強(qiáng)等研究結(jié)果表明,在果園內(nèi)通過覆蓋,可以調(diào)節(jié)果園內(nèi)土壤的含水量及地溫,覆蓋的材料不同則產(chǎn)生的調(diào)節(jié)效果存在差異[9]。 多數(shù)果園內(nèi)的保護(hù)性耕作措施研究集中在我國的西北干旱地區(qū),而有關(guān)遼西地區(qū)的果園研究相對較少。本研究基于遼西地區(qū),在山區(qū)的果園內(nèi)設(shè)置了幾種不同的保護(hù)性耕作的覆蓋處理,以探索適合在當(dāng)?shù)赝茝V的、利于果園優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)、水土保持效果好的有效途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗果園情況

試驗在朝陽市郊區(qū)某建園12 年左右的寒富蘋果樹果園內(nèi),果園坡度在10 °以上,蘋果樹按照3 m×4 m 的株行距進(jìn)行種植。 果園內(nèi)的土壤類型為淤積粉沙土,有較好的透水效果,保肥保水的效果不佳。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在果園內(nèi)共設(shè)計了6 個處理,分別為沒有覆蓋的清耕對照(CK)、行間自然生草、覆蓋玉米秸稈、覆蓋地膜+玉米秸稈、全園種植百喜草、沿著坡橫向帶狀種植百喜草+大豆。

清耕對照:對坡上的果園翻耕整地,蘋果樹之間的空地不種植任何植物,保持地表的裸露狀態(tài),通過人工除草等方式控制果園內(nèi)雜草生長。

行間自然生草:保護(hù)果園內(nèi)自然狀態(tài)下長出的生草,當(dāng)其高度達(dá)到40 cm 左右時進(jìn)行1 次刈割,草茬的高度控制在15 cm 左右,割倒的生草在樹盤上覆蓋。

覆蓋玉米秸稈:在果樹兩側(cè)緊挨著果樹2 m的位置沿著果樹行覆蓋玉米干秸稈,帶狀分布,帶寬1 m,行間預(yù)留工作區(qū)(寬度2 m 左右),玉米干秸稈切成30 cm 的小段,第1 年覆蓋秸稈的厚度在10～20 cm 左右,之后每年覆蓋量在5 cm 左右即可,覆草后適當(dāng)覆蓋1 層薄土。

覆蓋地膜+玉米秸稈:在覆蓋玉米秸稈的基礎(chǔ)上,覆蓋1 層0.015 mm 厚的聚乙烯塑料膜(無色透明)地膜厚度0.015 mm,無色透明。 鋪設(shè)薄膜時適當(dāng)扎一些孔;每年在5、11 月清理舊的地膜,并將已經(jīng)腐熟的玉米秸稈翻入到土壤中,再用新的玉米秸稈小段鋪設(shè)1 層,厚度在5 cm 左右,最后用新的相同規(guī)格的塑料膜鋪設(shè)1 層(扎孔)。

全園種植百喜草:果園類除了果樹冠幅以內(nèi)的位置,其余地表均按照20 cm×20 cm 的行株距進(jìn)行百喜草的種植,實現(xiàn)全園覆蓋。 當(dāng)百喜草的高達(dá)到40 cm 左右時按照15 cm 左右的茬高進(jìn)行刈割,前2 次刈割后全部用于果園行間空地處的覆蓋,之后刈割的百喜草結(jié)合需要適當(dāng)用于地表裸露處的覆蓋。

沿著坡橫向帶狀種植百喜草+大豆:在果園內(nèi),果樹的行間沿著坡的橫向梯面帶狀種植百喜草,寬度為100 cm,其余地表選擇短期作物大豆進(jìn)行種植。 當(dāng)百喜草的高達(dá)到40 cm 左右時按照15 cm 左右的茬高進(jìn)行刈割,前2 次刈割后全部用于果園行間空地處的覆蓋,之后刈割的百喜草結(jié)合需要適當(dāng)用于地表裸露處的覆蓋。

各處理均設(shè)3 次重復(fù),隨機(jī)排列,小區(qū)的面積為100 m2(20 m×5 m)。

1.3 試驗方法

除了試驗設(shè)計操作不同以外,各處理果園內(nèi)的其余措施均保持一致,全部進(jìn)行套袋管理。 各小區(qū)在試驗開始前均用空心磚砌墻進(jìn)行隔離,每個小區(qū)的下方建1 組徑流觀測區(qū)(長×寬為10 m×6 m 左右)。 觀測區(qū)的長邊與等高線垂直,短邊與等高線平行。 每個小區(qū)的上方提前將排水溝開好,以將外圍坡面上的徑流起到攔截效果、減少對試驗結(jié)果的影響。 小區(qū)的下方提前將截洪溝、量水堰、沉沙池建設(shè)好。 每次雨后各小區(qū)處理內(nèi)出現(xiàn)徑流后,對量水堰內(nèi)的水量進(jìn)行測定;并將量水堰的水?dāng)嚢杈鶆蚝?取500 ml 過濾,烘干泥沙后稱重[6]。 每次雨后測定結(jié)束后,對量水堰進(jìn)行1次清洗,以用于下次降雨后測量。 沉沙池內(nèi)如果沉積泥沙,也需要將其烘干后進(jìn)行稱重。 全年的取樣完成后進(jìn)行徑流及泥沙量的分析[9]。

2019 年3 月開始果園內(nèi)按照試驗設(shè)計的要求進(jìn)行各類保護(hù)性耕作措施處理。 2022 年3 月進(jìn)行每次雨后徑流及泥沙的取樣、調(diào)查,持續(xù)到2023 年3 月。 每次雨后進(jìn)行泥沙的處理及徑流的測量,并對徑流及泥沙中的養(yǎng)分等進(jìn)行測定、分析。 參照文獻(xiàn)資料的方法進(jìn)行養(yǎng)分含量的測定[10]。 徑流量及泥沙量取全年總值,每個處理3個重復(fù)小區(qū)的數(shù)據(jù)取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同保護(hù)性耕作措施對果園內(nèi)徑流及泥沙量的影響

根據(jù)表1 可知,徑流量及泥沙量均以清耕對照處理為最多,分別達(dá)到了2 531.2 m3/hm2、5 513.4 t/km2。 其余處理,徑流量按照從大到小的順序依次為:覆蓋玉米秸稈＞覆蓋地膜+玉米秸稈＞沿著坡橫向帶狀種植百喜草+大豆＞全園種植百喜草＞行間自然生草,比對照處理降低的幅度均超過了80%;泥沙量的變化趨勢同徑流量,田間覆蓋處理比對照處理降幅均達(dá)到了99%以上。表明通過在果園內(nèi)進(jìn)行覆蓋這項保護(hù)性耕作措施,可明顯降低果園內(nèi)的徑流量及泥沙量,其中行間自然生草、種植百喜草及百喜草+大豆這3 個處理屬于生物覆蓋措施,在降低徑流、泥沙量方面效果更好,覆蓋秸稈及地膜的處理效果稍次,但是效果均好于清耕處理。

表1 不同耕作措施下果園內(nèi)徑流及泥沙量的比較

2.2 不同保護(hù)性耕作措施對果園內(nèi)徑流氮磷濃度的影響

根據(jù)表2 可知,各處理中徑流中總氮及總磷的含量均低于清耕對照處理。 各覆蓋處理的總氮的含量在1.02～2.12 mg/L,均低于清耕對照處理(3.35 mg/L),分析其原因,可能是清耕處理的徑流中懸移質(zhì)的含量較多。 各處理硝態(tài)氮含量在0.31 ～0.52 mg/L, 均低于清耕對照處理(0.81 mg/L);各處理可溶性氮的含量在0.50 ～1.05 mg/L,均低于清耕對照處理(1.88 mg/L);各處理氨態(tài)氮含量在0.42～1.08 mg/L,其中覆蓋地膜+玉米秸稈的處理高于清耕對照處理(0.91 mg/L),其余處理均低于對照。

表2 不同耕作措施下果園內(nèi)徑流氮磷含量的比較

各覆蓋處理總磷的含量在0.11～0.35 mg/L,均低于清耕對照處理(0.51 mg/L);可溶性磷含量在0.005 ～0.010 mg/L,均低于清耕對照處理(0.016 mg/L)。 表明通過對果園進(jìn)行覆蓋這種保護(hù)性耕作措施,可以減少果園內(nèi)徑流中氮磷養(yǎng)分的含量,減少徑流中養(yǎng)分的流失;在各覆蓋處理中,行間自然生草與種植百喜草及百喜草+大豆這3 個處理屬于生物覆蓋措施,徑流中氮及磷含量均低于覆蓋秸稈及地膜的處理;徑流中流失的氮養(yǎng)分主要形態(tài)為可溶性氮;徑流中磷的形態(tài)主要有可溶性磷、結(jié)合態(tài)磷,結(jié)合可溶性磷的含量分析,其在磷總量中占比非常低,可知徑流中磷的主要形態(tài)為與泥沙結(jié)合的結(jié)合態(tài)磷。

2.3 不同保護(hù)性耕作措施對果園內(nèi)泥沙氮磷濃度的影響

泥沙中的養(yǎng)分是坡地上果園養(yǎng)分流失的一個重要的組成[11]。 根據(jù)表3 可知,各覆蓋處理果園內(nèi)泥沙的氮磷含量均以清耕的對照處理為最低,其中含量最高的均為行間自然生草,其次為全園種植百喜草,2 個處理均為生物覆蓋處理。 分析其原因,可能覆蓋處理的果園內(nèi)土壤的理化性質(zhì)得以改善,土壤中的氮磷養(yǎng)分濃度得到較好的提高,相應(yīng)的泥沙中氮磷濃度也增加;此外,可能還與不同處理下泥沙顆粒的組成結(jié)構(gòu)有關(guān)[11]。

表3 不同耕作措施下果園內(nèi)泥沙氮磷含量的比較

2.4 不同保護(hù)性耕作措施對果園內(nèi)泥沙質(zhì)地的影響

根據(jù)表4 可知,在果園內(nèi)不同覆蓋保護(hù)性耕作措施下,果園內(nèi)泥沙的質(zhì)地結(jié)構(gòu)有所差異。

表4 不同耕作措施下果園內(nèi)泥沙質(zhì)地結(jié)構(gòu)比較

各覆蓋處理的泥沙質(zhì)地主要結(jié)構(gòu)為粉粒、鉆粒,其中行間自然生草、全園種植百喜草、沿著坡橫向帶狀種植百喜草+大豆幾個生物覆蓋處理的粉粒、鉆?？傉急冗_(dá)到74%以上,其余的秸稈覆蓋處理粉粒、鉆粒總占比也達(dá)到了68%左右,均高于清耕對照處理的36.70%。 3 個生物覆蓋處理的礫石含量為0%;而清耕對照處理泥沙質(zhì)地主要為粗粒、礫石,總占比為63.30%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他的地表覆蓋處理。 一般泥沙中粉粒、鉆粒比例越高,流失的養(yǎng)分含量也越高。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

基于養(yǎng)分流失效果的角度分析,生物覆蓋的模式整體上可以減少土壤的養(yǎng)分流失、降低徑流量及泥沙量,在山地果園的水土保持方面有著積極的作用。 未來可結(jié)合工程措施、控制泥土中細(xì)粒比例等方面繼續(xù)研究,探索出更佳方案。

3.2 討論

潘艷華等研究結(jié)果表明,在果園地表采取保護(hù)性耕作措施,地表徑流量及養(yǎng)分流失量均有所降低[6]。 本研究的結(jié)果與此一致,在種草、秸稈覆蓋等不同的處理下,果園內(nèi)土壤的徑流量、徑流的養(yǎng)分流失量均有所降低,分析其原因,主要是果園內(nèi)生草或者種草、覆蓋秸稈及地膜后,一方面有效地對徑流起到了攔截效果,另一方面直接減少了雨水直接對表層土壤的沖刷作用[12];本試驗中還研究了泥沙中的養(yǎng)分含量,泥沙中的養(yǎng)分含量以清耕對照處理低于各覆蓋處理,這一結(jié)果與嚴(yán)登峰等學(xué)者的研究結(jié)果一致[11],分析其結(jié)果,可能在于各覆蓋處理的果園內(nèi)土壤的理化性質(zhì)得以改善,土壤中的養(yǎng)分濃度得到較好的提高,相應(yīng)的泥沙中氮磷濃度也增加,尤其是生物覆蓋處理,由于草割除后鋪設(shè)在地表還田,很好地增加了土壤內(nèi)的總養(yǎng)分。

生物覆蓋的處理徑流減少量、養(yǎng)分流失量的降低效果好于秸稈覆蓋處理[6],本研究結(jié)果與此一致,行間自然生草處理、全園種植百喜草、沿著坡橫向帶狀種植百喜草+大豆3 個生物覆蓋處理的徑流量、徑流的養(yǎng)分流失量降低幅度更大,原因主要在于土壤流失也與土壤的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)密切相關(guān),生物覆蓋處理的草生長過程中通過根系的延伸,可增加土壤的孔隙度、改善土壤物理結(jié)構(gòu),利于水分往土層中滲透,在地下部分及地上部分的共同作用下,降低了徑流的發(fā)生[13]。

本研究中還研究了不同覆蓋處理下泥沙的質(zhì)地結(jié)構(gòu),清耕處理中泥沙質(zhì)地主要為粗粒、礫石,總占比為63.30%,其余覆蓋處理的泥沙質(zhì)地主要為粉粒、鉆粒,泥沙中養(yǎng)分流失多,因此水土保持還需要從控制細(xì)粒的流失方面入手,未來可在此方面開展進(jìn)一步的研究,如將生物覆蓋措施與整地等工程措施結(jié)合起來;且坡地果園是一個綜合的生態(tài)系統(tǒng),且經(jīng)營的目地除了水土保持,重要的目的即為經(jīng)濟(jì)效益,未來還需要開展不同措施在果樹生長、果實高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)方面的分析探討。