植物篱埂垄向区田技术对坡耕地水土和氮磷流失控制研究

杨世琦，邢 磊，刘宏元，杨正礼

植物篱埂垄向区田技术对坡耕地水土和氮磷流失控制研究

杨世琦，邢 磊，刘宏元，杨正礼

（1. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京 100081；2. 农业农村部农业环境与气候变化重点开放实验室，北京 100081）

针对松干流域农田面源污染控制需求，该文开展了植物篱埂垄向区田技术在坡耕地上的水土及氮磷流失控制效应研究。田间设置8个试验处理，包括两个对照即传统顺垄种植（CK1）与横垄种植（CK2）、3个间距的顺垄种植植物篱埂（1 m间距，T1；3 m间距，T2；5 m间距，T3）和3个间距的土埂（1 m间距，T4；3 m间距，T5；5 m间距，T6）。选择三叶草为植物篱材料。结果表明：1）与传统顺垄种植相比，横垄种植泥沙量减少46.9%，径流量减少52.9%；植物篱埂T1、T2与T3泥沙量分别减少44.6%、44.1%和42.1%，径流量分别减少50.6%、49.8%和49.2%；T4、T5和T6也能降低水土流失量，但与T1、T2与T3相比，泥沙流失量分别增加16.3%、12.6%和29.5%，径流量分别增加29.6%、46.8和76.9%；植物篱埂垄向区田技术的泥沙量与径流量控制效果相对接近横垄种植。2）与传统顺垄种植相比，各处理泥沙与径流TN浓度增大，TP浓度无变化；各处理的径流TN与TP浓度增大，其中各处理间的TN浓度有较大差异，TP浓度无明显差异；径流液TN浓度增加并没有引起农田氮流失增加，农田氮流失平均降低19.7%。3）考虑到经济投入问题，推荐植物篱埂间距3～5 m，较大坡度和坡上坡中采用较小间距，较小坡度和坡底采用较大间距；植物篱埂垄向区田技术能够提高玉米产量，平均增产5%～5.6%。

径流；泥沙；植物篱埂；氮磷；坡耕地；顺垄种植

0 引 言

中国坡耕地水土流失非常严重[1]，有关坡耕地水土流失特征、影响因素及其控制技术研究很多[2-5]。植物篱技术具有延迟产流，减少土壤养分流失与增加水稳性土壤团粒结构[6]，在陡坡耕地效果更明显[7]；能增加土壤有机碳和提高干旱时期土壤湿度[8]。豆科植物篱除了降低水土流失，还能提高土壤肥力和玉米产量[9]，连续三季种植香根草，玉米产量提高6.5%～34.4%[10]；苜蓿等高种植降低径流量34.0%、产沙量86.0%、氮流失量50.0%和磷流失量68.0%[11]。三峡坡耕地植物篱5年试验结果表明，产沙量降低140.1～172.4 t/hm2，径流量减少55.1%～76.7%，氮磷钾减少11.0%～35.2%、45.5%～72.7%和22.0%～47.4%[12]。等高植物篱与草配置的水保效应明显[13]，降低产沙量53.0%、径流量24.0%、径流养分20.0%～30.0%、泥沙养分44.0%～57.0%[14]；香根草与蕨类植物形成具有致密结构的植物篱，径流量减少了一半[15-16]，作物产量也有一定提高[17]。植物篱具有阻滞径流和过滤泥沙功能[18-19]，在保护性耕作中采用植物篱，径流量、产沙量、全氮和全磷降低68.0%、82.0%、66.0%和70.0%[20]。植物篱修剪对表土碳氮及溶解磷没有显著影响，但土壤容重显著提高[21]。温带坡耕地狼尾草篱（）水土流失减少56.0%和81.0%，野古草篱（）减少55.0%和67.0%[22]。植物篱修剪残枝落叶提高土壤碳与矿化氮[23]。香草篱与免耕结合显著提高137Cs、SOC、N、P和K含量，但降低了可溶性阴阳离子浓度[24]。在流域尺度上降低植物篱网络密度，导致土壤侵蚀增加[25]。等高植物篱与农作物间作，减少水土流失83.0%和93.0%，改善土壤理化性状[26]，提高土壤肥力[3]。等高植物篱形成小水洼促进了泥沙沉积[27]。植物篱也有负面效应[28]，如狼尾草篱（）作为饲料用途则会带走大量土壤养分，不施肥可能导致土壤氮素亏缺[29]。

东北农田黑土层由50年代的60～70 cm下降至20～30 cm[30-31]，40～70年后将可能流失殆尽[32]。开垦20a年黑土肥力下降1/3，40a下降1/2，70～80a下降2/3，土壤有机质年下降0.1%；年表土流失约5 960～9 180万t，按有机质3%、全氮0.2%和全磷0.15%含量，则年流失有机质178.8～275.4 万t、氮11.9～18.4万t、磷8.9～13.8万t，不包括地表径流带走的养分[33]。由于东北漫坡漫岗耕地存在较大面积汇流和长距离顺坡冲蚀导致耕层土壤流失与坡底农田侵蚀尤其严重，加上传统的顺垄种植，加剧了水土流失。因此，构建垄沟内产流控制与汇流切割技术，把农田径流转化为土壤入渗，以期减少坡耕地水土及氮磷流失，最大限度保护黑土地。

植物篱的具体做法是在坡耕地边沿地带种植短、浓密直立茎植物减缓径流与降低水蚀[34-35]，植物草篱通过过滤、沉淀与渗透等作用控制径流和产沙[36]，仅仅对坡耕地下沿水土流失控制有效，仅作用于耕地边“线”，对农田内水土位移没有作用，不具备农田内水土流失控制功能。为此，我们创立了植物篱埂垄向区田技术，并于2018年获得国家发明专利[37]，为坡耕地内水土和氮磷流失控制提供了技术支持。植物篱埂垄向区田技术是在坡耕地顺垄种植的垄沟中，按一定间距修筑土埂，并在土埂上种植三叶草、大豆或苜蓿等低矮高密茎植物，形成植物篱埂垄向区田。垄向区田是由植物篱埂与垄围成的条带状小四方块，类似区田，沿顺垄方向平行展开，因此，称之为垄向区田，类似防风固沙的草方格，在“面”上实现了农田面源污染控制，尤其适于东北坡耕地。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于黑龙江省哈尔滨市方正县德善乡史皮铺村（45.796°N，128.865°E），属于温带大陆性半湿润气候带，日照充足，四季分明，冬长夏短，光热资源比较丰富。年平均温度3 ℃，最低气温-35 ℃，最高气温34 ℃，无霜期110～145 d。大于10 ℃的有效积温2 600～2 700 ℃，年日照时数2 500～2 700 h，多年平均降水量500 mm左右，主要集中在6-8月。2014、2015和2016年玉米生长季降水量分别为459.4，491.3和593.5 mm。试验地土壤基本理化性质见表1。

表1 试验前耕层土壤基本性质

1.2 试验设计

试验设置8个处理，包括传统顺垄种植、横垄种植、顺垄+1 m间距植物篱埂、顺垄+3 m间距植物篱埂、顺垄+5 m间距植物篱埂、顺垄+1 m间距土埂、顺垄+3 m间距土埂、以及顺垄+5 m间距土埂。传统顺垄种植CK1为基本对照，横垄种植CK2为水土流失控制最佳对照。试验处理见表2。起垄后，垄沟内按照试验设计间距筑埂，垄上播种玉米与埂上种植三叶草同步进行。玉米播种期为4月底至5月上旬。底肥500 kg/hm2（复合肥 N、P2O5、K2O养分含量分别为17%、17%与17%）占总施肥量的71.4%，6月中下旬追施尿素（46.4%N）200 kg/hm2占总施肥量的28.6%。全程无灌溉。小区4 m×8 m，坡度17.6%（10°）；小区间用彩钢板隔开，高出垄高5 cm，埋深25 cm。试验重复3次。植物篱埂垄向区田技术示意见图1。

表2 植物篱埂垄向区田技术的试验处理

注：T1～T6均为顺垄种植。

Note: T1-T6 are all longitude ridge.

1.垄（高15 cm，宽30 cm） 2.垄沟（深15 cm，宽30 cm） 3.土埂（高15 cm，宽30 cm） 4.植物篱

Fig 1 Short ridge of clover hedgerow with ridge tillage

1.3 样品采集与测定

采用坡耕地径流收集装置。水深用米尺在不同位置测量4次，用水深平均值与集流桶直径计算得到小区单次径流量；搅动集流桶使泥水充分混匀再用瓶子取样，室内测定泥沙含量。2014、2015与2016年分别收集产流6、4和9次。土壤全氮采用半微量凯氏法，土壤全磷采用NaOH熔融-钼锑抗比色法，水样总氮、总磷采用过硫酸钾消解—紫外分光光度法，土壤浸提液硝态氮与铵态氮用流动分析仪测定。

2 结果与分析

2.1 植物篱埂对坡耕地产沙量、泥沙全氮与全磷含量影响

植物篱埂能够明显降低坡耕地土壤流失量（见表 3）。与顺垄种植CK1相比，植物篱埂处理T1、T2与T3土壤流失量降低44.6%，44.1%与42.1%，达到了显著差异（<0.05）。与顺垄种植CK1相比，土埂处理T4、T5与T6土壤流失量降低33.6%、37.0%与19.8 %，达到了显著差异。植物篱埂与土埂处理达到显著差异，T1比T4降低16.3%，T2比T5降低12.6%，T3比T6降低29.5%，表明植物篱埂在坡耕地土壤流失控制方面具有显著功效。3种植物篱埂处理未达到显著差异，土埂处理T6与T4和T5之间达到显著差异（T4和T5无显著差异）。

与横垄种植CK2相比，各处理的土壤流失量均达到显著差异，植物篱埂处理T1、T2与T3土壤流失量分别增加4.3%、5.3%和9.0%，土埂处理T4、T5与T6分别增加21.3%、18.6%和51.1%，显现了植物篱埂水土保持优势。

与顺垄种植CK1相比，各处理的泥沙全氮含量显著降低，但与横垄种植CK2相比未达到显著差异；土埂处理与植物篱埂处理无显著差异；各处理土壤TP浓度未达到显著差异。总体上看，顺垄种植引起较多的土壤氮流失，植物篱埂和土埂则能够有效阻控。

表3 植物篱埂对坡耕地径流量和土壤流失量及泥沙和径流的TN与TP含量的影响

注：*<0.05，小写字母表示同列处理间的差异（α=0.05），下同。

Note: *<0.05, small letters in the same column mean that the differences are significant among treatments at the 0.05 level. The same as below.

由图2可知：2015的土壤流失量显著小于2014与2016年，2014年与2016年没有显著差异。2014年与2015年生长季降雨量相当，但2015年生长季前期降雨量小（至7月30日，降雨量分别是387.1、248.4和402.8 mm），所以土壤流失也小；2016年生长季降雨量比2014年同期多134.1 mm，但至7月30日的降雨量差异不太大，因而土壤流失量接近。生长季前期（7月30日）降雨量对土壤流失量有重要影响，中后期耕层土壤逐渐紧实和表层抗蚀性增加，引起土壤流失减少。2014年，与CK1产沙量（2.82kg/区）相比，CK2、T1、T2、T3、T4、T5和T6减少48.2、45.0%、44.0%、42.9%、37.2%、27.3%和17.4%；2015年，与顺垄种植CK1产沙量（1.58 kg/区）相比，CK2、T1、T2、T3、T4、T5和T6减少50.0%、45.6%、46.2%、45.6%、34.8%、28.5%和13.3%；2016年，与顺垄种植CK1产沙量（3.54 kg/区）相比，CK2、T1、T2、T3、T4、T5和T6减少46.9%、44.6%、44.1%、42.1%、35.6%、37.0和19.8%。

2.2 植物篱埂对坡耕地径流量、径流全氮与全磷浓度影响

植物篱埂处理能够显著降低坡耕地径流量（见表 3）。与顺垄种植CK1相比，植物篱埂处理T1、T2与T3显著降低径流量，分别减少50.6%、49.8%与49.2%；土埂处理T4、T5与T6径流量减少36.0%、 26.4%与10.1%，土埂处理也能显著降低坡耕地径流量。植物篱埂与土埂处理径流量达到显著差异，T1比T4降低了29.6%，T2比T5降低了46.8%，T3比T6降低了76.9%，反映了植物篱埂的径流控制优势。T1与T2和T3达到显著差异（T2与T3未达到显著差异），以及T1与横垄种植CK2未达到显著差异，表明埂距对坡耕地径流量有一定影响，1m埂距与横垄种植相当，3 m与5 m埂距处理的径流控制效果降低。几乎全部处理的径流液TN浓度达到显著差异，横垄种植CK2最大，顺垄种植CK1最小，表明横垄种植与植物篱埂导致较高浓度径流氮流失，可能是径流过程相对延长导致土壤溶解氮更容易随水流失所致。由于横垄与植物篱埂处理的径流量明显降低，径流氮总体上是显著降低。各处理径流TP浓度与顺垄种植CK1相比达到显著差异，但T1-T6与CK2未达到显著差异，表明坡耕地顺垄种植会导致更多的土壤溶解磷流失，同时也表明植物篱埂和土埂能够降低土壤溶解磷流失。

2015年与2016年的径流量有显著差异，2014与2015及2016没有显著差异（见图2b），与生长季降雨量差异表现不尽一致。2015年的降雨量虽大，但单次降雨量小，尤其在生长季前期，因而径流量小，且与2014年接近。2014年与2016年生长季前期降雨量接近，径流量也接近。2014年，与顺垄种植CK1径流量（262.2 m3/区）相比，CK2、T1、T2、T3、T4、T5和T6减少52.3、49.2%、48.8%、47.7%、37.7%、33.8%和14.8%；2015年，与顺垄种植CK1径流量（193.6 m3/区）相比，CK2、T1、T2、T3、T4、T5和T6减少56.5%、56.8%、55.8%、55.5%、52.5%、50.5%和23.7%；2016年，与顺垄种植CK1径流量（341.1 m3/区）相比，CK2、T1、T2、T3、T4、T5和T6减少52.9%、50.6%、49.8%、49.2%、36.0%、26.4%和10.1%。

2.3 植物篱埂对坡耕地作物产量及土埂稳定性影响

植物篱埂对玉米产量有较大影响，3 a的玉米产量有显著差异（见表4）。2014年，与顺垄种植CK1单产（6 578.3 kg/hm2）相比，CK2、T1、T2与T3达到显著差异，分别提高6.9%、6.6%、7.2%和6.7%；2015年，与顺垄种植CK1单产（4 322.7 kg/hm2）相比，CK2、T1、T2、T3、T4、T5和T6均未达到显著差异；2016年，与顺垄种植CK1单产（9 348.4 kg/hm2）相比，CK2、T1、T2和T3相比达到显著差异，分别提高4.9%、5.0%、5.6%和5.2%。玉米年际产量差异与生长季降雨量有关。2016年玉米产量最高，2015年产量最低。主要原因是2016年全生长季降雨量充沛，2015年生长季前期降雨量不足；2014年生长季后期降雨量不足。

植物篱（三叶草）对土埂具有保护作用使其稳定性增加（见表4）。植物篱埂处理（T1、T2与T3）土埂高度分别高于对应的土埂处理（T4、T5与T6），且达到显著差异，表明植物篱在土埂高度或稳定性方面具有一定贡献。3a土埂T4高于T5以及T5高于T6的结果表明土埂间距也可能影响土埂高度，埂距越长，土埂越容易塌落。植物篱埂与土埂相比均达到显著差异。2014年，T1、T2和T3土埂高度分别是T4、T5和T6的1.4、1.8和2.0倍；2015年，T1、T2和T3土埂高度分别是T4、T5和T6的1.7、1.8和2.2倍；2016年，T1、T2和T3土埂高度分别是T4、T5和T6的1.4、1.7和1.9倍。因此，植物篱与土埂结合的技术优势明显。顺（横）垄的垄高与其它处理相比均达到显著差异。顺垄与横垄处理的垄高没有差异（最初垄高15 cm，垄底部宽30cm），与初期相比降低了26.0%，降幅远低于植物篱埂与土埂（最初高度15 cm），表明玉米对垄具有一定的稳固作用，且要优于三叶草，显现了玉米篱垄（长埂为垄）的优势。

表4 植物篱埂技术对农作产量及土埂高度的影响

注：CK1和CK2土埂高度是指顺垄和横垄的高度，其他处理均为植物篱埂或土埂高度。

Note: The height of ridge of CK1 and CK2 are the height of longitudinal ridges, and other treatments are the height of short ridges.

3 讨 论

3.1 植物篱的农田适应性

农田上设置植物篱对植物类型有一定选择性。首先植物地上部不能太大，太大影响农作物生长；其次，根系不能太粗，否则影响主栽作物生长及土壤耕作，如多年生苜蓿因根系太粗太深不适宜作篱；另外，还得有一定的耐阴性，最好也有经济价值和养地功能。三叶草、大豆与一年生苜蓿都基本满足要求。常见植物篱不适合坡耕地，主要是地上部浓密坚挺，不利于作物生长和影响田间管理。大豆是较好的植物篱，兼具经济效益与生态效益。玉米间作大豆种植历史悠久，但因施用除草剂降低了大豆经济价值，甚至致死。三叶草作为植物篱的水土保持效果有限，但与土埂结合形成植物篱埂就大为改观，水土保持效应显著提升。

3.2 植物篱埂的农田水土流失控制及排水安全

植物篱埂垄向区田技术很好协调了坡耕地顺垄种植水土流失控制与农田排水安全关系。首先，将坡耕地划分成若干区田，每个区田都有切割径流、控制垄沟汇流、延长径流滞留时间和提高土壤入渗量的功效，避免坡面产生较大汇流，把农田径流主导转化为土壤入渗主导。按20 cm耕层和20%田间持水量计，就能消纳40 mm的降雨量。其次，灵活调控植物篱埂间距，兼顾保水保土与农田排水。具体做法：减小筑埂间距（1～3 m）、坡中加大筑埂间距（3～5 m）、坡底延长筑埂间距（5～8 m）或不筑埂。由于坡上与坡中控制了较大部分径流量，坡底汇流量大大降低，避免了农田坡底侵蚀，水土流失得到有效控制。在大暴雨情况下，由于坡度效应占主导功效远远超过植物篱埂，整体坡面体现为排水，植物篱埂处于失效状态。因此，植物篱埂垄向区田技术是不会影响农田排水，是值得信赖的坡耕地水土保持技术。实际中还可采取隔行（根据需要确定一行、两行或多行）修筑植物篱埂，或拖拉机行车垄沟不修筑植物篱埂（即使修筑土埂也会被车轮压平而仅存植物篱），兼做排水垄沟。横垄种植水保效果最好，但实际中应用并不多见。主要原因是在坡度较大情况下，农机作业危险性大、机械损耗与油耗消耗增加，种植成本增加；另外东北地块多是顺坡长横坡短，横垄种植的播种、管理和收获机械作业难度或损耗同步增加。

3.3 植物篱埂垄向区田对坡耕地泥沙氮磷含量及径流氮磷浓度的影响

全部处理的泥沙TN含量，与顺垄种植CK1相比，含量显著降低；各处理及横垄种植之间未达到显著差异；全部处理的泥沙TP含量与顺垄种植CK1相比，含量无显著改变。泥沙中TN含量降低的原因是一部分土壤氮溶解进入径流液。泥沙中以颗粒态氮磷为主，由于颗粒态磷相对稳定，径流液及径流过程对之影响相对较小，因此，处理与对照的泥沙TP含量一致。全部处理的径流液TN浓度，与顺垄种植CK1相比，浓度显著提高。可能是植物篱埂、土埂以及横垄的拦截作用，使径流液对耕层土壤浸润时期延长，致使较多的土壤氮溶入径流液而引起径流液TN浓度提高。试验结果也有例外，T1的径流液TN浓度排第4（依照分析应该排第2），T3和T6径流液TN浓度排处理第2（依照分析应该排第3和第6）。全部处理的径流液TP浓度与顺垄种植CK1相比显著提高，但各处理及横垄种植CK2未达到显著差异；TP浓度提高与TN浓度提高的原因相同。据表 2数据，与顺垄种植CK1相比，T1、T2和T3处理的径流量平均降低49.8%，TN浓度的平均增加59.7%，径流氮流失平均降低了19.7%，土壤氮磷与径流磷的流失减少。因此，农田土壤氮磷流失得到有效控制。

4 结 论

1）植物篱埂是将植物篱、土埂和区田结合在一起的的耕作技术，农田水土流失控制效果大大提升。植物篱埂实现了农田“面”上控制（区田并联与串联），有效解决了顺垄种植的水土流失控制问题。与顺垄种植相比，植物篱埂土壤流失量减少42.1%～44.6%，技术效果接近横垄种植（横垄种植与顺垄相比减少46.9%）；农田径流量减少49.2%～50.7%，技术效果接近横垄种植（横垄种植与顺垄相比减少52.9%）。

2）植物篱埂垄向区田技术降低了泥沙TN含量，提高了径流液TN浓度；泥沙TP含量基本没有变化，但降低了径流液TP浓度。由于植物篱埂垄向区田技术显著降低了农田产沙量与径流量，土壤氮磷流失也表现为显著降低，植物篱埂处理的农田氮流失平均减低了19.7%。

3）植物篱埂垄向区田技术模式选择。1 、3 和5 m埂间距的土壤流失量和径流量没有显著差异，推荐筑埂间距选择3～5 m，坡上和坡中间距可小一些，坡底间距可大一些。

4）植物篱埂垄向区田技术可以提高玉米产量。试验结果表明，与对照顺垄种植相比，植物篱埂处理产量提高5.0%～5.6%。

[1] Liang Y, Li D, Lu X, et al. Soil erosion changes over the past five decades in the red soil region of Southern China[J]. J Mt Sci-Engl, 2010, 7(1): 92－9.

[2] 郭贤仕，杨如萍，马一凡，等. 保护性耕作对坡耕地土壤水分特性和水土流失的影响[J]. 水土保持通报，2010(4)：1－5.Guo Xianshi, Yang Ruping, Ma Yifan, et al. Effects of conservation tillage on soil water characteristics and soil erosion in slope farmland[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2010(4): 1－5.(in Chinese with English abstract)

[3] 林超文，罗春燕，庞良玉，等. 不同覆盖和耕作方式对紫色土坡耕地降雨土壤蓄积量的影响[J]. 水土保持学报，2010(3)：213－216.Lin Chaowen, Luo Chunyan, Pang Liangyu, et al. Influence of mulching and tillage methods on the rainfall storage by soil in purple soil Area[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2010(3): 213－216.(in Chinese with English abstract)

[4] Wu J Y, Huang D, Teng W J, et al. Grass hedges to reduce overland flow and soil erosion[J]. Agron Sustain Dev, 2010, 30(2): 481－485.

[5] Xiao B, Wang Q, Wang H, et al. The effects of narrow grass hedges on soil and water loss on sloping lands with alfalfa (.) in Northern China[J]. Geoderma, 2011, 167-168: 91－102.

[6] Fan J, Yan L, Zhang P, et al. Effects of grass contour hedgerow systems on controlling soil erosion in red soil hilly areas, Southeast China[J]. Int J Sediment Res, 2015, 30(2): 107－116.

[7] Kinama J M, Stigter C J, Ong C K, et al. Contour Hedgerows and Grass Strips in Erosion and Runoff Control on Sloping Land in Semi-Arid Kenya[J]. Arid Land Res Manag, 2007, 21(1): 1－19.

[8] Lenka N K, Dass A, Sudhishri S, et al. Soil carbon sequestration and erosion control potential of hedgerows and grass filter strips in sloping agricultural lands of eastern India[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2012, 158: 31－40.

[9] Mutegi J K, Mugendi D N, Verchot L V, et al. Combining napier grass with leguminous shrubs in contour hedgerows controls soil erosion without competing with crops[J]. Aaroforest Syst, 2008, 74(1): 37－49.

[10] Oshunsanya S O. Spacing effects of vetiver grass () hedgerows on soil accumulation and yields of maize–cassava intercropping system in Southwest Nigeria[J]. Catena, 2013, 104: 120－126.

[11] Xia L, Hoermann G, Ma L, et al. Reducing nitrogen and phosphorus losses from arable slope land with contour hedgerows and perennial alfalfa mulching in Three Gorges Area, China[J]. Catena, 2013, 110: 86－94.

[12] Lu W, Zhang H, Cheng J, et al. Effect of a hedgerow agroforestry system on the soil properties of sloping cultivated lands in the Three-Gorges area in China[J]. Journal of Food Agriculture & Environmen, 2012, 10: 1368－1375.

[13] Angima S D, Stott D E, O Neill M K, et al. Use of calliandra–Napier grass contour hedges to control erosion in central Kenya[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2002, 91(1): 15－23.

[14] Jie Y, Haijin Z, Xiaoan C, et al. Effects of tillage practices on nutrient loss and soybean growth in red-soil slope farmland[J]. International Soil and Water Conservation Research, 2013, 3(1): 45－49.

[15] Rodríguez O S. Hedgerows and mulch as soil conservation measures evaluated under field simulated rainfall[J]. Soil Technology, 1997, 11(1): 79－93.

[16] Presbitero A L, Escalante M C, Rose C W, et al. IErodibility evaluation and the effect of land management practices on soil erosion from steep slopes in Leyte, the Philippines[J]. Soil Technology, 1995, 8: 205－213.

[17] Phien T. Leucaena and other shrubby green manure cover crops in contour hedgerow farming systems on sloping lands in Vietnam[J]. Leucaena-Adaptation, Quality and Farming Systems, 1998, 86: 344－349.

[18] Paningbatan E P, Ciesiolka C A, Coughlan K J, et al. Alley cropping for managing soil erosion of hilly lands in the Philippines[J]. Soil Technology, 1995, 8(3): 193－204.

[19] Cao L, Zhang Y, Lu H, et al. Grass hedge effects on controlling soil loss from concentrated flow: A case study in the red soil region of China[J]. Soil and Tillage Research, 2015, 148: 97－105.

[20] 肖波，喻定芳，赵梅，等. 保护性耕作与等高草篱防治坡耕地水土及氮磷流失研究[J]. 中国生态农业学报，2013(3)：315－323Xiao Bo, Yu Dingfang, Zhao Mei, et al. Effects of conservation tillage and grass-hedge on soil, water, nitrogen and phosphorus loss in sloping cropland[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2013(3): 315－323.(in Chinese with English abstract)

[21] Samsuzzaman S, Garrity D P, Quintana R U. Soil property changes in contour hedgerow systems on sloping land in the Philippines[J]. Agroforestry Systems, 1999, 46(3): 251－272.

[22] Xiao B, Wang Q, Wang H, et al. The effects of grass hedges and micro-basins on reducing soil and water loss in temperate regions: A case study of Northern China[J]. Soil and Tillage Research, 2012, 122: 22－35.

[23] Isaac L, Wood C W, Shannon D A. Pruning management effects on soil carbon and nitrogen in contour-hedgerow cropping with Leucaena leucocephala (Lam.) De Wit on sloping land in Haiti[J]. NutrCycl Agroecosys, 2003, 65(3): 253－263.

[24] Hien P D, Dung B D, Phien T. Redistributions of137Cs and soil components on cultivated hill slopes with hedgerows as conservation measures[J]. Soil and Tillage Research, 2013, 128: 149－154.

[25] Follain S, Walter C, Bonté P, et al. A-horizon dynamics in a historical hedged landscape[J]. Geoderma, 2009, 150(3/4): 334－343.

[26] Alegre J C, Rao M R. Soil and water conservation by contour hedging in the humid tropics of Peru[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 1996, 57(1): 17－25.

[27] Vieira D A N, Dabney S M. Two-dimensional flow patterns near contour grass hedges[J]. Hydrol Process, 2012, 26(15): 2225－2234.

[28] Dercon G, Deckers J, Poesen J, et al. Spatial variability in crop response under contour hedgerow systems in the Andes region of Ecuador[J]. Soil and Tillage Research, 2006, 86(1): 15－26.

[29] Agus F, Garrity D P, Cassel D K. Soil fertility in contour hedgerow systems on sloping oxisols in Mindanao, Philippines[J]. Soil and Tillage Research, 1999, 50(2): 159－167.

[30] 田立生，谷伟，王帅. 东北黑土区水土流失与耕地退化现状及修复措施[J]. 现代农业科技，2011(21)：308－311.

[31] 孙莉英，蔡强国，陈生永，等. 东北典型黑土区小流域水土流失综合防治体系[J]. 水土保持研究，2012(03)：36－41.Sun Liying, Cai Qiangguo, Chen Yongsheng, et al. Integrated governing system on soil and water loss of small watersheds in a typical black soil redion of Northwest China[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2012(3): 36－41.(in Chinese with English abstract)

[32] 孟祥志，刘艇，王继红. 我国黑土区水土流失研究综述[J]. 中国农村水利水电，2010(10)：36－38.Meng Xiangzhi, Liu Ting, Wang Jihong. A review of soil and water losses in Black region of China[J]. China Rural Water and Hydropower, 2010(10): 36－38.(in Chinese with English abstract)

[33] 张永光，伍永秋，刘洪鹄，等. 东北漫岗黑土区地形因子对浅沟侵蚀的影响分析[J]. 水土保持学报，2007(1)：35－38.Zhang Yongguang, Wu Yongqiu, Liu Honghu, et al. Effect of topography on ephemeral gully erosion in Northeast China with black soils[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2007(1): 35－38.(in Chinese with English abstract)

[34] Becker H. Hedging against erosion (planted stiff grasses prevent soil erosion)[J]. Agricultural Research, 1992, 40(12): 8.

[35] Dalton P A, Smith R J, Truong P N V. Vetiver grass hedges for erosion control on a cropped flood plain: Hedge hydraulics[J]. Agr Water Manage, 1996, 31(1): 91－104.

[36] Gilley J E, Eghball B, Kramer L A, et al. Narrow grass hedge effects on runoff and soil loss[J]. J Soil Water Conserv, 2000, 55(2): 190－196.

[37] 杨世琦，吴会军，韩瑞云，等. 具有水土氮磷流失保持作用的植物篱埂垄向区田及耕作方法[P].ZL201510552968.X，2015-09-02.

Effect of reducing runoff, sediment, soil nitrogen and phosphorus losses in sloping farmland based on short ridge of clover hedgerow with ridge tillage

Yang Shiqi , Xing Lei, Liu Hongyuan, Yang Zhengli

(1.,,100081,; 2.,,100081,)

Based on the demand of non-point source pollution control in Songhua River basin, the technique of short ridge of clover () hedgerow with ridge tillage (SRCHRT) was applied to research the control effect of the runoff, sediment, nitrogen (N) and phosphorus (P) losses in sloping farmland. SRCHRT is a novel technique that could decrease soil and water losses in sloping farmland, in which, the furrow between ridges the short ridge that is as high as ridge is piled up by a certain distance, and grass is planted in these short ridge, the grass and short ridge form hedgerow ridge, and hedgerow ridge and long ridge form the technique that is named SRCHRT. SRCHRT gained the national invention patent in 2018 and can retard runoff and control soil and soil N and P losses. A three-year field experiment was conducted to investigate the effects of application of SRCHRT on reducing sediment, runoff, and soil N and P losses in sloping farmland in the Songhua River basin. There are eight treatments, including two control, three space SRCHRT and three space short ridge of non-clover hedgerow with ridge tillage (SRNCHRT), the two controls were traditional longitudinal ridge tillage (CK1) and cross ridge tillage (CK2), three space SRCHRT were longitudinal ridge tillage + 1 m space short ridge with clover hedgerow (T1), longitudinal ridge tillage + 3 m space short ridge with clover hedgerow (T2), longitudinal ridge tillage + 5 m space short ridge with clover hedgerow (T3), longitudinal ridge tillage + 1 m space short ridge without clover hedgerow (T4), longitudinal ridge tillage + 3 m space short ridge without clover hedgerow (T5), and longitudinal ridge tillage + 5 m space short ridge without clover hedgerow (T6). Clover was chosen as the hedgerow. The results indicated as follow: 1) Compared with the traditional longitudinal ridge tillage (CK1), the sediment and runoff of CK2 decreased 46.9% and 52.9%; T1, T2 and T3 decreased sediment by 44.6%, 44.1% and 42.1%, respectively, and runoff by 50.6%, 49.8% and 49.2%, respectively. T4, T5and T6 can also decrease water and soil losses in sloping farmland, compared with T1, T2 and T3, T4, T5 and T6 increased sediment by 16.3%, 12.6% and 29.5%, respectively, and runoff by 29.6%, 46.8% and 76.9%, respectively. The SRCHRT method in controlling sediment and runoff losses were close to cross ridge tillage (CK2), but there were significant differences (<0.05). 2) Compared with the traditional longitudinal ridge tillage (CK1), total N (TN) concentration of sediment and TN concentration of runoff of all treatments were increased but total P (TP) concentration of sediment and TN concentration of runoff of all treatments were unchanged. TN and TP concentration of all treatments were increased and there were significant differences among treatments about TN concentration and no significant differences among treatments about TP concentration. The soil N from sloping farmland was not increased at all because of the higher TN concentration of SRCHRT runoff, and the losses of soil N was reduced by an average of 19.7% because the contribution of runoff reduction was more than TN concentration of runoff increment. 3) SRCHRT had significant effect of water and soil control and can decrease sediment, runoff, soil N and P losses in sloping farmland. From the cost-effective considerations, the 3-5 space short ridge of SRCHRT was recommended, and small spaces were suitable for bigger slope, the top and middle slope, longer spaces were suitable for smaller slope and the down of slope. SRCHRT can increase the corn yield by 5%-5.6%.

runoff; sediment; short ridge of clover hedgerow with ridge tillage (SRCHRT); nitrogen and phosphorus; sloping farmland; traditional longitudinal ridge tillage

杨世琦，邢 磊，刘宏元，杨正礼. 植物篱埂垄向区田技术对坡耕地水土和氮磷流失控制研究[J]. 农业工程学报，2019，35(22)：209－215. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.22.025 http://www.tcsae.org

Yang Shiqi , Xing Lei, Liu Hongyuan, Yang Zhengli. Effect of reducing runoff, sediment, soil nitrogen and phosphorus losses in sloping farmland based on short ridge of clover hedgerow with ridge tillage[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(22): 209－215. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.22.025 http://www.tcsae.org

2019-06-25

2019-10-21

国家水体污染控制与治理科技重大专项（2014ZX07201-009）

杨世琦，博士，研究员，主要从事农业面源污染控制研究。Email：shiqiyang@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.22.025

S157.4

A

1002-6819(2019)-22-0209-07