坡耕地的土壤养分流失主要是由降雨产生的地表径流引起的,农业管理措施对地表径流有较大影响,而这些影响因耕作、覆盖、种植作物等不同而有所不同[13-15]。本研究中,与玉米单作相比,银杏+芍药间作和三叶菜+红花轮作两种种植模式均可以显著降低地表径流量和产沙量,特别是试验第三年(2015年),银杏+芍药间作和三叶菜+红花轮作两种种植模式在径流量上较玉米单作下降了8.22%和6.94%,在产沙量上分别下降了11.09%和10.30%。有研究表明[16-21],地表径流量的多少与土壤的覆盖程度、土壤的持水能力及通透性有关。根据张兴昌等[21]研究结果表明,牧草和草灌间作覆盖面积大于作物单作。本研究的银杏+芍药间作和三叶菜+红花轮作的作物覆盖面积均相比于玉米单作要大,这与雍世英[9]牧草种植对坡耕地水土保持影响的研究结果相似,其主要原因是作物的种植可以增加植物覆盖面积,减缓降雨对土壤的侵蚀,减轻坡耕地地表径流,有利于坡耕地蓄水减流和保土减沙,提升土壤肥力。
地表径流中氮磷的流失与众多因素有关,包括降雨强度、种植模式、坡度、施肥量等[17-18]。刘宗岸等[19]研究苕溪流域茶园地表径流结果表明,氮磷流失量随降雨强度增大而增加,且等高种植径流水中总氮、总磷低于顺坡种植。李太魁等[20]研究间作三叶草和秸秆覆盖对地表径流氮磷流失量影响,发现秸秆覆盖阻控效果优于间作三叶草。本研究中银杏+芍药间作和三叶菜+红花轮作与玉米单作相比,显著降低了地表径流中氮磷的流失量,这与张兴昌等[21]野外径流试验结果相似,其研究结果表明不同植被对地表径流养分流失阻控不同,草灌间作模式对地表径流养分的保持能力要强于作物种植。苟桃吉等[22]研究也表明,相比玉米单作,黑麦草、墨西哥玉米草和大力士甜高粱3种牧草均能显著减少径流及泥沙中的氮磷养分流失量,这主要是由于牧草地表覆盖度较高和对养分吸收能力较强所致。徐泰平等[23-24]对紫色土坡氮磷流失的结果表明,农田养分流失中颗粒态氮和可溶性磷是径流中的主要形式,而袁敏等[25]研究表明南方红壤的固磷能力较强,磷溶解度不大,故径流水中可溶性磷浓度较低,此时颗粒磷的流失与总磷流失存在极显著关系,湘南地区梯田—油茶以及梯田油茶+秸秆覆盖、梯田—油茶+花生+植物篱、梯田—油茶+豆科牧草对磷养分的流失量,梯田—油茶单作时颗粒磷占总磷的94.0%,而后者间作后磷素流失量分别占总磷是14.3%,59.6%和52.9%,故间作能有效降低磷的流失。本研究中,三叶菜+红花轮作以及银杏+芍药间作相比玉米单作也是通过有效降低颗粒磷的流失从而有效控制总磷。中药材生态种植在近几年也受到了广泛关注,许雷等[26]的研究了三叉苦+千里香套作存在互利共生关系,三叉苦的地上部分为千里香提供了遮阴,其叶片和修剪后的侧枝腐烂后还田,为千里香创造了适宜的生态环境,正如本研究中的银杏+芍药间作同样可以有效提高环境效益和生态效益。此外,本研究发现径流中总氮流失量要高于总磷,这可能是由于氮素的流失主要通过径流液流失,而磷的流失载体是泥沙,以颗粒态为主,因而磷在径流水体中的浓度相对较低[27]。当然,不同的种植模式对坡地径流氮磷流失的影响是不同的,这还需要进一步研究。
本研究根据作物的利用价值不同对其产量进行统计,进而换算出3种种植模式下作物的经济效益,结果可见差异巨大。银杏+芍药间作和三叶菜+红花轮作经济效益显著高于玉米单作,尤其是三叶菜+红花轮作三年纯收入高达130 980元/hm2,是玉米单作纯收入的19.29倍。芍药、三叶菜和红花均是价值较高的中药材。因此,在丹江口库区推广银杏+芍药间作和三叶菜+红花轮作种植模式有重要的理论和实践价值。银杏+芍药间作和三叶菜+红花轮作两种种植模式,可充分发挥农田氮磷流失的阻控功能,对于维持土壤肥力的可持续性,防控农田面源污染,提高农民经济收入有重要的现实意义,同时其合理调整种植模式有利于促进农业的可持续发展。
