本发明属于水土环境保护和农作物种植技术领域，具体涉及一种通过间作玉米和白芷防治坡地水土流失的方法。
背景技术：
水土流失导致土壤肥力下降、蓄水能力减弱，是农业面源污染和水体富营养化的“源头”。目前，国内外防治坡地水土流失的措施主要分为工程措施和生态措施。工程措施包括修建拦水沟埂、山坡截流沟、坡面蓄水工程及梯田等，此种措施能在一定程度上拦土蓄水达到水土防治的目的，但存在工程量大、费时耗力以及经济和生态效益不理想等缺点。生态措施又分为土壤措施和农业措施，土壤措施是指向土壤中施加土壤改良剂、固定剂等化学合成品，达到改善土壤结构、固定土壤、降低水土流失的目的，此种措施在一定程度上弥补了工程措施费时耗力的缺点，但也存在人工成本高、生态风险大等问题；农业措施是在遵循生态物质循环基础上实施的水土防控措施，包括深耕、等高耕作、作物残茬覆盖、垅作区田及植物篱等。该类措施具有成本低，连续性强，生态效益好等优点，在旱坡地水土流失与面源污染防治领域得到了广泛的应用与推广。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种新的防治坡地水土流失的方法，该方法采用间作玉米和白芷的农业措施，不仅有效地防治了坡地的水土流失和水体的富营养化，而且还产生了较大的农作物经济效益。
本发明所提供的方法包括以下步骤：
1)整地、施基肥：选择海拔200～800m的坡地，排水良好、土层深厚、疏松肥沃、含腐殖质的土壤或砂质土壤，深翻25～30cm，每亩施农家肥1500kg，整平耕细，做成100～180cm宽平畦，三沟配套；
2)播种：玉米在5月中上旬播种，玉米播种时按照每穴撒施磷酸二铵7克，白芷在9月中旬，白露后5～10天内播种，白芷播种时按深度1.5cm，将种子与细砂混合，均匀撒入，覆土，盖稻草，以每5带为一个单位，每两行玉米之间栽植三行白芷，玉米株距90cm，行距160cm，白芷株距15cm，行距35cm；
3)中耕除草：采取人工除草方法，玉米在每年5月、7月、8月除草3次；白芷在每年10月、第二年3月、5月除草3次；
4)水分管理：土壤含水量保持在16～20％之间；
5)间苗、定苗：为了达到苗期不造成苗荒、壮苗早发之目的，在玉米三叶前进行疏苗，把弱、病苗及时拔除，在玉米生长至6～7叶时，要及时定苗，去弱苗、病苗、杂株，每穴留一株健壮苗；白芷在秋播年前不间苗，翌年苗高6～10cm时定苗，定苗时除去疯长苗和弱小苗，留壮苗；
6)追肥：玉米在大喇叭口期追肥尿素，按照每穴撒施13～15克；白芷每年追肥1次，在间苗期或拔节期亩施速效氮肥10kg；
7)按常规方法进行病虫害防治；
8)采收：9月上旬，当玉米苞叶变黄、籽粒变硬，有光泽时收获，采收玉米时注意避开白芷幼苗；白芷于第二年立秋前后叶子枯萎时采收，用于留种的植株，当种子由绿色变成黄白色时采收，采收的种子挂通风处晾干，打出种子，贮藏于干净的麻袋内，放通风处保存。
本发明的有益效果是：
本发明通过大量筛选，最终选择抗逆性强、水土保持效果好、经济效益明显的玉米和白芷进行间作，种植过程中以生物有机肥为主，充分利用光照、雨水、节地、植物间相互依存关系，采用粮(玉米)药(白芷)间作、高矮搭配以遮荫促长等高效生态模式，提高植物的郁闭度、减少水土流失、控制和减少氮磷的流失。同时提高了粮、药的病虫草害抗性，增加了产量，实现了较好的生态与经济效益。
附图说明
图1是玉米和白芷间作模式示意图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行详细地说明。
实施例1
1)整地、施基肥：选择海拔200～800m的坡地，排水良好、土层深厚、疏松肥沃、含腐殖质的土壤或砂质土壤，深翻25～30cm，每亩施农家肥1500kg，整平耕细，做成100～180cm宽平畦，三沟配套；
2)播种：玉米在5月中上旬播种，玉米播种时按照每穴撒施磷酸二铵7克，白芷在9月中旬，白露后5～10天内播种，白芷播种时按深度1.5cm，将种子与细砂混合，均匀撒入，覆土，盖稻草，以每5带为一个单位，每两行玉米之间栽植三行白芷，玉米株距90cm，行距160cm，白芷株距15cm，行距35cm；
3)中耕除草：采取人工除草方法，玉米在每年5月、7月、8月除草3次；白芷在每年10月、第二年3月、5月除草3次；
4)水分管理：土壤含水量保持在16～20％之间；
5)间苗、定苗：为了达到苗期不造成苗荒、壮苗早发之目的，在玉米三叶前进行疏苗，把弱、病苗及时拔除，在玉米生长至6～7叶时，要及时定苗，去弱苗、病苗、杂株，每穴留一株健壮苗；白芷在秋播年前不间苗，翌年苗高6～10cm时定苗，定苗时除去疯长苗和弱小苗，留壮苗；
6)追肥：玉米在大喇叭口期追肥尿素，按照每穴撒施13～15克；白芷每年追肥1次，在间苗期或拔节期亩施速效氮肥10kg；
7)进行病虫害防治：
主要病虫害防治：按照“预防为主，综合防治”的总方针，以农业防治为基础，根据病虫发生、发展规律，因时、因地制宜，合理运用生物防治、物理防治、化学防治等措施，经济、安全、有效、简便地控制病虫害，减少各类病虫害所造成的损失。应用生物技术，实行倒茬轮作，加强肥水管理，保护生物多样化和生态环境，保持生产发展的可持续性。
农业防治：优先采用农业措施，通过培育壮苗，加强栽培管理、中耕除草，清洁园地等一系列措施，起到防治病虫的作用。创造适宜的生长环境条件。培育适龄壮苗，提高抗逆性：在大田栽培上，坚持二犁二耙，深沟高畦，严防渍水，做到有利于植株生长发育，彻底清除杂草减少其迁入机会，减少和避免侵染性病害发生。收获后选种时集中处理病残株选留无病的种子，发斑初期摘除病叶。合理有效安排轮作，能对病害防治起到显著抑制作用。
生物防治：为改善生态环境，注意保护和培养、利用天敌，保护天敌，利用鸟类、蛇、青蛙、七星瓢虫等。
物理防治：在田间每50亩地安装一盏频振式杀虫灯；利用有翅蚜虫喜向黄色运动的习惯，安装黄色粘虫板等物理措施诱杀害虫(蚜虫)，减少虫源，降低虫口基数。
化学防治：农药使用应符合NY/T393的规定。
灰霉病防治：危害叶、茎、花。一般花后发生严重，叶部病斑褐色近圆形，有不规则层纹，茎上病斑梭形，紫褐色，软腐后植株倒伏；花被危害后变褐色软腐，其上有一层灰色霉状物。可采用以下防治方法：
①清除带病枝叶，集中烧毁；
②防止田间积水；
③发病初用1：1：100波尔多液喷洒防治，每10天一次，连喷3～4次。
锈病防治：5月上旬发生，7～8月危害严重。起初在叶背出现黄色、黄褐色颗粒状夏孢子堆，后期叶面出现圆形和不规则的褐色病斑，背面则出现刺毛状的冬孢子堆。可采取以下防治方法：
①选地势高燥，排水良好的地块栽植；
②清理田间，集中烧毁病残枝叶；
③发病初期喷波美0.3度石硫合剂或97％敌锈钠400倍液或15％粉锈宁可湿性粉剂进行防治。
虫害：常有蛴螬、土蚕、蚂蚁等危害。可采取以下防治方法：
①物理防治：黑光灯或频振式杀虫灯诱杀。
②化学防治：利用生物或植物源农药进行虫害防治。
8)采收：9月上旬，当玉米苞叶变黄、籽粒变硬，有光泽时收获，采收玉米时注意避开白芷幼苗；白芷于第二年立秋前后叶子枯萎时采收，用于留种的植株，当种子由绿色变成黄白色时采收，采收的种子挂通风处晾干，打出种子，贮藏于干净的麻袋内，放通风处保存。
试验例
1.数据采集
在十堰市郧县安阳镇余咀村示范基地进行玉米+白芷间作，间作工程于2013年启动，运行至2015年7月30日；空白玉米为对照，种植时间与玉米+白芷间作模式相一致。整个试验期间，采集每次自然降雨产生的地表径流，并记录降雨量、降雨时间、径流量等数据。
地表径流水样釆集方法：单次降雨结束后，取集流槽与日记式水位计之间的塑料集水盆中的清液，三次重复混合样600ml，加入4ml浓硫酸，终止微生物活动，用于测定氮素养分；每次产流过程中，在产流初期、中期及后期分3次径流样，3次混合样600mL，用于测定泥沙含量。
地表径流固相(泥沙)采集：单次降雨结束，采集水样后，用塑料管将集流池中上清夜吸至快干时，将池中的泥聚态样品收集至塑料桶，静止，待澄清后，弃去清夜，收集泥沙，45℃供干保存，用于测定氮素养分。
水样及泥沙氮养分测定：水样中的总氮(WTN)采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(GB11894-89)测定，可溶性总氮(WDN)是将水样经0.45μm滤膜过滤后,采用国标法GB11894-89测定，确氮(WAN)与按氮(WNN)是将水样经0.45μm滤膜过滤后，采用流动注射分析法测定，颗粒态氮(WPN)＝WTN-WDN。泥沙样总氮(STN)、有效氮(SEN)，稍氮(SAN)与按氮(SNN)测定釆用2MkCl浸提，流动注射分析法。
2.数据计算与分析
1)水、土流失量计算方法
单次次降雨地表径流量测定与计算：每次产流过程结束后，测定集流池中的地表径流的深度，再用此深度值乘以集流池横截面面积得到单次次降雨的地表径流量。
土壤流失量测定与计算：每次产流过程中，在产流初期、中期及后期分3次取样，采用过滤供干法测定径流中泥沙含量，由泥沙含量平均值与径流量的乘积得到单次次降雨的土壤侵烛量。
年地表径流量计算：汇总年度内单次地表径流量之和除以径流小区面积得到
式中，M：年度内地表径流量(m3/hm2)，A：径流小区面积(m2)
年土壤流失量计算：汇总年度内单次土壤流失量之和除以径流小区面积得到，计算式如下：
式中，W：年度内地表径流量(t/km2)
Wj：第j次次降雨土壤流失量(kg)，j＝l，2，3…..m
A：径流小区面积(m2)
2)年总氮、总磷流失负荷计算方法
A.单次次降雨径流总氮或总磷流失量计算：
Rj＝Mj·Cj/1000
式中，Rj：单次次降雨径流小区径流总氮或总磷流失量(kg)
Ci：第j次次降雨地表径流总氮或总磷浓度(kg/L)
B.年径流总氮或总磷流失负荷计算:
式中，R：年径流总氮或总磷失负荷(kg/hm2)
C.单次次降雨泥沙总氮或总磷流失量计算：
Gj＝Mj·θj
式中，Rj：单次次降雨径流小区泥沙总氮或总磷流失量(kg)
θj：第j次次降雨泥沙总氮及总磷浓度(g/kg)
D.年泥沙总氮或不同形态氮流失负荷计算：
式中，G：年泥沙总氮或不同形态氮流失负荷(kg/hm2)
F.年总氮或不同形态氮流失负荷：
T＝R+G
式中，T：年总氮或不同形态氮流失负荷(kg/hm2)
3.运作过程分析
间作工程于2013年开始动工建设，运行至2015年7月30日，自然降雨条件下郧县安阳镇余咀村示范工程试验点分别产生地表径30次，其中，2013年试验期间11次，2014年试验期间12次，2015年7次。各处理产生次降雨的日期及降雨量见表1。
表1试验期产流的降雨时间和降雨量
4.坡耕地水土流失效应分析
(1)控制地表径流的效应分析
由表2可知，工程运行3年后，与玉米对照相比，玉米+白芷间作模式下，可普遍减少坡耕地地表径流，增加土壤雨水蓄积量。玉米+白芷间作处理在种植第一年内就可以显著减少地表径流量，2014年的监测数据表明减少地表径流效果进一步提升，说明玉米+白芷间作在地表径流处理方面，不仅效果好，且具有持续性。该种植模式下，白芷长势非常好，其主要借助于粮药高低搭配、播种时间差和遮荫促长作用，实现了白芷生长环境的改善和地表径流的有效控制。
表2玉米+白芷间作模式对地表径流的影响
注：“-”表示比对照少，效应为正，“+”表示比对照多，效应为零，下同。
(2)控制土壤流失的效应分析
由表3可知，与玉米对照相比，玉米+白芷间作处理在种植第一年内就可以显著减少土壤流失，种植两年后，减少土壤流失效果进一步提升，其主要原因归结于白芷的多年生习性。借助于高矮搭配的种植模式，为白芷生长提供了良好的环境，使其根系生长更为发达，有利于土壤固定，减少水土流失。
表3玉米+白芷间作模式控制土壤流失的效应
(3)对氮磷阻控的效应分析
①对径流中总氮、总磷浓度的影响
为探讨间作工程对坡耕地氮磷的控制效应，根据降雨数据，选取2013年、2014年、2015年代表性降雨径流研究其地表径流中的总氮、总磷含量变化。由表1可以看出，间作工程所处区域主要径流产生时间主要在每年的5-8月份，因此，重点选取每年的5-8月份地表径流中氮磷浓度加以分析。如表4所示，与玉米对照处理相比，2013年，在5月份发苗期，两种处理下，地表径流中的总氮浓度相差不大，其主要原因为前期土地处理较为相似，种植的作物刚刚处于发苗期，导致各个处理之间，无显著性差异。到2013年7月份，随着玉米和白芷的增长，其地表径流中的总氮含量表现出差异性。玉米+白芷间作模式下地表径流中的总氮含量已开始低于对照，这说明玉米+白芷间作模式可以有效控制坡耕地氮的流失。在2014、2015年，相关结果出现重复性，表明玉米+白芷间作模式具有有效性。从三年地表径流中总氮浓度的平均值也可以看出，与种植常规农作物相比，玉米+白芷间作模式可以有效降低地表径流中的氮含量。
表4玉米+白芷间作模式对径流水中总氮浓度的影响
表5为玉米+白芷间作模式对地表径流中总磷浓度的影响。如表5所示，2013年，在5月份发苗期，玉米+白芷间作处理与玉米对照处理中总磷浓度不具有显著差异，综合2013年、2014年和2015年的数据可以看出，在玉米+白芷间作模式下，径流中氮含量显著低于玉米空白对照处理，由于白芷为多年生植物，导致玉米+白芷套种模式下，径流中的总氮含量随着种植时间的延长而逐渐降低。这些结果证实，与普通作物种植模式相比，玉米+白芷间作可以更为有效的控制坡耕地地表径流氮磷含量。
表5玉米+白芷间作模式对径流水中总磷浓度的影响
②对氮磷流失总量的影响
表6为玉米+白芷间作模式对坡耕地氮、磷流失总量的影响。研究结果表明，在2013年，玉米+白芷间作模式下，总氮流失量比玉米对照处理降低16.64kg/hm2，降低幅度为51.2％。2014年，玉米+白芷间作模式总氮流失量比玉米对照处理降低21.22kg/hm2，降低幅度为65.3％。这些结果表明，与常规农作物种植相比，玉米+白芷间作模式可以显著提高坡耕地氮素控制效应。
表6表明，在玉米+白芷间作模式下，土壤中总磷的流失量显著低于玉米对照处理，2013年和2014年的总磷相对流失量分别为-0.53kg/hm2和-0.69kg/hm2，表明玉米+白芷间作模式可以有效控制总磷流失。
表6玉米+白芷间作模式对坡耕地氮、磷流失总量的影响
5.玉米+白芷间作模式下的经济效益评估
根据单位产量及中药材市场价格，可评估其经济效益。从统计结果可以看出，2013年玉米对照处理产值为3.2万/hm2，2014年为3.4万/hm2。与玉米对照处理相比，2013年和2014年平均总经济产值为5.5万/hm2，比玉米对照处理高66％。由此可以看出，玉米+白芷间作模式的经济效益要远远高于普通农作物种植。