紫色土坡耕地植物篱的水土保持效应研究

在四川盆地紫色土区通过标准径流小区试验,研究新银合欢(Leucaena leucocephala,豆科银合欢属)植物篱、香根草(Vetiveria zizanioides,禾本科香根草属)植物篱对坡耕地水土流失和微地形的影响.结果表明:10.,15.坡耕地上,新银合欢植物篱和香根草植物篱均表现出一定的水土保持效应,此效应需要约2年时间才开始显现.据2010年和2011年径流小区的水土流失监测数据知,植物篱对泥沙的控制效应优于对径流的控制效应;同坡度时,香根草植物篱对径流泥沙的拦截效应优于新银合欢植物篱;定植时间较长时,植物篱的减流减沙效益较好,尤其表现在固土减沙方面;坡度对径流泥沙的影响显著于植物篱对径流泥沙的影响,但定植植物篱2年,二者对径流泥沙的影响差距缩小.此外,定植植物篱2年,植物篱改变坡耕地微地形的效应开始显现,篱带前出现泥沙淤积带,篱带间农地坡度变缓,篱带下出现土坎,此种现象以15.坡耕地比10.坡耕地、香根草植物篱小区比新银合欢植物篱小区、底行植物篱带处比中行及顶行植物篱带处稍明显.     

紫色土坡耕地栽种植物篱笆防治水土流失的试验初报

以三峡库区紫色土坡耕地栽种植物活篱笆的试验资料为依据 ,对坡地上如何布置植物活篱笆以及活篱笆的生长情况和初期效益进行了初步研究。结果表明 ,植物篱能有效防治坡耕地的土壤侵蚀 ,提高土壤肥力 ,增加地表植被 ,改变田间小气侯 ,具有投资小、施工简单、操作方便等优点。植物篱株距以 2 0～ 3 0cm为最佳 ,双行植物篱比单行植物篱挡土能力要强得多 ,植物篱梯田的形成时间约为 7～ 1 0年     

辽西坡耕地不同植物篱对水土流失及土壤养分空间分布的影响

在辽西大凌河中游陈杖子小流域坡耕地上,通过小区试验研究了紫穗槐、紫花苜蓿和金银花3种植物篱的水土保持效果和对土壤养分空间分布的影响。研究结果表明,3种植物篱拦蓄径流率为47.11%~50.21%,拦沙率为73.37%~75.58%。植物篱上下5m范围内土壤黏粒和粉粒含量增加,砂粒含量减少,土壤全N含量比对照坡耕地分别增加16.71%、20.52%、15.55%;全P含量比对照坡耕地分别增加11.05%、18.07%、8.77%;全K含量比对照坡耕地分别增加6.37%、2.34%、2.53%;植物篱对土壤养分的空间分布影响在篱带上下5m范围内,超过上下5m范围变化不明显。     

等高植物篱控制紫色土坡耕地侵蚀的特点

应用等高植物篱能在较低投入下有效控制坡地土壤侵蚀和养分流失。三峡库区紫色土 2 5°坡地的大雨强模拟降雨实验表明 ,香根草等高植物篱能减少相当于对照坡耕地的 82 .2 %的侵蚀量 ( 1 997年 1 1月 ) ,通过施肥促进植物篱生长密闭能进一步提高对流失土壤的拦截效率 ,效果不逊于带间覆盖。经过 31个月的侵蚀过程 ,各植物篱小区最明显的坡形变化是篱带处及其前部堆淤成接近水平的淤积带。由于植物篱的阻滞和坡形的变缓 ,径流和表土作用的时间延长 ,由径流携带的养分损失成为坡面养分流失的重要途径 ,控制径流损失是控制养分流失的重要方式之一 ,同时也有助于减少坡面侵蚀     

紫色土区植物篱对坡面土壤微生物特性的影响

土壤微生物是土壤的重要组成部分,对土壤肥力的形成和植物营养的转化起着积极的作用,是土壤肥力和环境变化的重要指标。通过土壤微生物量测定,研究新银合欢植物篱对紫色土区坡地农耕地、经济林地2种土地利用方式及10°,15°坡度下0-20cm土层土壤微生物特性的影响。研究发现：新银合欢植物篱可以明显提高土壤中细菌、放线菌、真菌的数量及微生物量碳、氮含量;植物篱对经济林地小区土壤微生物数量,微生物量碳、氮的影响作用总体上大于对农耕地小区的,同时对10°农耕地的影响作用总体上大于对15°农耕地的;下坡的三大微生物数量,土壤微生物量碳,氮平均含量明显比上坡的多,下坡距离植物篱带最近采样点处三大微生物数量,土壤微生物量碳,氮含量明显比其他采样点的多。表明定植新银合欢植物篱有利于减少土壤肥力衰退,有利于土壤碳、氮素固持。     

植物篱措施对紫色土坡耕地产流产沙及微地形的影响

基于遂宁水土保持试验站坡耕地2012—2016年次降雨和径流输沙数据,定量分析了自然降雨下植物篱对坡耕地产流产沙及微地形的影响。结果表明:植物篱小区总径流深是对照小区的80%~84%,总冲刷量是对照小区的34%~44%,植物篱减沙作用优于减流。对照小区(Ⅱ小区和Ⅴ小区)径流深、冲刷量与平均雨强、降雨量均极显著相关(P0.01);植物篱小区(Ⅰ小区、Ⅲ小区和Ⅳ小区)径流深、冲刷量与平均雨强、降雨量均呈正相关,其中径流深与降雨量极显著相关。各雨型间产流产沙差异不显著,其中植物篱对A型雨(大雨强、短历时)减流减沙效果优于B型雨(中雨强、中历时)和C型雨(小雨强、长历时)。定植植物篱后,篱带前出现泥沙淤积带,15°香根草(Ⅰ小区)、10°香根草(Ⅲ小区)和10°新银合欢(Ⅳ小区)平均坡度分别演变为11.97°,7.73°和7.89°,香根草植物篱的效果较明显,植物篱使得坡耕地梯田化发展。     

等高固氮植物篱模式对坡耕地土壤养分的影响

对坡耕地土壤剖面养分的研究结果表明，等高固N植物篱模式对养分的影响表现在对养分的归还和在土壤剖面的再分配。培植植物篱5年后，该系统中与植物篱不同距离位点0－40cm土层土壤有机质和全N含量分别比对照高1.2-2.3倍和0．5－0．7倍，有效磷和速效钾显著增加，表明植物篱可有效改善土壤养分状况。研究结果还表明在植物篱模式下0－60cm土层土壤有机质和全N含量均比种植带相应土层高，0－20cm土层有效磷和有效钾含量明显比种植带各位点相应土层高，表明植物篱与农作物之间无养分竞争；种植带下部0－40cm土层养分状况比种植带中部和上部相应土层优越，种植带上部各土层养分状况最佳；植物篱内40cm以下土层中有效磷和速效钾含量比种植带下相同土层低，说明植物篱根系可将土壤深层的P、K吸收并通过刈割枝叶返还种植带，发挥养分泵的功能。因此，植物篱通过生物固N和养分泵的功能提高种植带上层土壤养分含量和促进矿物养分循环。     

三峡库区紫色土坡地桑基植物篱水土保持作用研究

以传统种植模式为对照,对桑基植物篱模式拦蓄径流、泥沙及改善土壤抗蚀性的效应进行了较为系统的研究。结果表明:桑基植物篱模式下土壤抗蚀性有较大程度的提高,表层土团聚度和团聚状况分别较传统种植模式提高25 2%和50 6%,而分散率则下降了3 7%,水稳性指数为传统顺坡种植的1 9倍,前10min水稳性团聚体破坏率仅为传统种植模式的57 2%。同时,桑基植物篱的应用能有效地减少紫色土坡地的水土流失,尤以侵蚀量和径流含沙量的减少和降低更为明显,与传统种植模式相比,径流量和径流系数减少或降低了10 34%～20 00%,侵蚀量减少了55 23%～67 84%,径流含沙量减小了48 60%～59 80%;在大雨强时桑基植物篱对减少养分的流失总量和富集比效果也相当显著。该技术的应用可有效地保证紫色土坡地土壤对降雨的充分入渗,减少面源污染,保持坡耕地的土地生产力。     

香根草篱对红壤坡耕地坡面土壤酶活性的影响

为研究香根草篱(Vetiveria zizanioides)对红壤坡耕地土壤酶活性的影响,以典型红壤坡耕地花生+草篱种植模式为研究对象,选取花生常规种植为对照,研究了花生关键生育期香根草篱对表层土壤(0 ~ 20 cm)酶活性的空间影响。研究发现：与花生常规种植相比,香根草篱可以明显提高坡面土壤脲酶、蔗糖酶与过氧化氢酶的含量;栽培植物篱后,坡面土壤脲酶、蔗糖酶与过氧化氢酶活性表现出篱前含量增高,篱下含量降低,形成水平带状分布规律。从花生出苗期-结荚期-成熟期,土壤脲酶、蔗糖酶与过氧化氢酶活性均呈现先增后减的趋势,其中以结荚期较高。采样点与土壤脲酶、蔗糖酶活性呈显著线性相关,3种土壤酶之间的相关性也都达到了显著相关。     

植物篱对坡耕地侵蚀沟发育的影响研究

侵蚀沟严重影响黑土区坡耕地的质量和数量,植物篱为无间断式或接近连续的狭窄带状植物群,具有分散地表径流、降低流速、增加入渗和拦截泥沙等多种功能。是坡耕地治理的优良水土保持措施。通过试验表明,植物篱在保持水土的同时,增加了土壤有机质,改善土壤结构和理化性质,提高了土壤抗冲抗蚀性能,蓄水能力的增强,减少了地表径流,减轻了坡耕地较大侵蚀沟发生的可能性。     

The effect of plant hedgerows on the spatial distribution of soil erosion and soil fertility on sloping farmland in the purple-soil area of China

Recently the effect of plant hedgerows on controlling soil and water loss has been well recognized, and this technology has been widely applied in the world. However, there are few studies on hedgerows’ effect on soil fertility of sloping lands. With an 8-year fixed field experiment, we investigated the effect of two different hedgerows on soil fertility through comparing with the control. Our results showed that along contour lines across the field, clay particles tended to accumulate above plant hedgerows but to be eroded downward below hedgerows. Except for potassium (K), all plant nutrients and soil organic matter showed the same distribution pattern as clay particles. K, however, was evenly distributed in the field without any noticeable influence from hedgerows. Since the beginning of our field experiment, soil phosphorus (P) kept accumulating, while soil organic matter and K were in depletion. Taken together, our results suggest that better nutrient management for the sloping lands should reduce P but increase farm manure and K. As far as the whole sloping field is concerned, special attention in nutrient management should be paid to the soil stripes below hedgerows, the portions suffering from more serious soil erosion.     

紫色土坡耕地降雨入渗试验研究

在田间条件下,利用人工模拟降雨研究了坡度、降雨、耕作方式对紫色土坡耕地入渗过程的影响.试验结果表明:雨强对入渗过程有重要影响.当雨强在19.62～111..69 mm/h之间变化,稳定入渗率随雨强增加而增大.坡度对入渗的影响比较复杂.在5°～25°范围内,随坡度增加,稳定入渗率表现出升-降-升的变化趋势,在10°与20°分别存在极大值与极小值.中耕显著增加了水分入渗,特别在高强度降雨下,中耕使稳定入渗率增加1倍以上,入渗补给系数增大50%以上.入渗率随降雨历时增加而减小,二者关系可以用乘幂函数描述.累积入渗量可以用降雨历时的线性函数来表示.     

Microbial activity affected by lime in a long-term no-till soil

Under conventional farming practices, lime is usually applied on the soil surface and then incorporated into the soil to correct soil acidity. In no-till (NT) systems, where lime is surface applied or only incorporated into the soil to very shallow depth, lime will likely not move to where it is required within reasonable time. Consequently, lime may have to be incorporated into the soil by mechanical means. The objective of this laboratory study was to characterize the effect of lime, incorporated to different depths, on chemical and biological soil properties in a long-term NT soil. Soil samples taken from the 0–5, 0–10, and 0–20 cm depths were analyzed in incubation studies for soil pH, nitrate, CO₂ respiration, and microbial biomass-C (MBC). Lime (CaCO₃) was applied at rates equivalent to 0, 4.4, 8.8, and 17.6 Mg ha⁻¹. Application of lime to both 0–10 and 0–20 cm depths increased soil pH from about 4.9 by 1, 1.7, and 2.8 units for the low, medium, and high liming rates, respectively. Soil nitrate increased over time and in proportion to liming rate, suggesting that conditions were favorable for N-mineralization and nitrification. Greater respiration rates and greater MBC found in lime-treated than in non-limed soils were attributed to higher soil pH. Faster turnover rates and increased mineralization of organic matter were found in lime-treated than in non-limed soils. These studies show that below-surface lime placement is effective for correcting soil acidity under NT and that microbial activity and nitrification can be enhanced.     

薄层紫色土坡耕地胶体颗粒随地表径流及裂隙潜流迁移规律

为查明薄层紫色土坡耕地土-岩二元结构中胶体颗粒随地表径流和泥岩裂隙潜流迁移的规律,在2015年3场自然降雨事件中对1 500 m~2大型坡耕地径流场进行监测研究。结果表明:1)地表径流的产流方式主要受土壤前期水饱和度、降雨强度和历时影响;裂隙潜流则主要受降雨量控制,其峰值流量对降雨的响应滞后于地表径流30 min左右;坡中部和坡下部对地表径流、裂隙潜流的贡献明显高于坡上部。2)地表径流中胶体颗粒质量浓度数十倍于裂隙潜流,最高可达4 827 mg/L,单场降雨事件中地表径流胶体迁移总量可超过7 kg。3)地表径流和裂隙潜流中胶体迁移速度快于径流,胶体质量浓度峰值的出现早于径流量峰值;地表径流中的胶体颗粒质量浓度主要受土壤水饱和度和径流过程控制。该研究结果对于估算农田中胶体结合态污染物的迁移通量具有参考价值。     

紫色土坡耕地农田生态系统蒸散发与水分利用效率及其影响因素

蒸散发与水分利用效率是农田生态系统碳水循环的重要衡量指标。本研究利用涡度相关技术对紫色土坡耕地生态系统进行连续观测,获取2014—2018年碳水通量数据,分析紫色土冬小麦-夏玉米轮作下的雨养坡耕地农田生态系统蒸散发和水分利用效率变化特征及其对主要环境因子的响应规律。结果表明:紫色土坡耕地农田生态系统蒸散发日变化规律呈单峰型趋势,最大值均在14:00前后出现;一年中8月日蒸散发最高,1月最低;夏季日变化幅度最大,春季次之,冬季和秋季变化较为平缓。叶面积指数、温度为影响紫色土坡耕地蒸散发的最主要因子,其次为饱和水汽压差。水分利用效率在9:00—17:00期间基本呈先下降后回升的变化规律,冬季水分利用效率为全年最高;叶面积指数、CO2通量为影响水分利用效率的主要因子,其次为温度,相对湿度、饱和水汽压差等水分条件也显著影响了水分利用效率。年际差异分析结果表明,紫色土坡耕地夏季玉米生长盛期的水分利用效率对降雨响应更为敏感,同时冬季土壤水分为冬季蒸散发和水分利用效率的关键影响因子。未来仍需对紫色土坡耕地农田生态系统生长盛期蒸散发与水分利用效率动态进行深入研究,从而为探明当地主要作物应对春夏季季节性干旱威胁的系统性策略提供科学依据。     

不同时间尺度反坡台阶红壤坡耕地土壤水分动态变化规律

为研究反坡台阶对红壤坡耕地土壤水分不同时间尺度变化以及土壤干湿变化的影响,在2016—2017年对布设反坡台阶坡耕地和原状坡耕地0～100 cm深度土壤水分状况进行了持续监测,计算了土壤相对含水率和增墒率。结果表明,反坡台阶对土壤水分的增加作用在枯水年更为显著(P0.05)。坡耕地旱季各土层土壤含水率变化相对不明显,基本上呈现出随着土层深度逐渐增加的规律;7月、9月和11月则呈现出明显的S状的规律;坡耕地布设反坡台阶后,各个时段各个土层土壤含水率均有了明显的提高,尤其是在5月土壤补水期和11月土壤失水期对土壤水分的增加效果更加明显。坡耕地土壤逐日含水率变异程度随着土层深度增加而逐渐减小;反坡台阶处理坡耕地和原状坡耕地5、20和40cm处土壤逐日含水率与降雨量呈现极显著的相关关系(P0.01),60cm处土壤逐日含水率与降雨量达显著相关(P0.05),而80、100 cm深度土壤逐日含水率与降雨量之间相关关系不显著。反坡台阶对坡耕地5、20、40、60、80、100 cm处土壤平均增墒率分别达到15.22%、15.25%、16.91%、15.60%、16.50%和16.17%,而其对不同深度土壤增墒率在年内均呈现出不同的变化规律。坡耕地布设反坡台阶,显著增加了土壤含水率,增加了土壤湿润期的持续时间,并且能显著提高坡耕地降雨利用率,这对于解决坡耕地的生态水文型干旱问题,提高山区坡耕地农业生产力具有重要意义。     

紫色土区不同植物篱模式控制坡耕地氮素流失效应

为优选紫色土区控制农田氮磷等养分流失的复合农林模式,利用野外径流小区试验,结合室内分析与数理统计法研究了植物篱模式控制紫色土区坡耕地氮素流失效应。结果表明,植物篱模式减少了坡耕地总氮及各形态氮流失负荷,就总氮而言,20°坡耕地紫穗槐与香根草模式下年均总氮流失负荷分别比横坡农作模式降低92.4%、90.0%;13°坡耕地紫花苜蓿与蓑草模式的年均总氮流失负荷分别比横坡农作模式降低88.7%、83.9%。径流与泥沙流失量的减少与径流氮浓度的降低是植物篱控制坡耕地氮素流失的主要机制。紫穗槐、香根草、紫花苜蓿与蓑草植物篱模式可作为西南紫色丘陵区农业非点源氮素污染的源头控制技术,特别是20°以上坡耕地推广与实施灌木类植物篱模式,能长期有效地控制农田盈余氮素流失。     

不同种植模式对坡耕地红壤团聚体中酶活性及养分含量的影响

为探究不同种植模式下坡耕地红壤团聚体中的酶活性和养分含量，为改善耕地质量提供理论依据，以坡耕地红壤为研究对象，设置大豆单作（DD）、玉米单作（MM）、大豆玉米间作（MD）、裸地（CK）4个处理，利用干筛法获得2~1、1~0.25、<0.25 mm粒径团聚体，并测定了其中的酶活性和养分含量。结果表明：①与CK、DD、MM处理相比，MD处理显著提高了2~1 mm粒径团聚体的含量，增幅分别为22.2%、13.3%、16.2%。②MD处理显著提高了2~1 mm粒径团聚体中的有机质、有效磷、碱解氮含量，分别较DD和CK处理提高11.9%、29.2%，51.1%、57.5%和16.5%、29.1%；速效钾含量均表现为DD处理显著高于CK、MM、MD处理。③与CK、DD、MM处理相比，MD处理显著提高了2~1 mm和1~0.25 mm粒径团聚体中的脲酶活性，增幅分别为61.0%、18.8%、14.5%和65.0%、17.9%、13.8%，显著提高2~1 mm粒径团聚体中的蔗糖酶活性和<0.25 mm粒径团聚体中的酸性磷酸酶活性，增幅分别为63.8%、57.1%、32.8%和80.4%、44.3%、74.1%。④冗余分析表明，2~1 mm粒径团聚体中的脲酶和蔗糖酶活性与有效磷、有机质含量显著正相关，1~0.25 mm粒径团聚体中的酶活性与有机质、有效磷、碱解氮含量显著正相关，<0.25 mm粒径团聚体中的酶活性与碱解氮、有效磷含量显著正相关。研究表明，合理的种植模式不仅可以促进大团聚体的形成，还能提高大团聚体中的酶活性和养分含量，从而提高土壤肥力，改善耕地质量。     

土壤侵蚀因素对紫色丘陵区坡耕地耕层质量影响

土壤侵蚀是导致坡耕地耕层土壤质量退化和土壤生产力不稳定的关键因素。该文以紫色丘陵区坡耕地为例,对坡耕地不同地力等级耕层土壤质量、渗透性能及耕层类型进行聚类分析,讨论了土壤侵蚀对坡耕地耕层厚度影响及合理耕层土体构型。结果表明:(1)紫色土坡耕地耕层土壤质量具有中等程度变异性,有效土层厚度(15~80 cm)和耕层厚度(15~25 cm)变异系数分别为12.18%和37.26%,土壤有效磷变异系数可达94.51%,说明土壤物理指标变异性小于化学指标变化;三级以下地力耕层构型为近似全虚或全实剖面结构,五等地力坡耕地产量下降50%左右。(2)紫色土坡耕地不同坡位、不同垂直深度的耕层土壤物理性质、持水性能及耕作性能差异显著(P0.05),土壤容重为上坡下坡中坡,土壤抗剪强度为上坡中坡下坡,土壤稳定入渗为下坡中坡上坡,土壤贯入阻力表现为中坡上坡下坡;除土壤入渗外,土壤容重、抗剪强度、贯入阻力均表现为底土层心土层耕层;坡耕地0~40 cm土层中蓄存降水可被农作物利用70%左右。(3)中度侵蚀程度坡耕地,年均耕层厚度薄化值为1.04~3.04 mm,坡耕地合理耕层建立可选择有效土层厚度、耕层厚度、土壤容重、土壤抗剪强度、土壤有机质、土壤渗透性为坡耕地合理耕层评价最小数据集,耕层构型总体保持上虚下实型、耕层厚度20~25 cm、有效土层厚度50~60 cm。(4)紫色土坡耕地可分为四种耕层类型,其障碍耕层主要表现为有效土层厚度限制型(第II类)、耕层厚度限制型(第III类)和土壤养分限制型(第IV类),分别占耕层总量30%、10%、3%;紫色土坡耕地合理耕层建立应重点关注有效土层厚度和耕层厚度调控。研究结果可为客观认识土壤侵蚀与紫色土坡耕地耕层退化关系、合理耕层构建提供理论依据和技术参数支持。     

紫色土区坡耕地植物篱模式综合生态效益评价

科学评价植物篱模式提高坡耕地生态效益是进一步评价其生态经济社会综合效益的基础,可促进优化植物篱模式在山丘区的推广与应用。针对已有文献对植物篱模式生态效益评价存在评价指标片面等问题,选择植物篱模式下水土与农业面源污染物流失、土壤抗侵蚀力与土地生产力4方面指标,应用层次分析法与熵权法相结合计算评价指标权重,多因素综合评价法对西南紫色土区坡耕地紫穗槐、香根草、紫花苜蓿与蓑草4种植物篱模式进行综合生态效益评价。结果表明,植物篱模式的综合生态效益和不同类型生态效益较常规横坡农作模式明显提高,其中综合生态效益指数(A)、保持水土效益指数(B1)、控制农业面源污染效益指数(B2)、土壤抗侵蚀力效益指数(B3)、土地生产力效益指数(B4)分别增加206.4%~301.9%、228.6%~278.4%、212.6%~346.6%、93.7%~126.0%、23.6%~35.8%。植物篱模式不同类型生态效益指数大小顺序为B2(1.165)B1(0.962)B4(0.495)B3(0.332)。不同植物篱模式提高坡耕地综合生态效益的效应表现为20坡地紫穗槐模式香根草,13坡地紫花苜蓿蓑草。20坡耕地植物篱模式综合生态效益指数平均增加幅度(295.0%)大于13坡地植物篱模式(211.0%)。说明在西南紫色丘陵区的坡耕地,尤其是20以上坡耕地推广与实施灌木类植物篱可大幅提高其综合生态效益。