坡耕地植物篱在水土保持中的应用

 坡耕地植物篱种植模式是一种坡耕地可持续利用技术。结合已有研究成果,对坡耕地植物篱研究现状、效益等作了系统介绍。植物篱种植模式对改善土壤物理性质、提高土壤养分、减小坡耕地水土流失、防止土壤退化、促进农作物生长、增加作物产量、提供饲料、薪柴等方面具有良好的作用和效果,植物篱在坡耕地资源可持续利用中具有显著的生态效益和经济效益。对目前坡耕地植物篱认识上的问题及需要深入开展的工作进行了讨论,以促进我国植物篱技术和坡耕地整治的研究与发展。     

三峡库区坡耕地植物篱对土壤特性的影响研究

植物篱在减少坡耕地径流、控制土壤侵蚀和降低非点源污染方面具有重要的作用。采用中国科学院万州典型区生态环境监测重点站监测的三峡库区坡耕地皇竹草植物篱小区和对照小区连续6年的监测资料,研究了坡耕地皇竹草植物篱对土壤特性的影响,结果表明植物篱能有效地改善坡耕地土壤结构、提高土壤养分含量。植物篱的实施有利于三峡库区坡耕地的可持续利用。     

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。     

植物篱技术及其生态效益研究进展

植物篱模式是实现山区农业可持续发展的一项适宜模式和种植技术,是一种坡地改良和可持续利用的生物工程措施。植物篱在控制土壤流失、增加土壤肥力、改善土壤物理性质和控制面源污染等方面具有显著的生态效益。本文在对目前国内外植物篱技术研究推广现状分析的基础上,对植物篱在土壤侵蚀控制、地表径流削减、土壤养分增加、土壤物理性质改善和面源污染控制等方面的生态效益和机理进行了分析,并探讨了植物篱技术应用和研究方面的不足和今后研究的重点领域,以期为我国坡耕地的可持续利用提供一些借鉴和参考。     

等高植物篱模式下土壤物理性质变化与水土保持效果研究进展

等高植物篱模式就是在坡耕地上每隔4~8m的距离沿等高线将植物篱与作物种植带相间分布的一种农林复合经营模式,用于坡耕地的水土保持。已有的研究结果表明,等高植物篱技术用于坡耕地可有效地改善土壤物理性质和土壤水分状况,防治坡耕地水土流失效果显著,土壤水分的季节性再分配也有利于农作物的生长。但是该系统内植物篱和农作物相互之间的水分和养分关系有待深入研究。     

植物篱对石灰土坡耕地理化性质及磷素流失的影响

在三峡库区香溪河流域典型石灰土坡耕地通过修建标准径流小区,设置栀子花(灌木)和黑麦草(草本)植物篱,研究不同类型植物篱对石灰土坡耕地耕层土壤理化性质及磷素流失特征的影响。结果表明:植物篱系统可有效的增加土壤耕层细颗粒含量和减小土壤容重,从而改善土壤分形特征,增强土壤疏通性及含水量,达到增大石灰土坡耕地土壤抗蚀性指数和防治土壤养分流失的目的;2种类型植物篱在不同深度耕层、植物篱带内和带间对石灰土坡耕地理化性质及磷素流失的影响表现出一定的差异性,但总体上差异不显著;土壤耕层黏粒含量与土壤中Ca_8-P、Al-P、Fe-P、O-P和Ca_(10)-P的含量均达到了极显著正相关(r=0.772,0.805,0.603,0.682,0.738),土壤容重与土壤黏粒含量存在显著的负相关关系(r=-0.648),表明植物篱系统是通过对土壤黏粒的有效阻滞和富集,从而减小石灰性土壤容重和磷素的流失,实现改善石灰土坡耕地土壤理化性质和防治农业面源污染的效果。     

不同植物篱对紫色土区坡耕地表层土壤理化性质的影响

为探究植物篱措施对坡耕地表层土壤理化性质的作用,基于遂宁水土保持试验站长期定位观测数据,结合野外采样和室内分析,对比分析了香根草和新银合欢植物篱定植3a后径流小区表层土壤理化性质的变化。结果表明:植物篱小区表层土壤砂粒含量是对照组的49%~92%,0.25mm水稳性团聚体含量是对照组的110%~119%,表明植物篱能够改善土壤表层的颗粒组成和团聚体含量,且10°小区较15°小区变化更为显著。植物篱小区表层土壤总孔隙度为50.2%~53.2%,空白对照组总孔隙度为45.5%~48.5%;非毛管孔隙度要显著高于对照组,而毛管孔隙度低于对照组;和对照组相比,植物篱小区表层土壤SOC及TN含量显著增加,土壤TP及TK含量显著减少,15°坡耕地及植物篱上侧较显著。植物篱措施能够显著增加土壤表层的SOC和TN含量,土壤TP和TK含量略有减少,故植物篱小区应适当增加磷钾养分的补充。总体来看,植物篱对坡耕地表层土壤颗粒组成和团聚体的作用大于养分,能显著改善土壤物理结构,其中香根草植物篱对土壤物理结构的改善作用强于新银合欢植物篱。在今后对植物篱措施的应用过程中,应采取相应措施保持土壤结构的稳定性和养分平衡。     

植物篱-农作坡耕地土壤微团聚体组成及分形特征

利用植物篱控制水土流失的长期定位实验,采用数理统计法研究了13 a期植物篱-农作坡耕地土壤微团聚体组成及分形特征。结果表明,与传统横坡农作模式相比,植物篱能明显增加0.2 mm粒级土壤微团粒含量,尤其是0.2～0.05 mm粒级,提高了土壤微团聚体分形维数与团聚度,降低了坡耕地土壤小粒级微团聚体在下坡位的相对富集程度,优化了土壤大小粒级微团聚体的坡面分布。紫色丘陵区植物篱-农作模式下土壤微团聚体分形维数反映了坡耕地土壤的物理性质、养分肥力与抗蚀能力。     

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。     

带状种植系统养分供给与利用研究进展

带状种植是1种以固N植物篱为核心、农作物与植物篱相间种植的农林复合经营模式，植物篱通过修剪避免对农作物遮光，其枝叶作为覆盖物和有机肥，可提高土壤肥力。阐述了植物篱枝叶N素矿化和利用、枝叶有机碳矿化及其对土壤有机质的影响以及固N植物篱对土壤P素和其他矿质元素的供给状况，并评价了该模式下土壤养分和有机质动态。     

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.     

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     

The effects of contour hedges and reduced tillage with ridge furrow cultivation on nitrogen and phosphorus losses from sloping arable land

Purpose

Agricultural nonpoint sources of nitrogen and phosphorus pollution are thought to pose great threats to the regional water quality in the Three Gorges area (TGA) of China. To explore the effects of protective methods on soil and nutrient losses from sloping arable land, rainfall runoff plot experiment was conducted from May 2010 to May 2011.

Materials and methods

For a rotation of wheat and maize, four treatments with three replicates were set up: H1, planting Vetiveria zizanioides contour hedgerows; H2, planting alfalfa contour hedgerows; H3, wheat intercropped with horsebean and maize intercropped with soybean, reduced tillage, and ridge furrow cultivation; and H4, conventional management. Nitrogen and phosphorus losses via surface and subsurface runoff were analyzed.

Results and discussion

When compared with that in H4, sediment phosphorus losses from plots of H1, H2, and H3 were significantly reduced by 46.61, 30.51, and 37.29%, respectively, while surface runoff total phosphorus loss was reduced by 45.38, 28.46, and 34.62%, respectively. Sediment nitrogen and surface runoff total nitrogen losses were not reduced significantly. Sediments were highly enriched with organic matter and nutrients, and decaying organic matter from plant residuals contributed to sediment nitrogen and phosphorus losses.

Conclusions

In sandy loam sloping arable land, contour hedgerows and ridge furrow cultivation were effective in reducing phosphorus loss via surface runoff. However, subsurface runoff is the primary path for nutrient losses, especially for nitrogen loss. Accordingly, attention should be given to improve the management of fertilizer nutrients, soil water, and plant residuals in sandy loam slope land.     

植物篱防蚀措施对三峡库区坡耕地微地形的影响

三峡库区是我国重要的水蚀区之一，过度农业利用引发水土流失和生态退化。采用保护性管理对坡耕地水土和营养盐流失的影响已经开展了很多研究，而基于长期试验的保护性管理措施对坡面微地形的影响，鲜有涉及。本文对位于三峡库区域地区陡坡地四种管理模式长期试验径流小区坡面地形相关参数进行了观测、分析。结果显示，与对照小麦—花生种植模式相比，采用套种紫花苜蓿植物篱、香椿植物篱能够极显著降低水土流失，坡面地形沿篱基梯级化显著。而黑麦草-籽粒苋替代模式对水土流失控制效果不稳定，且坡面地形与对照无差异。小麦-花生套种紫花苜蓿、香椿植物篱处理的坡面均形成基于篱带部的篱坎，篱坎下部侵蚀较强，篱带上淤下蚀现象明显。其中小麦-花生套种香椿植物篱小区坡面形成2级植物篱淤积坎，坎宽幅平均达到420.8 cm，淤积坎相对高差为40.4 cm，平均坡度下降1.4度。小麦-花生套种紫花苜蓿植物篱坡面形成4级篱坎平均坎宽幅为210.3 cm，平均相对高度为110.6 cm，平均坡长为238.1 cm，平均坡度下降0.3度。说明坡耕地采用植物篱技术能够减蚀截淤，显著改变微地形。针对微地形的变化，套作植物篱的坡耕地在后期宜实行坡改梯或梯级坡地配套完善灌排设施，利用已优选的植物品种设计木本与草本套种的复合植物篱，有望进一步改善土体根系分布，从而稳固篱坎，控制水土流失。该研究为植物篱技术后续管理措施优化提供了参考依据。     

带状种植系统养分供给与利用研究进展

带状种植是1种以固N植物篱为核心、农作物与植物篱相间种植的农林复合经营模式，植物篱通过修剪避免对农作物遮光，其枝叶作为覆盖物和有机肥，可提高土壤肥力。阐述了植物篱枝叶N素矿化和利用、枝叶有机碳矿化及其对土壤有机质的影响以及固N植物篱对土壤P素和其他矿质元素的供给状况，并评价了该模式下土壤养分和有机质动态。     

黄土丘陵区小流域植被恢复的土壤养分效应研究

研究了安家坡小流域荒草地、山杏林地、农地、油松林地、灌木林地、弃耕地等地类的土壤养分特征。结果表明,植被系统具有较强的养分表层富集功能;不同植被恢复类型对土壤养分含量有明显的影响,主要表现在不同土层土壤有机质、速效磷、速效钾、硝态氮和铵态氮含量在不同植被类型间存在显著的差异性;人工灌木植被对土壤的培肥作用高于乔木植被;农地弃耕(撂荒)有一定的土壤培肥作用;对水土流失极为严重的黄土丘陵沟壑区来说,在退耕还林还草时应优先考虑恢复灌木和草本等先锋植被;在土壤质量改善到一定程度时,再进行乔木的间植;农地弃耕是一种节省人力物力而其生态环境效应又很好的双赢途径。     

等高固氮植物篱技术在坡耕地可持续耕作中的应用

等高固氮植物篱技术是利用固氮植物能够固氮、生长快和具多用途的特点，在坡耕地上建立高密度植物篱。通过枝叶还田及腐根和枯枝落叶，有改善土壤肥力、团粒结构及水分渗透率，加上植物篱的机械阻档，联系人针表径流50％－70％，减少土壤侵蚀97％－99％，土壤全氮含量增加65％－103％，有机质含量增加达25％－35％，农作物增产达 30％－60％。该技术具有投入低、操作简便、实用性强、效果显著、效益多样的特点。该技术综合地解决了山区坡耕地水土保持和土壤培肥的问题和用地、养地的矛盾，可实现坡耕地的可持续耕作利用，值得在我国山区大力推广。     

耕地地力对化肥养分利用的影响机制及其调控研究进展

耕地地力影响了化肥养分的利用效率,是调控养分利用率的基础途径。本文概述了耕地土壤障碍对养分利用的制约机制、耕地地力培育对养分利用的促进机制、提高养分资源利用效率的耕地培肥模式3个方面的研究进展。针对我国主要的耕地土壤–作物系统,提高化肥养分利用率需要解决4个地力调控方面的关键问题:地力与养分利用率关系及其时空变化规律、土壤障碍制约养分高效蓄积转化机制与消减原理、地力培肥促进根系–土壤–微生物互作提高养分耦合利用机制及调控途径、肥沃耕层构建与生物功能提升对养分蓄纳供应的协同驱动增效机制与调控理论。本文提出基于多时空尺度综合研究,建立稳定提升土壤功能–加速养分循环利用的"双核驱动"地力综合管理理论,在不同区域构建并应用化肥减施增效的耕地地力综合管理模式,实现耕地大面积均衡减施化肥的目标。