河西绿洲灌区春小麦留茬免耕的防风蚀效应研究

通过风洞模拟试验,对不同留茬高度(20 cm和40 cm)和不同留茬方式(立秆留茬和留茬收后压倒)下的土壤风蚀量和不同处理在25～250 mm高度内的风速廓线进行定量测定,并分析土壤风蚀速率与风速的关系.结果表明,高立秆留茬免耕处理在吹蚀风速20m˙s-1以下时对土壤的防风蚀作用存在显著影响.立秆留茬40 cm的风蚀速率比传统耕作降低87.84%,比相同留茬量的压倒留茬处理降低5.89%,表现为最小风蚀速率,且对吹蚀风速的减弱作用最强,防风蚀效果最好.进一步研究表明,传统耕作的土壤风蚀速率(Q)与风速(V)呈幂函数关系,而免耕处理的土壤风蚀速率(Q)与风速(V)遵循二次函数关系.     

农牧交错带土地利用类型对土壤风蚀的影响

[目的]研究农牧交错带不同土地利用类型对土壤风蚀的影响,为干旱沙区土地资源的合理利用及经营耕作提供科学依据。[方法]通过气象资料和野外风蚀试验,分析该区不同土地利用方式下的土壤风蚀状况。[结果]不同土地利用类型对土壤风蚀的影响显著,在不同利用类型的人工草地中羊草地较苜蓿地减蚀效果显著,天然草地中滨草地减蚀效果优于蒿草地,人工草地较天然草地显著降低土壤风蚀量。农田用地中耕翻地土壤风蚀量最高,未留茬免耕玉米地较耕翻地风蚀量减少46.7%~48.6%;作物留茬地土壤减蚀效果显著,且留茬作物不同,减蚀效果差异明显,玉米留茬较耕翻地风蚀量减少了58.1%~63.5%,荞麦留茬较耕翻地减蚀率为50.5%~54.6%。在不同地形坡地中迎风坡风蚀量高于背风坡3.12~3.73倍。[结论]应在该地区适宜增加人工草地种植面积,减少冬春季节耕翻地面积,减少迎风坡土地的开垦利用,在冬春季节采取地表覆盖或者作物收获后留茬的保护措施,以降低土壤风蚀程度。     

黄土高原水蚀风蚀交错带坡耕地土壤风蚀特征

黄土高原水蚀风蚀交错带受风力及水力共同作用,是世界上土壤侵蚀最严重区域之一。研究通过选取神木县六道沟流域迎风坡和背风坡4块坡耕地,所选样地进行留茬和翻耕处理,利用~7Be示踪技术测试表层土壤样品(0—20 mm),估算土壤风蚀速率,以期阐明坡面风蚀速率空间分布特征,明确有效防治风蚀的农田耕作措施。结果表明:迎风坡风蚀速率显著高于背风坡(p0.05),留茬可显著减少坡面风蚀速率(p0.05),迎风坡翻耕地、迎风坡留茬地、背风坡翻耕地和背风坡留茬地平均风蚀速率分别为778.2,388.4,78.5,4.7 t/(km~2·a)。风蚀速率沿坡面由上而下均呈现递减趋势,且留茬地更为显著。4块样地风蚀速率等值线的局部形变显示了坡面的微地貌变化,其中以留茬地更为明显且出现高侵蚀中心和沉积中心。因此,为有效防治该区域的土壤风蚀,建议采取秋收后留茬、春季播种前翻耕的方式,并根据坡向和作物类型等调整留茬高度。     

民勤绿洲不同耕作方式农田表层土壤风蚀规律的风洞模拟研究

[目的]比较分析不同耕作方式下农田表层土壤防风蚀机理和效果,为区域社会经济和生态环境建设提供科学依据。[方法]利用室内风洞及相关配套设备对甘肃民勤绿洲区的免耕、少耕、秋翻和深松农田表层土壤进行风蚀测试,计算风蚀速率及输沙率,研究其风沙运动规律,分析各种耕作农田表层土壤防风蚀情况。[结果]耕作措施对土壤风蚀速率的影响与风速大小相关,风速较小时,不同耕作方式对风速的影响差异不显著,而当风速大于14 m/s后不同耕作农田表层土壤风蚀速率开始出现较明显差异;少耕、秋翻、深松等耕作方式对农田表层土壤风蚀速率和输沙率的影响差异不明显;免耕耕作方式下农田表层土壤风蚀速率和输沙率最低,风速越高,差距越大;风速、耕作以及两者交互作用对农田表层土壤风蚀速率和输沙率有极显著影响。[结论]免耕耕作能有效抵抗农田表层土壤的风蚀,大幅度减少输沙率,表现出极佳的抗风蚀效果。     

地表覆被因子对华北寒旱区土壤抗风蚀力的影响

为了明晰不同类型土壤的抗风蚀力特征与华北寒旱区农田地表覆被因子减降土壤风蚀的效果,采用国家发明专利"土壤风蚀测定装置",通过室内模拟与田间实证研究,分析砂砾、垡片覆被以及耕作措施、残茬存留等地表覆被因子对不同类型农田土壤抗风蚀力的影响。结果表明,砂质栗钙土抗风蚀能力高于壤质草甸栗钙土,在连续吹蚀下地表土壤吹蚀量呈"L"形下降特征;砂砾与垡片覆被可显著增强土壤抗风蚀能力,随覆被度增加土壤吹蚀量呈近线性指数型下降特征。华北寒旱区多年免耕的燕麦留茬农田,地表土壤吹蚀量较传统翻耕田降低70.28%～88.42%,多年免耕的地表砂砾覆被对增强砂质栗钙土农田的抗风蚀力起重要作用;而留茬覆被的粗糙度效应对增强壤质草甸栗钙土农田抗风蚀力更为重要。壤质草甸栗钙土秋耕立垡覆被,较传统翻耕田地表土壤吹蚀量降低92.21%。研究表明,生物性残茬覆被、非生物性砂砾与垡片覆被具有显著提高土壤抗风蚀力效应;在华北寒旱区农田,燕麦留茬免耕覆被可显著降低土壤吹蚀量;对无植被存留条件的壤质草甸栗钙土农田,秋耕立垡覆被同样具有显著提高土壤抗风蚀力效果。     

保护性耕作对农田土壤风蚀影响的室内风洞实验研究

保护性耕作能够有效减少农田土壤风蚀。通过室内风洞实验,定量分析不同作物留茬、不同秸秆覆盖量对安塞黄绵土风蚀作用的影响。结果表明:(1)小麦留茬、玉米留茬以及秸秆覆盖都可以有效的减少风蚀。小麦秸秆覆盖量为4 210kg/hm2时土壤抗风蚀效率最高,达到95.9%;(2)风蚀量与风速成正相关关系,风蚀量随风速的变化均存在突然增大的转折点且30cm小麦留茬的转折点会明显滞后于30cm玉米留茬和裸土,30cm小麦留茬的抗风蚀效率要好于30cm玉米留茬;小麦秸秆覆盖量越大,抗风蚀效率越好;(3)随着高度的增加风蚀量逐渐减小,超过90%的风蚀量都集中在0～36cm高度范围内。随着风速的增大,0～10cm风蚀量所占比例会逐渐增加。     

保护性耕作农田抗风蚀效应多因素回归分析

为定量评价风洞中心风速、留茬高度、植被盖度及交互作用对保护性耕作农田风蚀的影响,按均匀试验设计方案,采用野外风洞原位测试方法,完成了保护性耕作农田抗风蚀效应多因素试验。用偏最小二乘回归（PLSR）理论,建立了保护性耕作农田土壤风蚀模型。分析表明：各因素对输沙率作用的主次顺序依次为：中心风速、植被盖度、留茬高度;对截留率作用的主次顺序依次为：留茬高度、植被盖度、中心风速;各因素对输沙率、截留率交互作用规律相同,由主到次为：留茬高度×植被盖度、中心风速×植被盖度、中心风速×留茬高度。结果证明,保护性耕作农田的抗风蚀机理,不仅受单因素的影响,还与中心风速、留茬高度、植被盖度间的交互作用关系密切。     

晋北半干旱区免耕对玉米光合和蒸腾特性的影响

采用田间小区试验,对覆盖免耕、留茬免耕和传统翻耕三种耕作方式下玉米不同生育期土壤温度、土壤含水量以及玉米蒸腾速率和净光合速率进行观测。结果表明:与翻耕相比,免耕可降低0-20cm土层的土壤温度;覆盖免耕玉米地土壤温度的降低幅度较大,而留茬免耕地则较小;免耕对土壤温度的降低作用随着玉米的生长发育而减弱。免耕能够提高土壤含水量,尤其是0-60cm土层。免耕与翻耕相比,在玉米苗期,叶片的蒸腾和光合速率降低,其中覆盖免耕玉米日平均蒸腾与光合速率比翻耕分别降低了8.5%和9.7%,差异显著;留茬免耕略有降低,但差异不显著。在拔节前期,免耕与翻耕田玉米的蒸腾和光合速率无显著差异;在拔节后期、抽穗期和灌浆期,覆盖免耕玉米蒸腾和光合速率均比翻耕显著提高;留茬免耕在灌浆期玉米的蒸腾与光合速率均比翻耕显著提高,其它时期与翻耕差异不显著。     

乌兰布和沙漠绿洲农田不同土地利用方式地表风蚀特征研究

土壤风蚀是干旱地区绿洲农田开发的一个突出生态问题,如何针对不同的立地单元采取保护性措施是人们长久以来关注的重点。本文选择乌兰布和沙漠绿洲农田流沙地、沙质耕地、黏质耕地、撂荒耕地及留茬地5种典型土地利用方式,对其风速特征、地表蚀积量进行野外原位测定,并分析了不同下垫面的地表粗糙度和沉积土壤粒径特征。结果表明:研究区土壤颗粒组成以细砂含量占主导地位,粉粒、中砂与粗砂含量相对较低。与对照相比,各土地利用方式均能有效增加地表粗糙度,表现为:留茬地(0.32 cm)撂荒耕地(0.29 cm)沙质耕地(0.25 cm)黏质耕地(0.19cm)流沙地(0.02 cm)。土壤风蚀深度整体表现为流沙地沙质耕地撂荒耕地黏质耕地留茬地,5种利用方式下,留茬地风蚀程度最轻,风蚀深度仅为0.04 cm/d,分别较流沙地、沙质耕地、黏质耕地及撂荒耕地降低了99.03%、96.83%、94.29%与90.24%。因而,留茬地具有较好的防风蚀效益,是一种值得推广的土壤风蚀防治措施。     

三种典型地表风速廓线的试验研究

针对北方土壤风蚀问题,用RMTO型多通道无线风速廓线仪对内蒙古四子王旗3种典型地表——天然草地、灌草带状修复草地和传统秋翻耕农田的近地表风速廓线进行研究,定量分析了3种不同地表的空气动力学粗糙度及其抗风蚀能力。结果表明:不同地表的近地表风速廓线形态不一,风速都随测点高度的增加而增大,符合指数分布规律;粗糙度越大的地表其表面抗风蚀能力越强;灌草带状修复草地的粗糙度分别是天然草地和传统秋翻耕农田粗糙度的2.1和5.0倍。     

甘肃秦王川灌区种植豆禾混播牧草的农田生态保育效应

以裸地(CK)、种植小麦(Triticum aestivum)和苜蓿/无芒雀麦(Medicago sativa/Bromus inermis)豆禾混播牧草地为研究对象,通过测定地表植被特征指标、土壤风蚀量及理化性质等指标,探究秦王川灌区农田风蚀规律及种植春小麦和牧草对土壤及养分流失的影响。结果表明:农田表土损失呈秋末冬初流失较多,冬季较少,春季又明显增强的"U"形曲线模式,从9月至翌年6月,出现2个风蚀高峰期(9—11月和3—5月);耕地裸露造成表土年均流失1.7 kg/m~2,即每年被风吹蚀1.3 mm厚表土,土壤有机质损失236.2 kg/hm~2,而种植小麦和牧草后在地表植被(根茬)覆盖作用下表土流失减少20.1%和52.3%,有机质损失减少12.2%和50.7%;由于风蚀季牧草植被(根茬)的盖度、高度和地表生物量均较小麦大,使得牧草地的地表粗糙度和湿度及表土(0—5 cm)含水率较小麦地高,从而造成土壤和有机质流失较小麦地少;相关和回归分析显示,地表植被特征指标与地表粗糙度和土壤含水率间呈显著正相关,而与地表土壤和有机质流失量呈极显著负相关;植被盖度每提高1%,将使表土和有机质流失减少4.1 g/m~2和59.3 mg/m~2,地表生物量每提高1 g/m~2,将使表土和有机质流失减少2.3 g/m~2和34.0 mg/m~2;春季春播小麦地的表土流失量与裸地相同,而种植多年生豆禾混播牧草可显著减少表土流失和有机质损失。综合以上,甘肃灌区农田春季播种农作物易引起土壤退化,而种植多年生豆禾混播牧草可实现农田生态保育,从而提高耕地质量和区域环境质量。     

京郊延庆康庄地区不同土地利用类型对土壤风蚀的影响

在2005～2006年冬春大风季节，对北京市郊区延庆康庄地区不同土地利用类型（疏林地．乔灌草．林草．翻耕地，免耕地，菜地，果菜间作）进行了风速、粗糙度、风蚀量的实地观测。得出的初步结论为：不同防护林模式中乔灌草模式与疏林地和林草两种模式相比，地表粗糙度最大，削弱近地面风速和降低土壤风蚀量的效果也最为明显；农田中果菜间作地表粗糙度最大，免耕地次之，翻耕地最小；在削弱近地面风速方面，果菜间作效果最为明显．菜地次之，翻耕地最差；在降低土壤风蚀量方面，免耕地降低幅度最大，果菜间作次之，翻耕地最差；在不同防护林模式中．乔灌草防风蚀效果最好．在农田中，免耕与果菜间作防风蚀效果较好。     

保护性耕作农田和柠条带状配置草地防风蚀效果的风洞测试

为比较分析保护性耕作农田与柠条带状配置修复退化草地的防风蚀机理和防风蚀效果,利用移动式风蚀风洞及相关配套设备对内蒙古乌兰察布寒旱区的保护性耕作农田、传统旱作农田和退化草地、柠条带状配置草地进行风蚀风洞原位测试,研究其风速廓线、输沙通量等风沙运动规律,分析保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀情况。结果表明:保护性耕作农田、柠条带状配置修复草地的输沙通量随地表高度的变化呈"C"字形分布,有别于传统耕作农田和退化草地的输沙通量随地表高度的增加按指数规律迅速衰减;保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀机理,主要在于保护性耕作农田的直立残茬和柠条带状配置可对近地表风速产生阻挡、分解、疏散作用,从而使近地表风速造成不同程度削弱;当风洞中心风速为11 m/s时,在距地表50 mm处保护性耕作农田相比传统耕作农田的风速降低率达86.44%,柠条带状配置草地相比退化草地的风速降低率为70.69%,近地表风速的降低是保护性耕作农田和柠条带状配置草地有效防治土壤风蚀的根本原因;保护性耕作农田和柠条带状配置草地的风沙流主要活动在距地表40 cm高度以下,占总输沙量的90%左右,而对照传统耕作农田和退化草地的风沙流则主要活动在距地表20 cm以下,占总输沙量的85%以上。     

基于土壤粒度和大风日数的风蚀风险预报

为寻求一种较为简便、广泛适用的土壤潜在风蚀风险评价方法体系,选取内蒙古中西部的吉兰太戈壁、乌兰布和半固定沙地、毛乌素沙地、武川农田和希拉穆仁草原5种典型风蚀试验区,基于数字图像技术,获取地表不可蚀颗粒含量,结合地区大风日数资料,建立土壤潜在风蚀风险指数方程,并进行实地验证。结果表明:吉兰太戈壁、灌丛地表已经处于粗化过程后期,抗风蚀能力较强,平均抗风蚀指数分别为91.40%和81.40%。由于灌丛群落的存在,乌兰布和沙漠半固定沙地土壤颗粒空间分布差异明显,导致土壤抗风蚀能力呈现不同程度的差异。毛乌素沙地风成沙物质颗粒较细,抗风蚀指数仅为13.40%,极易起沙。应用土壤潜在风蚀风险方程实地表征所得结果与实际情况吻合,与人类活动关系最为密切的农田、草原土壤潜在风蚀风险最高。研究结果可实现科学、有效地预测地表潜在风蚀风险,为干旱、半干旱地区风蚀荒漠化监测提供理论依据和技术支撑。     

阴山北麓干旱半干旱区地表土壤风蚀测试与分析

为定量评价阴山北麓干旱半干旱区不同地表土壤的抗风蚀效果，采用野外风洞原位测试方法进行试验研究。结果表明：风速一定时，退化草地、传统耕作农田的风蚀模数明显高于相应的无退化草地和保护性耕作农田；无退化草地和保护性耕作农田的风蚀模数曲线随风速变化平缓且不存在转变临界点。风速为18m／s时，无退化草地、保护性耕作农田的抗风蚀效率分别可达85．1％和90．8％，对8级大风具有较好的抗风蚀效果。     

基于CSLE模型的陕北纸坊沟流域土壤侵蚀评价

[目的]对陕北纸坊沟流域土壤侵蚀状况进行评价,为该流域不合理土地利用方式的调整和优化以及水土流失治理措施的合理布设提供科学依据。[方法]以陕西省安塞县纸坊沟流域为研究区,基于ArcGIS技术,利用2005—2016年纸坊沟流域水文站月降雨量数据、DEM数据、土壤类型数据和土地利用数据,率定中国土壤流失方程(CSLE)的相关参数,计算研究区的土壤侵蚀强度,对土地利用变化与坡度和土壤侵蚀强度之间的关系进行分析。[结果](1)研究区内不同坡度带上的土壤侵蚀强度差异较大,15°～25°左右的坡耕地是土壤侵蚀的敏感部位。(2)纸坊沟流域内土地以林地、耕地、草地为主,耕地面积不断减少,林地和草地面积不断增加。该区域实施退耕还林后,土壤侵蚀的面积与强度整体呈现改善趋势;土地利用变化与土壤侵蚀强度具有密切联系,表现为耕地的土壤侵蚀强度较强,林地和草地侵蚀强度相对较弱,说明增加林地和草地面积,减少耕地面积,能够显著减弱土壤侵蚀。[结论]研究区内土壤侵蚀空间分布受土地利用方式和坡度制约,该区今后水土流失治理的重点区域是15°～25°左右的坡耕地。     

锡林郭勒草地景观系统土壤容重空间变异及其与风蚀的关系

[目的]探究锡林郭勒草地在景观尺度上土壤容重空间分布规律及其与风蚀的关系,为有效进行草原风蚀防治提供理论参考。[方法]对锡林郭勒草原不同地形和土地利用条件下土壤容重的空间变异性进行调查分析,主要采用环刀法、吸管法、TOC法测定土壤容重、机械组成和有机碳含量。[结果]锡林郭勒草原土壤容重呈现中等空间变异性;容重随地形变化在轻牧区表现为:迎风坡背风坡平地,而在中牧和重牧区的变化与之相反,且海拔与容重呈负相关性;在同样地形条件下,不同土地利用容重变化规律为:重牧区耕地中牧区轻牧区禁牧区。[结论]研究区土地利用类型是影响容重最主要的因素。容重与风蚀速率呈现明显的负相关性,容重可作为评估本区域风蚀发生与影响强度的一个重要参考指标。     

作物残茬与生物篱组合对减轻土壤风蚀的作用

为了探究中国北方农牧交错带冬春风蚀季节生物篱与作物残茬组合对间作裸露秋翻地的防护作用,采用风蚀圈和野外移动式风洞试验的方法对研究区土壤风蚀情况进行监测,利用PC-3型自动气象站进行风速测定。结果表明,油葵秆生物篱减小了间作裸地近地面风速,提高了地表粗糙度;从防风蚀效果看草谷子茬优于油葵秆生物篱;在距油葵秆生物篱或草谷子茬下风向裸地不同位置处,土壤风蚀量基本呈先增加后减小的单峰曲线变化趋势,在4 m左右土壤风蚀量最大,在篱和茬的双重保护下,距茬5 m处发生了风积现象;土壤风蚀量降低率基本呈“V”字型分布;土壤风蚀模数随风速增大而增加,在生物篱的保护下5～15 m/s风速时土壤风蚀降低率为5.03%～20.53%。因此,油葵秆生物篱具有防风蚀作用,而且与草谷子残茬组合对间作裸地会起到更好的固土防蚀作用。