近景摄影测量技术在坡耕地土壤侵蚀速率研究中的应用

以5°,10°,20°的紫色土坡耕地为研究对象,分别进行5,10,15次强度的模拟耕作试验,在此基础上采用60L/min的流量进行3轮放水冲刷试验,采用近景摄影测量技术监测试验前后紫色土坡耕地小区的地形变化,通过生成高精度DEM数据计算土壤流失体积,并采用插钎法测量土层深度变化,验证近景摄影测量技术测定地形变化的准确度,进而推算不同坡度条件下的紫色土坡耕地耕作侵蚀速率和水力侵蚀速率。结果表明:(1)采用近景摄影测量技术能够准确监测地形变化,其测算结果与插钎法的结果比较接近,且通过计算土壤流失体积推算土壤侵蚀速率的方法比较可靠,精度较高;(2)紫色土坡耕地在坡度为5°,10°,20°条件下平均耕作侵蚀速率分别为69.85,131.45,155.34t/(hm2·tillage pass),耕作侵蚀速率随坡度增加呈增加趋势,随着耕作次数增加则呈逐渐减小的趋势;(3)紫色土坡耕地在坡度为5°,10°,20°条件下平均水力侵蚀速率分别为1 892.52,2 961.76,4 405.93t/(hm2·h),水力侵蚀速率与坡度呈正相关关系,与此同时,随着耕作强度的增加,水力侵蚀也呈逐渐增大的趋势,表明耕作侵蚀对水力侵蚀有加速作用。该研究为紫色土坡耕地耕作侵蚀和水力侵蚀交互作用下的土壤侵蚀研究提供技术支撑和数据基础。     

紫色土坡地旋耕机耕作侵蚀特征

耕作侵蚀的过程机制和防治技术研究是我国现阶段水土保持科学与技术的重点研究领域,关于小型旋耕机耕作的土壤再分布过程和影响因素研究较少.应用磁性示踪法研究旋耕机等高耕作、向下耕作和向上耕作的土壤再分布模式和强度,查明耕作速度对旋耕机耕作侵蚀的影响.结果表明:不同耕作方向下旋耕机单次耕作过程中均引起土壤同时发生向上坡和向下坡移动,且均导致土壤发生向下坡净位移;不同耕作速度时等高耕作和向上耕作土壤净位移与坡度均呈显著正相关(P＜0.01),而向下耕作二者无显著相关性(P＞0.05);土壤净位移量表现为快挡等高耕作(11.53 kg/m)＞快挡向下耕作(11.40kg/m)＞快挡向上耕作(7.59kg/m)＞慢挡向下耕作(7.33 kg/m)＞慢挡等高耕作(6.87 kg/m)＞慢挡向上耕作(6.29 kg/m);快挡时上下坡交替耕作的耕作侵蚀速率小于等高耕作,但慢挡时二者相当.旋耕机耕作相比传统耕作机具的耕作侵蚀明显下降,其推广应用对于防治紫色土坡地耕作侵蚀和土壤退化有重要作用.     

我国南方丘陵区土壤耕作侵蚀的定量研究

通过采用示踪法对四川丘陵区坡耕地的耕作试验研究 ,获得了土壤耕作位移和土壤耕作侵蚀的直接证据 ,确定了耕作侵蚀是四川丘陵区土壤流失的原因之一。试验结果指出 ,四川丘陵区单次耕作的土壤位移量为 43.70～ 6 4.47kg/ m;平均土壤耕作侵蚀速率为 6 5 .0 5～ 97.0 5 t/ hm2 .a。土壤耕作位移受地面坡度的影响十分明显 ,平均位移距离与坡度间呈显著正相关关系。耕作侵蚀速率主要取决于坡体长度 ,只有在坡体长度相同的条件下 ,耕作侵蚀速率才随坡度的增大而增加     

紫色土坡地土壤性质对耕作侵蚀的影响

[目的]揭示土壤性质对耕作侵蚀土壤的敏感性,为紫色土区域采取适宜的耕作措施提供依据。[方法]利用磁性示踪技术定量旋耕机上下耕作和等高耕作的土壤耕作位移和土壤位移量,选取土壤容重、土壤含水量、土壤有机质、土壤全氮、土壤有效磷、土壤抗剪强度和土壤紧实度等土壤理化性质和力学性质指标,研究土壤性质对旋耕机上下耕作和等高耕作的耕作侵蚀的影响特征。[结果]旋耕机上下耕作和等高耕作的土壤净位移和净位移量不仅受坡度影响,也受土壤性质的影响。土壤力学性质和土壤物理性质对旋耕机耕作侵蚀有显著影响,对于上下耕作的土壤抗剪强度、土壤紧实度和土壤容重与土壤净位移量呈显著正相关。对于等高耕作措施的土壤抗剪强度、土壤紧实度、土壤容重和土壤含水量与土壤净位移量呈显著正相关,其他指标关系不显著。[结论]土壤抗剪强度、土壤紧实度和土壤容重可以作为评价耕作侵蚀的土壤可蚀性指标。     

耕作引起的紫色土母岩破碎运动定量分析

紫色土区存在耕作破碎母岩补充土壤的现象,尤其是在土层浅薄且岩性松软的泥页岩区,然而目前鲜有相关方面报道。为定量评估不同自然条件和耕作方式下母岩破碎运动特征,以裸露泥岩为研究对象,在野外模拟耕作试验中使用物理示踪法追踪2种含水率(7.44%和14.77%)和5个坡度(5°、10°、15°、20°、25°)条件下,不同深度(2、4、6 cm)耕作引起的母岩破碎运动情况。结果表明:1)含水率是影响母岩破碎运动的重要因素,且耕作深度越小其影响越大;2)随着耕作深度的增大,岩屑的平均位移呈逐渐减小的变化趋势,2 cm深度耕作引起的岩屑位移最大;3)岩屑位移随着深度的增加快速减小,且岩石含水率高的坡面减小幅度更大;4)母岩含水率较高(14.77%)时,坡度对坡面岩屑运动没有显著影响(P>0.1),但母岩含水率较低(7.44%)时,坡度与坡面岩屑位移存在显著正相关关系(P<0.1)。可见,耕作破碎母岩过程受到岩石含水率、耕作深度和坡度的共同影响,且各因子在不同深度的作用机制不同。该研究为揭示母岩人为风化成土和侵蚀机制初步提供了技术支撑和依据。     

等高犁耕朝向对紫色土坡面土壤再分布的影响

选择一块坡长15 m、坡度14.16%的坡地,采用磁性示踪法分析等高向下犁耕（向下坡方向翻垈）和等高向上犁耕（向上坡方向翻垈）的土壤再分布特征,利用模拟耕作（15次）检验两种等高犁耕的长期作用下对土壤剖面和微地貌演化的影响。结果表明:等高向下犁耕导致土壤发生向下坡移动,土壤位移量为15.62～28.70 kg/m,坡度对其影响不显著（p=0.93）;等高向上犁耕导致土壤同时发生向下坡和向上坡移动,土壤净位移量为-10.91～8.23 kg/m,坡度对其有显著影响（p < 0.001）,土壤净位移方向随着坡度的增大由向上坡转为向下坡,本研究条件下临界坡度为14%;等高向下犁耕15次后坡顶侵蚀深度是原土层深度的132%,耕作后土层深度与耕作深度相当,表明等高向下犁耕加速土壤侵蚀和促进母岩成土的双重作用共同维持着坡顶土层深度的稳定;等高向上犁耕15次后坡顶土层深度增加了12.7%,表明等高向上犁耕具有保护坡顶土层深度的作用。等高向上犁耕是一种防治类似紫色土的薄层土壤耕作侵蚀和土壤退化的有效措施。     

东北黑土区典型坡面耕作侵蚀定量分析

东北黑土区水土流失主要集中在坡耕地,以往研究多关注水蚀而忽略了耕作侵蚀的存在。为印证并定量描述黑土耕作侵蚀,该文采用物理示踪法,测定了典型坡耕地耕作位移量及其分布格局。结果表明:铧式犁耕作后示踪剂沿耕作方向发生扩散,上坡耕作示踪剂集中分布在0~20 cm范围,而下坡耕作示踪剂集中分布在0~20和50~150 cm。一次耕作引起的耕作位移量为32.68~134.14 kg/m,耕作迁移系数234 kg/m。坡度是影响耕作位移的重要因素,二者呈显著的正相关关系,且对上坡耕作的影响大于下坡耕作。研究区耕作年侵蚀速率0.4~11.0 Mg/(hm2·a),凸起的坡背、坡肩处及坡度较大的位置侵蚀严重。虽然黑土区坡度较小,但由于耕作深度大,速度快,耕作侵蚀严重,应引起足够重视。     

等高犁耕对黄土坡耕地坡形与坡度的影响

为了明确等高犁耕条件下黄土坡耕地地形与坡度的变化特征,基于6个坡度(3°,5°,10°,15°,20°,25°)和5个耕作强度(6,12,18,24,30次)的组合,开展模拟耕作试验,利用测针法获取耕作后地表高程数据,探讨耕作强度和坡度对黄土直线形坡演化特征的影响。结果表明,在等高向下犁耕条件下,不同坡度的直线坡随着耕作强度的增加逐渐向“∽”形复合坡演化。同一坡度下,随着耕作强度的增加,坡脚延伸,整体小区投影坡长增大,坡脚高程增加幅度大,堆积现象明显,坡度大幅度减小;坡中高程增加,逐渐抬起坡度减小;坡顶形成的新分水岭的高程和位置随之减小和向下推移,直接侵蚀速率逐渐减小且趋于稳定。坡度通过影响土壤运动能力控制耕作时土壤的分布。因此坡度越大,单次耕作后坡形的变化越明显,直接侵蚀速率越大。研究结果有助于更加深入了解耕作侵蚀对坡耕地地形的影响,为控制坡耕地土壤侵蚀提供理论依据。     

黄土高原丘陵沟壑区坡地耕作方式对土壤侵蚀的影响研究

为研究耕作方式对坡耕地土壤侵蚀的影响,在黄土高原丘陵沟壑区选取典型坡耕地,采用示踪块法,对畜力横向犁耕、人力顺向掏挖、人力逆向锄耕和机械横向犁耕4种主要耕作方式在5°,10°,15°3种坡度条件下进行耕作侵蚀试验。结果表明:不同坡度条件下,耕作方式对土壤颗粒位移的影响较为显著,畜力横向犁耕、人力顺向掏挖和机械横向犁耕随坡度增大,示踪块位移增大;而人力逆向锄耕中,耕作使土块向上坡方向移动,但受重力影响,坡度越大,移动距离越小。同一坡度条件下,耕作模式所产生的水平位移由大到小依次是机械横向犁耕畜力横向犁耕人力顺向掏挖人力逆向锄耕。4种耕作方式中,机械横向犁耕造成土壤颗粒位移和耕作侵蚀量最大,人力逆向锄耕影响最小。为减少耕作侵蚀,针对坡耕地尽可能采用少耕或免耕方式,以减少耕作侵蚀,在不增加劳动强度的情况下,10°以上坡耕地可采用人力逆向锄耕模式耕作。     

金沙江流域干旱河谷区坡耕地作物类型对耕作侵蚀的影响

为了研究干旱河谷区坡耕地农作物种植对耕作侵蚀的影响,在不同作物类型坡耕地(玉米地和荞麦地)上进行耕作试验,通过磁性示踪法测量坡耕地顺坡耕作的耕作位移距离,分析了不同作物类型下的耕作侵蚀速率特征。结果表明：(1)试验地类的耕作位移距离表现为玉米地<荞麦地<裸地(对照地)的变化趋势,荞麦地和玉米地的耕作位移距离均显著低于裸地(p<0.05),表明坡耕地种植玉米和荞麦可以显著减小坡耕地土壤耕作位移距离;(2)3种地类的耕作位移距离与坡度均呈显著正相关关系,玉米地和荞麦地的耕作位移距离系数k₂值和传输系数k₄值明显小于裸地,说明作物因素减小了耕作位移距离随坡度的增加幅度;(3)裸地的耕作侵蚀速率显著高于玉米地和荞麦地(p<0.01),分别是玉米地和荞麦地的1.99倍和1.88倍,说明坡地种植农作物可明显减小坡面耕作侵蚀。综上,种植农作物可有效减少坡耕地耕作侵蚀,研究成果丰富了对坡耕地作物根系防蚀特性的认识,也为完善耕作侵蚀模型奠定重要基础。     

Tillage effects on soil properties and wheat cultivars traits

Information regarding the evaluation of tillage effects on soil properties and rainfed wheat (Triticum aestivum L.) cultivars of Iranian fields is not available. Therefore, this research was conducted in Sanandaj (west of Iran) using a randomized complete block design in a split-plot arrangement. Three types of tillage including conventional tillage (moldboard plow to soil depth of 30 cm plus disk harrow twice), minimum tillage (chisel plow to soil depth of 15 cm plus disk harrow once) and no-tillage are assigned to the main plots. Wheat cultivars (Sardari and Azar2) were randomly distributed within the subplots in each tillage system. Results showed that the greatest bulk density and cone index were found in the minimum tillage and no tillage systems. The highest rate of grain yield was obtained in the minimum tillage system. The grain yield of Sardari cultivar (1624.1 kg ha^?1) was significantly greater than that of Azar2 (1572 kg ha^?1). Minimum tillage improved soil physical properties and wheat growth compared with the other tillage systems. No tillage increased microbial biomass carbon and bacteria number in soil compared with the other tillage systems. We conclude that using minimum tillage for Sardari cultivar will be more effective compared with other treatments.     

保护性耕作适应性试验及关键技术研究

国内外围绕旱地农业的可持续发展,进行了长期的研究和试验,我国于1991年引进澳大利亚先进模式——保护性耕作法,在山西省布点试验。试验表明:保护性耕作具有保水改土、增产增收、改善生态环境的综合效益。但播种质量不高,一度使试验受挫,虽然靠改进机具在一定程度上可以提高其适应性,但当秸秆产量达到80%的覆盖率时,又出现秸秆越冬防风防火难、春季地温回升缓慢,清除长在秸秆中的杂草难等一系列问题。通过进一步试验,增加浅旋或浅耙表土作业,可解决问题。秸秆覆盖,表土浅耕和硬茬播种构成保护性耕作法成熟的技术体系。     

旱地玉米保护性耕作机具与作业工艺的组合研究

多年保护性耕作试验取得了保墒增产的明显效果,但也暴露出播种质量不高等问题,仅靠改进机具已难以解决。１９９６年开始增加表土耕作进行配套试验。通过对不同试验处理的秸秆覆盖率、地温、土壤含水量、出苗率和作物产量对比,初步得出增加表土耕作组合方案可以调控地表秸秆覆盖量、改善地面状况、提高地温、保苗增产。在我国北方,干旱低温,秸秆不易腐烂,逐年积累,故应该把表土耕作列为保护性耕作体系的重要内容,只有把作业工艺选择与播种机性能改进结合,才能更有效地解决免耕播种质量不高的问题。     

重庆中梁山岩溶区耕作侵蚀影响因素研究

在重庆市中梁山岩溶区用示踪法对坡耕地进行耕作试验研究。结果表明:锄头和铁锹耕作引起的土壤位移距离、位移量与坡度呈正相关,而踩锹引起的土壤位移距离、位移量则与含水量具有一定的相关性。在顺坡耕作时铁锹引起的土壤位移距离、位移量与锄头相近,但它们远远大于踩锹;等高耕作时铁锹引起的土壤位移距离、位移量是锄头的1.3~3.8倍左右。铁锹顺坡耕作引起的土壤位移距离、位移量是它等高耕作的2~2.4倍;锄头顺坡耕作引起的土壤位移距离、位移量是它等高的3~8.8倍。引起土壤位移量的大小顺序依次是:锄头顺坡>铁锹顺坡>铁锹等高>锄头等高>踩锹顺坡。     

固定道保护性耕作的试验研究

通过压实试验,分析了无压实以及小型拖拉机、中型拖拉机和联合收获机压实等处理方式的土壤容重、入渗率和耕作阻力。在此基础上,进行了两年的固定道耕作试验,结果表明,机具随机进地行走会造成对土壤的严重压实,降低土壤水分入渗,增加作业能耗,而固定道能够改善土壤结构,提高土壤蓄水能力,减轻地表径流,提高土壤作业适时性和准确性,在目前固定道占地20%的情况下,总产量没有减少     

Tillage and application effects on herbicide leaching and runoff

Herbicides are key products in sustaining agricultural production and, to minimize agro-environmental concerns regarding their use, continued assessment of their behavior under different management practices is required. Leaching and runoff losses of four herbicides applied preplant-incorporated (PPI) were evaluated in two tillage systems over a 3-year period (1989–1991). Scant leaching during the droughty 1991 growing season limited treatment evaluations to 2 years. Herbicides were applied at recommended rates (1.7 and 2.2 kg active ingredient (a.i.) ha⁻¹) to conventional tillage (CT) and mulch tillage (MT) corn (Zea mays L.) fields on Hagerstown silty clay loam (fine, mixed, mesic Typic Hapludalf). Tillage treatments were defined as moldboard plow-disk-harrow (CT) and single-disking (MT). During this study, CT followed 5 years of corn production in a comparable CT system on this site and, similarly, MT followed a 5-year no-tillage (NT) system. Herbicides were applied preemergence (PRE) to CT and NT in the 5-year study and preplant-incorporated (PPI) in this study. Herbicide mobility in subsurface drainage was evaluated from herbicide mass transported to pan lysimeters installed 1.2 m deep. Surface drainage losses of these chemicals were determined from residues in runoff collected with automated sampling and recording equipment.

Leachate volumes were greater from MT than CT in 1989 and 1990 and exceeded all seasonal losses during the previous 5 years under NT management. Comparisons of total seasonal leachate discharged to pan lysimeters within and among studies and herbicide mass leached showed that timing of leachate-inducing precipitation relative to herbicide application was the key factor in regulating herbicide translocation. Herbicide mass transported through the root zone averaged from less than 0.1% to 0.9% of applied rates in CT and from 1.4% to 5.1% in MT.

Leachate-availability of herbicide residues and extent of herbicide longevity in this soil under MT conditions were similar to previous findings under NT management. Despite these behavioral similarities for herbicides among tillages, herbicide mass discharged per unit of percolate was most often lower for MT compared with NT, particularly in early growing seasons of comparable precipitation. Thus, the PPI treatment in MT appeared to reduce leaching of these chemicals compared with PRE application in NT.

Runoff losses of PPI herbicides ranged from 0.35% to 0.77% of applied rates in CT and from 0.13% to 0.28% in MT. Losses of PRE-applied herbicides from NT averaged less than 0.1% of applied rates; maximum yearly losses ranged from 0.06% to 0.18%. Thus, the character of the disked, minimally tilled surface provided a level of impedance to runoff that was greater than achieved with the tilled surface on this 3 to 5% slope, but less than previously obtained with an untilled, mulch-covered surface.     

草甸白浆土水解酶活性和动力学特性对保护性耕作方式的响应

在田间试验条件下,以传统耕作(CT)为对照,研究了免耕(NT)和少耕(RT)对黑龙江省八五三农场草甸白浆土土壤与碳、氮、磷、硫元素转化相关的九种水解酶(α—葡糖苷酶、β—葡糖苷酶、α—半乳糖苷酶、β半乳糖苷酶活性脲酶、蛋白酶、磷酸单酯酶、磷酸二酯酶和芳基硫酸醅酶)的影响,同时研究了保护性耕作对土壤脲酶、磷酸单酯酶、磷酸二酯酶、芳基硫酸酯酶及β—葡糖苷酶动力学特性的影响。结果表明,保护性耕作(RT,NT)降低土壤pH值,提高土壤养分(有效氮:42.0%,21.6%;总碳:26.6%,12.2%;总氮:16.6%,15.8%)含量,提高了土壤α—半乳糖苷酶、β—半乳糖苷酶和α—葡糖苷酶、蛋白酶活性活性,但脲酶活性却降低,参与土壤磷素及硫素转化的磷酸单酯酶、磷酸二酯酶和芳基硫酸酯酶活性差异不显著,传统耕作处理(CT)与免耕(NT)处理土壤中芳基硫酸酯酶活性著高于少耕(MT)处理。土壤水解酶动力学参数对耕作方式的反应与表观活性对耕作方式的反应不一致,草甸白浆土短期(三年)保护性耕作已经体现了一定程度的土壤改良效果。     

重庆中梁山岩溶区耕作侵蚀影响因素研究

在重庆市中梁山岩溶区用示踪法对坡耕地进行耕作试验研究。结果表明：锄头和铁锹耕作引起的土壤位移距离、位移量与坡度呈正相关，而踩锹引起的土壤位移距离、位移量则与含水量具有一定的相关性。在顺坡耕作时铁锹引起的土壤位移距离、位移量与锄头相近，但它们远远大于踩锹；等高耕作时铁锹引起的土壤位移距离、位移量是锄头的1．3～3．8倍左右。铁锹顺坡耕作引起的土壤位移距离、位移量是它等高耕作的2～2．4倍；锄头顺坡耕作引起的土壤位移距离、位移量是它等高的3～8．8倍。引起土壤位移量的大小顺序依次是：锄头顺坡〉铁锹顺坡〉铁锹等高〉锄头等高〉踩锹顺坡。