垄作方式对薄层黑土区坡面土壤侵蚀的影响

定量评价垄作方式对坡面土壤侵蚀的影响,可为坡面土壤侵蚀防治提供理论参考。基于2012—2015年哈尔滨市野外径流小区监测资料,探讨了顺坡垄、横坡垄、无垄作(裸地休闲对照)垄作方式对坡面土壤侵蚀的影响,分析了不同垄作方式下坡面水沙关系。结果表明:不同垄作方式下径流量和侵蚀量均具有显著差异,坡面径流量和侵蚀量均表现为无垄顺坡垄横坡垄;与无垄作试验处理相比,横坡垄作使坡面径流量和侵蚀量平均减少了92.4%和98.3%,顺坡垄作使坡面径流量和侵蚀量平均减少66.4%和72.2%。当坡度由3°增加到5°时,无垄作、顺坡垄作、横坡垄作坡面侵蚀量分别增加了0.8,8.2,5.5倍。3种垄作方式下坡面水沙关系均呈现出良好的相关关系,顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀量随径流量的增加幅度远大于横坡垄作坡面,当坡面径流量10.0mm时,二者坡面侵蚀量急剧增加。     

东北黑土区坡耕地斜坡垄作与顺坡垄作土壤侵蚀对比分析

斜坡垄作是东北黑土区最普遍的垄作方式之一,但当前关于斜坡垄作对坡耕地土壤侵蚀的影响鲜见报道。为此,基于室内模拟试验,设计2个降雨强度(50,100 mm/h)和2种垄作方式(斜坡垄作和顺坡垄作),分析东北黑土区坡耕地斜坡垄作与顺坡垄作坡面土壤侵蚀的差异。结果表明:(1)在50,100 mm/h降雨强度下,斜坡垄作断垄前坡面侵蚀速率分别是顺坡垄作的0.46%和0.35%;但在45 min的降雨过程中,由于斜坡垄作发生断垄现象,造成50,100 mm/h降雨强度下斜坡垄作坡面侵蚀速率分别是顺坡垄作的1.24,1.03倍。(2)斜坡垄作径流强度和侵蚀速率随降雨历时的变化均从断垄开始发生突变。在50,100 mm/h降雨强度下,随着降雨历时的变化,斜坡垄作断垄前的径流强度和侵蚀速率值均低于顺坡垄作,其平均径流强度分别为顺坡垄作的8.42%和3.75%;平均侵蚀速率分别为顺坡垄作的0.46%和0.35%;但斜坡垄作断垄后坡面径流和侵蚀速率明显增大,其平均径流强度分别为顺坡垄作的1.33,1.47倍,平均侵蚀速率分别是顺坡垄作的2.03,1.62倍。(3)在50,100 mm/h降雨强度下,斜坡垄作断垄前坡面径流量和侵蚀量存在极显著的线性关系(P<0.01),而断垄后两者的相关关系则不显著(P>0.05);而顺坡垄作在2种降雨强度下坡面径流量和侵蚀量存在极显著的线性关系。(4)在2种降雨强度下斜坡垄作坡面90%以上的径流泥沙均来自断垄后。因此,提高垄丘稳定性和防止断垄现象发生,是减少斜坡垄作坡面土壤侵蚀的关键所在。     

东北黑土区顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀过程对比

[目的]以无垄作坡面侵蚀过程为对照,研究顺坡垄作坡面土壤侵蚀过程及机理,为东北黑土区坡耕地土壤侵蚀防治提供科学依据。[方法]基于人工模拟降雨试验,设计了3个降雨强度(50,75和100mm/h)以及1个坡度(即顺坡垄作改横坡垄作的临界坡度5°),进行顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀过程的对比研究。[结果]顺坡垄作坡面径流量和侵蚀量分别较无垄作坡面增加了1.2~1.7和1.3~2.1倍,径流和侵蚀过程也发生了变化。与无垄作坡面相比,顺坡垄沟的集中汇流作用使坡面水流流速增加了1.0~2.3倍,径流剪切力增加了0.7~1.2倍,其坡面侵蚀方式也由片蚀为主转变为以细沟侵蚀为主,细沟侵蚀量可占总侵蚀量的55.3%~65.6%。[结论]坡面水流流速增加和细沟侵蚀发生是导致顺坡垄作坡面土壤侵蚀增加的主要原因。     

东北黑土区坡耕地斜坡垄作与顺坡垄作土壤侵蚀的对比分析

斜坡垄作是东北黑土区最普遍的垄作方式之一，但当前关于斜坡垄作对坡耕地土壤侵蚀的影响鲜见报道。为此，本研究基于室内模拟试验，设计2个降雨强度（50和100 mm/h）以及2种垄作方式（斜坡垄作和顺坡垄作），分析东北黑土区坡耕地斜坡垄作与顺坡垄作坡面土壤侵蚀的差异。结果表明：（1）在50和100 mm/h降雨强度下，斜坡垄作断垄前坡面侵蚀速率分别是顺坡垄作的0.46%和0.35%；但在45 min的降雨过程中，由于斜坡垄作发生断垄现象，造成50和100 mm/h两种降雨强度下斜坡垄作坡面侵蚀速率分别是顺坡垄作的1.24和1.03倍。（2）斜坡垄作径流强度和侵蚀速率随降雨历时的变化均从断垄开始发生突变。在50和100 mm/h降雨强度下，随着降雨历时的变化斜坡垄作断垄前的径流强度和侵蚀速率值均低于顺坡垄作,其平均径流强度分别为顺坡垄作的8.42%和3.75%、平均侵蚀速率分别为顺坡垄作的0.46%和0.35%，但斜坡垄作断垄后坡面径流和侵蚀速率明显增大，其平均径流强度分别为顺坡垄作的1.33和1.47倍、平均侵蚀速率分别是顺坡垄作的2.03和1.62倍。（3）在50和100 mm/h降雨强度下，斜坡垄作断垄前坡面径流量和侵蚀量存在显著的线性关系（P<0.01），而断垄后两者的相关关系则不显著（P>0.05）；而顺坡垄作在两种降雨强度下坡面径流量和侵蚀量存在显著的线性关系。（4）在两种降雨强度下斜坡垄作坡面90%以上的径流泥沙均来自断垄后。因此，提高垄丘稳定性和防止断垄现象发生，是减少斜坡垄作坡面土壤侵蚀的关键所在。     

东北典型黑土区土壤侵蚀过程顺坡起垄垄沟水力学特征分析

垄沟是垄作长缓坡耕地土壤侵蚀过程的重要汇流路径。明确垄沟的水力学特征,对于模拟东北典型黑土区垄作坡耕地土壤侵蚀过程至关重要。研究采用室内模拟降雨的方法,系统分析不同垄作方式、坡度、雨强等条件下垄沟的主要水力学参数和变量。结果表明:不同垄作方式下,坡面侵蚀量整体为窄垄宽垄无垄,并与坡度和雨强乘积呈线性正相关。水力半径随雨强和坡度的变化曲线呈对数关系;宽垄水力半径比窄垄高8.4%～11.6%,平均为10.0%。在坡度和雨强相同的情况下,宽垄垄沟糙率整体高于窄垄垄沟糙率;且在坡度递增后,宽垄垄沟糙率相较于窄垄垄沟减小幅度更弱。已有土壤侵蚀模型的坡面糙率建议取值低于本区实际观测值,需结合实际情况对其重新率定,其结果可为研究区土壤侵蚀过程模拟提供依据。     

黑土坡耕地横坡垄作对减少径流及土壤有机碳流失的作用

东北黑土坡耕地受土壤侵蚀和习惯顺坡耕作措施的影响,水土流失严重,土壤有机碳含量呈逐年下降趋势.针对东北黑土坡耕地不同垄作措施水土流失及土壤有机碳变化特征不明确的问题,采用田间定位试验的方法,探究了顺坡垄作和横坡垄作对坡耕地水土流失及土壤有机碳变化的影响.结果表明:(1)横坡垄作相对于顺坡垄作能显著减少径流总量97.1％...     

横坡垄与顺坡垄的水土流失对比研究

在缓坡坡耕地农业生产中存在着应选择横坡垄还是应选择顺坡垄问题。重点分析了它们对农业经营的利弊和它们在生产过程中的演变。调查表明二者水土流失均较严重,只是侵蚀方式不同。提出了既适合横坡垄又适合顺坡垄水土保持的措施———垄向区田及其配套农具———1QD型垄向区田筑挡机。     

横、顺坡垄作对黑土坡面侵蚀-沉积周期规律的影响

我国东北黑土区的水土流失和土地退化正严重制约着东北地区农业经济发展,威胁国家粮食生产安全。掌握不同垄作方向耕作措施下的东北黑土区土壤侵蚀规律,对合理布设水保措施、控制水土流失等具有重要意义。采用¹³⁷Cs示踪技术并结合小波分析方法,对不同垄作方向坡耕地土壤侵蚀-沉积速率的空间变化规律开展研究。结果表明：(1)横、顺坡垄作坡面¹³⁷Cs平均浓度分别为1 802 Bq·m^-2和1 770 Bq·m^-2,均小于当地背景值2 417 Bq·m^-2,说明在两种垄作方向下均发生了不同程度的土壤侵蚀。(2)横坡垄作的坡面平均侵蚀速率(1 341 t·km^-2·a^-1)小于顺坡垄作(1 477 t·km^-2·a^-1),表明在长期平均条件下前者的水土保持作用优于后者。尽管研究区土壤侵蚀属于轻度侵蚀,但其侵蚀速率远大于黑土区的土壤容许流失量(200 t·km^-2·a^-1     

东北黑土区垄向的分布及其对土壤侵蚀的影响

垄作是东北黑土区一种非常普遍而重要的耕作制度,垄作方向(垄向)的分布及其水土保持作用研究,对于了解和改进黑土区的水土保持状况具有非常重要的意义。以典型黑土区东缘的宾县为研究区域,采用分层抽样的方法,提取了168个野外调查单元,通过野外实地调查和室内数据分析,研究了东北黑土区农地的地面坡度分布、垄向分布和垄向坡度分布,在此基础上根据不同坡度条件下的坡度因子公式求出农地的坡度因子和垄向坡度因子,探讨垄向的水土保持作用,得到以下研究成果:黑土区农地平均地面坡度为2.96°;黑土区中占农地75%的坡耕地中,顺坡耕作趋势明显,斜坡耕作非常普遍,随着垄向与等高线之间夹角的增大,坡耕地所占的比例也逐渐增大,垄向角在0°～15°间的坡耕地所占的比例约9.7%,仅为75°～90°间的一半左右;采用垄向坡度后,平均坡度为2.15°,仅为原来地面坡度的72%,坡度明显减小;在目前的垄作情况下,其水土流失量仅为顺坡耕作下的60%。上述研究表明:在东北黑土区,可以通过调整垄作方向而改进目前较严重的水土流失状况。     

降雨类型对褐土横垄坡面土壤侵蚀过程的影响

雨型是影响土壤侵蚀过程的重要因子之一,而影响效应与耕作措施密切相关。目前,雨型对横垄坡面土壤侵蚀过程的影响机制尚不清楚。该文以褐土横垄坡面为研究对象,设计了平均雨强和降雨量相同的4种雨型(增加、减弱、增加-减弱和减弱-增加型),采用可同时调节垄向和坡面坡度的土槽进行模拟降雨,研究各个雨型下不同侵蚀阶段的产流产沙特征。结果表明:雨型间的径流量和侵蚀量在细沟间和细沟侵蚀阶段均差异显著,且差异在细沟阶段体现的更为明显。雨型间径流量的大小顺序为增加-减弱型减弱型减弱-增加型增加型,侵蚀量则为增加-减弱型减弱-增加型减弱型增加型。给定雨强下(30、60或90 mm/h),径流量、径流贡献率和侵蚀量贡献率均随降雨过程中雨强发生时序的延迟而增加,而单位径流侵蚀量呈相反趋势;雨型间给定雨强同一发生时序下的径流量和侵蚀量及其它们对总径流量和总侵蚀量的贡献率均差异显著。4种雨型下,幂函数均能很好的描述细沟间和细沟侵蚀阶段内产沙率与径流率间的关系,且方程中的指数均低于2,但雨型间幂函数方程中的指数存在明显差异。以上研究结果有助于深入理解褐土垄作系统下的土壤侵蚀机理,并为横坡垄作的合理利用提供科学指导。     

植物篱埂垄向区田技术对坡耕地水土和氮磷流失控制研究

针对松干流域农田面源污染控制需求,该文开展了植物篱埂垄向区田技术在坡耕地上的水土及氮磷流失控制效应研究。田间设置8个试验处理,包括两个对照即传统顺垄种植(CK1)与横垄种植(CK2)、3个间距的顺垄种植植物篱埂(1 m间距,T1;3 m间距,T2;5 m间距,T3)和3个间距的土埂(1 m间距,T4;3 m间距,T5;5 m间距,T6)。选择三叶草为植物篱材料。结果表明:1)与传统顺垄种植相比,横垄种植泥沙量减少46.9%,径流量减少52.9%;植物篱埂T1、T2与T3泥沙量分别减少44.6%、44.1%和42.1%,径流量分别减少50.6%、49.8%和49.2%;T4、T5和T6也能降低水土流失量,但与T1、T2与T3相比,泥沙流失量分别增加16.3%、12.6%和29.5%,径流量分别增加29.6%、46.8和76.9%;植物篱埂垄向区田技术的泥沙量与径流量控制效果相对接近横垄种植。2)与传统顺垄种植相比,各处理泥沙与径流TN浓度增大,TP浓度无变化;各处理的径流TN与TP浓度增大,其中各处理间的TN浓度有较大差异,TP浓度无明显差异;径流液TN浓度增加并没有引起农田氮流失增加,农田氮流失平均降低19.7%。3)考虑到经济投入问题,推荐植物篱埂间距3～5 m,较大坡度和坡上坡中采用较小间距,较小坡度和坡底采用较大间距;植物篱埂垄向区田技术能够提高玉米产量,平均增产5%～5.6%。     

黑土长缓坡地形与横垄对土壤有机碳空间分异的交互作用

横坡垄作对坡耕地土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）流失有一定的阻控作用,但黑土区特有长而缓的地形与横垄对坡耕地SOC空间分异会产生交互作用,而这种交互作用引发的SOC流失风险没引起足够的重视。该研究以典型黑土区黑龙江省黑河市北安分局红星农场为研究区域,2022年在横坡垄作与顺坡水线方向上共布设25个采样点,采用地理探测器模型、单因素方差分析（one-way ANOVA）和Pearson相关性分析,探讨土壤有机碳的空间分异及其交互作用。结果表明,横坡垄作方向上垄沟土壤有机碳含量从坡顶到水线呈现逐渐增大的变化趋势;在垄台从坡顶到水线呈现先增大后减小的变化趋势。顺坡水线方向,土壤有机碳含量在垄沟呈现从上坡到下坡增大的变化趋势;在垄台呈现先增大后减小的变化趋势。由于断垄产生水线,顺坡土壤有机碳含量上坡与下坡仍有显著差异（P＜0.05）。Pearson相关性分析表明, 有机碳与可蚀性K因子呈显著负相关（垄沟和垄台相关系数分别为–0.228和–0.238,P＜0.05）,与碳循环相关的β-葡萄糖苷酶和微生物生物量碳在垄沟呈极显著正相关（相关系数为0.398和0.676,P<0.01）。地理探测器分析表明,顺坡水线对土壤有机碳空间分异的影响最大,其对垄沟和垄台SOC的解释力分别达到61%和52%以上;顺坡水线与其他因子的交互作用共同增强了对土壤有机碳的解释力,尤其是顺坡水线与高程的交互作用最为明显。黑土区坡耕地土壤有机碳空间分异主要受顺坡水线与高程的交互作用,横坡垄作虽然能够拦截径流,但由于长缓坡地形影响产生的断垄会加剧土壤侵蚀诱发的有机碳流失。因此,黑土坡耕地治理需要同时考虑横垄与地形的共同影响,从而实现防蚀的优化效果。     

典型黑土区坡耕地水土保持措施适宜性分析

为了探讨东北典型黑土区坡耕地的治理情况,综合现有研究成果分析了不同坡度下顺坡垄作改横坡垄作、水平梯田、等高植物篱等措施的蓄水保土效益。结果表明：它们在黑土区能够发挥较高的水土保持效益坡度适宜范围,从而确定在0～5°、5°-8°、8°～15°坡度级别的坡耕地上分别采用以改垄措施、等高植物篱措施、水平梯田措施为主的措施进行治理,在〉15°的坡耕地上选择退耕还林。     

黑土区坡耕地横坡垄作措施防治土壤侵蚀的土槽试验

为了研究黑土区坡耕地横坡垄作防治坡面土壤侵蚀的效应,该文利用8 m×1.5 m的试验土槽,设计3个降雨强度(50、75和100 mm/h)、1个典型坡度(5°)以及横坡垄作和无垄作(平坡裸地对照试验)的试验处理进行模拟降雨试验,研究东北黑土区横坡垄作坡面在不同降雨强度下的防治坡面侵蚀效应。结果表明:横坡垄作在50 mm/h降雨强度下坡面基本不发生土壤侵蚀,但在75和100 mm/h降雨强度下会发生断垄,造成防蚀效应急剧降低。横坡垄作坡面的径流和侵蚀过程均明显存在以断垄时间为界的突变,在3个降雨强度下,横坡垄作断垄前可使坡面径流量和侵蚀量分别减少97.7%和99.1%以上,坡面蓄渗率达到97.2%以上;而断垄后坡面径流量和侵蚀量分别增加23.3~25.9倍和136.8~171.5倍,蓄渗率下降至50%以下。试验研究表明横坡垄作在≤50 mm/h的降雨强度下具有很好的坡面防治侵蚀效应,但当遇到强降雨时易发生断垄,防蚀效应急剧降低。     

不同耕作方式对中国东北黑土有机碳的短期影响

A tillage experiment, consisting of moldboard plow （MP）, ridge tillage （RT）, and no-tillage （NT）, was performed in a randomized complete block design with four replicates to study the effect of 3-year tillage management on SOC content and its distribution in surface layer （30 cm） of a clay loam soil in northeast China. NT did not lead to significant increase of SOC in topsoil （0-5 cm） compared with MP and RT; however, the SOC content in NT soil was remarkably reduced at a depth of 5-20 cm. Accordingly, short-term （3-year） NT management tended to stratify SOC concentration, but not necessarily increase its storage in the plow layer for the soil.     

垄作免耕技术对土壤水分和玉米产量的影响

摘要：该文以2006年建立的垄作少免耕定位试验田为研究对象,分析了传统垄作和碎秆全量覆盖垄作少免耕和高留茬垄作少免耕3种耕作方式对土壤水分以及作物产量等的影响,以建立适合玉米垄作体系的垄作播种技术。5 a长期定位试验结果表明,垄作少免耕种植模式能够改善土壤结构,增加土壤蓄水保墒能力,提高土壤水分利用效率;与传统垄作模式相比,碎秆全量覆盖和高留茬覆盖2种垄作少免耕模式的作物产量分别增加了4.1%～10.7%和1.9%～6.4%,土壤水分利用效率分别提高了5.4%～10.2%和4.1%～7.9%,其中碎秆全量覆盖垄作少免耕模式效果最为明显。研究结果可为辽宁省垄作播种模式的开展提供参考。     

保护性耕作对黄壤坡耕地水土流失及作物产量的影响

[目的]分析保护性耕作对黄壤坡耕地水土流失及作物产量的影响,为贵州省坡耕地水土流失治理及农业可持续发展提供科学依据。[方法]在西南地区典型黄壤坡耕地设置不施肥+顺坡平作(TR_1)、常规施肥+顺坡平作(TR_2)、优化施肥+顺坡平作(TR_3)、优化施肥+横坡垄作(TR_4)、优化施肥+横坡垄作+秸秆覆盖(TR_5)、优化施肥+横坡垄作+秸秆覆盖+等高植物篱(TR_6)共6个不同试验处理的监测小区,于2017—2018年监测了不同处理间作物产量、地表径流量、氮磷流失量、土壤养分含量的差异,并分析其相关性。[结果]①TR_4,TR_5,TR_6较TR_3的径流量分别减少了59.72%,74.13%和89.18%,氮磷流失总量与径流量趋势相同;②TR_5,TR_6对全量养分含量影响最大,其中全氮比TR_4作高20.00%,23.67%,比TR_3高23.53%,27.31%;③TR_4,TR_5,TR_6处理下的玉米在保持较高产量的同时,作物产量稳定性(SI)和可持续性(SYI)最好;④玉米、油菜产量与全氮、全磷、有效磷、有机质呈极显著正相关(p0.01),与速效氮呈显著正相关(p0.05);玉米产量与氮素流失量、磷素流失量、径流量呈极显著负相关(p0.01)。[结论]在坡耕地实施保护性耕作能有效降低地表径流发生,减少氮磷流失,保持土壤养分肥力的同时促进作物高产,并实现稳产及可持续生产,且实施综合保护性耕作的效能大于单项保护性耕作。     

等高垄作垄沟的水土流失特点研究

研究了紫色土地区等高垄作法耕作中垄和沟的侵蚀特点,结果表明,等高垄作法在无覆盖时,相对于平板耕作法有保水作用,而无防蚀效果;