侵蚀沟与耕地垄向之关系探究

沟壑侵蚀是土壤侵蚀的一个重要方面,越来越多地受到国内外学者的关注和研究。根据野外调查数据、DEM数据和Google earth影像数据,分析了不同海拔、坡度、坡形上侵蚀沟与耕地垄向之间的关系。结果表明:(1)总体来看,斜坡起垄的耕地内最不易形成侵蚀沟,横坡起垄的耕地内最易产生侵蚀沟;(2)在海拔小于240m的耕地内,斜坡起垄能够减缓或防止侵蚀沟的产生,横坡起垄最易于产生侵蚀沟;海拔大于240m的耕地内,斜坡起垄最易产生侵蚀沟,横坡起垄最不易产生侵蚀沟;(3)在0~2°坡度上,顺坡起垄的耕地内侵蚀沟密度最大,斜坡起垄的耕地内的侵蚀沟密度最小;在2°~6°坡度上,由于"渠系效应"的作用,横坡起垄的耕地内最易产生侵蚀沟,坡度大于6°时,侵蚀沟最易在顺坡起垄的耕地中产生发展;(4)无论坡形如何,横坡起垄的耕地内的侵蚀沟密度都大于顺坡起垄,斜坡起垄能够有效减缓甚至防止侵蚀沟的发生发展。     

黑土区宽垄和窄垄耕作的顺坡坡面土壤侵蚀对比

宽垄耕作具有明显的增产效应,但顺坡宽垄耕作的坡面土壤侵蚀研究鲜见报道。该文基于野外大型坡面径流场观测和室内模拟降雨试验,对比分析了中国黑土区顺坡宽垄和窄垄耕作的坡面土壤侵蚀差异。结果表明,野外观测和室内模拟条件下顺坡宽垄坡面侵蚀量较之于顺坡窄垄坡面分别减少64.4%～90.4%和33.2%～57.9%,同时2种垄作方式下坡面侵蚀量与径流量均呈现出良好的线性关系(R2≥0.81),但顺坡宽垄处理下的坡面侵蚀量随径流量的增加幅度小于顺坡窄垄处理。野外观测结果还表明,2种垄作方式的坡面侵蚀量皆与降雨侵蚀力PI30和径流量呈显著正相关关系,顺坡宽垄较之于顺坡窄垄减少的坡面侵蚀量随着PI30的增大而呈降低趋势,当PI30为430～605时,顺坡宽垄较顺坡窄垄的坡面土壤侵蚀量减少74.8%～90.4%,当PI30为1520～1708时,顺坡宽垄较顺坡窄垄的坡面土壤侵蚀量减少64.4%和66.5%。无论是野外观测还是室内模拟试验均表明,与传统的顺坡窄垄相比,顺坡宽垄具有较好防治坡面土壤侵蚀效果。因此,在东北黑土区推广宽垄耕作对保护黑土资源有重要意义。     

大渡河干旱河谷区横垄坡面产流产沙特征及水保效益

为弄清干旱河谷区横垄坡面水土流失特征及水保效益,采用野外调查与室内人工模拟降雨相结合的方法,以坡耕地平作坡面为对照,开展了4种降雨强度(30,60,90,120 mm/h)和4种坡度(10°,15°,20°,25°)条件下横垄坡面产流产沙特征及减流减沙效益。结果表明:(1)横垄坡面产流时间随降雨强度和坡度的增大而提前,且受坡度影响远小于降雨强度;同等条件下,横垄坡面产流时间滞后平作坡面8.14%~55.60%。(2)随着降雨强度和坡度的增大,横垄坡面产流率和产沙率均表现为增加趋势。(3)坡度与横垄坡面减流减沙效益随降雨强度的增大由正相关关系转变为负相关关系,而降雨强度与横垄坡面减流减沙效益关系复杂,无明显变化规律。降雨强度和坡度对横垄坡面产流产沙过程和减流减沙效益有重要影响,横垄坡面能够延长坡面径流形成时间,有效减少坡面产沙率,但横垄坡面减流减沙作用存在临界条件。研究结果可为区域坡耕地横垄措施合理布设和水土流失有效防控提供数据支撑和理论依据。     

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%,减少泥沙总量93.1%,表现出较强的拦截地表径流和泥沙的作用。(2)横坡垄作对比顺坡垄作可减少99.9%的SOC及99.3%的DOC流出耕地,坡肩和坡背是拦截迁移土壤有机碳的主要坡位,其中98.8%的SOC和94.4%的DOC被拦截在坡肩和坡背位置。(3)经过3年的改垄耕种,横坡垄作相对于顺坡垄作显著提高了玉米产量,且主要体现在坡肩和坡背位置(分别显著提高21.2%,19.4%(p<0.05))。因此,横坡垄作对比农民习惯的顺坡垄作具有明显的保水固土、减少有机碳流失和增加产量的多赢效果,可以作为东北黑土坡耕地土壤保护性耕作的推荐措施。     

高寒山区横坡绿肥聚垄免耕的效果与技术关键

高寒山区横坡绿肥聚垄免耕的效果与技术关键李明祥（贵州省六盘水市水土保持办公室，５５３００１）粮食的短缺和寻求摆脱粮食生产困境的路子是困扰高寒贫困山区生态建设和经济发展的一个历史性问题，是当前和今后一段时期山区治理开发中所面临的一项重要任务。出路何在？...     

横垄耕作的面源污染截留效应研究

为了解横垄耕作的面源污染截留效应,选取吉林省长春市莫家沟小流域横垄耕作坡耕地为研究区,应用210Pbex核素示踪技术得到研究区土壤侵蚀模数为2 268 t/(km2.a),吸附态氮、磷流失负荷分别为4 889、2 022 kg/a;运用RU-SLE2.0模型,模拟在同等立地条件下顺坡耕作土壤侵蚀模数约为6 200 t/(km2.a)。对比结果表明:横垄耕作较顺坡耕作可减少约63%的土壤流失量及随土壤流失的吸附态氮磷负荷。     

东北黑土区横垄坡面融雪期细沟侵蚀特征研究

融雪期土壤由于受到融雪径流、冻融作用及未完全解冻层影响,细沟发育有别于降雨期。基于野外实地测量,对东北典型黑土区横垄坡面融雪期细沟侵蚀形态及空间分布进行分析。结果表明,横垄坡面融雪侵蚀产生的细沟主要为顺垄型、断垄型和复合型三种。顺垄型细沟平均长度和宽度较大,深度小于其他两种类型;断垄型细沟平均长度最小且变异程度最低、深度最大;复合型细沟平均长度最大、宽度最小。均匀坡面下部细沟侵蚀量最大,占坡面总量的85%,形态以顺垄型和断垄型细沟为主;坡面中部存在起伏区域,低洼处细沟侵蚀量最大,占坡面总量的64%,三种类型细沟均有发育。融雪期细沟发育的形态受微地形及未完全解冻层等因素影响,细沟分布则主要受坡位及融雪径流量等因素影响。     

北方土石山区横坡垄作坡面土壤氮的空间分布特征

横坡垄作是坡耕地广泛采用的水土保持措施,垄沟内雨水的汇聚和泥沙沉积,使得土壤氮的空间分布特征明显有别于传统耕作坡面。以北方土石山区横坡垄作坡面为研究对象,样带法采集土壤样品,基于经典统计、地统计学、Kriging插值等方法,分析垄面、垄沟等特征点位全氮(TN)、硝态氮(NO^3--N)、铵态氮(NH4+-N)含量沿坡位变化及其剖面分布,明晰横坡垄作坡面土壤氮的空间分布特征。结果表明:北方土石山区土壤氮含量属于中低水平,变异系数介于17.64%～33.60%,但垄面土壤氮的变异水平高于垄沟。TN含量沿坡位的变异最为显著,表现为坡下>坡脚>坡中>坡上;仅垄沟NO^3--N、NH4+-N含量沿坡位存在显著变化,坡脚NO^3--N、NH4+-N含量较其他坡位显著增加66.30%～83.85%。垄面与垄沟间氮含量的差异在坡上、坡下和坡脚体现的较为明显;与垄沟相比,垄面坡上TN含量减少21.34%,坡脚NO^3--N和NH4+-N含量减少17.42%～37.47%,坡下土壤氮含量增加21.56%～38.16%。TN剖面分布与坡位和特征点位有关,NO^3--N、NH4+-N的剖面分布主要受控于特征点位,但氮含量剖面分布符合指数函数关系。综上,横坡垄作坡面土壤氮空间异质性明显,且主要受控于特征点位和坡位。研究结果可为提高横坡垄作措施下氮肥利用效率、精准农业的顺利推广提供技术支撑。     

横坡与顺坡垄作模式土壤中水及示踪Br-分布特征

针对坡耕地横坡、顺坡垄作模式土壤水分及溶质迁移过程的差异,采用田间模拟试验的方法,以坡度为7°的大豆坡耕地为研究对象,以Br-为示踪剂,监测不同垄作模式垄台、垄侧、垄沟各位置的土壤水分和Br-浓度,探究坡耕地横坡、顺坡垄作模式对土壤中水分迁移及可溶性养分分布的影响。结果表明：2种模式最大土壤体积含水量横坡垄作分布在10—20 cm土层,顺坡垄作分布在5—15 cm土层,证明横坡垄作对雨水的拦蓄作用。横坡垄作模式最大土壤贮水量位置在垄上侧的垄侧处,顺坡垄作模式在垄沟处。不同垄作模式下各土层土壤体积含水量变异系数在0—5,50—60 cm处较大,介于8.97～11.90,中间土层的变异系数较小,在0.91～8.76间波动。顺坡垄作20—60 cm土层中Br-沿坡向迁移现象明显,横坡垄作40—60 cm土层中Br-沿坡向发生迁移;2种垄作模式垄台和坡向下方位置(横坡∶垄侧;顺坡∶株间)的土壤Br-总量比值均约为3∶7,顺坡垄作垄台中心处Br-总量为横坡垄作的54.33%,说明横坡垄作可以减少土壤中Br-沿坡向迁移。研究成果为在顺坡垄作条件下将非吸附性养分施在垄侧处可减少其迁移流失,有利于提高...     

东北黑土区横垄坡耕地的产流产沙过程

[目的] 在漫川漫岗黑土区开展横垄坡耕地冲刷试验研究,为黑土地保护工作提供理论依据。[方法] 采用野外现场放水冲刷试验,研究了10,30,50和70 m横垄坡耕地径流小区,在不同上方来水量下的产流、产沙过程。[结果] 3种冲刷流量（0.34,0.67和1.00 L/min）条件下的径流系数和含沙量均随坡长的增加持续波动,但不同冲刷流量达到稳定的大小和时间不同;累积产流量和累积产沙量均随冲刷流量的增强而增大,但相同冲刷流量下受坡长变化影响二者最大值出现的坡长却不同;冲刷流量为0.34 L/min时,10,30,50和70 m这4种坡长的径流系数和含沙量相关性均显著;累积产沙量随累积流量的增加而增加,坡长越短,且线性关系越强。0.34 L/min冲刷流量侵蚀量大小顺序依次为：30 m>10 m>70 m>50 m;冲刷流量为0.67和1.00 L/min侵蚀量大小顺序为：30 m>50 m>70 m>10 m。1.00 L/min冲刷流量情形下30 m坡长侵蚀量是10 m坡长的4.2倍。[结论] 坡面侵蚀量随冲刷流量增大而增大,30 m坡长是横垄坡耕地侵蚀的临界坡长,细沟发育是横垄坡耕地坡面土壤侵蚀的主要来源。     

天然降雨条件下横垄与顺垄坡面产流产沙过程

试验以天然降雨为侵蚀动力,采用标准径流小区法,对比研究了连续型降雨与间歇型降雨条件下横垄与顺垄玉米径流形成和泥沙迁移规律。结果表明:连续型降雨产流过程形态呈"W"或倒"V"形,产沙形态呈"W"或"M"形;顺垄产流与产沙时间长度一致,产流总量和产沙总量分别是横垄的1.66~5.80倍和5.02~5.52倍;顺垄与横垄产流产沙峰值差异显著,仅横垄与雨强存在错峰现象,延后1min。间歇型降雨产流形态为倒"V"形,产沙形态呈倒"V"或"M"形;顺垄产流和产沙总量分别是横垄的1.83倍和2.32倍;首次产流量占总量的70%以上,产沙量占总量的94%~100%,且横垄和顺垄与雨强均存在错峰现象,顺垄产流和产沙量较雨强延后1~4min,横垄延后1min;除首次产流外,其余产流产沙过程时间较短均无错峰现象。天然降雨条件下,横垄与顺垄产流产沙过程较为复杂,研究结果可为区域坡地水土流失防治及水土资源管理利用提供理论依据。     

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。     

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%。     

石坎梯田优化设计及施工试验研究

长江流域山区以土石山地为主,山高坡陡,土层薄,石料丰富,基本农田建设以修筑石坎梯田为主。对梯形断面石坎进行稳定分析,认为最大稳定坎高为２６２ｍ。从物理概念入手,建立了以坎高Ｈ为决策变量,以综合费用损失最小为目标的石坎梯田优化设计数学模型。优化设计施工实例表明,优化设计方案与农民常规修筑方法相比,具有田块大、田面平、田坎占地少且稳定、节省修筑投工等优点。     

横垄覆膜对丹江口库区土壤净氮矿化的影响

以丹江口库区五龙池小流域玉米黄棕壤为例,利用原位矿化试验,通过与横垄无覆膜土壤比较,研究横垄覆膜对土壤净氮矿化的影响。结果表明:玉米苗期中期和拔节期前期,横垄覆膜土壤净氮矿化量与无覆膜土壤相比分别降低7.8%~57.0%和2.2%~52.8%;玉米拔节期后期、抽穗期和成熟期,横垄覆膜土壤净氮矿化量比无覆膜土壤分别提高352.9%~703.3%,52.5%~311.0%和15.2%~334.8%。横垄覆膜土壤净氮矿化量在玉米苗期、拔节期、抽穗期和成熟期与土壤含水量、温度和全氮间均存在较强度关联关系(0.6灰色关联度≤0.8)。逐步回归分析表明,横垄覆膜土壤净氮矿化量在玉米苗期与土壤温度间呈最优线性关系(F=7.205,P=0.023);在玉米拔节期与土壤含水量和温度间呈最优线性关系(F=36.861,P=0.001);在玉米成熟期与土壤含水量间呈最优线性关系(F=42.438,P=0.007)。     

黄土丘陵区软埂梯田建设与维护监测研究

软埂梯田选择"接近自然"的技术对坡改梯进行了技术改进,在工程方面设计采用接近黄土自然休止角40～45°为梯田埂坡设计坡度,从而从根本上消除了地埂重力侵蚀危害。试验研究表明,软埂梯田每年的维护费用为592.5元/hm²,是硬埂维护费用的55.5%;修筑费用为435元/hm²,是硬埂的24.9%。软埂梯田具有造价低、易维护、修筑和管护简便等特点,是水平梯田建设的重要发展方向。     

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;     

坡耕地垄作区田最佳挡距数学模型及其检验

根据黑龙江省垄体的几何图形，推导出各种坡度垄作区田单个浅穴容积V的计算公式。建立了最佳挡距数学模型L=168θ^-0.50.在利用人工模拟降雨检验此模型时，选择了2°，4°和6°坡的玉米和大豆坡耕地，比较最佳挡距、最大挡距和不设土挡的开放垄的拦蓄降雨量。最佳挡距拦蓄降雨量分别是54.8mm,50.4mm和42.06mm,比最大挡距分别多拦蓄18.4mm,19.9mm和19.7mm降雨。比不设土挡的分别多拦蓄49.4mm,44.6mm和39.9mm.在自然降雨条件下，6°大豆坡耕地最佳挡距的产量比最大挡距和不设挡的对照区分别增产22.3%和36.8%,证明此最佳挡距模型是可行的和可靠的