黑土区坡耕地水土保持技术模式对降雨径流过程的影响

采用径流小区试验,以鼠洞、暗管2项工程措施为核心,与深松、垄向区田2项耕作措施有机集成,形成LQ、LS、SQ、SAS、SAQ和SAQS共6个坡耕地综合治理技术模式小区,并与常规耕作处理(CK)对照,通过对2013,2014年各小区产流特征对比分析,解析不同技术模式对径流过程的影响。结果表明,不同技术模式2013,2014年径流深及径流系数大小排序相同,为:CKLQLSSQSAQSASSAQS。年径流量时程分布以垄向区田修筑时间为分界点呈现两阶段性:垄向区田筑垱前各处理产流量大小排序为:CKLQLSSQSAQSASSAQS;垄向区田筑垱后各处理产流量大小排序为:CKLQLSSASSQSAQ=SAQS(未产流)。不同技术模式对次降雨径流过程的影响表现为产流时间滞后、产流阈值增加、径流强度峰值消减和产流量降低,且影响大小亦以垄向区田筑垱时间为分界点呈现两阶段性,垄向区田筑垱前,SAQ、SAS、SAQS 3个处理的产流量分别占CK的26.22%,5.55%和4.88%,降雨产流阈值均大于25mm,它们对小雨和中雨能够完全拦蓄径流;垄向区田筑垱后,SAQ、SAQS这2个处理都没有产生径流,它们对大雨及以下等级的降雨能很好地控制径流。垄向区田措施具有较好的拦蓄径流的作用,其与鼠洞、暗管等强化入渗的措施结合使用,能有效减少径流,抑制水土流失。     

坡耕地综合治理技术模式的蓄水保土及增产效应

针对松嫩平原北部丘陵漫岗黑土区严重的水土流失、春旱和耕层渍涝并存的问题,采取了垄向区田与鼠道、暗管和明沟4种措施并将其有机集成形成了4个坡耕地综合治理技术模式。于2009和2010年,以黑龙江农垦北安分局红星农场3°坡耕地为研究对象,研究了不同技术模式对大豆生育期土壤水分动态、产量、作物水分利用效率、地表径流和土壤侵蚀的影响。结果表明,4种技术模式均有不同程度的蓄水保土增产和提高作物水分利用效率的作用,其中鼠洞+暗管+明沟+垄向区田措施效果最为明显,与常规耕作相比产量和水分利用效率分别提高了27.3%和23.9%,地表径流量和土壤流失量分别减少了31.3?mm和456?t/?(km2·a)。     

坡耕地保护性耕作措施的水土保持效应

为探索不同保护性耕作技术在黑龙江省西部半干旱区坡耕地的水土保持效应,于2007、2008年在甘南县东兴村坡耕地径流小区进行不同耕作措施的降雨径流、土壤储水量和土壤流失量试验研究。结果表明：土壤储水量的动态变化趋势与天然降雨趋势一致;与常规耕作措施相比,所研究的3种耕作措施均可不同程度地增加土壤储水量、减少地表径流和土壤流失量,其中,垄向区田措施减少径流效果最好,覆膜＋垄向区田技术集成措施增加土壤储水和减少土壤流失效果最好,免耕秸秆覆盖措施在以上3方面的效果均为最差;垄向区田和覆膜＋垄向区田措施具有增加土壤储水深度的作用。研究结果可为黑龙江省西部半干旱区坡耕地水土保持措施的合理选择提供参考。     

不同耕种模式下遂宁组紫色土坡耕地产流产沙特征

基于遂宁水土保持试验站1989—2016年次降雨数据,划分出Ⅰ(小雨强长历时)、Ⅱ(中雨强长历时)、Ⅲ(中雨强中历时)、Ⅳ(大雨强短历时)4种雨型,依据耕种模式划分出4个时段,分析坡耕地产流产沙规律。结果表明:(1)1991—1992年,等高沟垄两端加档方式保水保土作用最佳,且在各雨型间差异不显著(P0.05),斜坡沟垄随角度增加保土保水作用逐渐减弱。(2)2004—2005年,农耕地顺坡垄作的产沙量为横坡垄作的10～20倍,而产流量为横坡垄作的1～3倍,说明横坡垄作减沙效应优于减流效应,且种植黄花较种植玉米水土保持作用更强。(3)2006—2008年,农耕地栽植新银合欢植物篱初期地表扰动大,产流产沙量较对照小区大;各小区产流量在不同雨型间差异不显著(P0.05);Ⅱ雨型下横坡红苕/玉米—小麦小区产沙量显著大于其余雨型(P0.05),为其余雨型的4.4～26.7倍。(4)2013—2016年,植物篱已定植3年,植物篱小区水土保持效果均优于对照小区,减沙效应优于减流效应,且香根草植物篱水土保持效果整体优于新银合欢植物篱,Ⅲ雨型下各小区产沙量呈极显著差异(P0.01)。整体来看,等高沟垄耕作两端加档方式最佳,利于农耕地保土蓄水;植物篱减沙效果明显,但定植初期产沙量增加,且存在占用农田和影响机耕等问题,故应结合实际选择适宜的耕种方式。     

东北水保工程项目区水土保持效益评价

在国家农业综合开发东北黑土区水土流失治理一期工程区内,选取新型大垄、垄向区田(3°和5°)、3°垄沟深松、改垄、梯田、地埂、草地、林地共8个不同的水土保持措施地块作为试验小区,以传统3°和5°顺坡垄作为对照小区,开展全年水土保持监测,并以此进行了田块尺度上的各项水土保持措施的效益分析。研究结果表明,水保工程措施总体优于水保耕作措施,在耕作措施中新型大垄密植水保效果最佳。各项措施水土保持效益排序为:草地>林地>新型大垄>改隆>梯田>地埂>深松>3°区田>5°区田。新型大垄、区田和深松措施水保作用具有时效性。     

黔西喀斯特区秸秆覆盖对坡耕地产流产沙特征的响应

基于2018-2019年野外径流小区定位观测资料,以玉米单作无秸秆覆盖处理(M0)为对照,探索了玉米单作处理和不同秸秆覆盖量(M1~M5,1111,2222,3889,5556,6944 kg/hm^2)对贵州省黔西喀斯特区坡耕地产流产沙特征的影响。结果表明:(1)不同降雨等级下,秸秆覆盖具有较好的水土保持效果,并随覆盖量的增加,产流、产沙总量逐渐减少,但M4与M5处理之间无显著差异(p>0.05);(2)玉米苗期—拔节期各处理产流和产沙量大于后2个阶段,并且各阶段各覆盖处理产流产沙均低于对照;(3)秸秆覆盖对地表产流产沙影响显著,与对照相比,年均径流深减少21.85%~50.46%,土壤侵蚀模数减少50.10%~85.87%;(4)随着秸秆覆盖量的增加,各处理产流、产沙呈下降趋势,但当秸秆覆盖量超过5556 kg/hm^2后,继续增加秸秆至6944 kg/hm^2时,水土保持效果变化不明显。秸秆覆盖是控制喀斯特地区坡耕地水土流失的有效途径,6000 kg/hm^2左右的覆盖量即可起到较好的水土保持效果。     

长江中游低丘黄壤坡面地表产流产沙规律初探

通过野外人工模拟降雨试验,得出湖北省象鼻嘴小流域内2个板栗林梯地、2个花生农地(梯地、坡地各1个)径流小区在同等雨强条件下的产流产沙过程变化特征。结果显示:在水热状况、土壤、小地形等条件较一致的前提下,4个径流小区的初损雨量、历时表现为板栗梯地1板栗梯地2花生梯地花生坡地;结合各径流小区产流产沙强度及累计过程线分析得出,梯地的水土保持效果明显优于坡地,坡地的产流产沙过程更为复杂;林地在拦蓄径流、增加入渗方面要明显优于农地;板栗梯地1,2的水沙流失特征差异显示出植被盖度、物种多样性等对地表产流产沙过程也有较大影响;各场雨的累计产流、产沙量与降雨历时之间符合Y=ax2+bx+c的多项式相关方程。     

垄作与垄向区田技术对黑土区坡耕地土壤侵蚀影响的研究进展

东北黑土区在中国粮食安全与可持续发展中占据重要地位,但过度开发利用导致该区土壤侵蚀问题严峻。耕作方式的差异直接影响黑土区坡耕地土壤侵蚀特征,相关研究的开展对于准确评价水土保持措施的适宜性具有重要意义。该研究通过系统梳理文献资料,总结了垄向、垄规格以及垄向区田技术的内涵及应用条件,分别综述了其对黑土区坡耕地土壤侵蚀的影响;指出了目前研究中还存在垄作与垄向区田技术对坡耕地土壤侵蚀影响的机理研究不深、垄向与垄规格之间的耦合关系分析不细、垄向区田垄沟土埂优化设计不足、土壤侵蚀综合影响因素探索不全等方面主要问题;明确了未来研究中应加强量化垄向、垄规格、垄向区田技术与其他水土保持措施相结合对黑土区坡耕地土壤侵蚀影响的过程与机理,为筛选适宜的水土保持耕作措施提供科学依据。     

黑土坡耕地不同水土保持措施的土壤水蚀特征研究

针对北方干旱地区坡耕地严重的水土流失问题,采取垄向区田、深松、横坡种植、免耕播种等水土保持耕作措施,于2010年,以黑龙江省齐齐哈尔市东兴村5°坡耕地径流场为研究对象,研究了不同耕作措施对地表径流、土壤侵蚀和降雨入渗的影响。结果表明,这几种水土保持耕作措施均有不同程度的减流减沙作用,其中横坡种植效果最为明显,地表径流量和土壤流失量较常规耕作分别减少了92%和90%,稳定入渗率较常规耕作提高了41.2%。不同耕作措施的径流系数过程线的变化、径流含沙率变化以及产流量、产沙量的变化均符合横坡免耕>横坡种植>深松+区田>垄向区田>少耕深松>免耕>常规耕作>裸地这一变化规律。     

密云水库周边板栗林下不同水土保持措施效益评价

为探究密云水库周边板栗林下的土壤侵蚀规律以及适合于当地板栗林下的水土保持措施,选取发生于2021年8月的10次降雨事件作为研究样本,通过对比不同水土保持措施配置下产流产沙对降雨因子的响应,采用径流小区法对不同水保措施配置模式的水土保持效益进行了评价,进而筛选出水土保持效果更好的水土保持措施。结果表明:(1)在仅布设植被措施的条件下,减轻地表径流及泥沙运移作用最大的植被类型为卷柏,其次为自然坡面。(2)在同时布设植被措施与工程措施的条件下,工程措施相同、植被措施不同时,自然坡面减流减沙效果最好。工程措施不同、植被措施相同时,减流效果最好的为鱼鳞坑。(3)马齿苋+鱼鳞坑、自然坡面+鱼鳞坑的水土保持效益最佳。(4)对产流产沙量影响最大的因子为降雨量,其与径流量、泥沙量的相关系数分别为0.533,0.557(p<0.01)。由此可知,进行密云水库板栗林水土保持工作时,可优先种植卷柏、布设鱼鳞坑,或布设马齿苋+鱼鳞坑、自然坡面+鱼鳞坑等水土保持措施。     

Modelling water movement in drained clay soil. II. Application of the model in Evesham series clay soil

A two-domain model of water movement, storage and drainage in a cracked clay soil has been applied and tested in the field by irrigating an instrumented lysimeter constructed around a 2.0 m length of mole drain. Measurements of drain outflow rates and of increases in soil water content were compared with model predictions. The model predicted satisfactorily the peak drain outflow rate and subsequent drain recession although there was a tendency for the model to underestimate the time to the start of drainage. Good agreement with the measured recharge profile was generally found.     

基于HYDRUS-2D模型的玉米高出苗率地下滴灌开沟播种参数优选

开沟播种是一种可显著提高地下滴灌春玉米出苗率的新型播种方式,为了优化该技术模式,该文通过两年田间试验分析了地下滴灌玉米出苗率与灌水后种子处土壤有效饱和度(effective saturation)的关系,并基于HYDRUS-2D构建了地下滴灌开沟播种土壤水分运动模型,以90%玉米出苗率为前提,研究了不同土质和土壤初始含水率条件下3个技术参数——开沟深度、滴灌带埋深和灌水量对种子处土壤有效饱和度的影响.结果表明:1)出苗率随土壤有效饱和度线性递增,土壤有效饱和度不小于0.77时,出苗率超过90%;2)地下滴灌开沟播种HYDRUS-2D模型模拟精度较高,模拟得到的土壤有效饱和度随开沟深度增大而增大,随滴灌带埋深增大而减小;3)满足土壤有效饱和度为0.77所需的出苗水灌水量随土壤黏粒含量、土壤初始含水率和开沟深度增大而减小,随滴灌带埋深增大而增大.当表层土壤初始含水率为40%田持~60%田持时,开沟深度每增加5cm,砂壤土的出苗水灌水量减小15~20mm,粉壤和粉黏土的出苗水灌水量减小6~18mm;滴灌带埋深由30cm增大到35cm时,砂壤土的出苗水灌水量增大16~21mm,粉壤和粉黏土的出苗水灌水量增大4~14mm.不同埋深和开沟深度下,当表层土壤初始含水率由40%田持增大到60%田持时,砂壤土的出苗水灌水量减小9~14mm,粉壤和粉黏土的出苗水灌水量减小9~19mm;4)综合考虑土壤质地、玉米根系分布、机械作业、耗能、耕作深度和土壤水深层渗漏以及土壤初始含水率,玉米地下滴灌适宜的滴灌带埋深为30~35cm,开沟深度为10~15cm,灌水量范围为25~67mm.农业生产者可以根据当地实际情况对以上3个技术参数进行合理配置.     

灌溉水质与灌溉沟坡度对华北土壤径流和侵蚀的影响

Irrigation-induced soil erosion seriously affects the sustainability of irrigated agriculture. The effects of irrigation water quality and furrow gradient on runoff and soil loss were studied under simulated furrow irrigation in laboratory using a soil collected from an experimental station of China Agricultural University, North China. The experimental treatments were different combinations of irrigation water salt concentrations of 5, 10, 20, and 30 mmol_c L^-1, sodium adsorption ratios (SAR) of 0.5, 5.0, and 10.0 (mmol_c L^-1)^0.5, and furrow gradients of 1%, 3%, and 5%, with distilled water for irrigation at 3 furrow gradients as controls. The experimental data indicated that total runoff amount, sediment concentration in runoff, and total soil loss amount generally decreased with increasing salt concentration in irrigation water but increased with its sodicity and furrow gradient. The effects of water quality and furrow gradient on soil loss were greater than those on runoff, and the increase of furrow gradient decreased the influence of water quality on soil loss. When the salt concentration increased from 5 to 30 mmol_c L^-1 at SAR of 10.0 (mmol_c L^-1)^0.5, total runoff amount, sediment concentration, and total soil loss amount decreased by 3.89%, 52.1%, and 53.92%, and 10.57%, 38.86%, and 42.03% at the furrow gradients of 1% and 5%, respectively. However, they respectively increased by 3.37%, 45.34%, and 55.36%, and 3.86%, 10.77%, and 13.91% when SAR increased from 0.5 to 10.0 (mmol_c L^-1)^0.5 at the salt concentration of 5 mmol_c L^-1. Irrigation water quality and furrow gradient should be comprehensively considered in the planning and management of furrow irrigation practices to decrease soil loss and improve water utilization efficiency.     

小麦/玉米间作畦沟分灌土壤盐分迁移特征

针对内蒙古河套灌区小麦/玉米间作常规灌溉模式下农田灌溉水浪费严重、土壤盐碱化日益加剧等农业生产现状,结合垄作沟灌技术,在灌区开展小麦/玉米间作畦沟分灌,并对畦灌和畦沟分灌两种灌水模式下间作群体作物根系区土壤垂向剖面内盐分的动态平衡进行了对比分析。结果表明:间作群体整个生育期,经历多次灌溉后,并未将土壤盐分有效排除农田,反而在灌溉及矿质化地下水补给作用下表现为积盐态势,将灌溉水及矿质化地下水携带的盐分聚集在根区土壤中,畦灌和沟灌玉米田单位面积土体储盐量平均增加211.08 g/m²,300.34 g/m²,差异显著。常规畦灌小麦田和畦沟分灌小麦田储盐量分别增加202.91 g/m²,200.43 g/m²,差异性不显著。畦灌和沟灌玉米土壤储盐量变化分别以0—60 cm和20—60 cm最大,且沟灌玉米整个生育期耕层0—20 cm土壤处于积盐状态,小麦各土层储盐量变化则以0—40 cm最大。研究结果可为畦沟分灌技术在河套灌区的推广应用提供技术支撑。     

沟播和垄作条件下冬小麦田的土壤水分动态变化研究

通过冬小麦沟播和垄作试验,结果表明,沟播小麦不同灌水处理在0 12 0cm土壤层次中水分均呈下降趋势,0 90cm层次土壤水分下降幅度较大,而10 0 12 0cm层次下降幅度较小。从沟播和垄作麦田土壤贮水量差值的分析可以看出,沟播麦田土壤贮水量要明显高于垄作麦田,沟播的同一时期沟垄间的土壤水分差异在0 90cm土层要低于垄作的,而10 0 12 0cm土层就极其相近。从沟播和垄作的土壤水分纵深分布上比较,在各处理均没有灌水的情况下,沟播和垄作同一层次不同灌水处理的土壤水分极差均出现在0 10cm ,但随灌水处理灌溉次数的增加,沟播出现较大水分差异的土层下移,出现在10 2 0cm。     

Zero-tillage furrow opener effects on seed environment and wheat emergence

Optimum emergence is necessary to attain maximum crop yields, particularly in reduced and zero-tillage systems. However, zero-tillage seeder performance under zero-tillage conditions is not always adequate, and thus may limit potential yield benefits from this soil and water conserving practice.

A study was conducted to measure the range of influence of zero-tillage openers on some soil physical properties of the soil-seed environment. Furrow opener design has direct consequences on soil surface disturbance, furrow compaction levels, and post-seeding soil water requirements in the seed row. While soil temperature and wheat cultivar differed between two distinct field trials, furrow opener designs conducive to adequate compaction of seed furrow with press wheels consistently resulted in better wheat emergence, when soil water potentials were not limiting.

This study demonstrates that seeding tool design has a quantifiable influence on seed furrow properties, and that this information can be used to develop precise guidelines for future designs of furrow openers and press wheels.     

沟灌条件下土壤水热传输与转换研究进展

沟灌地表的不均匀结构使土壤水热运动具有空间性,地表水汽交换与光温条件随之改变。该文概述了近年来国内外沟灌土壤的水热传输与转换的研究进展,主要包括地-气界面的水汽交换、沟垄表面的光温分布和沟灌土壤的水热传输。深入阐明沟灌土壤的水热传输机制,是沟灌条件下土壤水热资源高效利用的基础。     

沟灌过程中土壤水分入渗参数与糙率的推求和验证

为了推求沟灌条件下土壤水分入渗参数,基于水量平衡法利用室内沟灌平台试验推求验证沟灌运动过程中水分入渗量以及水分入渗函数Kostiakov或修正的Kostiakov的参数,在两种不同糙率和排水边界条件下,运用水流推进阶段以及推进后阶段的实测数据如流入量、水流前峰推进函数、水深以及流出量等,建立了计算函数,并将其计算的入渗参数代入地表水流运动模型SRFR中验证水流推进过程以及不同测点的水深过程线,结果表明模拟值与实测值较为吻合.说明利用水量平衡法建立的土壤水分入渗参数可以准确的表达土壤水分入渗规律.     

沟灌入渗湿润体运移距离预测模型

为进一步探明沟灌入渗湿润体的影响因素和其运移规律,该文通过黏壤土和砂土的室内沟灌入渗试验,重点研究了土壤容重、沟中水深和土壤初始含水率对沟灌入渗湿润体的影响。通过分析,发现湿润锋垂直和水平方向运移距离与时间的1/2次方呈线性函数关系,建立了包含土壤容重、沟中水深、土壤初始含水率等因素的湿润峰运移距离预测模型,并对模型进行验证,结果表明模型精度较高,用其模拟沟灌入渗湿润峰运移距离是可行的。研究结果可为改进沟灌灌水技术提供参考。