不同耕作措施对红壤坡耕地耕层质量的影响

为探明不同耕作措施对云南红壤坡耕地耕层土壤抗侵蚀性能和生产性能的影响，以常规耕作为对照，设置免耕、翻耕20 cm、翻耕20 cm+压实、翻耕20 cm+深松30 cm四种耕作措施，采用土壤质量指数法对不同耕作措施下耕层质量变化特征进行分析评价。结果表明：（1）不同耕作措施对红壤坡耕地耕层土壤抗侵蚀性能影响显著。翻耕20 cm+深松30 cm处理下土壤饱和导水率最大（1.19 mm·min^-1）；与常规耕作相比，翻耕20 cm+深松30 cm处理下水稳性团聚体平均质量直径增加28.13%；免耕处理下土壤抗剪强度最高（12.12 kg·cm^-2），耕层土壤饱和导水率最大（1.27 mm·min^-1）；翻耕20 cm处理下大于0.25 mm水稳性团聚体含量、水稳性团聚体平均质量直径、几何平均直径均显著高于其他措施，分别为69.64 g·kg^-1、1.74 mm、0.77 mm。（2）不同耕作措施对红壤坡耕地耕层生产性能影响具有差异性表现，免耕处理下土壤容重显著增大，土壤有机质、有效磷在表层富集；翻耕20 cm、翻耕20 cm+深松30 cm处理下，耕层增厚效果显著，土壤有机质、有效磷含量显著增加。（3）红壤坡耕地耕层土壤质量及诊断指标的适宜性对耕作措施响应有差异，翻耕20 cm+深松30 cm处理耕层土壤质量指数最大（0.58）；翻耕20 cm、翻耕20 cm+深松30 cm处理的耕层厚度、容重及有效磷指标均在适宜性阈值范围。上述研究结论可为红壤坡耕地适宜耕作措施选择以及坡耕地合理耕层的构建与评价提供参考。     

基于聚类及PCA分析的红壤坡耕地耕层土壤质量评价指标

为准确评价红壤坡耕地耕层土壤质量特征,该文采用聚类分析法(CA)和主成分分析法(PCA)分别建立了南方红壤丘陵区坡耕地耕层质量诊断最小数据集(minimum data set,MDS),并利用最小数据集土壤质量指数(soil quality index-CA,SQI-CA和soil quality index-PCA,SQI-PCA)和全量数据集土壤质量指数(soil quality index-total,SQI-T)对坡耕地耕层特征进行分析。结果表明:1)红壤坡耕地耕层土壤质量变化特征差异明显,其中耕层平均厚度(19.93±4.9)cm,接近作物生长适宜水平;土壤有机质、全氮平均含量分别为(17.43±8.71)和(0.97±0.42)g/kg,处于中度贫瘠化水平;土壤有效磷和速效钾含量丰富,平均含量分别为(26.1±22.22)和(155.46±88.35)mg/kg;p H均值为(5.34±0.77),土壤呈弱酸性。2)红壤坡耕地耕层土壤质量评价最小数据集由耕层厚度、土壤容重、土壤贯入阻力、土壤有机质、p H值和有效磷组成。基于不同数据集的耕层土壤质量评价结果差异明显,土壤质量指数变化范围、均值表现为SQI-TSQI-CASQI-PCA,变异系数表现为SQI-TSQI-CASQI-PCA,SQI-CA与SQI-T的Nash有效系数和相关度高于SQI-PCA,而相对偏差系数和平均相对误差则低于SQI-PCA,这表明基于聚类分析最小数据集(MDS-CA)较基于主成分分析最小数据集(MDS-PCA)更适合替代全量数据集(total data set,TDS)对耕层土壤质量进行评价。3)从保水、保土、保肥及增产潜力角度看,红壤坡耕地合理耕层诊断指标适宜性阈值为耕层厚度≥20.39 cm,土壤容重0.92~1.21 g/cm3,土壤贯入阻力≤1.21 kg/cm3,土壤有机质含量≥18.82 g/kg,p H值5.04~5.38,有效磷≥28.83 mg/kg。合理深松是构建合理耕层的有效措施之一。该研究结果可为南方红壤丘陵区坡耕地耕层质量恢复、农作物生产适宜性调控和坡耕地水土流失阻控提供参考,有利于红壤丘陵区坡耕地资源持续利用。     

土壤侵蚀因素对紫色丘陵区坡耕地耕层质量影响

土壤侵蚀是导致坡耕地耕层土壤质量退化和土壤生产力不稳定的关键因素。该文以紫色丘陵区坡耕地为例,对坡耕地不同地力等级耕层土壤质量、渗透性能及耕层类型进行聚类分析,讨论了土壤侵蚀对坡耕地耕层厚度影响及合理耕层土体构型。结果表明:(1)紫色土坡耕地耕层土壤质量具有中等程度变异性,有效土层厚度(15~80 cm)和耕层厚度(15~25 cm)变异系数分别为12.18%和37.26%,土壤有效磷变异系数可达94.51%,说明土壤物理指标变异性小于化学指标变化;三级以下地力耕层构型为近似全虚或全实剖面结构,五等地力坡耕地产量下降50%左右。(2)紫色土坡耕地不同坡位、不同垂直深度的耕层土壤物理性质、持水性能及耕作性能差异显著(P0.05),土壤容重为上坡下坡中坡,土壤抗剪强度为上坡中坡下坡,土壤稳定入渗为下坡中坡上坡,土壤贯入阻力表现为中坡上坡下坡;除土壤入渗外,土壤容重、抗剪强度、贯入阻力均表现为底土层心土层耕层;坡耕地0~40 cm土层中蓄存降水可被农作物利用70%左右。(3)中度侵蚀程度坡耕地,年均耕层厚度薄化值为1.04~3.04 mm,坡耕地合理耕层建立可选择有效土层厚度、耕层厚度、土壤容重、土壤抗剪强度、土壤有机质、土壤渗透性为坡耕地合理耕层评价最小数据集,耕层构型总体保持上虚下实型、耕层厚度20~25 cm、有效土层厚度50~60 cm。(4)紫色土坡耕地可分为四种耕层类型,其障碍耕层主要表现为有效土层厚度限制型(第II类)、耕层厚度限制型(第III类)和土壤养分限制型(第IV类),分别占耕层总量30%、10%、3%;紫色土坡耕地合理耕层建立应重点关注有效土层厚度和耕层厚度调控。研究结果可为客观认识土壤侵蚀与紫色土坡耕地耕层退化关系、合理耕层构建提供理论依据和技术参数支持。     

西南紫色土坡耕地农作物-耕层质量适宜性的耦合度诊断

【目的】紫色土坡耕地是西南区农业生产重要的耕地资源,其耕层质量集中表现为侵蚀性退化严重且农作物产量低而不稳,在地块尺度上农作物产量变化较土壤质量退化具有较明显的滞后效应。论文在紫色土不同地力等级坡耕地耕层土壤质量分析基础上,定量分析紫色土坡耕地耕层质量对农作物的适宜性程度。【方法】在不同地力等级耕层质量统计分析及聚类分析基础上,对农作物-耕层适宜性的耦合度程度进行诊断分析。【结果】（1）紫色土坡耕地不同地力等级的耕层厚度为19—21 cm,有效土层厚度在21—43 cm变化,耕层厚度比较稳定但有效土层浅薄现象严重,五级坡耕地不存在心土层;五级坡耕地产量限制因素为田面坡度、有效土层厚度、耕层厚度。（2）紫色土坡耕地3种耕层类型特征明显,其中Ⅰ类耕层土壤显弱酸性（pH 6.4）,阳离子交换量（21.0 cmol(+)·L ^-1）最大;Ⅱ类耕层田面坡度最小（11°）,有效土层厚度（38 cm）和耕层厚度（22 cm）最厚,土壤速效钾含量（136.5 mg·kg ^-1）最多;Ⅲ类耕层有效土层厚度（28 cm）最薄,土壤显酸性（pH 4.8）,阳离子交换量（9.2 cmol(+)·L ^-1）最小;田面坡度,有效土层厚度,土壤酸化,阳离子交换量是影响坡耕地作物产量主导因子。（3）紫色土坡耕地不同地力等级的农作物与耕层适宜性存在协调发展类和失调衰退类两种状态和同步型、滞后型、损益型、共损型4种表现,在同样地力条件下,农作物产量较耕层质量更为敏感,衰退表现更加明显;农作物-耕层耦合关系（C_d）为Ⅰ类耕层（0.4820）和Ⅱ类（0.5207）属于基本协调发展类农作物耕层同步型,农作物生长勉强适宜;Ⅲ类（0.3343）濒临失调衰退类耕层损益型,农作物生长中度不适宜。 【结论】紫色土坡耕地耕层厚度比较稳定但有效土层浅薄化现象严重,不同地力等级的农作物与耕层适宜性存在协调发展类和失调衰退类两种状态和同步型、滞后型、损益型、共损型4种表现,紫色土坡耕地改良应减小田面坡度,增加有效土层厚度,调节土壤酸碱度。研究结果可为地块尺度上紫色土坡耕地合理耕层调控及构建提供技术参数。     

红壤坡耕地耕层土壤质量退化特征及障碍因子诊断

坡耕地耕层质量退化是在土壤侵蚀等自然因素和农业耕作等人为因素综合作用下,在坡面尺度上耕层土壤剖面损毁、土壤养分贫瘠化、农作物-环境调控能力衰退或完全丧失的农业生态过程。该文以红壤小流域坡耕地耕层为研究对象,采用耕层质量退化指数法（cultivated-layer degradation index, CLDI）分析了坡耕地耕层质量退化特征,基于主成分分析法明确了耕层退化的主导因素及关键驱动因子,采用障碍因子诊断模型界定了坡耕地耕层质量主要障碍因素及障碍程度。结果表明：红壤小流域坡耕地耕层质量以中、轻度退化程度为主（样点占比70.4%）,重度退化耕层样点占比11.1%,无退化耕层样点占比18.5%;导致坡耕地耕层质量退化的人为驱动因素有单位坡耕地面积农业投入、耕作方式、单位坡耕地面积机械总动力和单位坡耕地面积化肥施用量。随耕层退化程度加剧,耕层土壤pH值呈先大幅减小后趋于平稳的变化趋势,轻度退化耕层土壤pH值降低幅度可达9.8%;与无退化程度相比,不同退化程度下红壤坡耕地耕层厚度呈逐步薄化趋势,重度退化耕层薄化率可达8.9%,这与降雨侵蚀和农户耕作方式不合理因素有关。红壤坡耕地耕层质量主要障碍因素表现为土壤黏粒含量多、pH值小、耕层薄化和土壤抗剪强度小,平均障碍度分别为0.15、0.14、0.13和0.10;土壤黏粒含量、pH值和耕层厚度障碍度随退化程度加剧呈增大趋势,土壤抗剪强度障碍度呈逐渐减小趋势,其他耕层土壤属性参数障碍度无明显变化;适度深松（30～48 cm）与合理施肥是改善耕层质量的有效措施。研究结果可为科学认识红壤坡耕地耕层质量退化特征,明确耕层质量改善途径及合理耕层构建提供参考。     

土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用及其评价趋势展望

土壤侵蚀是导致坡耕地耕层质量退化和土壤生产力不稳定的关键驱动因素。该文从水蚀区坡耕地侵蚀控制和生产功能角度,在解析地块尺度土壤侵蚀、水土保持、农业活动对坡耕地耕层生态过程作用特征的基础上,系统分析了土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用、影响效应及作用途径。认为:1)坡耕地耕层质量变化由降雨侵蚀、耕作活动交互作用的生态过程决定,2种作用的时间、空间尺度不同;耕层土壤参数在坡耕地农业生产中作用分为保水、保土、保肥和增产潜力,由地块尺度农作物-耕层耦合效应决定土壤生产能力、坡耕地水土流失特征及耕层侵蚀性退化方向及程度。2)土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用表现为土壤性质恶化、土壤质量劣化、土地生产力衰退3个方面,耕层土壤物理性质变异程度大于化学性质变异,径流作用导致的土地生产力衰退大于土壤流失作用。3)坡耕地耕层质量评价指标体系应兼顾侵蚀下降、产量提升2个目标,地块尺度诊断指标有效土层厚度、耕层厚度、土壤容重、土壤抗剪强度、土壤有机质、土壤渗透性可作为合理耕层评价最小数据集;坡耕地合理耕层适宜性分为5级,其诊断指标分级标准宜与土壤侵蚀分级和耕地地力分级衔接。4)坡耕地合理耕层评价未来应密切关注耕层质量诊断指标最小数据集、坡耕地合理耕层阈值/适宜值分级标准、坡耕地水土流失阻控标准拟定3个主要方向。研究可为深入认识坡耕地侵蚀性退化机制,辨识坡耕地合理耕层调控途径以及坡耕地合理耕层构建技术参数提供依据。     

土壤侵蚀对坡耕地土壤水分及入渗特性影响

土壤水分对雨养农业坡耕地具有重要的意义，利用铲土侵蚀模拟试验小区，对不同侵蚀程度坡耕地的土壤水分特征曲线、土壤入渗、土壤水库特征及抗旱性能进行了研究。结果表明：（1）土壤侵蚀程度加剧可以使相同吸力下土壤的容积含水量降低，不利于坡耕地土壤的水分贮存，使坡耕地土壤抗旱性能降低。紫色土坡耕地土壤入渗速率随着土壤侵蚀程度加剧，0～10 cm层土壤入渗速率逐渐降低，同时随着土壤侵蚀程度加剧，不同垂直深度上各个土层土壤入渗速率差异逐渐减小。（2）不同侵蚀程度坡耕地土壤水库特征差异显著，紫色土坡耕地土壤总库容随着土壤侵蚀程度加剧先呈现上升趋势，土壤总库容的大小表现为S-10（422.7 t?hm-2）>S-5（413.1 t?hm-2）>S-15（408.2 t?hm-2）>S-0（404.9 t?hm-2）>S-20（403.5 t?hm-2）。随着侵蚀程度加剧紫色土坡耕地土壤水库无效水分有着不同程度的增加，土壤侵蚀可以减小水库持水效率，但侵蚀程度对水库持水效率影响不大。（3）不同侵蚀坡耕地0～40 cm层土壤的各贮水特征之间差异不大，同一土层深度不同侵蚀程度坡耕地最大吸持贮水量占饱和贮水量的75 %左右。随侵蚀程度加剧坡耕地土壤抗旱性变差，相同吸力下，不同侵蚀程度坡耕地耕层土壤累计损失水百分率随侵蚀程度加剧呈现不同程度的增加。研究结果可为地块尺度上紫色土坡耕地土壤水分和抗旱性能调控提供技术参数。     

云南省降雨侵蚀力时空分布与演变趋势研究

由于生态环境演变及人类活动的影响,云南地区生态环境极度脆弱,土壤侵蚀强度大,侵蚀程度严重。降雨侵蚀力(R)是采用USLE/RUSLE模型进行土壤侵蚀评估的重要参数,但目前针对云南地区R值的计算模型及适宜性方面的研究较少。本研究采用昆明气象站1951—2010年共60 a逐日降雨数据,对中国南方地区常用的5种R计算模型在云南地区的适宜性进行分析,筛选出适宜云南地区的R计算模型,并基于均匀分布于云南省的36个国家基本气象站1951—2012年降雨观测数据,分析云南省降雨侵蚀力时空分布与演变特征。研究表明:在5种降雨侵蚀力计算模型中,模型B具有较好的稳定性,且有效系数(Ef)最大,相对偏差系数(Er)最小,在云南地区有较好的适宜性。云南地区多年平均降雨量为1 106.84 mm,7个分区多年平均降雨量分布在745.83~1 533.33 mm之间,不同地区降雨量分布不均匀,季节分布集中在夏季,降雨空间分布呈现出自西南向东北递减的趋势。云南地区多年平均R为2 719.31 MJ·mm/(hm2·h),7个分区多年平均R分布在1 837.23~3 949.12 MJ·mm/(hm2·h)之间,季节分布集中在夏季,空间分布也表现出自西南向东北递减的趋势。7个分区降雨侵蚀力趋势系数分布在-0.34~-0.02之间,各分区近60 a来降雨侵蚀力均呈现出减小趋势。本研究可为云南水土生态环境建设和土壤侵蚀模型构建提供借鉴和参考。     

1980－2015年云南坡耕地资源时空分布及演变特征分析

坡耕地资源作为山丘区耕地的重要组成部分,分析坡耕地时空分布及演变特征对合理规划利用坡耕地资源、开展区域坡耕地水土生态环境治理具有重要意义。该文利用1980－2015年7个时相土地利用数据,采用土地利用转移矩阵、动态度模型、核密度分析和景观指数模型对云南坡耕地时空分布及演变特征进行分析。结果表明：1）云南坡耕地面积为472.55万hm2,占耕地面积的比例为69.79%,平均坡度为15.62°,不同分区坡耕地空间分布差异显著。2）近35年坡耕地与林地、草地、水田等土地利用类型发生了显著的动态转移过程,但转出与转入总体均衡,转移过程中坡耕地面积呈小幅增加趋势。3）大部分坡耕地坡度大于8°,其中＞15°坡耕地比例高达78.54%,近35年来各坡度分级坡耕地均处于动态演变过程,坡度＜15°的坡耕地面积呈增加趋势,而坡度＞15°的坡耕地面积呈减小趋势,不同坡度分级坡耕地面积存在"减小→增大→减小"或"减小→增大→减小→增大"的动态变化过程,＞25°坡耕地动态变化的波动幅度最大。4）近35年坡耕地核密度分布呈小幅度变化趋势,大部分区域坡耕地分布处于低密度区,高密度区面积占比最小,坡耕地分布呈现出4个显著的聚集分布带。5）坡耕地景观优势度在8种土地利用类型中处于中间位置,而破碎化特征则在8种土地利用类型中最为显著,近35年坡耕地景观破碎化程度减小,坡耕地集中连片程度得到加强。