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。  

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。  

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。  

紫色土坡耕地横坡垄作的水土流失特征及作物产量效应

通过在紫色土坡耕地上进行横坡垄作,观测了不同坡度坡耕地的水土流失及作物产量状况.结果表明研究区的降雨集中在4～9月,形成不同坡度的侵蚀降雨量在年际间的分布也不相同.随着坡度的增大,径流量和泥沙量均增大,但径流系数先增大,后减小,再增大.径流量、泥沙量与降雨量在坡度≥15°时均呈极显著正相关关系,而在坡度为20°与降雨强度呈极显著正相关关系;与之相应,随着坡度的增大,除小麦产量是先减小后增大外,其余两种作物(玉米和甘薯)的产量均是先减小后增大,再减小,且三种作物产量变化的过渡坡度均为15°.  

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。  

玉米苗期横垄坡面地表糙度的变化及其对细沟侵蚀的影响

通过野外人工模拟降雨试验,研究玉米苗期紫色土坡耕地地表糙度的变化特征,并分析地表糙度对细沟侵蚀过程中产流及侵蚀产沙的影响。结果表明,细沟侵蚀阶段,与降雨前相比,降雨后地表糙度整体呈减小的变化趋势。不同坡度下,地表糙度变幅(Rr)均随雨强的增大而增大,其中15°坡面变化较为明显,1.0,1.5,2.0mm/min雨强下地表糙度变幅(Rr)分别为0.50,5.82,12.96。地表径流随雨强的增大而增大,壤中流变化不明显。15°坡面,1.5,2.0mm/min雨强的地表径流显著高于1.0mm/min;20°坡面,各雨强间地表径流量差异显著。坡面侵蚀产沙量随雨强的增大而增大,15°坡面,1.5,2.0mm/min雨强的侵蚀产沙量均显著高于1.0mm/min,其侵蚀产沙量较1.0mm/min条件下分别提高9.74倍和16.91倍;20°坡面,各雨强间侵蚀产沙量差异显著,1.5,2.0mm/min雨强的侵蚀产沙量较1.0mm/min条件下分别提高5.38倍和8.96倍。地表糙度变幅(Rr)、雨强与地表径流量和细沟侵蚀产沙量均呈极显著相关,可较好地实现坡面径流和侵蚀产沙的预测。  

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.  

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（TR₁）、常规施肥+顺坡平作（TR₂）、优化施肥+顺坡平作（TR₃）、优化施肥+横坡垄作（TR₄）、优化施肥+横坡垄作+秸秆覆盖（TR₅）、优化施肥+横坡垄作+秸秆覆盖+等高植物篱（TR₆）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] ①TR₄，TR₅，TR₆较TR₃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；②TR₅，TR₆对全量养分含量影响最大，其中全氮比TR₄作高20.00%，23.67%，比TR₃高23.53%，27.31%；③TR₄，TR₅，TR₆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（p<0.01），与速效氮呈显著正相关（p<0.05）；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（p<0.01）。[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。  

玉米季横垄坡面土壤剥蚀率与径流含沙量关系

为明确玉米全生育期横垄坡面土壤剥蚀率与径流含沙量之间的关系,以川中丘陵紫色土区坡耕地为研究对象,通过野外人工模拟降雨试验,开展玉米全生育期土壤剥蚀率和径流含沙量变化特征研究,并分析土壤剥蚀率与径流含沙量之间的关系。结果表明:(1)玉米全生育期土壤剥蚀率随降雨强度的增大而增大,2.0mm/min降雨强度条件下土壤剥蚀率分别为1.5,1.0mm/min降雨强度条件下的1.87,4.59倍;同一降雨强度条件下,土壤剥蚀率在玉米生长过程中先降低后增加,苗期显著高于其他生育期。(2)不同降雨强度条件下,产沙量随玉米生育期的推进先降低后增加,苗期最大(306.6g),抽雄期最小(64.6g);除玉米抽雄期外,其他各生育期产沙量随降雨强度的增大逐渐增加,且苗期和拔节期产沙量在降雨强度间差异显著;玉米各生育期径流含沙量在降雨过程中呈波动变化的趋势,降雨强度越大,其波动幅度越强。(3)玉米全生育期土壤剥蚀率与径流含沙量呈幂函数关系,且两者间达到极显著水平。研究结果可为揭示紫色土区坡耕地水蚀机理和区域水蚀预测预报模型构建提供理论依据。  

玉米季横垄坡面片蚀阶段产流及水动力学参数变化特征

为弄清玉米各生育期片蚀阶段的径流特征,采用人工模拟降雨与微小区试验相结合的方法,研究不同坡度下紫色土横垄坡面片蚀阶段产流及水动力学参数变化特征.结果表明:(1) 15°坡面,拔节期和抽雄期片蚀出现时间在8 min后,且与苗期和成熟期间达显著差异;20°坡面,拔节期和抽雄期片蚀出现时间在6min后,且与苗期、成熟期片蚀出现时间达显著差异.(2) 15°坡面,径流总量和产流率均表现为成熟期＞苗期＞抽雄期＞拔节期,且成熟期径流总量和产流率分别为31.25 L和1.04 L/min;20°坡面,径流总量和产流率却表现为苗期＞成熟期＞抽雄期＞拔节期,且成熟期径流总量和产流率分别为34.62 L和1.44 L/min;径流总量和产流率总体表现为20°坡面显著高于15°坡面.(3) 15°坡面,水流剪切应力在各生育期无显著差异,其它水动力学参数均表现为抽雄期最小,成熟期和苗期较大.20°坡面,单位水流功率在各生育期无显著差异,其它水动力学参数表现为拔节期或抽雄期最小,成熟期或苗期最大.断面单位能量和水流功率是试验条件下与横垄坡面片蚀产流率关系最密切的水动力学参数,可较好地表征横垄坡面产流特征.研究结果可为紫色土丘陵区坡耕地片蚀的有效防控提供理论依据.