旱作农田不同结构垄作的生态生产效益研究

垄作是沙区旱作农田常用的集水抗旱耕作技术。通过野外试验,对油菜生长季内不同结构的垄作与平作下土壤水分和地上生物量进行了动态观测,并对油菜理论产量和实际产量进行了分析。结果表明,垄作下土壤耕作层水分含量比平作下增加了3.5%~12.2%。垄作还降低了生长季内土壤含水量的波动幅度,改变了其垂直分布,使湿润锋位于耕作层,有利于油菜对土壤水分的吸收,对缓解干旱对作物生长的胁迫有积极作用。对生长季内油菜干物质的累积速率、生长季末地上生物量、单株角果数及千粒重比较,垄作均高于平作。但结构不合理的垄作下植株密度的降低会导致油菜实际产量和理论产量低于平作。而垄高25 cm、垄沟比1/24的垄作不仅具有集水抗旱的生态效益,而且较其它结构的垄作及平作更能促进油菜生长和产量的提高,是旱作农田油菜种植较为适宜的耕作方式。     

垄作对旱作农田土壤风蚀影响的风洞实验研究

通过风洞实验,在5个风速下对6种不同结构的垄作及平作对照地的土壤风蚀速率、O～20cm风沙流结构进行了模拟观测研究。结果表明：垄作下平均土壤风蚀速率较平作下降低20％～60％。垄作和平作下土壤风蚀速率均随风速的增大呈幂函数递增,但平作下递增较快。风速为15m／s是早作农田土壤风蚀加剧的转折点,当风速大于15m／s时垄作下风蚀速率较平作下明显降低。0～20cm内,平作和垄作下输沙率与高度分别呈负指数和负线性关系。垄作下0～4cm输沙量和输沙量百分比(Q0～4／Q0～20)均低于平作。不同结构的垄作间进行比较,垄脊高度相同时,垄沟比(垄脊高度与垄顶距的比值)越大,土壤风蚀速率越小,而Q0～4／Q0～20越大;垄沟比相同时,垄脊越高,土壤风蚀速率越大,而Q0～4／Q0～20越小。     

农田休闲期垄作地形对近地表风场的影响

垄作是旱作农田常用的保护性耕作技术,而其防风抗蚀的机制尚需研究。通过野外试验,对垄脊高25cm,垄沟宽1.5m的垄作田上风向、垄间及下风向地带0～4m的风流场进行了同步观测,对不同观测位置的时均风速、空气动力学粗糙度、摩阻速度和风速脉动进行了对比分析。结果表明,土垄间和下风向近地表0～1m内时均风速比上风向平坦地表明显降低,其中高0.3m处降低幅度最大。水平方向上风速降低幅度、空气动力学粗糙度和摩阻速度均随观测点与垄作地表距离的增大而减小。受风速递增的影响,风速的绝对脉动强度随高度呈对数关系递增。风速的相对脉动强度在0～1m内随高度增大而降低,1m以上基本无变化。高0.05m处风速的相对脉动强度在水平方向上随与垄作田距离的减小而增大,其中垄间最大,时均风速相同时对地面剪切力最大。     

旱地垄沟覆膜栽培对土壤硝酸盐时空分布和玉米产量的影响

通过大田试验,考察了旱地垄沟覆膜栽培对土壤硝酸盐时空分布和玉米生物性状及产量的影响。试验设计了垄沟覆膜、平作不覆膜、平作覆膜和裸地对照4个处理,并对其土壤水分、硝酸盐的时空分布和玉米产量进行研究。结果表明:在整个玉米生长季,垄沟覆膜栽培模式下土壤0~40 cm土层含水量显著高于平作不覆膜;NO_3~--N主要集中在0~40 cm土层,且垄沟覆膜-垄上NO_3~--N表聚现象比其它处理更明显,10 cm处垄上NO_3~--N含量是沟内的1.6倍、平作不覆膜的2倍;垄沟覆膜和平作覆膜比平作不覆膜处理单株干物质量分别增加了36.15%、16.11%;单株含氮量分别增加了13.97%、3.59%;垄沟覆膜产量高于其他处理。垄沟覆膜栽培能够在保持作物生长状况良好,获得较高产量的同时,增加作物对氮素的吸收利用,同时增加NO_3~--N的表层累积,将其保持在根区,从而降低了NO_3~--N淋洗的发生,降低环境风险,是旱区获得经济和环境双重效益的玉米栽培模式。     

保护性耕作对土壤风蚀的影响

保护性耕作能够有效减少农田土壤风蚀.通过室内风洞模拟试验,研究秸秆覆盖、留茬和垄作3种保护性耕作措施对黄土高原北部农田土壤风蚀的影响.结果表明:1)秸秆覆盖和留茬能有效降低土壤风蚀速率,秸秆覆盖量为4 210 kg/hm2时土壤风蚀速率最小,与对照相比减少62.8%;垄作在低风速下能够降低土壤风蚀率,垄向与风向垂直时降...     

免耕条件下农田休闲期直立作物残茬对土壤风蚀的影响

为了探讨直立作物残茬防治农田土壤风蚀发生的机理,该文利用风洞试验和野外观测相结合的方法,分析土壤免耕条件下直立作物残茬对农田土壤风蚀的影响.风洞试验研究表明:翻耕土壤地表风速、土壤风蚀侵蚀率均比免耕土壤高,而地表粗糙度免耕明显高于翻耕.在同样风速条件下,翻耕地土壤风蚀侵蚀率是免耕地的3～8.2倍,且随免耕年限的增加,土壤风蚀侵蚀率呈现递减的趋势.留有不同直立作物残茬免耕土壤地表粗糙度草谷子＞草玉米＞莜麦＞油菜,土壤风蚀侵蚀率呈现相反的趋势,地表粗糙度越大,风蚀侵蚀率越小.野外观测结果表明,不同直立作物残茬对裸露农田的保护作用草谷子＞莜麦＞草玉米＞油菜.风洞试验与野外观测具有相似的试验结论,因此,风洞试验方法可作为测定农田土壤抗风蚀能力的重要工具.     

成垄压实耕作条件下土壤水分分布的试验研究

利用野外模拟降雨试验，研究了不同垄沟（自然垄沟、盖膜垄沟、成垄压实）耕作条件下土壤水分分布特征和再分布规律。结果表明：垄沟耕作改变了农田微地形，利用垄上降雨顺垄流人沟中，从而拦蓄部分径流，相对增加了沟中土壤蓄水，有利于水分向下运移。相对于自然垄沟，膜垄的集雨效果明显，沟中土壤平均含水量显著高于垄中，20～100cm土层范围内平均土壤含水量分别为12．7％和9．1％；成垄压实土壤水分在剖面分布状况与盖膜垄沟的水分分布相似，水分向沟内集中，沟中土壤水分含量显著高于同一土层深度处垄中土壤含水量，且与盖膜垄沟处理下沟中土壤水分含量无显著差异，在集水和聚水方面表现出和膜垄的相似性。因此，在以集雨农业为主的半干旱地区，成垄压实可以替代盖膜垄沟，有效地富集和储存雨水资源于沟中，供作物吸收利用。     

保护性耕作农田和柠条带状配置草地防风蚀效果的风洞测试

为比较分析保护性耕作农田与柠条带状配置修复退化草地的防风蚀机理和防风蚀效果,利用移动式风蚀风洞及相关配套设备对内蒙古乌兰察布寒旱区的保护性耕作农田、传统旱作农田和退化草地、柠条带状配置草地进行风蚀风洞原位测试,研究其风速廓线、输沙通量等风沙运动规律,分析保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀情况。结果表明:保护性耕作农田、柠条带状配置修复草地的输沙通量随地表高度的变化呈"C"字形分布,有别于传统耕作农田和退化草地的输沙通量随地表高度的增加按指数规律迅速衰减;保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀机理,主要在于保护性耕作农田的直立残茬和柠条带状配置可对近地表风速产生阻挡、分解、疏散作用,从而使近地表风速造成不同程度削弱;当风洞中心风速为11 m/s时,在距地表50 mm处保护性耕作农田相比传统耕作农田的风速降低率达86.44%,柠条带状配置草地相比退化草地的风速降低率为70.69%,近地表风速的降低是保护性耕作农田和柠条带状配置草地有效防治土壤风蚀的根本原因;保护性耕作农田和柠条带状配置草地的风沙流主要活动在距地表40 cm高度以下,占总输沙量的90%左右,而对照传统耕作农田和退化草地的风沙流则主要活动在距地表20 cm以下,占总输沙量的85%以上。     

农田休闲期作物留茬对近地表风场的影响

茬是防治农田休闲期土壤风蚀的有效措施。该文利用野外观测数据,通过比较不同高度的4种作物留茬及冰草覆盖地表的风速廓线,分析各种处理下近地面风速和空气动力学特征,揭示作物留茬防止土壤风蚀的机制。结果表明：作物留茬降低了地面以上2 m高度内的风速,降低幅度与留茬高度成正比,与观测高度成反比。高度相同时不同类型的留茬比较,莜麦和小麦茬下风速降低幅度较大,植株稀疏的油菜茬和秸秆较细的胡麻茬的防风效果较差。同类作物不同高度的留茬覆盖下,地表空气动力学粗糙度随留茬高度的增加而增大,在莜麦、油菜和小麦茬高度达到15、30和15 cm时显著增大,是3种留茬防风的有效高度。可见,高度适宜的作物留茬能降低近地面风速,削弱侵蚀力,有效防治土壤风蚀。     

农牧交错带不同农田耕作模式土壤水分特征对比研究

通过在农牧交错带———内蒙古自治区太仆寺旗的野外实验研究,在作物(油菜)发育期间,观测了免耕、深松、传统翻耕、翻耕覆盖、浅耕与垄作处理等8种耕作模式的土壤水分特征;在秋收后的农田休闲期,观测了秸秆还田翻耕、深松耕作、传统翻耕、免耕低茬(茬高10cm)和免耕高茬(茬高4 5cm)等5种耕作模式的土壤水分特征。实验结果表明:在实验区,采用不同耕作模式,对田块土壤水分含量有着直接影响。在作物发育期间,垄作处理蓄水保墒能力相对较强,免耕、浅耕蓄水保墒能力相对较差,翻耕覆盖、深松耕作、传统翻耕蓄水保墒能力相对居中;秋收后,免耕高茬蓄水保墒效果最好,深松耕作、传统翻耕蓄水保墒能力居中,秸秆还田翻耕、免耕低茬蓄水保墒效果较差。本文所得结论对农牧交错带旱作农田有效保蓄土壤水分、提高农田土壤水分利用效率和增强农田防风抗蚀能力有积极借鉴意义     

东北地区不同耕作方式农田土壤风蚀特征

为探究不同耕作方式农田土壤风蚀特征,揭示风蚀对表层土壤理化性质及养分含量的影响,以东北地区典型农田土壤(黑土和风沙土)为研究对象,通过野外集沙仪定点监测与室内理化分析等方法,对不同耕作方式(垄作、免耕)和不同地表覆盖措施(无覆盖、留茬、覆盖)下的土壤风蚀特征展开研究。结果表明:(1)风沙土的输沙量显著高于黑土,在0—100cm高度范围内风沙土的输沙量平均为黑土的168倍。随高度的上升输沙量急剧减少,其中0—10cm输沙量最大,占总输沙量的50%以上,40cm以上则无明显风蚀物;(2)不同耕作方式下,免耕农田土壤风蚀输沙量较垄作样地减少了66.0%~94.1%;而相同耕作措施下,不同地表覆盖的输沙量表现为无覆盖>留茬>覆盖,与无覆盖相比,留茬及秸秆覆盖下的输沙量可以减少90.3%~99.4%;(3)受风蚀影响,表层土壤颗粒、有机质及养分流失严重,其中风蚀物的砂粒含量是表层土壤的1.06~1.42倍,且10—20cm风蚀物中有机质、全氮和全磷含量均比表层土壤高;(4)通过修正风蚀方程(RWEQ)估算得出,垄作无覆盖(RTNF)风蚀模数高达181.7~86582.9t/(km^2·a),风蚀剧烈,而免耕覆盖(NTF)的风蚀模数仅为9.89t/(km^2·a),为微度风蚀。研究显示垄作及无覆盖方式下农田土壤风蚀程度剧烈,加剧了表层土壤颗粒和养分流失的风险,而免耕和地表覆盖能有效缓解风蚀危害。     

Wind tunnel simulation of ridge-tillage effects on soil erosion from cropland

In the arid and semi-arid regions, ridge tillage was often used as an alternative practice for wind erosion control on the croplands without sufficient crop residues left during the fallow period. Through wind tunnel experiments, wind erosion rate and vertical mass flux profile of blown sand under the simulated conditions of ridge tillage and flat tillage were studied in 15, 10, 10, 5, 3 min exposures at the wind velocities of 8, 10, 15, 20, 24 m s⁻¹, respectively. The results for the soil tested indicate that the mean rate of wind erosion under flat tillage was 129.89 g m⁻² min⁻¹, while that under ridge tillage were 20–60% less. Under ridge tillage with different structures, average wind erosion rate had a positive correlation with the spacing between adjacent ridges. For the same ridge height, average wind erosion rate decreased with increasing ratio between the height of ridge and the width of furrow. For the same ratio between the height of ridge and the width of furrow, average wind erosion rate increased with increasing height of ridge. Power function relationships were found between wind erosion rate and wind velocity on all the simulated tillage conditions. A wind velocity of 15 m s⁻¹ was the critical velocity, above which wind erosion rate increased rapidly for the soil and simulated tillage conditions tested. Compared with flat tillage, ridge tillage remarkably decreased wind erosion rates when wind velocities were beyond 15 m s⁻¹. Under ridge tillage, the total mass of sand transported at a height of 0–20 cm above soil surface (Q_0–20), and the fraction of that travelling at a height of 0–4 cm (Q_0–4/Q_0–20), were less man mat under flat tillage. For the same ridge height, Q_0–4/Q_0–20 increased with increasing ratio between the height of ridge and the width of furrow. For the same ratio between the height of ridge and the width of furrow, Q_0–4/Q_0–20 decreased with increasing height of the ridge. Sand transport rate under flat tillage decreased with increasing height by a negative exponential function, while negative linear functions were found under ridge tillage. Thus ridge tillage decreased the rate of wind erosion and sand transportation near soil surface, reduced the loss of soil nutrient caused by wind erosion and plant damage caused by blown sand abrasion, which make it an effective agricultural technology for wind erosion control in the arid and semi-arid regions.     

凌源市推广“金字塔”模式开发治理成效显著

凌源市推广“金字塔”模式开发治理成效显著刘海潮，张凤山，祁放（辽宁省凌源市水利局，１２２５００）凌源市水土保持小流域综合治理，经过多年的不断完善、总结、提高，形成了一林戴帽，二林围顶，果牧拦腰，两回穿靴，一龙坐底的产金字塔＂综合治理模式ＪＩ９８８年经...     

垄作方向对不同坡位红壤坡耕地耕层土壤水分特征曲线的影响

  目的  探讨横坡垄作和顺坡垄作对不同坡位耕层土壤水分特征曲线的影响,为红壤坡耕地垄作方向的选择提供依据。  方法  采用压力膜仪法测定两种垄作方向、不同坡位（上部、中部、下部）耕层土壤水分特征曲线,并以Van Genuchten（VG）模型拟合该曲线,通过VG模型参数分析比较横坡耕作和顺坡垄作耕作后不同坡位土壤持水特点及其影响因素。  结果  红壤坡耕地耕层不同坡位土壤与0 ~ 1000 kPa水吸力对应的体积含水率为 0.36 ~ 0.66 cm3 cm?3,VG模型能够较好地表达两者间数量关系。顺坡垄作上部、中部和下部坡位耕层土壤VG模型参数饱和含水率θs分别为0.59、0.59和0.65 cm3 cm?3,残余含水率θr为0.37、0.38和0.41 cm3 cm?3且随着坡位降低而增大;横坡垄作上部、中部和下部坡位耕层土壤VG模型参数饱和含水率θs分别为0.58、0.56和0.59 cm3 cm?3,残余含水率θr为0.37、0.35和0.38 cm3 cm?3且随坡位降低呈先减小、再增加趋势变化。VG模型参数d、n均为0.11和0.92,随耕作方向、坡位变化不明显。  结论  总孔隙度和砂粒含量为影响不同垄作方向红壤耕层理化性质的主导因素。顺坡垄作上部和中部坡位耕层土壤持水能力不及下部坡位土壤,但就同一坡位比较,横坡耕层土壤的释水能力优于顺坡耕作,说明横坡耕作可改善土壤供水能力。     

斥水土壤中的水热运动规律与数值模型

斥水土壤很难被雨水湿润，影响种子发芽出苗而造成农业减产。由于地表干燥而引起风蚀水蚀，造成土地退化。这一问题在澳大利亚、荷兰、新西兰与美国引起重视。斥水土壤中水分分布往往是无规律的“指状”，到目前为止，没有成功的数学模型。作者从研究斥水土壤地区的耕作工程实践出发，采用沟种之后，水分的分布就有了规律性。开沟播种时，耕作机械把表层斥水性特别强的土壤推到垄上而形成几乎不透水的垄，下雨时雨水只能从沟中渗入形     

乌兰布和沙漠绿洲农田不同土地利用方式地表风蚀特征研究

土壤风蚀是干旱地区绿洲农田开发的一个突出生态问题,如何针对不同的立地单元采取保护性措施是人们长久以来关注的重点。本文选择乌兰布和沙漠绿洲农田流沙地、沙质耕地、黏质耕地、撂荒耕地及留茬地5种典型土地利用方式,对其风速特征、地表蚀积量进行野外原位测定,并分析了不同下垫面的地表粗糙度和沉积土壤粒径特征。结果表明:研究区土壤颗粒组成以细砂含量占主导地位,粉粒、中砂与粗砂含量相对较低。与对照相比,各土地利用方式均能有效增加地表粗糙度,表现为:留茬地(0.32 cm)撂荒耕地(0.29 cm)沙质耕地(0.25 cm)黏质耕地(0.19cm)流沙地(0.02 cm)。土壤风蚀深度整体表现为流沙地沙质耕地撂荒耕地黏质耕地留茬地,5种利用方式下,留茬地风蚀程度最轻,风蚀深度仅为0.04 cm/d,分别较流沙地、沙质耕地、黏质耕地及撂荒耕地降低了99.03%、96.83%、94.29%与90.24%。因而,留茬地具有较好的防风蚀效益,是一种值得推广的土壤风蚀防治措施。