坡地植物篱农业技术生态经济效益评价

坡地植物篱农业技术是一条有效防治水土流失、提高土地生产潜力的坡地改良利用途径,是山丘区环境、资源与经济协调发展的努力方向。2年试验结果表明,植物篱农业技术可减小坡地坡度3°,增加土壤有机质10.39%,减少土壤侵蚀量96.74%,减少地表径流量75.82%,农业生产投入产出比为1.58,是山丘区值得大力推广应用的农业技术体系。     

坡地固氮植物篱在农业面源污染控制方面的作用与营建技术

随着我国人口不断增长和社会经济的持续发展,耕地面积逐步减少,水土流失十分严重。土壤中的养分进入河流、湖泊,引发水体富营养化。为了从源头上控制农业面源污染,必须根据土壤生物热力学原理,以土壤为中心,大力治理坡地。在查阅文献的同时,结合现有的研究成果,发现在坡地营建等高固氮植物篱是一项有效措施,既可以利用生物固氮,减少化肥施用量,维持土壤一定的生产力,又能够防止水土流失,拦截、减缓地表径流,吸收土壤中的养分;氮、磷在岸边植被带的截留率分别为89％和80％,还可以带来一些经济收益。在此基础上,提出了坡地固氮植物篱的若干关键营建技术及应注意加强抚育管理,防治病虫害。     

太行山坡地不同植物篱对表层土壤水盐分布影响研究

[目的]探究不同植物篱对太行山坡地表层土壤水盐分布影响,为太行山坡地布设最优植物篱和减少水土流失提供理论与实践依据。[方法]以太行山坡度13°、海拔152 m正南坡地的薄荷、白芍、泽兰、艾草、锦灯笼、鱼腥草植物篱小区为研究对象,以空白裸地小区为对照,采集各小区植物和带上、带中、带下0—20 cm土壤,比较分析植物生理特征和土壤水盐特征差异,并采用主成分分析、聚类分析对植物篱影响土壤水盐分布能力进行综合评价。[结果](1)植物篱生理特征存在差异。薄荷、白芍地上、地下、总生物量较高,锦灯笼、鱼腥草则较低;白芍根冠比最高(p<0.05);鱼腥草、锦灯笼植物含水率较高,白芍则最低。(2)植物篱影响坡地土壤水盐分。与空白裸地相比,植物篱带中、带下平均土壤容重降低了9.23%,7.22%;植物篱带中平均自然含水量、饱和持水量、毛管持水量、田间持水量分别增加了8.10%,14.98%,21.49%,19.78%;植物篱带下平均电导率则降低了9.97%。(3)植物篱类型与篱带位置对土壤水盐分布存在交叉影响,其中植物篱类型显著影响自然含水量、饱和持水量、毛管持水量、田间持水量、pH和电导率(p&l...     

经济植物篱和增施钾肥综合效益研究

采用能量分析的方法研究了坡耕地植物篱和施钾对土地生产力的影响,研究结果表明“经济植物篱+横坡种植”模式减少水土流失66.0%,耕地生产系统产出能提高17%,输入能总量增加50%,有机输入能增加117.6%,提高耕地光能利用率17.6%;作物系统的能量产投比提高16.1%;在作物生长中后期,提高花生叶面积指数和甘薯叶面积3.8%和10.2%。植物篱结合钾肥情况下,分别提高花生叶面积指数和甘薯叶面积6.3%和22.4%,产值增加38.3%,纯收入增加46.6%,产投比增加20.9%,劳动生产率增加20.3%。钾肥和植物篱之间存在显著正互作效应。     

经济植物篱模式在坡耕地上的试验示范研究

坡耕地经济植物篱技术把水土保持和农民的增产增收相结合,是山地治理的有效方法,具有省资省劳、简单适用、操作方便、自然梯化等特点,形成了新的、农民欢迎的、可持续的坡耕地农林间作生产体系。在这种坡地耕作制度中,除了植物篱本身的牧草和果树的效益外,篱间种植的矮秆作物,如土烟、马铃薯、花生(黄豆)、辣椒和油菜等,在果树未产生效益前,结合牧草能产生近期经济效益;待果树进入盛果期,果树的经济效益会更高。这种经济植物篱的组合模式在贵州山区坡耕地上有较大的推广应用价值。     

三峡库区紫色土坡地桑基植物篱水土保持作用研究

以传统种植模式为对照,对桑基植物篱模式拦蓄径流、泥沙及改善土壤抗蚀性的效应进行了较为系统的研究。结果表明:桑基植物篱模式下土壤抗蚀性有较大程度的提高,表层土团聚度和团聚状况分别较传统种植模式提高25 2%和50 6%,而分散率则下降了3 7%,水稳性指数为传统顺坡种植的1 9倍,前10min水稳性团聚体破坏率仅为传统种植模式的57 2%。同时,桑基植物篱的应用能有效地减少紫色土坡地的水土流失,尤以侵蚀量和径流含沙量的减少和降低更为明显,与传统种植模式相比,径流量和径流系数减少或降低了10 34%～20 00%,侵蚀量减少了55 23%～67 84%,径流含沙量减小了48 60%～59 80%;在大雨强时桑基植物篱对减少养分的流失总量和富集比效果也相当显著。该技术的应用可有效地保证紫色土坡地土壤对降雨的充分入渗,减少面源污染,保持坡耕地的土地生产力。     

植物篱逐步梯化技术试验研究

依据 1992年以来在贵州省罗甸县边阳镇的长期水保试验基地 9年的定位观测 ,证明植物篱 (绿篱 )逐步梯化技术有显著的水土保持效果 ,能使土壤侵蚀由传统的年均 43.2 t/ hm2迅速下降到 4t/ hm2 ,能增加水分年均保蓄量 36 0 m3/ hm2 ,使作物产量逐年增加。试验还表明 ,自然翻耕使坡度年均下降 1.1°,形成 17.1～ 2 0 .0 cm 高的梯埂。此项技术省时省资省劳 ,易操作易管理 ,因此易于在适宜山区普及推广     

川中紫色土旱坡地磷素的输出特征研究

在中国科学院盐亭农业生态站进行了为期1年(2002 4～2003 4)的定期监测研究,探讨了磷素的农业非点源输出规律。研究表明紫色土旱坡地磷素输出以颗粒吸附态为主,全磷输出量不高,但水溶性磷素和磷酸盐的输出浓度对环境的影响应值得重视。全磷的输出随不同的耕作方式不同而不同,短期降雨:顺坡>平作>垄作;垄作种植,在长期降雨条件下,水溶性磷的径流输出将会增大,从而使全磷的输出量相应增加,即长期阴雨天气下,全磷的输出量:顺坡种植、垄作>平作。通过分析还发现磷素地下渗漏与降雨量之间也存在类似的关系,即磷素下渗浓度存在极值,它与降雨量之间不是单调递增关系,而是开口向下的抛物线,其相关系数为R2=0 9232。     

植物篱对紫色土区坡地土壤养分分布特征的影响

通过土壤养分测定,研究了新银合欢植物篱对紫色土区坡地农耕地、经济林地两种土地利用方式及10°,15°坡度下土壤0-20 cm及20-40 cm层养分分布特征的影响。结果表明:植物篱对农耕地小区0-20cm层土壤中SOM、TK,对经济林小区土壤0-20 cm层中TK、AP的含量影响作用较显著;植物篱对农耕地小区土壤20-40 cm层中SOM、TN、TP、AK及TK,对经济林小区土壤20-40 cm层中TN、TK、AN及AK的含量影响作用较显著。农耕地及经济林地小区植物篱对土壤0-20 cm层和20-40 cm层养分含量影响作用大体上表现为农耕地经济林,10°15°,0-20 cm层20-40 cm层。此外,土壤0-20 cm层SOM与TP、AK间呈显著正相关,相关系数分别为0.543,0.581;与AN呈极显著正相关,相关系数为0.905。AN与AK间呈极显著正相关性,相关系数为0.637。AK与AP呈极显著负相关性,相关系数为-0.631。     

三峡库区小流域旱坡地氮磷流失特征研究

为探讨三峡库区小流域旱坡地氮磷流失特征,采用标准径流小区对重庆市涪陵区珍溪镇王家沟小流域常规耕作方式(顺坡耕作)以及水土保持耕作方式(常规顺坡耕作+PAM土壤调节剂、免耕+顺坡种植+稻草覆盖、常规顺坡耕作+植物篱、免耕+横坡垄作、常规横坡耕作)下土壤氮素和磷素的流失量及形态特征进行分析。结果表明:(1)就旱坡地土壤氮素的流失特征而言,径流中氮素的流失量相对较小,最大值仅为53.63mg/m2;而泥沙中所携带的氮素流失量相对较大,其最大值达131.25mg/m2;整个观测期内,氮素的流失主要以颗粒态为主,颗粒态氮的流失量占总氮流失量的53.0%～62.0%。(2)就旱坡地土壤磷素的流失特征而言,各处理径流中磷素的总体规律基本表现为:常规顺坡耕作>常规横坡耕作>免耕+顺坡种植+稻草覆盖>常规顺坡耕作+PAM土壤调节剂>免耕+横坡垄作>常规顺坡耕作+植物篱;泥沙中所携带的磷素流失量相对于径流中的磷素流失量而言较大,最大值为58.14mg/m2;整个观测期内,颗粒态总磷流失量为水溶态总磷流失量的1.75～2.15倍,流失方式同样以颗粒态为主。总体而言,水土保持耕作方式下的氮磷流失量均小于常规耕作处理,能有效减少径流及泥沙中各形态氮磷的流失。     

坡耕地地表起伏对坡面漫流的影响

为揭示微尺度条件下地表起伏对坡面漫流的影响,通过野外人工模拟降雨试验,在相同降雨历时下,分析了60,90,120mm/h雨强下单凸起、单凹陷2种单式起伏和凹凸相连、凹凸相间2种复式起伏以及对照组5种微地形对坡面漫流的影响。结果表明:(1)3种雨强下,与光滑组相比,凸起、凹陷以及凹凸组合均会延迟地表初始产流时间,具体表现为对照组<凸起组<凹陷组<凹凸相间组<凹凸相连组的趋势;(2)凸起和凹陷的存在均会减小坡面漫流的平均流速,其中凹凸相连坡面平均流速最小;(3)3种雨强下,5种微地形的坡面漫流汇水形态共有3种(树枝状、平行状和羽毛状),其中对照组和凹凸相间组汇水形态均为树枝状;凸起组和凹陷组汇水形态均为羽毛状和树枝状,其中凸起组以羽毛状为主,凹陷组以树枝状为主;凹凸相连组汇水形态以平行状为主,兼有另外2种;(4)3种雨强下,5种微地形的汇流密度与径流频度呈现相同的变化规律,即光滑组和凸起组随着降雨强度增大其汇流密度与径流频度均先减小后增大,凹陷组及凹凸组合组均随雨强增大而增加,且5种微地形的汇流密度与径流频度在90mm/h雨强下的差异性最小。该研究结果揭示了不同起伏类型对坡耕地坡面漫流的影响,有助于进一步深入研究土壤侵蚀机理。     

红壤坡地土壤可蚀性K值研究

为探讨红壤坡地土壤可蚀性K值特征,通过在典型的红壤坡地区建立15个标准径流小区进行连续5年的定点观测,运用诺模公式和EPIC公式计算红壤可蚀性K值,并对不同土地利用方式下的红壤K值进行分析。结果表明:2种经验公式均适用于红壤坡地土壤可蚀性K值计算,且K值与地表覆盖/土地利用相关。     

降水条件下黄土坡地氮素淋溶特征的研究

坡地氮素淋溶是导致坡地土壤质量退化和农业非点源污染的重要原因之一。为了深入理解坡地氮素淋溶特征,采用了人工模拟降雨和天然降雨观测方法,对黄土坡地氮素淋溶特征进行了试验研究。结果表明:从坡底到坡顶土壤NO3--N含量呈不断衰减的波浪形状变化,坡底有明显NO3--N累积,其累积含量占全坡面37%~52%;坡地土壤NO3--N淋溶是二维迁移,即随着入渗水既向土体深层迁移,又向坡底迁移;降雨量分别与NO3--N淋溶深度和淋失量均呈正相关,大约每4 mm降雨量可使NO3--N下渗1 cm。本研究为建立坡地养分运移模拟模型提供了初步设想。     

坡耕地土壤水再分布过程研究

通过对坡耕地降雨后0-100cm土壤含水量消退过程进行分析。结果表明,对于不同耕作措施,降雨后土壤水分再分布动态变化规律相似,即土壤水分人渗后,表层0-10cm内土壤含水率急剧降低;20-60cm的土壤含水率开始有增大的趋势,随后逐渐减小;60cm以下的土壤含水率略有变化。不同耕作措施对土壤水分再分布动态变化规律的影响不尽相同,覆膜垄向区田措施保水效果最好,裸地最差。     

坡地农林复合系统土壤养分时间过程初步研究

三峡库区25°紫色土坡地植物篱-农作系统的实验观测表明,通过植物篱裁剪枝叶返田,能够增加土壤有机质和改善土壤物理性状.由于侵蚀过程的影响,植物篱带之上、篱带中养分含量高于篱带下.SCUAF模型的5年预测结果表明,该模型于土壤有效P的预测有较好的精度,对有机C和全N的预测结果也可接受.通过实测值输入SCUAF模型的10年预测结果则显示,农林复合经营将有利于坡地生态系统的养分平衡向有利方向转化,显著减少土壤侵蚀,其中新银合欢系统表现较好.     

降雨侵蚀过程中红壤坡耕地地表汇流网络特征

为研究降雨侵蚀过程中南方红壤区坡耕地地表汇流网络特征,应用亚毫米级高精度激光扫描和计算机数字图像处理相结合的方法在野外原位研究了南方几个典型母质发育的红壤模拟降雨条件下坡面汇流网络特征变化过程。结果表明:(1)在降雨侵蚀过程中,汇流密度和径流频度整体呈增加趋势,尤其是在第一场降雨过程中最为明显;(2)在第二、三场降雨侵蚀过程中的变化趋势因土壤性质和雨强的不同而出现差异;(3)在坡面侵蚀研究中,分形维数Ds可以较好的区别降雨前后整体汇流网络特征的变化。研究结果对南方红壤区坡耕地降雨侵蚀过程模拟与预测模型的研究、水土流失防治与水土保持规划设计具有一定的参考价值和借鉴意义。     

天然降雨下红壤坡地氮磷流失过程与特征分析

利用江西省水土保持生态科技园的野外实测资料,对天然降雨条件下南方红壤区自然坡面的氮磷流失过程与特征进行了分析。结果表明,在自然条件下,由于降雨强度的时间变化不稳定,且不连续,自然坡面产流—产沙过程也是不稳定和不连续的,呈现出一峰或多峰的特性;同一场降雨下自然坡面的产沙过程与产流过程基本一致,累积产沙量和累积径流量随时间的延长呈现出先小幅增长后快速增加,最后趋于平稳的变化趋势。坡面径流中总磷的输出浓度始终小于总氮输出浓度,且总磷变化稳定,总氮波动较大;侵蚀泥沙中均存在养分富集现象,且总氮富集比要小于总磷富集比。     

黄土丘陵区油松林细根在坡面的空间分布特征

以黄土丘陵区人工油松林坡地为研究对象,采用网格法,距坡顶10m(SP1),20m(SP2),30m(SP3)和40m(SP4)处,分9层(20cm/层)钻取土样,分析了细根形态、生物量的空间分异特征。结果表明:(1)油松细根生物量和根长密度主要分布在0—100cm的土壤中,占0—180cm土壤的83%和81%,并随土层深度增加呈指数下降趋势,比根长则随土层深度增加而逐渐增大;(2)SP1处细根生物量(1.26 mg/cm~3)、根长密度(7.21 mm/cm~3)、根面积密度(13.28mm~2/cm~3)显著小于SP2,SP3和SP4(p0.05),而SP1处比根长(1 099.36 mm/mg)、比根面积(1 075.48mm~2/mg)显著大于其他坡位处的(p0.05);(3)油松细根在坡面的空间分异性,是由于不同坡位立地条件下土壤水分的显著差异导致,其影响程度达到极显著水平(p0.01)。研究结果对于揭示立地条件对根系行为的影响机制具有一定的参考价值,为黄土丘陵区水土保持植物措施的配置提供科学依据。     

贵州山区坡耕地钾素输入与输出研究

通过田间试验和分析测试.研究了5种水土保持措施和种植制度的钾素输入与输出规律.研究结果表明:坡耕地的钾素输入与输出与施肥、作物吸收有关,还与降水、地表径流和土壤侵蚀有密切的关系.坡耕地钾素循环体系中,钾素输入主要是降雨和施肥,共输入钾素93.12～180.26 kg/hm2,输入的钾素全部为有效钾.钾素输出主要包括地表径流、土壤侵蚀、作物吸收3个方面,输出的钾为全钾、缓效钾、有效钾3种形态.共输出全钾658.13～1 590.01 kg/hm2,输出有效钾19.28～32.45 kg/hm2,输出缓效钾5.05～11.94 kg/hm2,输出的总钾达687.34～1 634.40 kg/hm2.坡耕地每年亏缺钾素507.08～1 541.37 kg/hm2,各种水土保持措施和种植制度亏缺程度不一样,从高到低的排列为:农民习惯＞横坡种植＞条带种植2＞条带种植1＞工程梯化.改良的水土保持措施和种植制度由于降低了水土流失及合理施肥,减少了钾素亏缺.与农民习惯相比可减少钾素亏缺49%～67%.