坡面侵蚀控制与耕作体制的动态关系

通过选择作物和耕作制度以期达到在不同土壤侵蚀控制目标下获取最高收益,并提出最大限度地减少因控制土壤侵蚀而造成收益损失的生产投入调控法及其范围。同时,确定收益指标和侵蚀控制指标之间的动态关系。     

畦面微地形时空变异分布状况试验研究

畦面微地形时空变异分布状况对畦灌性能的影响较为显著,该文依据从典型试验畦块获得的畦面相对高程实测数据,借助统计学方法分析评价田间耕作措施和地面灌溉对畦面微地形时空变异分布状况的影响。结果表明：农田机耕、围畦打埂等田间耕作措施对畦面微地形整体分布状态和畦面相对高程空间分布状况的影响显著;而地面灌溉虽对畦面相对高程空间分布状况有一定影响,但对畦面微地形整体分布状态的影响却较小;田间耕作和地面灌溉等人为生产活动对较小规格畦块的畦面微地形时空变异分布状况的影响明显一些,围畦打埂和入畦单宽流量是影响土地精平后畦面微地形分布状况发生变化的主要影响因素;对较大规格的畦块,除上述影响因素外,还应关注机耕作业留下的车轮压痕对畦面平整状况产生的负面作用。     

三峡库区有限顺坡耕作坡耕地表土颗粒分形特征

在三峡库区忠县境内选择水平沟模式、埂坎模式、地埂植物篱模式以及无措施的4种典型坡耕地采集了48个表土（0 ～ 20 cm）样本,利用分形维数研究不同模式有限顺坡耕作坡耕地的表土颗粒组成、分形特征及相互关系.结果表明：4种模式坡耕地土壤颗粒黏粒体积分数均较低（均值8.03％～11.47％）,粉粒较高（均值62.39％～83.24％）.无措施、水平沟模式、埂坎模式坡耕地的砂粒体积分数为22.95％ ～29.58％,而地埂植物篱模式坡耕地的砂粒均值仅5.29％.4种模式坡耕地表土的粒径体积分形维数分别为无措施2.579 ～ 2.708、水平沟模式2.603～2.706、埂坎模式2.581 ～2.701、地埂植物篱模式2.610～2.827.粒径分形维数均值表现为地埂植物篱模式（2.737）＞水平沟模式（2.674）＞埂坎模式（2.659）＞无措施坡耕地（2.654）.4种模式坡耕地表土的粒径分形维数与黏粒（＜0.002 mm）体积分数呈显著的线性正相关关系,与砂粒（＞0.05 mm）体积分数呈显著的线性负相关关系;但与粉粒（0.002 ～0.05 mm）体积分数线性关系差异较大.其中,无措施、水平沟模式、埂坎模式呈显著的线性正相关关系,而地埂植物篱模式二者相关性不显著.     

黄土耕作坡面溅蚀过程中微地形响应特征

[目的]探究60mm/h雨强下不同耕作坡面在溅蚀阶段的微地形变化特征,为黄土坡地水土保持耕作方式布设提供科学依据。[方法]在室内人工模拟降雨试验的基础上,采用激光扫描量测方法分别获取溅蚀前后4种不同耕作方式(人工锄耕、人工掏挖、等高耕作、耙磨整平)黄土坡面微地形相对高程,并对能反映微地形变化的高精度M-ΔDEM进行了分析。[结果]不同耕作措施下坡面微地形均具有较弱的空间变异,其空间分异主要受耕作措施的影响;降雨对微地形具有一定的夷平效应,且不同耕作坡面在1~1.3m尺度范围内均表现出侵蚀平衡现象;不同耕作微地形对溅蚀均具有阻滞作用,其中人工掏挖和等高耕作具有较强的水土保持作用。[结论]微地形水系分维能较好地反映复杂的微地形特征,而坡面耕作方式是溅蚀过程中微地形时空变异分布状况的控制性因子。     

坡耕地实行保土耕作的效益试验分析

对坡耕地等高耕作与顺坡耕作、免耕法与翻耕法对比试验进行了研究和分析。结果表明等高耕作和免耕法均具有显著的保持水土和提高作物产量的效果。本试验研究为有效治理和利用坡耕地提供科学依据。     

基于M-DEM的黄土人工锄耕坡面水系分维特征研究

该文旨在微观尺度上对地表微地形水系形成过程及其几何分形特征进行研究与分析,为研究坡面流水侵蚀过程及其防治提供科学依据。通过构建90mm/h雨强、15°坡度下不同水蚀阶段(雨前—溅蚀—片蚀—细沟侵蚀)黄土人工锄耕坡面微地形数字高程模型,设置不同集水面积阈值提取微地形水系,并基于格网法计算相应的水系分维值。结果表明:(1)分形理论用于研究微地形水系及其形成过程具有可行性;(2)降雨前、溅蚀、片蚀和细沟侵蚀阶段的最适集水面积阈值分别为15,20,25,30cm2,对应的最佳分维值分别为1.067,1.088,1.068,1.079;(3)人工锄耕坡面在各侵蚀阶段均处于侵蚀发育的幼年期。该研究不仅为微观层面研究黄土耕作坡面水系分维提供方法指导,也可为进一步揭示土壤侵蚀机理提供数据支持。     

不同耕作措施对黑土坡耕地土壤侵蚀的影响

针对黑龙江省西部半干旱区土壤流失情况,在坡耕地径流小区通过野外人工模拟降雨试验,研究不同降雨强度、不同耕作措施下降雨产沙产流特征和过程。试验结果表明:降雨强度越大,对地表径流量和侵蚀量的影响越大,即雨强与径流量和泥沙量呈正相关,各种耕作措施的土壤流失顺序是顺坡垄裸地>横坡垄裸地>等高种植地>深松地>秸杆覆盖地>垄向区田地,植被覆盖地能有效控制水土流失,垄向区田地是这几种耕作措施中减少坡耕地水土流失的有效措施。     

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。     

坡耕地耕作管理措施对降雨入渗的影响

利用人工模拟降雨装置对坡耕地不同耕作管理措施强化降水入渗规律进行了研究。结果表明,不同耕作管理措施强化降水入渗速率效用不同,在相同入渗时间情况下,强化降水入渗速率等高耕作>人工掏挖>人工锄耕>直线坡,在中小雨强和较短降雨历时情况下,这种情况表现更为显著。在对黄土高原超渗产流理论和坡面水量平衡方程分析的基础上,得出了不同耕作管理措施强化降水入渗速率与入渗时间的函数关系式。     

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(TR_1)、常规施肥+顺坡平作(TR_2)、优化施肥+顺坡平作(TR_3)、优化施肥+横坡垄作(TR_4)、优化施肥+横坡垄作+秸秆覆盖(TR_5)、优化施肥+横坡垄作+秸秆覆盖+等高植物篱(TR_6)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]①TR_4,TR_5,TR_6较TR_3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;②TR_5,TR_6对全量养分含量影响最大,其中全氮比TR_4作高20.00%,23.67%,比TR_3高23.53%,27.31%;③TR_4,TR_5,TR_6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(p0.01),与速效氮呈显著正相关(p0.05);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(p0.01)。[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。     

Soil Organic Carbon and Nitrogen Fractions under Different Land Uses and Tillage Practices

Many questions have surfaced regarding long-term impacts of land-use and cultivation system on soil carbon (C) sequestration. The experiment was conducted at Ohio Agricultural Research and Development Center. Only minor variations of soil organic carbon (SOC) and nitrogen (N) fractions with depth under plow tillage (PT). The SOC, total nitrogen (TN), microbial biomass carbon (MBC) and microbial biomass nitrogen (MBN) concentrations were higher under grassland and forestland in the top 0–15 cm depth than arable soils. No-tillage (NT) also increased SOC and N fractions concentrations in the surface soils than PT. Compared to arable, grass and forest could significantly improve proportions of MBC and MBN, and reduce proportions of dissolved organic carbon (DOC) and dissolved organic nitrogen (DON). NT and forest also increased the ratio of SOC/TN, MBC/MBN, and DOC/DON. Overall, grass and forest provided more labile C and improved C sequestration than arable. So did NT under arable land-use.     

不同施肥与耕作模式下紫色土坡地产流特征

为了明确施肥与耕作对坡地产流特征的影响,以"冬小麦—夏玉米"种植模式为研究对象,设置对照(T0)、复合施用化肥与农家肥(T1)、单施化肥(T2)、单施化肥增加施肥量(T3)、单施化肥横坡垄作(T4)5种处理,采用径流小区观测法,对紫色土坡地2008—2012年产流特征进行了研究。结果表明,紫色土区产流降雨主要集中在5—9月,6月是产流降雨的峰值期,径流量与降雨量表现出相对一致的规律,产流量变化范围为9.57~100.36mm,径流系数变化范围为0.05~0.19;不同处理年均径流量和年均径流系数依次表现为:T0T3T2T1T4,施肥处理比对照处理径流量减少25.90%~47.50%,T4比T2减少25.46%,年降雨量与年径流量呈幂函数关系;方差分析表明,不同处理间年径流系数、年径流量差异达到显著水平,施肥、耕作和降雨是影响产流的主要因素。     

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。     

等高耕作对不同坡度坡面土壤侵蚀过程的影响

等高耕作是一种典型的农业耕作措施,通过影响坡面填洼、入渗等进而影响坡耕地坡面土壤侵蚀过程。通过人工模拟降雨试验,设计降雨强度(90 mm/h)、5个地表坡度(3°,5°,10°,15°,20°)以及2种坡面处理(等高耕作和平整坡面),对径流强度、侵蚀率、径流含沙量、减流减沙效益等指标进行综合对比分析,与平整坡面进行比较,探究了黄土高原坡耕地等高耕作措施对坡面土壤侵蚀过程的影响。结果表明：(1)与平整坡面相比,等高耕作明显延缓坡面初始产流时间,使初始产流时间延迟11.58～31.91 min,随着坡度增大,等高耕作初始产流时间延长效应逐渐减弱。(2)等高耕作具有削弱径流强度和侵蚀率的作用,与平整坡面相比,等高耕作的坡面径流强度、侵蚀率和径流含沙量分别减少11.77%～94.92%,20.69%～99.27%和2.46%～88.40%。但等高耕作减少产流产沙能力有限,若坡面发生断垄,等高耕作坡面的径流强度、侵蚀率、径流含沙量都可能接近或大于平整坡面。(3)在降雨过程中,累计产沙量与累计径流量之间满足线性正相关关系,等高耕作累计产沙量随累计径流量的增大幅度始终小于平整坡面。(4)等高耕作在不...     

石漠化坡地不同整地措施下表层土壤水分空间分布特征

[目的] 分析石漠化坡地不同整地措施下表层土壤水分的空间分布特征,为提高石漠化坡地的水资源利用效率和农业管理水平提供参考依据。[方法] 以石漠化坡地中反坡、斜坡和平地3种整地措施下的柑橘林地为研究对象,采用经典统计学、地统计学和多重分形理论研究土壤水分的空间分布特征。[结果] (1)反坡的土壤含水量显著高于平地和斜坡(p＜0.05),平地土壤含水量的空间连续性和聚集性以及总变异和结构性变异强于斜坡和反坡。(2)不同整地措施下的土壤含水量均具有中等强度变异性(10.00%≤CV≤100.00%)、强空间自相关性[C₀/(C₀+C)≤0.25]和极显著(p＜0.01)的空间聚集性。(3)不同整地措施下的土壤含水量分布具有多重分形特征,旱季时反坡的土壤含水量分布区间最窄,斜坡的土壤含水量分布更离散;雨季时平地的土壤含水量分布区间最窄,反坡的土壤含水量更不均匀。[结论] 土壤机械组成是影响土壤含水量的主要因素,反坡整地措施更有利于改善石漠化坡地的土壤水分条件。     

等高犁耕对黄土坡耕地坡形与坡度的影响

为了明确等高犁耕条件下黄土坡耕地地形与坡度的变化特征,基于6个坡度(3°,5°,10°,15°,20°,25°)和5个耕作强度(6,12,18,24,30次)的组合,开展模拟耕作试验,利用测针法获取耕作后地表高程数据,探讨耕作强度和坡度对黄土直线形坡演化特征的影响。结果表明,在等高向下犁耕条件下,不同坡度的直线坡随着耕作强度的增加逐渐向“∽”形复合坡演化。同一坡度下,随着耕作强度的增加,坡脚延伸,整体小区投影坡长增大,坡脚高程增加幅度大,堆积现象明显,坡度大幅度减小;坡中高程增加,逐渐抬起坡度减小;坡顶形成的新分水岭的高程和位置随之减小和向下推移,直接侵蚀速率逐渐减小且趋于稳定。坡度通过影响土壤运动能力控制耕作时土壤的分布。因此坡度越大,单次耕作后坡形的变化越明显,直接侵蚀速率越大。研究结果有助于更加深入了解耕作侵蚀对坡耕地地形的影响,为控制坡耕地土壤侵蚀提供理论依据。     

耕作措施与氮肥对黑土流失及氮损失的影响

为解决东北黑土区坡耕地水土流失严重的问题,探索不同耕作措施和施氮策略对水土流失、氮素养分流失特征的影响,于2015—2016年在黑龙江省哈尔滨市设置径流小区试验,共设9处理。处理1(T1)为裸地;处理2(T2)为荒地;处理3(T3)为优化施氮(180kg N/hm~2),顺垄;处理4(T4)为优化施氮(180kg N/hm~2),横垄;处理5(T5)为增氮施肥(210kg N/hm~2),顺垄;处理6(T6)为减氮施肥(90kg N/hm~2),顺垄;处理7(T7)为替氮施肥((180kg N/hm~2,其中30kg N为有机肥,顺垄);处理8(T8)为优化施氮(180kg N/hm~2),横垄,苜蓿—玉米间作;处理9(T9)为减氮施肥(90kg N/hm~2),顺垄,秸秆覆盖。结果表明,T1的年均产流量为151.0m~3/hm~2,与T1相比,T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9分别拦截80.9%,64.4%,83.0%,65.2%,68.0%,60.4%,93.8%,88.1%;T1的年均土壤侵蚀量为9.5t/hm~2,与T1相比,T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9分别拦截98.8%,57.3%,88.4%,60.7%,50.6%,56.6%,99.2%,94.4%;T1的年均无机氮地表径流损失为207.6g N/hm~2,与T1相比,T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9分别减少无机氮损失43.0%,24.7%,35.5%,20.0%,36.8%,20.2%,75.6%,55.9%。雪水融化径流导致坡耕地的氮素损失不容忽视。坡耕地种植玉米时,单项耕作措施防止水土流失的效果,以生物篱最好,秸秆覆盖少耕较好,横垄次之;多项综合耕作措施中,横垄耕作和生物篱结合,效果均较好。相同耕作模式不同施肥措施中,有机肥替代因地上部作物生长较差有较大的产流量;减氮处理由于较低的无机氮浓度可减少地表径流氮素损失,同时增加产沙量。地表产流量与日降雨量间存在正的线性相关性(R2为0.213 9~0.543 8),T2、T9除外;土壤侵蚀量、无机氮损失量与地表产流量有正的线性相关(R2为0.338 0~0.728 1,0.618 4~0.895 2),T1除外。年均地表产流中,硝态氮浓度与无机氮浓度之比越小,年均地表径流无机氮损失越小。     

耕作措施对土壤水稳性团聚体及有机碳分布的影响

通过9a不同耕作的定位试验,研究了深松、旋耕、免耕和传统耕作4种耕作措施对关中塿土小麦-玉米轮作条件下土壤水稳性团聚体及有机碳垂直分布的影响。结果表明,与传统耕作相比,深松、旋耕、免耕措施均提高了0～40cm土层中〉2mm和0.25～2mm大团聚体含量、团聚体有机碳贡献率和团聚体平均重量直径,而传统耕作相应地增加了0～40cm土层中0.053～0.25mm微团聚体和〈0.053mm粘砂粒含量及其有机碳贡献率。同时深松、旋耕、免耕措施提高了各土层总有机碳和耕层0～10cm所有级别团聚体有机碳含量,相比较而言,深松的作用效果更大。秸秆还田进一步提高了各土壤层次上总有机碳和所有级别团聚体的有机碳含量及大团聚体的形成与稳定。在玉米秸秆不还田的条件下,隔年深松比连年深松更有利于0～30cm大团聚体形成及总有机碳和各级别团聚体有机碳的积累。     

不同耕作措施下成熟期玉米对径流及侵蚀产沙的影响

采用野外人工模拟降雨的方法,开展不同耕作措施下成熟期玉米对坡面产流及产沙影响的研究。结果表明:不同雨强下,种植玉米各措施径流量和产流强度都要小于相应的对照。在雨强为1.0,2.0mm/min下,平作措施径流量最小;在雨强为1.5mm/min下横坡措施径流量最小;在雨强为1.5mm/min下,平作措施和顺坡措施径流量达最大。在雨强为1.0mm/min下各措施含沙量均最小;在雨强为1.5mm/min下平作措施含沙量达最大;在雨强为2.0mm/min下横坡和顺坡措施含沙量最大。不同雨强下,平作、顺坡耕作、横坡耕作和对照小区产流产沙过程均呈波动变化,平作、顺坡耕作和横坡耕作的产流时间均较对照小区延后。