燕麦不同留茬高度对土壤风蚀的影响

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摘要：以位于内蒙古阴山北麓武川地区耕地为试验地点，对燕麦不同留茬高度进行粗糙度、风蚀量和吹蚀量的监测，比较燕麦不同留茬高度对土壤风蚀的影响。结果表明，与传统耕作相比，燕麦田留茬能有效增大地表粗糙度和降低近地风速；随着燕麦留茬高度的增加，地表粗糙度增大、风蚀量和吹蚀量降低。

关键词：燕麦留茬高度；土壤风蚀；影响

中图分类号：S157.4+2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）01-0033-03

内蒙古阴山北麓属干旱、半干旱农牧交错区域，其生态环境相对比较脆弱[1-4]。长期以来，当地农民一直沿用传统的耕作方式，从头年11月到翌年5月底，地表处于状态，植被少，蒸发量大，土壤失墒严重，加之秋冬春三季大风天数多以及冬春季节交替土壤冻融，导致农田土壤表层疏松干燥，为土壤风蚀创造了条件[5-7]。目前，该地区因风蚀造成的退化农田面积已达该地区农田总面积的46.9%[2]，土壤风蚀问题已成为制约当地农业可持续发展突出的环境问题。本研究针对当地的实际情况，以燕麦留茬高度为研究对象，监测其对试验田粗糙度、风蚀量和吹蚀量的影响，综合比较其对土壤风蚀的影响，以期为今后防风蚀的研究提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试燕麦品种为燕科1号。

1.2 试验设计

试验于2009-2010年在内蒙古武川县旱作试验站进行。田间试验采用单因素完全随机区组试验设计，设5个处理：T1为传统翻耕（CK，马铃薯收获后翻耕20 cm）、T2为燕麦无茬免耕（燕麦留茬0 cm免耕播种）、T3为燕麦留茬10 cm免耕、T4为燕麦留茬20 cm免耕、T5为燕麦留茬30 cm免耕，每个处理3次重复，共15个小区，每个小区长45 m、宽3 m。植被覆盖度通过样线法测得，燕麦残茬覆盖度在65%～70%。野外观测主要集中在2010年春季4～5月大风时期进行，该时期是风蚀发生的重点时段。

1.3 主要指标的测定及计算方法

1.3.1 风速及地表粗糙度 采用DEM-6型三杯风速仪测定距地表20、50、100、150、200 cm垂直高度处1 min的平均风速，数据通过LVCJY-02型数据采集器采集，每3 min测定1次风速，每个处理重复测定6次。粗糙度通过公式K=exp[（V1lnZ2-V2lnZ1）/（V1-V2）] 进行估算，其中，K表示地表粗糙度；Z1、Z2分别表示距地表50、150 cm的垂直高度；V1和V2分别表示Z1、Z2高度处的风速。

1.3.2 风蚀量的观测 采用风蚀圈测定，每处理重复测定6次。风蚀圈由直径25 cm、高5 cm的尼龙套和软铁环组成。秋收后，采集监测点附近农田表层混合土过筛放置于尼龙套内，土壤表层与地面相平，将风蚀圈埋在各处理当中，下一年播种前取回称量。放置时和取后风蚀圈中单位面积干土重的差值即为野外观测土壤风蚀量。

1.3.3 人工吹蚀量 采用吹蚀仪进行测量，吹蚀仪由河北农业大学提供。在无风天进行测定，用与地表成30°方向的恒定风速（13.9～17.1 m/s）对不同耕作方式的土壤进行吹蚀，吹蚀面积为150 cm×200 cm=3×104 cm2，每3 min吹蚀1次，每处理测定3点，每点测定10次，收集称重求取平均值，计算出吹蚀量。相邻样点间隔10 m以上，以未扰动的自然状态地块进行试验，用毛刷收集土样。试验中不考虑风的运动特点，只考虑吹蚀的因果关系。

2 结果与分析

2.1 燕麦不同留茬高度对风速及地表粗糙度的影响

2.1.1 燕麦不同留茬高度对风速的影响 由表1可知，5种耕作方式下风速随地表高度的上升而逐渐增大，高度达150 cm时风速趋于稳定，增大趋势明显放缓；并且随着燕麦留茬高度的增加，风速逐渐降低。距地表高度为20 cm处，T1的风速最大，达到了5.05 m/s，T5的风速最小，为3.27 m/s，比T1降低了35.25%，而T3、T4较T1分别降低了19.01%、 32.48%。在20～100 cm高度范围内，各留茬处理与T1、T2间差异均达极显著水平（表1）。随着地表高度的增加，留茬处理的风速较T1和T2下降的幅度变小，距地表高度为150 cm时，各耕作方式间风速差异不显著。

通过分析各点采集到的不同高度处的风速数据，把风速沿距地表垂直高度变化的数据分别进行对数、幂函数、线性函数及指数函数的相关性分析，得出5种耕作方式下风速沿高度的变化遵循乘幂函数关系，两者之间的相关系数的平方均在0.96以上，T2最高，达到了0.99，表明拟合效果良好，比较真实地反映了风速在垂直高度上的实际分布情况。得到的关系式如下：V=aZb，式中V（m/s）表示各垂直高度处的风速；Z（cm）表示风杯仪距地表的垂直高度；a、b表示回归系数。

2.1.2 不同留茬高度对地表粗糙度的影响 地表粗糙度能反映地表微地貌形态的阻力特征。由表2可知，T2的粗糙度最小，平均仅为0.40 cm，T5粗糙度最大，平均达2.92 cm，各处理间差异达到极显著水平。燕麦留茬处理的粗糙度大于其他两种耕作方式。与T1相比，T3、T4、T5的粗糙度分别增大了52.75%、147.25%、220.88%；与T2相比，T3、T4、T5的粗糙度分别增大了247.50%、462.50%、630.00%。随燕麦留茬高度的增加，地表粗糙度极显著增大，这表明燕麦田留茬能有效地增大地表粗糙度，降低近地风速，抑制土壤风蚀。

2.2 燕麦不同留茬高度对风蚀量的影响

2009年10月至2010年5月农田休闲期，利用风蚀圈野外观测农田土壤风蚀量，结果如图1所示。T2的风蚀量与T1差异不显著，与T1相比减少了4.55%。T5风蚀量最小，只有3.45 t/hm2。与T1相比，T3、T4、T5的风蚀量分别减少了56.89%、69.70%、73.86%；与T2相比，T3、T4、T5的风蚀量分别减少了54.84%、68.25%、72.62%。燕麦留茬处理的土壤风蚀量显著低于对照及T2处理，说明留茬处理能提高土壤抗风蚀能力，并且随着留茬高度的增加，各处理风蚀量逐渐减少。

2.3 燕麦不同留茬高度对吹蚀量的影响

由表3可以看出，5种耕作方式中，T1的吹蚀量最大，为0.55 g/（cm2・min），T5的吹蚀量最小，为0.26 g/（cm2・min）。与T1相比，T3、T4、T5的吹蚀量分别减少了40.00%、47.27%、52.73%；与T2相比，T3、T4、T5的吹蚀量分别减少了31.25%、39.58%、45.83%。各处理间吹蚀量差异极显著，说明留茬高度的增加可显著降低吹蚀量。

3 结论

5种耕作方式下风速随离地高度的上升而逐渐增大，当达到150 cm时，风速趋于稳定，增大趋势明显放缓，其风速沿高度的变化遵循乘幂函数关系。在20～100 cm高度范围内，各留茬处理与传统翻耕和燕麦无茬免耕处理间差异均达极显著水平，且随着燕麦留茬高度的增加，风速降低。燕麦无茬免耕处理的地表粗糙度最小，随燕麦留茬高度的增加地表粗糙度极显著增大，表明燕麦田留茬免耕处理能有效增大地表粗糙度，降低近地风速。

燕麦留茬免耕处理的土壤风蚀量和吹蚀量与对照及无茬免耕处理相比极显著降低。燕麦留茬30 cm免耕处理的风蚀量最小，为3.45 t/hm2，与传统翻耕相比减少了73.86%；吹蚀量为0.26 g/（cm2・min），与传统翻耕相比减少了52.73%。随着燕麦留茬高度的增加，风蚀量和吹蚀量呈下降趋势。

在内蒙古武川地区推广应用保护性耕作措施，尤其是燕麦留茬30 cm免耕播种的耕作方式对于减少土壤侵蚀、减轻沙尘暴的发生、改善生态环境都具有广阔的应用前景。

参考文献：

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[3] 陈渭南，董光荣，董治宝.中国北方土壤风蚀问题研究的进展与趋势[J].地球科学进展，1994，9（5）：5-12.

[4] 秦红灵，李春阳，高旺盛，等.北方农牧交错带干旱区保护性耕作对土壤水分的影响研究[J].干旱地区农业研究，2005，23（6）：22-26.

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