燕麥不同留茬高度對土壤風蝕的影響

摘要：以位于內蒙古陰山北麓武川地區耕地為試驗地點，對燕麥不同留茬高度進行粗糙度、風蝕量和吹蝕量的監測，比較燕麥不同留茬高度對土壤風蝕的影響。結果表明，與傳統耕作相比，燕麥田留茬能有效增大地表粗糙度和降低近地風速；隨著燕麥留茬高度的增加，地表粗糙度增大、風蝕量和吹蝕量降低。

關鍵詞：燕麥留茬高度；土壤風蝕；影響

中圖分類號：S157.4+2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）01-0033-03

內蒙古陰山北麓屬干旱、半干旱農牧交錯區域，其生態環境相對比較脆弱[1-4]。長期以來，當地農民一直沿用傳統的耕作方式，從頭年11月到翌年5月底，地表處于裸露狀態，植被少，蒸發量大，土壤失墑嚴重，加之秋冬春三季大風天數多以及冬春季節交替土壤凍融，導致農田土壤表層疏松干燥，為土壤風蝕創造了條件[5-7]。目前，該地區因風蝕造成的退化農田面積已達該地區農田總面積的46.9%[2]，土壤風蝕問題已成為制約當地農業可持續發展突出的環境問題。本研究針對當地的實際情況，以燕麥留茬高度為研究對象，監測其對試驗田粗糙度、風蝕量和吹蝕量的影響，綜合比較其對土壤風蝕的影響，以期為今后防風蝕的研究提供技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試燕麥品種為燕科1號。

1.2 試驗設計

試驗于2009-2010年在內蒙古武川縣旱作試驗站進行。田間試驗采用單因素完全隨機區組試驗設計，設5個處理：T1為傳統翻耕（CK，馬鈴薯收獲后翻耕20 cm）、T2為燕麥無茬免耕（燕麥留茬0 cm免耕播種）、T3為燕麥留茬10 cm免耕、T4為燕麥留茬20 cm免耕、T5為燕麥留茬30 cm免耕，每個處理3次重復，共15個小區，每個小區長45 m、寬3 m。植被覆蓋度通過樣線法測得，燕麥殘茬覆蓋度在65%～70%。野外觀測主要集中在2010年春季4～5月大風時期進行，該時期是風蝕發生的重點時段。

1.3 主要指標的測定及計算方法

1.3.1 風速及地表粗糙度 采用DEM-6型三杯風速儀測定距地表20、50、100、150、200 cm垂直高度處1 min的平均風速，數據通過LVCJY-02型數據采集器采集，每3 min測定1次風速，每個處理重復測定6次。粗糙度通過公式K=exp[（V1lnZ2-V2lnZ1）/（V1-V2）] 進行估算，其中，K表示地表粗糙度；Z1、Z2分別表示距地表50、150 cm的垂直高度；V1和V2分別表示Z1、Z2高度處的風速。

1.3.2 風蝕量的觀測 采用風蝕圈測定，每處理重復測定6次。風蝕圈由直徑25 cm、高5 cm的尼龍套和軟鐵環組成。秋收后，采集監測點附近農田表層混合土過篩放置于尼龍套內，土壤表層與地面相平，將風蝕圈埋在各處理當中，下一年播種前取回稱量。放置時和取后風蝕圈中單位面積干土重的差值即為野外觀測土壤風蝕量。

1.3.3 人工吹蝕量 采用吹蝕儀進行測量，吹蝕儀由河北農業大學提供。在無風天進行測定，用與地表成30°方向的恒定風速（13.9～17.1 m/s）對不同耕作方式的土壤進行吹蝕，吹蝕面積為150 cm×200 cm=3×104 cm2，每3 min吹蝕1次，每處理測定3點，每點測定10次，收集稱重求取平均值，計算出吹蝕量。相鄰樣點間隔10 m以上，以未擾動的自然狀態地塊進行試驗，用毛刷收集土樣。試驗中不考慮風的運動特點，只考慮吹蝕的因果關系。

2 結果與分析

2.1 燕麥不同留茬高度對風速及地表粗糙度的影響

2.1.1 燕麥不同留茬高度對風速的影響 由表1可知，5種耕作方式下風速隨地表高度的上升而逐漸增大，高度達150 cm時風速趨于穩定，增大趨勢明顯放緩；并且隨著燕麥留茬高度的增加，風速逐漸降低。距地表高度為20 cm處，T1的風速最大，達到了5.05 m/s，T5的風速最小，為3.27 m/s，比T1降低了35.25%，而T3、T4較T1分別降低了19.01%、 32.48%。在20～100 cm高度范圍內，各留茬處理與T1、T2間差異均達極顯著水平（表1）。隨著地表高度的增加，留茬處理的風速較T1和T2下降的幅度變小，距地表高度為150 cm時，各耕作方式間風速差異不顯著。

通過分析各點采集到的不同高度處的風速數據，把風速沿距地表垂直高度變化的數據分別進行對數、冪函數、線性函數及指數函數的相關性分析，得出5種耕作方式下風速沿高度的變化遵循乘冪函數關系，兩者之間的相關系數的平方均在0.96以上，T2最高，達到了0.99，表明擬合效果良好，比較真實地反映了風速在垂直高度上的實際分布情況。得到的關系式如下：V=aZb，式中V（m/s）表示各垂直高度處的風速；Z（cm）表示風杯儀距地表的垂直高度；a、b表示回歸系數。

2.1.2 不同留茬高度對地表粗糙度的影響 地表粗糙度能反映地表微地貌形態的阻力特征。由表2可知，T2的粗糙度最小，平均僅為0.40 cm，T5粗糙度最大，平均達2.92 cm，各處理間差異達到極顯著水平。燕麥留茬處理的粗糙度大于其他兩種耕作方式。與T1相比，T3、T4、T5的粗糙度分別增大了52.75%、147.25%、220.88%；與T2相比，T3、T4、T5的粗糙度分別增大了247.50%、462.50%、630.00%。隨燕麥留茬高度的增加，地表粗糙度極顯著增大，這表明燕麥田留茬能有效地增大地表粗糙度，降低近地風速，抑制土壤風蝕。

2.2 燕麥不同留茬高度對風蝕量的影響

2009年10月至2010年5月農田休閑期，利用風蝕圈野外觀測農田土壤風蝕量，結果如圖1所示。T2的風蝕量與T1差異不顯著，與T1相比減少了4.55%。T5風蝕量最小，只有3.45 t/hm2。與T1相比，T3、T4、T5的風蝕量分別減少了56.89%、69.70%、73.86%；與T2相比，T3、T4、T5的風蝕量分別減少了54.84%、68.25%、72.62%。燕麥留茬處理的土壤風蝕量顯著低于對照及T2處理，說明留茬處理能提高土壤抗風蝕能力，并且隨著留茬高度的增加，各處理風蝕量逐漸減少。

2.3 燕麥不同留茬高度對吹蝕量的影響

由表3可以看出，5種耕作方式中，T1的吹蝕量最大，為0.55 g/（cm2·min），T5的吹蝕量最小，為0.26 g/（cm2·min）。與T1相比，T3、T4、T5的吹蝕量分別減少了40.00%、47.27%、52.73%；與T2相比，T3、T4、T5的吹蝕量分別減少了31.25%、39.58%、45.83%。各處理間吹蝕量差異極顯著，說明留茬高度的增加可顯著降低吹蝕量。

3 結論

5種耕作方式下風速隨離地高度的上升而逐漸增大，當達到150 cm時，風速趨于穩定，增大趨勢明顯放緩，其風速沿高度的變化遵循乘冪函數關系。在20～100 cm高度范圍內，各留茬處理與傳統翻耕和燕麥無茬免耕處理間差異均達極顯著水平，且隨著燕麥留茬高度的增加，風速降低。燕麥無茬免耕處理的地表粗糙度最小，隨燕麥留茬高度的增加地表粗糙度極顯著增大，表明燕麥田留茬免耕處理能有效增大地表粗糙度，降低近地風速。

燕麥留茬免耕處理的土壤風蝕量和吹蝕量與對照及無茬免耕處理相比極顯著降低。燕麥留茬30 cm免耕處理的風蝕量最小，為3.45 t/hm2，與傳統翻耕相比減少了73.86%；吹蝕量為0.26 g/（cm2·min），與傳統翻耕相比減少了52.73%。隨著燕麥留茬高度的增加，風蝕量和吹蝕量呈下降趨勢。

在內蒙古武川地區推廣應用保護性耕作措施，尤其是燕麥留茬30 cm免耕播種的耕作方式對于減少土壤侵蝕、減輕沙塵暴的發生、改善生態環境都具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

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