秦王川灌區(qū)種植牧草抗風(fēng)蝕及減少養(yǎng)分流失效應(yīng)研究

肖艷榮 王娟 景晨異 李昂

摘要：為了探究種植牧草對秦王川灌區(qū)土壤風(fēng)蝕和養(yǎng)分的影響，試驗以種植春小麥和無芒雀麥地及裸地（CK）為研究對象，通過測定植被地表的蓋度、高度、地上生物量以及地表濕度、粗糙度、土壤含水率和地表風(fēng)蝕量，比較了不同處理對地表土壤細(xì)顆粒物和土壤養(yǎng)分流失的差異。結(jié)果表明：裸地風(fēng)蝕量最大、迭1.7kg/m²，小麥地次之，雀麥地最小、僅為0.8kg/m²;小麥和雀麥地土壤有機(jī)質(zhì)分別比裸地提高近5.5%和7.3%，土壤有機(jī)質(zhì)損失量大小順序為裸地>小麥地>雀麥地;植被蓋度、地表濕度、地表粗糙度和土壤含水率等指標(biāo)的大小順序均為：雀麥地>小麥地>裸地。在風(fēng)蝕季節(jié)，秦王川灌區(qū)裸地的風(fēng)蝕量和有機(jī)質(zhì)流失量均為最大，種植雀麥可顯著減少耕地土壤風(fēng)蝕危害，減少土壤有機(jī)質(zhì)流失。

關(guān)鍵詞：秦王川灌區(qū);土壤風(fēng)蝕;土壤有機(jī)質(zhì);無芒雀麥

中圖分類號：$157文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）14-0008-03

1引言

隨著人類對環(huán)境的破壞及土地的大面積耕種，土壤風(fēng)蝕危害越來越嚴(yán)重，在干旱少雨、深居內(nèi)陸的西北地區(qū)尤為明顯。西北地區(qū)為典型溫帶大陸性氣候，土壤粘合度較差，晝夜溫差及年溫差都很大。在這種惡劣氣候條件和人為因素的影響下，造成西北地區(qū)土壤結(jié)構(gòu)被破壞，從而使土壤風(fēng)蝕問題加劇。土壤經(jīng)風(fēng)蝕作用，地表表層土壤細(xì)顆粒減少、表土粗化;同時，營養(yǎng)物質(zhì)及有機(jī)質(zhì)大量輸移，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分和土地的生產(chǎn)力也隨之發(fā)生變化。這種風(fēng)蝕現(xiàn)象也大大危害了周邊地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展及周圍的生態(tài)環(huán)境。因此，土壤的抗風(fēng)蝕及減少養(yǎng)分流失已成為該區(qū)一個亟待解決的問題。王巖研究發(fā)現(xiàn)，通過少耕、免耕等耕作措施，將農(nóng)作物的根茬和秸稈留在地表，利用農(nóng)作物根茬來固土、秸稈擋土，可以顯著減少土壤細(xì)顆粒的輸移和提高土壤保水保肥效果。秦紅靈等研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)農(nóng)田翻耕相比，農(nóng)田免耕留茬不僅可以降低土壤風(fēng)蝕，還可提高表層土壤的有機(jī)質(zhì)含量。

位于永登縣與皋蘭縣之間的秦王川地區(qū)，屬半干旱氣候，全年蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水量，農(nóng)作物主要以春播小麥、油菜、胡麻為主。由于受到氣候條件限制，該區(qū)耕地全年僅有5個月時間可被利用。另外，秦王川地區(qū)臨近騰格里沙漠，地勢平坦，冬春季節(jié)又多風(fēng)，騰格里沙漠的風(fēng)沙也會對該區(qū)產(chǎn)生一定影響。為此，為了探究秦王川地區(qū)土壤風(fēng)蝕及養(yǎng)分流失情況，試驗以裸地為對照（CK），以無芒雀麥（Bromu sjaponicus Thunb）和春小麥（Triticum estivum）作為主要研究對象，通過分析各處理間風(fēng)蝕量與養(yǎng)分流失的差異，來比較種植無芒雀麥對改善土壤質(zhì)量的效應(yīng)，為該地區(qū)抗風(fēng)蝕和減少土壤養(yǎng)分流失提供科學(xué)依據(jù).

2材料與方法

2.1試驗區(qū)概況

秦王川灌區(qū)（36°41N，103°33E）是蘭州最平坦的一塊高原盆地，年平均氣溫為6.2℃，冬春季多風(fēng)，土壤以堿性的灰鈣土為主。

2.2試驗設(shè)計及測定

試驗設(shè)置裸地（CK）、小麥（Triticum estivum）地和雀麥（Bromus japonicas Thunb）地3個處理，各處理隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)4次，這樣共為12個小區(qū)。每個小區(qū)均為4m×6m大小樣方，小區(qū)間隔均為0.5m。小麥和雀麥的播種量分別均為30g/m²和3g/m²。試驗于2016年3月下旬播種植物，所播種植物的行間距均為20cm，種植深度為3cm。農(nóng)田常規(guī)管理，樣地中的雜草由人工進(jìn)行去除，并定期對試驗區(qū)進(jìn)行灌水。7月末收獲小麥，根據(jù)牧草長勢在9月上旬刈割，10月末收獲雀麥完成當(dāng)年實驗。為了測定各樣方中的土壤細(xì)顆粒物流失量，于2016年9月初在各樣方內(nèi)放入裝滿該樣地土壤的風(fēng)蝕盤（風(fēng)蝕盤大小為23cm×16cm，盤內(nèi)裝土約為500g），翌年年6月末測定所放風(fēng)蝕盤重量，以此計算各小區(qū)地表土壤風(fēng)蝕量。

試驗期間，分別測定裸地、小麥地和無芒雀麥地的蓋度、高度、地面粗糙度、地表溫度和地面濕度等指標(biāo);地表試驗完成后，再利用土鉆和環(huán)刀采集各處理0～5cm深度土樣，帶回實驗室進(jìn)行土壤有機(jī)質(zhì)及土壤含水率的測定。

2.3試驗數(shù)據(jù)處理

實驗中測得數(shù)據(jù)均用Excel及SPSS軟件進(jìn)行作圖分析，文中各指標(biāo)均進(jìn)行單因素方差分析，并進(jìn)行多重比較。

3結(jié)果與分析

3.1地面植被特征指標(biāo)比較

由測定結(jié)果顯示，就植被蓋度來看（圖1a），雀麥的蓋度達(dá)90.3%，而同期小麥的蓋度僅有10.3%。就植被高度而言（圖lb），收獲后的小麥殘茬高度為8.2cm，雀麥約是它的2倍。由圖1c可以看出，小麥的地上生物量與雀麥接近，分別為4.1g/m²和3.6g/m².

3.2地表微環(huán)境相關(guān)指標(biāo)分析

就地表的粗糙度而言，裸地和小麥地的粗糙度分別為1cm和1.3cm，而雀麥地的粗糙度是裸地的3倍。就地表濕度而言（圖2b），雀麥?zhǔn)锹愕氐?倍之多，為54.4%，而小麥與裸地的地表濕度相差無二，分別為28.6%和26.2%。地表含水率對抵抗土壤風(fēng)蝕有很強(qiáng)的作用，從圖2c來看，種植小麥和雀麥地的土壤含水率分別比裸地的含水率提高2.4%和12.3%。綜合以上，雀麥在保特地表微環(huán)境濕度方面有很強(qiáng)的優(yōu)勢，其地表粗糙度和含水率均為最大，小麥次之，裸地最小。

3.3地表風(fēng)蝕量比較

從2016年9月到2017年6月，就土壤的風(fēng)蝕量來說（圖3a），在整個風(fēng)蝕季節(jié)內(nèi)，種植雀麥地的土壤風(fēng)蝕程度最小，僅為0.8kg/m²，小麥次之，為1.4kg/m²，而裸地風(fēng)蝕量最高、達(dá)1.7kg/m²。由圖3b可以看出，由于裸地沒有植被覆蓋，地表裸露，風(fēng)蝕吹蝕了地表富含有機(jī)質(zhì)的細(xì)顆粒物，裸地的土壤有機(jī)質(zhì)僅有16.5g/kg，而小麥和雀麥地分別為17.4g/kg、17.7g/kg，分別比裸地提高近5.5%和7.3%。多重比較分析，裸地、小麥地和雀麥地的土壤風(fēng)蝕量和土壤有機(jī)質(zhì)含量間均存在顯著差異。綜合以上，種植雀麥對于抵抗土壤風(fēng)蝕和提高土壤養(yǎng)分具有很好的效果。

4討論與結(jié)論

秦王川地區(qū)四季氣候變化起伏較大，風(fēng)蝕危害主要表現(xiàn)為秋末較強(qiáng)，冬季較小，春季又增強(qiáng)的模式，這一現(xiàn)象已成為制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的一大重要因素。造成這一現(xiàn)象的原因主要是由于秦王川地區(qū)氣候干旱，秋末冬初時蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水量，地表干燥，且秋末冬初時當(dāng)?shù)爻９挝鞅憋L(fēng);進(jìn)入冬季后，氣溫逐漸降低，土壤被凍結(jié)，大風(fēng)天氣減少;春季，隨著溫度升高，土壤解凍，表層土壤干燥度增加，加之農(nóng)田耕作需要，對耕地翻松種植作物，以及秦王川地區(qū)地勢平坦，春季多風(fēng)，致使揚(yáng)沙、浮塵等自然災(zāi)害使表層土壤在春季更易風(fēng)蝕化。彭佳佳等在研究川西北沙化草地時發(fā)現(xiàn)，植被的蓋度和高度會隨著生態(tài)修復(fù)年限的增加而明顯提高。就風(fēng)蝕總量來看，該試驗區(qū)未種植作物的裸地風(fēng)蝕量可達(dá)1.7kg/m²，即在耕地裸露的情況下，一個風(fēng)蝕季節(jié)就會刮走近1.3mm的表土（土壤容重按1.3g/m³計算），說明該地區(qū)的風(fēng)蝕危害是很嚴(yán)重的。

土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，植物強(qiáng)烈地影響著大氣圈與土壤圈之間的能量傳遞和轉(zhuǎn)換，因而也成為影響土壤風(fēng)蝕最活躍的因素之一。以往研究發(fā)現(xiàn)，植物覆蓋可減少土壤風(fēng)蝕，且這種有效、經(jīng)濟(jì)的措施很早就被重視。從本試驗研究可以發(fā)現(xiàn)，種植雀麥可以增大對地面的蓋度，大大提高地表粗糙度，有效減少風(fēng)對地面的直接吹蝕，在此種優(yōu)勢下，雀麥所在的樣地可以充分保持土壤濕度，進(jìn)一步提高了土壤含水率，增大了水分子與土壤顆粒之間的拉張力、顆粒之間的內(nèi)聚力，同時也使位于地表的沙粒啟動風(fēng)速有了明顯提高，從而提高了土壤對風(fēng)蝕的抵抗作用，由圖3b可以看出，隨著風(fēng)蝕量的減少，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈上升趨勢，盡管此次試驗只測定了一年的土壤風(fēng)蝕量與有機(jī)質(zhì)含量的變化，可以預(yù)見隨著種植牧草時間的延長，這種效果將會越加明顯。

綜合以上，在風(fēng)蝕季節(jié)，秦王川灌區(qū)裸地的風(fēng)蝕量和有機(jī)質(zhì)流失量均為最大，種植雀麥可顯著減少耕地土壤風(fēng)蝕危害，減少土壤有機(jī)質(zhì)流失。