風力侵蝕作用對新增耕地土壤粒度特征的影響

張騰飛

摘 要：本文以定邊縣2017年實施的土地開發項目新增耕地為研究對象，研究一個風力周期內，風力侵蝕作用對新增耕地土壤粒度變化特征以及含量的影響。結果表明：土壤粘粒含量和粉粒含量隨距離新造耕地距離的增加而增大，而沙粒含量與距離新造耕地距離呈負相關關系。距新增耕地10m處，土壤粘粒含量顯著增大，且土壤質地由此轉變為砂壤土，粉粒含量也逐步提高;距新增耕地10m后，土壤粒徑變化趨于平緩，且土壤粉粒含量逐漸增加，砂礫含量逐漸減少，粘粒含量變化不顯著。風力侵蝕作用對0.075mm以下的土壤粒徑運移距離影響顯著，隨著距新增耕地距離的增加，小于0.075mm的土壤粘粒含量逐漸增多，且小于0.075mm土壤粘粒含量中，粒徑級配越大，相同位置處的含量也越大。

關鍵詞：風力侵蝕;新增耕地;土壤粒度;粘粒含量

中圖分類號：S157.1 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200930039

引言

風蝕作用是引發我國北方旱區耕地退化的主要因素，對當地社會經濟條件和生態環境產生十分嚴重的危害，同時也會造成大量揚塵影響空氣質量[1，2]。我國陜北地區地處干旱半干旱區域，面臨嚴重的沙漠化威脅，此外，尚有大面積鹽堿地未得到有效開發利用。基于此，在陜北利用土體有機重構技術開發實施了大面積的土地開發項目，改造沙荒地和鹽堿地為水澆地，為全省經濟發展提供了耕地保障，同時也提高了耕地抗侵蝕能力，進一步遏制了土壤沙漠化和水土流失現象[3-7]。但這些新開墾出的耕地，在多風的冬季和春季處于裸露狀態，易遭受強烈的風蝕。由于新開發出來的農耕地表層土壤結構松散且無粘結，在項目實施完成首年，一般無相關保護性處理，在風蝕作用下，裸露的土壤不僅被破壞土壤結構，且理化特性也受到嚴重破壞，土壤質量也會因此受到極大影響，耕作層土壤減少變薄，造成土壤肥力流失和耕地質量下降，影響后期農作物的生長。

有研究表明，土壤中沙土含量越高，越容易受到風蝕影響，0.075～0.40mm為易蝕顆粒類型[8]。苑依笑等[9]對農田土壤細顆粒物的損失特征進行研究，結果表明土壤粒徑在1.80～24.0μm的細顆粒損失最為嚴重。王仁德等[10]和Chepil[11]研究認為，風蝕物粒度組成以粒徑小于100μm的懸移質為主，小于0.42mm的顆粒物質為高度可蝕。李曉娜等[12]研究認為，0.05～0.002mm的粉粒是風蝕過程中損失的主要顆粒。王瑞東等[13]和丁延龍[14]實驗發現，荒漠草原近自然恢復狀態下土壤風蝕顆粒范圍為110～250μm，沙堆表層沉積物粒徑多在100～300μm。眾多試驗均圍繞自然條件下風蝕對土壤顆粒造成的影響進行了分析，但對新造耕地條件下的風蝕研究較少。因此，本文以定邊縣2017年實施的土地開發項目為研究對象，在地塊（田面）尺度上，以一個風力周期（冬、春兩季）為時間尺度展開研究。通過研究一個風力周期內，風蝕物的顆粒組成和風蝕量，探索不同距離范圍內風蝕物與風力之間的關系，以期為土地開發項目空白期風力侵蝕下，土地耕作層防護提供科學依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區處于毛烏素沙漠與黃土丘陵區過渡地帶，隸屬于定邊縣白泥井鎮向陽村。區內海拔高度介于1374～1387m，地表無喬、灌木植物。區內多年平均氣溫7.9℃，極端最高氣溫37.7℃，最低氣溫-39℃。多年平均降水量316.9mm，其中7—9月降水量150.7mm，占全年降水量的62.16%，多年平均蒸發量為2490.2mm。無霜期141d，最長年無霜期為164d。初開始解凍在次年3月，結凍天數約95～105d，凍土層深度1.09～1.20m。

研究區地表覆蓋主要為風沙土和鹽堿砂壤土，以風蝕為主的水土流失普遍發生，危害較大。本文以定邊縣2017年實施的向陽村、北畔村土地開發項目農田耕作層為研究對象，該項目建設規模共計266.67hm2，耕作層為沙與土的混合物，稱為“復配土”。陜西省土地工程建設集團通過大量實驗研究分析發現，“復配土”具備農作物生長的基本條件，通過控制復配比例和增加種植季數，復配土能夠達到高標準農田的土壤要求，具有開發利用價值。2017年底項目實施完成，距離作物種植經歷一個風力周期，但耕作層土壤極為疏松，易受強風侵蝕，環境問題突出。

1.2 測定項目與方法

項目區主要進行野外風力觀測（不同高度的風速）和野外風蝕物觀測（包括不同高度的風蝕量、顆粒組成、運移及沉降過程）。野外風場觀測使用儀器為野外用梯度風速儀，可同時觀測不同高度上的9個風速梯度，風速的測量范圍為0.3～30m，分辨率為0.1m·s-1。該儀器配有數據采集器，能自動采集1min、10min和1h滑動平均數據，結果以ASCII碼數據輸出，以4m高度處風速作為野外觀測風速。利用平口式積沙儀收集地表風蝕起沙（塵），儀器總高度85cm，沙塵采集高度60cm，采集梯度為30個連續的2cm×2cm進沙口，采集效率大于80%。此外，考慮到研究區地表起沙、起塵量較大，一次大風天氣過程積沙儀收集的沙塵量有限，很難對風蝕物粒度特征和垂直結構等進行分析，本文設計采用插桿黏捕的方法對以上問題進行補充觀測。

實驗開始前先將樣品分為2份，一份過2mm平篩，使用Mastersizer 3000型激光粒度分析儀進行粒度分析，另一份樣品過0.075mm篩，使用土壤比重計（TM-85）進行顆粒分析。測試工作在國土資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室內進行，粒度分析結果以重量百分數表示。數據分析采用Excel 2007軟件完成。

2 結果分析

2.1 風力侵蝕對新造耕地土壤粒徑級配的影響

表1為新造耕地在一個風力周期內，距耕地不同距離處土壤顆粒級配情況。分析可知，土壤粘粒含量和粉粒含量隨距離新造耕地距離的增加而增大，而沙粒含量與距離新造耕地距離呈負相關關系。在距離新增耕地1m處，土壤均為砂土，土壤顆粒全部為砂粒;距離新增耕地5m處，土壤粒徑發生顯著變化，粘粒含量和粉粒含量增大，分別較距離新增耕地1m處增加121.05%和9.03%，砂粒含量降低8.63%;而距新增耕地10m處，土壤粘粒含量顯著增大，較距離新增耕地5m處顯著提高333.33%，且土壤質地由此轉變為砂壤土，粉粒含量也逐步提高，較5m處增加了81.48%，砂粒含量較5m處降低8.85%;距新增耕地10m后，土壤粒徑變化趨于平緩，且土壤粉粒含量逐漸增加，砂礫含量逐漸減少，粘粒含量變化不顯著。

2.2 風力侵蝕對新造耕地粘土粒徑分布的影響

土壤粘粒含量有利于土壤團聚體的形成，對于土壤肥力和土壤質量的提高具有顯著影響，因此有必要對風力侵蝕條件對新增耕地土壤粘粒含量的影響進行研究分析。土壤沙粒的運動形式分為蠕移、躍移和懸移3種類型，小于0.075mm的土壤顆粒隨風運移方式是懸移，即該粒徑的沙土顆粒在一定時間內懸浮于空中，并隨氣流向前運動，運動距離更長，漂浮時間更久。表2為新造耕地在一個風力周期內，距耕地不同距離處小于0.075mm土壤粘粒級配情況。分析可知，風力侵蝕作用對0.075mm以下的土壤粒徑運移距離影響顯著，隨著距新增耕地距離的增加，小于0.075mm的土壤粘粒含量逐漸增多，距新增耕地1m、5m、10m、20m和50m土壤粘粒平均含量分別較新增耕地處提高40.37%、16.02%、24.33%、35.25%和22.47%;且小于0.075mm的土壤粘粒含量中，粒徑級配越大，相同位置處的含量也越大。其中，土壤粒徑0.0627、0.045、0.02、0.0114、0.0081、0.0057、0.004以及0.0012含量占比分別為29.00%、21.00%、15.22%、10.44%、8.78%、6.00%、5.78%和3.77%。

3 結論和討論

我國陜北地區地處干旱半干旱區域，面臨嚴重的沙漠化威脅，此外，尚有大面積鹽堿地未得到有效開發利用。在陜北利用土體有機重構技術開發實施了大面積的土地開發項目，通過工程措施新造耕地，提高耕地抗侵蝕能力，進一步遏制了土壤沙漠化和水土流失現象。但這些新開墾出的耕地，在多風的冬季和春季處于裸露狀態，易遭受強烈的風蝕，由于新開發出來的農耕地表層土壤結構松散且無粘結，在項目實施完成首年，一般無相關保護性處理，在風蝕作用下，裸露的土壤不僅被破壞土壤結構，且理化特性也受到嚴重破壞，土壤質量也會因此受到極大影響。

本文以定邊縣2017年實施的土地開發項目為研究對象，在地塊（田面）尺度上，以一個風力周期（冬、春兩季）為時間尺度展開研究。研究一個風力周期內，風蝕物的顆粒組成和風蝕量，以期探索不同距離范圍內風蝕物與風力之間的關系。結果表明，土壤粘粒含量和粉粒含量隨距離新造耕地距離的增加而增大，而沙粒含量與距離新造耕地距離呈負相關關系。距新增耕地10m處，土壤粘粒含量顯著增大，較距離新增耕地5m處顯著提高333.33%，且土壤質地由此轉變為砂壤土，粉粒含量也逐步提高;距新增耕地10m后，土壤粒徑變化趨于平緩，且土壤粉粒含量逐漸增加，砂礫含量逐漸減少，粘粒含量變化不顯著。風力侵蝕作用對0.075mm以下的土壤粒徑運移距離影響顯著，隨著距新增耕地距離的增加，小于0.075mm的土壤粘粒含量逐漸增多，且在小于0.075mm的土壤粘粒含量中，粒徑級配越大，相同位置處的含量也越大。

參考文獻

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（責任編輯 ?周康）