保護性耕作抑制季節性裸露農田揚塵的效果研究

段改蓮 王文靜 陳衛文 王攬月 邢廣青

摘要：為解決北京地區季節性裸露農田揚塵嚴重的問題，在昌平區開展保護性耕作和傳統耕作兩種處理模式的對比試驗。結果表明：實施保護性耕作能夠提高表層土壤平均含水率1.2%、增加地表覆蓋率16.2%、減少農田土壤風蝕量38.34%、減少0～60 cm近地表大顆粒農田揚塵21.2%和60～150 cm遠地表中小顆粒農田揚塵18.4%，抑制裸露農田揚塵效果顯著。

關鍵詞：保護性耕作;土壤風蝕;農田揚塵;抑制;效果

中圖分類號：S157.4? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2021）05-0112-03

農田揚塵是指農田表層松散的土壤顆粒在風力作用下被吹起、搬運和沉積的過程，其不僅會造成農田表層土壤結構、細小顆粒、有機質等大量流失，而且會在周圍產生大范圍粉塵污染，影響人類健康。2020年，北京市將抑制季節性裸露農田揚塵工作列入《北京市打贏藍天保衛戰2020年行動計劃》，科學治理揚塵污染，改善空氣質量。

保護性耕作將收獲后的作物秸稈覆蓋還田，再直接進行免少耕播種作業，避免了傳統的翻耕整地，對土壤擾動小，而且播種后地表仍有一定量的作物殘茬覆蓋，具有提升地力、抑制風蝕和水蝕、降低作業成本等作用。在北京一年兩熟區，夏季小麥收獲后在麥茬地直接播種玉米，地表秸稈覆蓋率高，同時地表被植被覆蓋且降水充足，因此春、夏季節農田揚塵少。秋季玉米收獲后，通常采用兩種處理模式播種小麥：一種是玉米秸稈覆蓋還田與小麥免少耕播種的保護性耕作模式;另一種是玉米秸稈翻埋還田、旋耕整地后再進行小麥播種的傳統耕作模式。保護性耕作模式播種后農田地表有玉米秸稈及殘茬覆蓋，而傳統耕作模式播種后農田地表無秸稈覆蓋，裸露至小麥出苗。

本課題通過開展定點試驗、采集相關數據并進行分析，研究北京一年兩熟區相同氣候條件下兩種不同耕作模式對農田揚塵的抑制作用及效果，試驗結果對于北京市開展農田揚塵抑制工作具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在昌平區崔村鎮進行。試驗地位于東經116°16'40"—116°23'0"、北緯40°11'02"—40°18'15"之間，土壤類型為沙壤土，當地氣候屬于溫帶大陸性季風氣候，1月平均氣溫-4.0 ℃，7月平均氣溫25.6 ℃，夏季最高氣溫35.0 ℃，冬季氣溫年較差-15.0 ℃，常年降雨量500～700 mm，種植作物為玉米和小麥。每年秋季玉米收獲后至次年4月是北京地區農田揚塵的高發季節，地表裸露的農田極易產生揚塵。

1.2 試驗設計

試驗設置兩種處理模式：保護性耕作與傳統耕作（見表1）。

1.3 試驗方法

1.3.1 土壤含水率測定 采用烘干法測定土壤含水率。用百分之一精度的天平測定土樣質量，置于105 ℃烘箱內烘6～8 h至質量恒定，測定烘干土樣質量，按照公式計算土壤含水率。

θ=

×100% ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：θ為土壤含水率，%;m1為烘干前鋁盒及土樣質量，g;m2為烘干后鋁盒及土樣質量，g;m3為烘干前空鋁盒質量，g。

1.3.2 地表覆蓋率測定 用長度為50 m、標記間隔為20 cm的繩子對農田地表覆蓋率進行測定。沿地塊對角線平行方向拉緊繩子，查看標記位置是否有秸稈或作物覆蓋，統計地表覆蓋標記點的個數，每個地塊測定5點、取平均值，按照公式計算地表覆蓋率。

Q=×100%? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：Q為地表覆蓋率，%;p1為標記位置地表被秸稈覆蓋的個數;p為總標記個數。

1.3.3 農田揚塵量測定 用沙塵采集儀測定農田揚塵量（如圖1所示）。沙塵采集儀主要由采沙器、導向板、支撐桿、固定栓和安裝底座組成。其中，采沙器的采沙口收集農田沙塵;導向板自動調整采沙口方向，使采沙口始終正對風向，確保農田沙塵的有效收集;固定栓將采沙器固定在支撐桿不同高度處，使5個采沙器采沙口距離地表分別為10，25，60，100，150 cm，監測不同高度處風沙量。每5 d對采沙器中的沙塵進行取樣，在55 ℃下烘干72 h，用精度為0.000 1 g 的高精度天平測定質量，進行數據分析。

1.3.4 風蝕量測定 風蝕量為一段時間內通過單位面積所搬運的風沙質量。按照公式計算風蝕量。

K= ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式中：K為風蝕量，g/cm2;G為單位時間內的沙塵質量，g;M為進沙口面積，cm2。

2 結果與分析

2.1 土壤含水率變化情況

土壤含水率測定結果見表2。

由表2可知：從當年10月至次年4月，保護性耕作地塊0～10 cm土層中土壤平均含水率為17.2%，比傳統耕作地塊提高1.2%;尤其在11月份土壤含水率提高2.1%。說明采用秸稈覆蓋還田作業方式的保護性耕作可以降低土壤蒸發率，顯著提高0～10 cm土層中土壤含水率，提升水分利用效率。

2.2 地表覆蓋率變化情況

地表覆蓋率測定結果見表3。

由表3可知：從當年10月至次年4月，保護性耕作地塊地表平均覆蓋率為70.7%，比傳統耕作地塊增加16.2%;尤其在10月份小麥播種出苗前，地表覆蓋量增加33.1%。說明采用秸稈覆蓋還田作業方式的保護性耕作可以顯著增加地表覆蓋量，而秸稈覆蓋地表能夠有效減少農田地表裸露，有利于提高耕層土壤保水保墑能力。

2.3 抑制揚塵效果

各高度層風沙量監測結果見表4。

由表4可知：北京市昌平區農田揚塵主要位于距離地表高度60 cm以下，采集到的風沙主要分布于高度為10 cm與25 cm的采沙器內，隨采沙器高度的增加采集到的風沙量顯著減少;保護性耕作地塊10 cm與25 cm采沙器內風沙量合計為0.854 7 g、占該處理總風沙量的62.22%，傳統耕作地塊10 cm與25 cm采沙器內風沙量合計為1.956 6 g、占該處理總風沙量的66.80%;保護性耕作地塊采集到的總風沙量為1.375 6 g，比傳統耕作地塊顯著減少38.34%。說明采用秸稈覆蓋還田作業方式的保護性耕作比地表裸露無覆蓋的傳統耕作可以明顯減少地表風蝕量，抑制裸露農田揚塵效果顯著。

各高度層沙塵粒度分布情況見表5。

由表5可知：北京市昌平區采集到的不同高度農田揚塵粒度主要在20～90 μm之間，且隨高度的增加沙塵顆粒平均直徑顯著減小。保護性耕作比傳統耕作減少0～60 cm近地表的大顆粒（沙塵粒度>180 μm）農田揚塵21.2%和60～150 cm遠地表的中小顆粒（沙塵粒度<180 μm）農田揚塵18.4%，可以有效減輕土壤養分損失和大氣環境污染。

3 結論

通過試驗得出：在北京市昌平區一年一熟小麥—玉米輪作種植制度下，保護性耕作地塊比傳統耕作地塊表層土壤平均含水率提高1.2%、地表覆蓋率增加16.2%、農田土壤風蝕量減少38.34%，說明實施保護性耕作能夠有效抑制裸露農田揚塵;保護性耕作模式比傳統耕作模式減少0～60 cm近地表的大顆粒（沙塵粒度>180 μm）農田揚塵21.2%和60～150 cm遠地表的中小顆粒（沙塵粒度<180 μm）農田揚塵18.4%，說明實施保護性耕作能夠有效減輕土壤養分損失和大氣環境污染。通過提高表層土壤含水率與增加地表覆蓋率，保護性耕作模式能夠有效防止土壤侵蝕和沙化，提高水分利用率，降低土壤碳損失，有利于耕層土壤改良。

參考文獻

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Reach on Effect of Conservation Tillage on Suppressing Dust

in Seasonal Bare Farmland

DUAN Gailian1， WANG Wenjing 2， CHEN Weiwen1， WANG Lanyue1， XING Guangqing1

（1. Beijing Changping District Agricultural Service Center， Beijing 102299， China; 2. College of Engineering， China Agricultural University， Beijing 100083， China）

Abstract： In order to solve the serious dusting problem of seasonal bare farmland in Beijing， a comparative experiment of conservation tillage and traditional tillage was carried out in Changping district. The results show that： Conservation tillage can increase the average surface soil moisture content by 1.2%， increase the surface coverage by 16.2%， reduce the soil drifting by 38.34%， and reduce the large dust particles near the surface of 0～60 cm by 21.2% and the small and medium dust particles at the surface of 60～150 cm by 18.4%. The effect of dust suppression on bare farmland is remarkable.

Key words： conservation tillage; soil drifting; farmland dust; suppress; effect