保护性耕作防治土壤风蚀的试验研究

土壤风蚀沙化已成为北方旱区农业可持续发展最为突出的问题，加强农田保护迫在眉睫。经过多年研究，我国已建立一套具有中国特色的旱地保护性耕作体系，并对保护性耕作技术和机具方面进行了大量研究，取得了显著的成果。但目前仍缺乏对保护性耕作防风蚀方面的系统研究；缺乏深入细致地对保护性耕作体系防止风蚀机理的研究；缺乏对保护性耕作体系的定量模拟研究。另外缺乏用于农田土壤风蚀观测的采沙设备的研制。针对上述问题，参照国内外经验，本文主要进行了如下研究： 1．基于国外几种风沙采集设备，结合我国实际情况研制了“中农”沙尘采集仪，其结构简单，操作方便，能够自动调整进沙口方向，能够在同一位置点采集不同高度的沙样，可以在田间进行长期的风蚀观测；在风洞内对其进行了性能校正，结果表明，沙尘采集仪满足等动力特性要求，采集率为85.6％，适用于采集以跃移形式运动的土壤颗粒。此项研究在国内尚属首次。 2．建立了免耕覆盖、耙地覆盖、免耕无覆盖和传统耕作四种处理方式的风蚀试验区，利用自行研制的沙尘采集仪、全自动气象站等测试设备，对不同耕作体系的土壤风蚀进行了系统的测定，为研究保护性耕作体系防止土壤风蚀效应及机理提供了宝贵的数据，在国内尚属首次。 试验结果表明：(1)以少免耕和秸秆覆盖相结合的保护性耕作体系可增加地表抗蚀性，明显地减少土壤风蚀。与传统翻耕相比，保护性耕作体系可增加地表土壤含水量35.6％；增加地表粗糙度265.3％，减少土壤风蚀量77.2％。(2)在秸秆覆盖和耕作两因素当中，秸秆覆盖对减小风蚀的作用最大，可减少土壤风蚀量71.2％，而且输沙量随着覆盖量的增加而减少。地表耕作的作用仅占7％，相对秸秆覆盖的影响来说不是很明显。另外，仅有免耕而没有秸秆覆盖能减少21.6％的沙尘量。(3)保护性耕作减少近地表土壤颗粒运动的数量较多，随着高度增加，保护性耕作体系减少农田土壤颗粒运动的数量相对减少。(4)保护性耕作可减少92.6％近地表吹起的大颗粒量及38.6％扬上天空的微粒量，从而可减少土壤养分损失和对大气环境的污染。 3．在对风蚀模型深入分析和田间试验的基础上，建立了针对我国保护性耕作体系的土壤风蚀模型，并利用田间试验数据进行了验证。 本模型在国外农田土壤风蚀预报模型的基础上，增加了土壤含水量对风蚀的影响。模型验证的结果表明，土壤流失量的预测值与实测结果基本吻合，初步证明所建立的保护性耕作风蚀模型是成功的。该模型以小时为步长，根据小时的气象数据、地表土壤水分、地表粗糙度及耕作管理措施，模拟不同的耕作管理体系下农田土壤风蚀流失量情况，为采取合理的农业措施防止土壤风蚀提供了依据，在国内首创。