旱地机械化保护性耕作径流与土壤水分平衡模型试验研究

针对北方旱区干旱少雨、土地贫瘠、水土流失严重等问题，我国已经在旱地保护性耕作体 系及配套机具方面进行了大量的研究，并取得了显著的成果。但在保护性耕作的研究与推广中 尚有如下问题需要深入研究：对保护性耕作体系的水土保持效益的系统研究；对保护性耕作体 系效应的定量模型研究；对秸秆覆盖、地表耕作等不同因子的保水增产机理的深入细致的研究。 针对上述问题，本文在前人研究的基础上，主要进行了如下几个方面的研究： 采用天然降雨径流小区与人工模拟降雨试验相结合的方法，利用自动径流测试仪、数据实 时采集系统、全自动气象站和降雨模拟器等先进测试设备与技术，对保护性耕作下的地表径流、 土壤水蚀和降雨入渗进行了系统的定位、动态实时测定，为研究保护性耕作体系的保水保土机 理提供了宝贵的数据和可行的研究方法，在国内尚属首次。试验的结果表明： a）以少免耕和秸秆覆盖构成的保护性耕作体系可明显地减缓水土流失，增加水分入渗。与 传统翻耕相比，保护性耕作体系可减少径流量52.5％，减少土壤流失量80.2％和降低径流强度 14.6％。b）秸秆覆盖和土壤压实是影响农田水土流失的主要因素。秸秆覆盖可减少径流量47.3％， 减少土壤流失量77.6％，降低径流强度17.6％；压实会加剧水土流失，无压实处理比压实处理 的径流量减少37.2％，土壤流失量少60.4％，径流强度低11.8％。c）在土壤含水量较低时，秸 秆覆盖对径流入渗的影响大于压实的影响；而在土壤含水量较高的情况下，压实的影响却大于 秸秆覆盖的影响，机具压实可以使表层土壤容重增大，降低土壤的入渗性能，增加径流量。 在对径流模型及土壤水分平衡模型深入分析和田间试验的基础上，建立了适用于我国保护 性耕作体系的地表径流及水分平衡模型，并利用试验数据进行了验证。 针对保护性耕作体系的特点，本模型对径流线数（USDA-Curve Number）法进行了改进， 首次较全面地考虑了残茬覆盖、耕作、坡度及降雨强度等多种因素对地表径流的影响；并考虑 了残茬覆盖对土壤蒸发和作物蒸腾的影响。 模型验证的结果表明，径流量和土壤含水量的预测值与实测结果基本吻合，初步证明模型 是成功的。该模型可利用当地的气象、土壤、作物等数据资料，以日为步长，模拟不同的保护 性耕作体系对于地表径流及水分平衡的影响，为分析保护性耕作的保水保土机理和评价保护性 耕作体系在不同自然条件下的适应性提供了依据，为优化保护性耕作体系提供了先进的研究方 法，取得了创新性的成果。 建立了专门的固定道试验区，设置了地表耕作、秸秆覆盖、机具压实3因素，4种处理，5 次重复的系统试验。经两年的试验，初步明确了秸秆覆盖、地表耕作和土壤压实等因子影响土 壤物理特性与作物生长的主要机理；初步试验评价了固定道保护性耕作这种新型的耕作方法在 我国的适应性，具有创新性。 经过两年的试验，可以得出结论：固定道耕作能够减轻作业机械对土壤的压实程度和范围， 保持良好的土壤结构，有利于出苗和生长，它将是保护性耕作新的发展方向。