北方农牧交错带风蚀对农田土壤特性的影响3

农业机械学报

第38卷第5期

北方农牧交错带风蚀对农田土壤特性的影响3

冯晓静　高焕文　李洪文　王晓燕　马洪亮

　　【摘要】　研究分析了我国北方农牧交错带典型风蚀地区,传统和保护性耕作农田土壤的风蚀和有机物及养分衰减的定量关系及其衰减的机理。土壤风蚀过程中,保护性耕作比传统耕作可以减少风蚀量50144%。有机质损失减少48180%,全氮损失减少49104%,全磷损失减少48151%,全钾损失减少50152%。传统耕作和保护性耕作各物质损失中全磷的损失最大,分别为12124%和5193%;其次是有机质的损失,分别为11153%和4131%。土壤损失率分别为5129%和2162%时,全磷损失率是相应土壤损失率的2131倍和2126倍;有机质损失率是相应土壤损失率的2118倍和1165倍。保护性耕作是防止农田沙漠化和提高作物产量的根本措施。

关键词:农牧交错带　风蚀　土壤特性中图分类号:S15711

文献标识码:A

EffectofWindErosioninAgro-pastoralRegionsonSoilCharacteristics

FengXiaojing　GaoHuanwen　LiHongwen　WangXiaoyan　MaHongliang

(1.ChinaAgriculturalUniversity　2.AgriculturalUniversityofHebei)

Abstract

AnexperimentwasconductedinfarmlandinnorthofChinaduringwinderosionseasontostudythechangeofthesoilandthewinderosionmaterials.Weanalyzedtherelationshipbetweenwinderosionandthelossoftheorganicmaterialsandnutritionalelements,andthemechanizationofthelossinthispaper.Themainresultsareasfollows:conservationtillageismoreeffectiveinreducingwinderosionthanthetraditionaltillageandthereductionis50144%.Conservationtillagecanreducethelossesoforganicmaterialsandnitrogen(N),phosphorus(P),kalium(K)inahigherextentthanthetraditionaltillage,reductionoforganicmaterialsis48180%,nitrogen(N)49104%,phosphorus(P)48151%andkalium(K)50152%respectively.Thelossratesofphosphorus(P),inthetraditionalandconservationtillage,are12124%and5193%,respective2ly,whichisthehighest,andthelossratesoforganicmaterialsare11153%and4131%,respec2tively.Thelossratesofthesoil,inthetraditionalandconservationtillage,are5129%and2162%,respectively;whilethelossratesofnitrogen(N)are2131and2126timeshigherthanthelossratesofthesoil,respectively,atthesametime,thelossratesoforganicmaterialsare2118and1165timeshigherthanthelossratesofthesoil,respectively.

Keywords　Agro2pastoralregions,Winderosion,Soilcharacteristics

1,2

1

1

1

1,2

　　引言

农田沙漠化是在干旱、半干旱及半湿润地区由

于人类不合理的生产活动与自然资源环境不协调所产生的以风沙活动为主要标志的土地退化[1]。旱作农田退化主要表现为农田土壤风蚀或积沙,表层土

收稿日期:2005-12-20

3农业科技成果转化基金资助项目(项目编号:02EFN216900734)

冯晓静　中国农业大学工学院　博士生　副教授(河北农业大学),100083　北京市高焕文　中国农业大学工学院　教授　博士生导师李洪文　中国农业大学工学院　教授　博士生导师王晓燕　中国农业大学工学院　副教授

马洪亮　河北农业大学机电工程学院　副教授　博士生(中国农业大学),071001　保定市

52农　业　机　械　学　报2007年　

壤的粗粒化、养分的贫瘠化和土壤环境的干旱化,从而导致土壤生产力的下降或丧失[2～3]。在农田退化过程中,土壤性状的变异可以从土壤风蚀物及有机物和氮磷钾养分变化得到验证。本文通过田间监测试验分别研究传统耕作和保护性耕作2种地表土壤及土壤风蚀物的理化参数,探讨保护性耕作对防止农田土壤退化的作用。

图1　集沙仪结构示意图Fig.1　Structureofsampler

1、5.筛网　2.采样口　3.采沙盒　4.集沙盒

　1　试验方法

111　试验区概况

(5)测定各高度上土试验区选在内蒙古正蓝旗的哈毕日嘎镇,地处东经115°59′,北纬41°15′,海拔1200～1300m,试验区北端是面积2187万km2的浑善达克沙地,南与太仆寺旗的农区和草地相接,是典型的农牧交错区。属于温带半干旱草原气候,具有干旱少雨、干冷多风、无霜期短等特点。试验区的降水年、季变化大,年均降水量为36511mm左右。冬春季节连续干旱,11月至翌年4月降水仅为69102mm,不足全年降水量的20%。每年超过8级(大于或等于1712m󰃗s)的大风日数72d,且以西风、西北风为主,年平均风速为415m󰃗～s,最大瞬时风速为3314m󰃗s。每年35月为多风季节,平均风速5m󰃗s以上,是风蚀的多

壤风蚀量和风蚀物中的有机物、营养成分的质量分数,计算富集率(土壤风蚀物有机质及养分质量分数与相应的土壤表层有机质及养分质量分数之比)。

2　试验结果及分析

由表1可以看出,保

护性耕作农田0～20cm的表层土壤有机质和养分

图2　集沙仪田间安装图

均高于传统耕作农田,说Fig.2　Installationof明保护性耕作对土壤有培samplerinfield

　肥作用。211　风蚀输沙量

发季节。

112　试验方法

(1)分别在小麦秸秆残茬覆盖保护性耕作农田(NTC)和传统翻耕耙碎农田(CK)取样及布置。

(2)测试2种类型农田试验区地表0～20cm土壤的有机质和养分状况(试验前),见表1。

表1　地表0～20cm土壤中有机质及养分质量分数

.1　OMandnutrientscontentofTab

0～20cmtopsoil

地表

CKNTC

试验期间各高度上集沙仪总输沙量见表2。2种

地表试验的风蚀输沙量随高度的增加而减少,保护性耕作地表各高度上风蚀量明显低于传统耕作地表对应高度层的风蚀输沙量,保护性耕作总的风蚀量低于传统耕作。

表2　各高度层总输沙量

.2　TotalsoilfluxrateatdifferentheightsTab

%

养分

有机质

1.381.89

全氮

0.1030.153

全磷

0.0160.017

全钾

1.821.86

序号

12

高度󰃗cm

CK

102560100150

58.744.926.220.513.6

输沙量󰃗g

NTC23.319.814.110.39.0

(3)3～5月在试验地布置集沙仪,进行田间风

345

蚀监测。集沙仪结构如图1所示,采样口面积为

2cm×5cm。位于每个采集点距上风向不可侵蚀地表150m处,集沙仪入风口距地表011m、0125m、016m、110m及115m高度上安装5个集沙仪,见图2。

(4)风蚀物的测取。每次扬沙过后,将集沙仪中

212　风蚀物理化性质分析

的沙尘清空倒入塑料袋内带回实验室,置于烘箱内在105℃下烘干6～8h直至恒量,然后用1󰃗100的电子天平称量,整个试验期内收集每个集沙仪内的风蚀物质量。

以土壤风蚀物的有机质及养分富集率作为表征土壤风蚀过程中土壤肥力迁移的指标[4～5],结果见表3。无论是传统耕作农田,还是保护性耕作农田,其土壤风蚀物中的有机质和养分的富集率具有相同的规律,2种地表有机质和全氮、全磷、全钾的富集

　第5期冯晓静等:北方农牧交错带风蚀对农田土壤特性的影响53

率随高度的增加而增大,平均富集率分别为1193、1179、2126和1103。充分说明风蚀带走了农田土壤养分,加剧了农田土壤肥力损失。

表3　地表风蚀物有机质及养分的富集率

Tab.3　OMandnutrientsenrichmentrationsofwinderosionmaterialsatdifferentheights地表

高度󰃗cm

102560

CK

100150

50152%,说明保护性耕作可以减少土壤肥力的损

失。

表4　地表有机质、养分及土壤损失量

.4　LossamountofOMandnutrientsTab

ontopsoil

地表

有机质

3.81791.954948.80(hm2・a)t󰃗

土壤

126.89162.89350.44

养分

全氮

0.22450.114449.04

有机质

1.061.671.922.182.391.841.081.662.152.722.832.01

养分

全氮

1.031.371.842.142.331.741.391.611.861.832.451.83

全磷0.04700.024248.51

全钾

2.50651.240150.52

全磷

1.131.692.252.753.162.201.591.822.242.713.242.32

全钾

1.091.121.081.051.071.080.950.991.020.970.980.98

CKNTC减少率󰃗%平均

102560

NTC

100150

观测期间,2种不同类型的地表土壤、有机质及

养分损失率(风蚀损失量与20cm耕层土壤中相应物质的比值)见表5,传统耕作比保护性耕作有机质及养分损失率都高;有机质及养分损失率高于土壤损失率。传统耕作和保护性耕作各物质损失中全磷的损失最大,其次是有机质的损失。两地表全磷损失率是相应土壤损失率的2131倍和2126倍;有机质损失率是相应土壤损失率的2118倍和1165倍。风蚀对土壤营养物质及有机质的流失高于土壤的流失,风蚀是土壤退化的主要原因,恶化环境的同时造成了严重的经济损失。

表5　地表0～20cm土壤、有机质及养分损失率

.5　LossratesofOM,nutrientsTab

andsoilontopsoil

地表

CKNTC

平均

213　农田土壤有机物和养分损失分析

由于春季干旱多风,是风蚀发生最严重的季节,

可以假定试验总输沙量为年总输沙量,对应的风蚀面积是150×100×2cm2。则单位面积的输沙量为

(q1+q2)×15+(q2+q3)×35+(q3+q4)×40+(q4+q5)×50×10Q=

2×2×150

(hm2・a)式中　Q——年风蚀输沙量,t󰃗

qi——试验期内集沙仪i的总输沙量,g

%土壤

5.292.62

有机质

11.534.31

养分

全氮

9.083.12

全磷

12.245.93

全钾

5.742.78

同理,由不同高度集沙仪收集到的输沙量相对

应的土壤风蚀物及养分计算损失量如表4所示。富集率是农田土壤肥力减小的相对值,并不能代表农田肥力的实际损失。本文计算土壤风蚀物中有机质和养分的质量,定量分析农田土壤肥力的损失并进行对比,可知保护性耕作不仅可以使风蚀减少率达到50144%,同时能够减少表层土壤的有机质和养分损失达50%左右,其中钾损失减少最多,可达　　

214　损失与经济效益估算21411　经济效益估算

以风蚀过程中全氮的损失为例,计算每年相当于不同地表全氮损失的化肥当量。目前农村常用的氮素化肥主要有磷酸二氨、碳氨和尿素,根据表4的全氮损失量计算,结果见表6。如果靠施肥补充风蚀损

2

失的氮素,传统耕作地需633188～1371194元󰃗hm,

表6　地表风蚀全氮损失当量计算结果

.6　EquivalentweightcalculationoftotalNlossbywinderosionTab

参数

磷酸二氨

含氮量󰃗%化肥当量󰃗t・hm-单价󰃗元・t-1

22

CKNTC

碳氨

17.001.32480.00633.88

尿素

46.300.481900.00921.27

磷酸二氨

18.000.641100.00699.11

碳氨

17.000.67480.00323.01

尿素

46.300.251900.00469.46

18.001.251100.001371.94

节省量󰃗元・hm-

54农　业　机　械　学　报2007年　

2

保护性耕作地需要323101～699111元󰃗hm,实行保护性耕作后,用于补充风蚀损失全氮的化肥即可

(hm2・a)。节省300～700元󰃗

21412　损失时间估算

对于传统耕作在不补充肥料的情况下,如果每

(2)传统耕作和保护性耕作各物质损失中全磷

的损失最大,分别为12124%和5193%;其次是有机质的损失,分别为11153%和4131%。土壤损失率分别为5129%和2162%时,全磷损失率是相应土壤损失率的2131倍和2126倍;有机质损失率是相应土壤损失率的2118倍和1165倍。

(3)不补充肥料的情况下,每年进行翻耕并整地,耕层20cm土壤有机质及养分大约经过5～10a就仅剩余目前含量的50%。100a后有机质及养分基本上全部损失。(4)风蚀对土壤营养物质及有机质的流失高于土壤的流失,风蚀是土壤退化的重要原因,采取相应的措施控制风蚀可以在一定程度上减少有机质和养分的损失,减轻土壤粗化的程度,从而控制农田的沙漠化。

文

献

年进行翻耕并整地,按表5损失率计算,耕层20cm土壤有机质和养分损失50%所经历的时间约为:有机质5165a,全氮6172a,全磷5131a,全钾1117a。按此推算100a后有机质及养分基本上全部损失。

3　结论

(1)土壤风蚀过程中,保护性耕作比传统耕作可以减少风蚀量50144%,有机质损失减少48180%,全氮损失减少49104%,全磷损失减少48151%,全钾损失减少50152%。

参

考

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(上接第50页)

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