黄土高原不同防护类型农田土壤风蚀防控效应研究

【摘要】：土壤风蚀荒漠化是当前人类面临的重大全球性环境问题,困扰着人类社会的生存和发展。而风沙运动所引起的土壤风蚀是沙质荒漠化主要表现形式之一。 本文以黄土高原土壤风蚀区农田耕地、防护林地和退耕还林还草地为研究对象,采用野外定点试验、定位观测和室内分析相结合的方法,利用PC-3型多通道可移动式自动气象站和梯度沙尘集沙器对不同植被模式的农田进行观测。主要研究内容如下: (1)研究区大风和沙尘暴发生的时空分布特征:根据该区近半个世纪的气象资料,分析土壤风蚀发生发展的趋势,确立引起风蚀发生的大风日数和沙尘暴的时空分布特征,为土壤风蚀防控措施的设计和布置提供理论依据。 (2)保护性耕作措施对土壤风蚀防控的研究:按田间作物生长季节情况分作物生长季节防控和农田休闲季节防控两部分内容。在作物生长季节,播种前后和作物生长初期是风蚀发生的高发期,采用不同耕作措施来改变下垫面状况,增加地表粗糙度和覆盖度,提高土壤表层湿度,增强土壤颗粒之间的凝聚力,提升临界摩阻速度来防治风蚀的发生,同时考察作物的生长状况和产量性状。在农田休闲季节,通过对不同覆盖措施和留茬高度的比较试验为研究对象,分析其对近地表风况和风蚀物运移的影响,开展防风阻沙作用的研究。 (3)防护林带(网)对农田防风效应的研究:以不同农田防护林(网)对降低旷野风速为研究对象,对干旱、半干旱土壤风蚀区的林带结构和防风效应进行调查研究,定量分析疏透度、透风系数、林带宽度、树高以及林带走向等因子对风速运动变化的效应。 (4)退耕地人工林草植被对土壤风蚀防控效应的研究:在相同天气、相同立地条件下对不同类型人工植被的小气候、土壤质地和水分、覆盖度、地表粗糙度和风蚀量进行测定,研究不同下垫面风场中覆盖度、粗糙度、风速、沙尘量以及风力衰减等问题。 通过对以上研究得出以下结论: (1)大风发生的次数90年代以前呈逐年上升趋势,之后便开始回落,而沙尘暴发生的频次逐年增加,发生强度有逐渐增强的趋势。从发生的季节来看,春季是大风和沙尘暴的主要发生时段,而陕西省北部在夏季也有零星的发生。 (2)不同耕作措施均能有效地减少大风引起的沙尘颗粒运动,起垄覆膜膜侧种植模式的风蚀量与常规耕作相比降低了28.32%,产量较常规耕作提高了27.28%;覆盖措施可使旷野风速降低,玉米秸秆覆盖B试验的风速较裸耕地50cm处降低了30.69%～31.36%;留茬可以明显减少土壤风蚀量,比常规翻耕减少57.38%,比不留茬减少47.58%, 40cm留茬处理是最佳的留茬高度。 (3)稀疏结构林带防风效应最高可达34.27%,平均为32.69%,且林冠层和林干层疏透度存在差异时防风效应较好;窄林带(林带宽度≤5H)比宽林带(林带宽度5H)防风效果好;随着林带高度的增加防风效应增强;随着风向和林带夹角正弦值的增加风速降低30%的有效防护距离增大;当气流进入林网区域后,前4条林带呈减弱趋势,减幅最大的是第1条林带,经过第4条林带后风速开始恢复。 (4)不同人工植被模式能够增加地表覆盖度,降低近地表风速,有效降低风沙流的搬运能力。混交林为最佳植被模式,其覆盖度有叶期达到了75%以上,无叶期也达到30%以上,而且混交林根系与土壤进行穿插、缠绕和固结,增强土壤抗蚀能力,并消弱风力作用,减少风蚀发生的可能。 总之,起垄、覆盖和覆膜等保护性措施、防护林、退耕地不同人工植被可以防控土壤风蚀的发生,同时作物生长状况和产量性状将直接影响当地农民的经济效益;在黄土高原土壤风蚀区特殊的气候条件、地理位置和地质状况等因素背景下研究防蚀和增产机制,具有创新性。这些对改善该区生态环境和作物生产条件以及对促进保护性耕作的推广与发展、防护林的结构配置与营造技术、退耕还林模式选择等具有重要的现实和理论意义。