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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

王晓燕  
【摘要】: 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。


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