土壤风蚀及保护性耕作减轻沙尘暴的试验研究

【摘要】： 本文通过野外观测试验和风洞实验，结合生态学、自然地理学、风沙物理学等基本理论和方法，在以下几个方面进行了较深入的研究和探讨： 1．将传统耕作农田、保护性耕作农田、草地和沙地等4种地表同时作为土壤风蚀及沙尘暴发生的下垫面，在同一时间、同一地域进行系统的野外观测试验研究，并得出如下研究结论：(1)保护性耕作农田和草地土壤的含水量、覆盖率和粗糙度等明显高于传统耕作农田和沙地，具有较强的抗风蚀性，因而可有效的抑制土壤风蚀和减少土壤养分和有机质的损失。(2)经测定，在150cm高度层以下沙地风蚀物含量较大，但由于沙地地表颗粒组成以中砂粒和细砂粒为主，因而在150cm高度层以上沙地的输沙量低于其它三种地表。(3)土壤风蚀和沙尘暴的发生是特定的天气背景和下垫面条件下的产物，与地表覆盖度、地表土壤颗粒组成和耕作方式等有密切关系。不同地表和野外实际观测试验结果表明，试验区沙尘暴的沙尘主要来源之一是裸露的传统翻耕农田。 2．定量研究了保护性耕作防治农田土壤风蚀效应和机理，首次提出了保护性耕作防治土壤风蚀和农田扬尘的重要作业参数指标：(1)土壤风蚀量随着作物秸秆残茬高度的增加而逐渐减少，而且当秸秆残茬高度在30cm高度以上，地表土壤风蚀量明显减少；低于30cm，土壤风蚀量显著增加。(2)随着秸秆残茬覆盖率的增加土壤风蚀量逐渐减少，而且覆盖率大于32.24％的农田地表相对于覆盖率20.56％的农田，可以减少土壤风蚀量60.06％；而相对于覆盖率9.68％的农田地表，可以减少土壤风蚀量79.35％。(3)农田地表粗糙度，随作物秸秆残茬高度与覆盖率的增加呈幂函数形式增加，粗糙度与高度的关系式指数的绝对值的平均值为0.42116，而与覆盖率关系式指数的绝对值的平均值为0.39943，说明粗糙度对秸秆残茬高度的反映更灵敏。(4)耕作使表土破碎率加大，试验结果表土破坏率35％以下，可有效减少地表土壤风蚀；＞35％，加速土壤风蚀，也加速土地的沙化。 3．在对国内外土壤风蚀模型进行深入分析基础上，采用偏最小二乘回归(PLS)建立了适合本试验区土壤风蚀模型Ⅰ和保护性耕作防治土壤风蚀的预测模型Ⅱ，并利用试验数据进行了验证。两个模型有效克服了变量间的多重相关性，并首次将不同类型地表和秸秆残茬高度分别作为影响因子分别考虑进了模型Ⅰ和模型Ⅱ。模型的验证结果表明，土壤风蚀量的预测值与实测结果基本吻合，初步证明建立的土壤风蚀预测模型，能够预测和估算试验区土壤风蚀情况和不同条件下保护性耕作农田土壤风蚀量情况，为风蚀预测和制定防治农田土壤风蚀措施提供了基础。