北方农牧交错带保护性耕作对农田土壤风蚀影响效应研究

摘要

保护性耕作是北方农牧交错带防治农田土壤风蚀的有效技术途径之一，已有的研究主要侧重不同保护性耕作措施下的农田生态效益分析，对保护性耕作的防风蚀机理及技术模式选择等方面的研究不够深入，缺乏系统性。本研究以内蒙古阴山北麓武川县为例，通过4年的田间定位试验、室内模拟和野外监测，重点对以免耕为主的保护性耕作农田土壤防风蚀机理及不同种植方式和耕作方式下土壤生态因子进行定位研究。论文取得的主要进展和结论如下： (1) 农田土壤风蚀机理研究表明：①农田土壤风蚀量受地表残茬特性和表层土壤理化性状的影响较大。相关分析表明，残茬高度、密度和盖度与风蚀量均成负相关关系，其中残茬高度与风蚀量相关系数最高；土壤表层0～5cm水分含量、土壤坚实度和地表粗糙度与风蚀量均成负相关关系，地表粗糙度与风蚀量相关系数最高，进一步回归分析表明，地表粗糙度和土壤风蚀率呈指数函数关系Y=4.49e<'-0.30X>。②不同土地利用方式，农田不同耕作方式和作物种植方式是影响土壤风蚀的主要人为因子。不同土地利用方式下风蚀启动风速留茬莜麦地(12.58m/s)>天然草场(11.73m/s)>翻耕马铃薯地(10.91m/s)>开垦后天然草场(9.77m/s)；在农田土壤翻耕情况下，18m/s的风速是土壤风蚀程度由轻变重的一个转折点，6％的土壤含水量是抗风蚀能力由弱变强的一个转折点。 (2) 留茬免耕技术是北方农牧交错带防治农田土壤风蚀的主导技术模式。与翻耕土壤相比，免耕土壤近地表风速小，地表粗糙度大，土壤风蚀量小。风洞试验结果表明翻耕地土壤风蚀率是免耕地的3-8.2倍，田间观测结果表明翻耕地土壤风蚀率是免耕地的4-12倍。免耕年限2年，是土壤风蚀显著减少的一个转折点；免耕3年以后，土壤通过改善表层土壤理化性状来提高抗风蚀能力。 (3) 免耕条件种植须根系密植作物抗风蚀效果最佳。以草谷子、草玉米、莜麦和油菜免耕农田为例，近地表风速油菜>莜麦>草玉米>草谷子，地表粗糙度草谷子>草玉米>莜麦>油菜，土壤风蚀率油菜>莜麦>草玉米>草谷子。 (4) 免耕条件下农田贮水能力增强，表层养分含量和土壤微生物量碳增多，但生物期土壤表层温度较低，土壤容重较大不利于作物的生长，免耕条件下的作物产量明显比翻耕低。 (5) 在免耕的基础上深松，带状种植以及合理轮作，将会达到较好的生态经济效应。与对照连年免耕相比，两年平均土壤深松后比对照增产18.29％，水分利用效率比对照增加9.68％。带状间作模式在土地利用上也是有利的，马铃薯与油菜带状间作土地利用当量比为1.25，马铃薯与草谷子带状间作土地利用当量比为1.2，两种带状间作模式下土地利用率平均提高了22.5％。莜麦与箭筈豌豆轮作，作物苗期，抽穗期和收获期生物量轮作比连作分别增加了88.89％，102.44％和23.48％，作物出苗率轮作和产量轮作比连作分别增加1.88％和26.6％。 (6) 留茬免耕技术是北方农牧交错带防治土壤风蚀的主要技术模式。

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论文说明：图表目录

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第一章研究背景

1.1北方农牧交错带的区位分析

1.2北方农牧交错带防治风蚀沙化的重点是农田

1.3研究区概况

第二章国内外研究进展

2.1保护性耕作的概念和原理

2.2保护性耕作对农田作物—土壤—环境系统的影响研究

2.3保护性耕作农田防治土壤风蚀机理的研究进展

2.4中国保护性耕作防治土壤风蚀的研究进展及存在的问题

第三章研究方案

3.1研究思路

3.2研究内容

3.3试验设计

3.4测定指标及方法

3.5技术路线见图3-2

第四章保护性耕作农田土壤风蚀因子风洞试验研究

4.1农田土壤风蚀发生的自然因子分析

4.2不同土地利用方式对土壤风蚀的影响

4.3不同耕作方式和作物茬口对农田土壤风蚀的影响

4.4小结

第五章免耕农田土壤风蚀因子野外观测研究

5.1免耕第一年不同作物茬口对土壤风蚀的影响

5.2免耕3年后对土壤抗风蚀相关理化性状的影响

5.3小结

第六章不同耕作方式下农田土壤生态因子时空变化分析

6.1免耕对农田土壤生态因子的影响

6.2深松对农田土壤生态因子的影响

6.3本章小结

第七章不同种植方式下农田土壤生态因子分析

7.1轮作对农田土壤生态因子的影响

7.2带状间作对土壤生态因子的影响

7.3本章小结

第八章阴山北麓开展风蚀防治型保护性耕作的原理及技术模式

8.1开展风蚀防治型保护性耕作制的原则

8.2适合阴山北麓的保护性耕作技术模式与技术规范

8.4对策建议

第九章结论和讨论

9.1主要结论

9.2讨论

参考文献

致 谢

个人简历