冀西北高原不同植被与农田保护耕作的生产与生态效应研究

摘要

冀西北高原气候条件恶劣，土壤贫瘠，人畜严重超载，致使以土地沙化治理为中心的退耕还林还草与脱贫致富发展经济为中心的作物生产间的矛盾非常突出，矛盾的焦点是退耕后植被生态效应与作物生产效应的关系。如何减少扬沙起尘，防止环境恶化，又不影响农民的收入，提高经济效益。论文针对这一问题研究不同植被生态和生产效应的基础上，进一步研究农田保护耕作的生态与生产效应，探索冀西北高原兼顾生态与生产问题的有效途径。 2005年在张家口市张北实验站，对不同类型土地土壤风蚀进行野外观察与室内分析，通过田间试验的方法，监测了生物量、土壤水分、土壤风蚀量，研究了林、草和农田等不同植被利用方式的生物量、土壤水分变化规律、风蚀情况，比较了它们的生态与生产效益。试验结果表明： 不同植被下的土壤风蚀沉积量，耕翻地最大为2.21g/m2，自然草地次之为0.31g/m2，林地最小为0.28g/m2。观测期内不同植被0～200cm输沙总量，耕翻地最多为13.280g/m2，草地次之为5.308g/m2，林地最低为4.949g/m2。以风蚀沉积量和输沙量为衡量土壤风蚀指标，耕翻地土壤风蚀最严重，区域以防风蚀为目标的生态建设，应减少农田耕翻地，发展林草地。 不同植被耗水量莜麦地最高为304.23mm，苜蓿地及幼林地次之，分别为303.60mm和302.49mm，自然草地最低为288.46mm。水分盈余，自然草地最多为25.94mm，幼林地和苜蓿地次之，分别为11.91mm和10.80mm，莜麦耕地最低为10.17mm。 不同植被的生物量莜麦耕地最多为3156.7kg/hm2，苜蓿地和幼树地次之，分别为2135kg/hm2和597.396kg/hm2，自然草地最少为431.3kg/hm2。土壤水分利用效率莜麦地最高为10.38Kg/(hm2·mm)；苜蓿地和幼林地次之分别为7.01Kg/(hm2·mm)和1.97Kg/(hm2·mm)；自然草地最低为1.50Kg/(hm2·mm)。区域内提高植被生产力和水分利用效率，应以发展农田耕翻地为主。不同耕作方式风蚀沉积量，耕翻地为2.21g/m2，留茬地为1.94g/m2。观测期内不同耕作方式0～200cm输沙总量，耕翻地最多为13.280g/m2，留茬地次之为12.624g/m2。以风蚀沉积量和输沙量为土壤风蚀指标，留茬地风蚀量小于耕翻地，具有更好的生态效益，区域农田系统生态建设应减少农田耕翻，发展留茬耕地。 不同耕作方式的耗水量，免耕地最多为332.55mm，松耕地次之为305.97mm，耕翻地最少为304.23mm。水分盈余耕翻地最多为10.17mm，松耕地次之为8.43mm，免耕地最少为-18.15mm。 不同耕作方式生物量和经济产量，松耕地最多分别为3728.3kg/hm2和956.1kg/hm2，耕翻地次之分别为3156.7kg/hm2和913.8kg/hm2，免耕地最少分别为2010.8kg/hm2和583.8kg/hm2。不同耕作方式的生物量水分利用效率，松耕地最高为12.19kg/(hm2·mm)，耕翻地次之为10.38kg/(hm2·mm)，免耕地最低为6.04kg/(hm2·mm)；经济产量的水分利用效率，松耕地最高3.12kg/(hm2·mm)，耕翻地次之为3.00kg/(hm2·mm)，免耕地最低为1.76kg/(hm2·mm)。三种耕作方式中，松耕地生物量水分利用效率比免耕高101.8﹪，比耕翻高17.4﹪；经济产量水分利用效率松耕比免耕高77.3﹪，比耕翻高4﹪，松耕地土壤水分利用效率最高，松耕农田具有较好的生产生态效应。 本文在研究了不同植被生产与生态效应的基础之上，进一步研究了不同耕作方式的生产与生态效应，研究认为区域内兼顾生产生态效应的农田保护耕作应以松耕为主。

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