河北坝上不同耕作管理措施下农田土壤风蚀研究

摘要

农田土壤风蚀已成为我国北方重要的生态环境和社会经济问题。干燥多大风的自然环境和传统的耕作方式使河北坝上地区成为我国北方典型的旱作农田土壤风蚀区域。土地利用方式是人类利用自然—经济—社会复合系统的产物，对土地的合理利用对削弱农田土壤风蚀，提高退化土地的生产生态功能，实现生态系统的稳定起到至关重要的作用。
　　 本文选择河北坝上康保县北部为研究区，在总结分析历史资料的基础上，结合野外定点试验观测数据并运用风沙物理学的基本方法，对农田土壤风蚀特征、风蚀因子与输沙量的相关回归分析以及土地利用方式对农田土壤风蚀的影响等问题开展了进一步的研究。
　　 论文主要研究内容与初步结果归纳如下:
　　 (1)农田土壤风蚀特征
　　 本文通过风蚀因子（地表空气动力学粗糙度、地表含水率和土壤硬度）和输沙量来分析土地利用方式对农田土壤风蚀的影响。地表粗糙度采用风速廓线拟合法，利用公式:Z0=exp(-A/B)和U=A+BLnh得出退耕地＞莜麦留茬地东西向＞小麦留茬地＞莜麦留茬地南北向＞菜籽留茬地＞弃耕地＞翻耕地的规律。
　　 对各类农田土壤表层0-5cm的土壤含水量进行测定得到七种农田土地利用类型的土壤含水率存在退耕地＞小麦留茬地＞莜麦留茬地东西向＞莜麦留茬地南北向＞菜籽留茬地＞弃耕地＞翻耕地的规律。
　　 不同地类的土壤硬度也存在一定的差异，土壤硬度规律呈现:退耕地＞莜麦留茬地南北向＞小麦留茬地＞莜麦留茬地东西向＞菜籽留茬地＞弃耕地＞翻耕地。
　　 土壤输沙量观测结果显示:在垂直方向上，不同农田土地利用类型输沙量均随集沙高度的增加成幂函数Q=bHa减少(Q(g/h)表示各集沙点的输沙量，H(cm)表示集沙的高度，a和b分别表示常数。），七类农田地类的指数函数相关系数均在0.78以上，表明输沙量和集沙高度相关程度很大;在水平方向，同一时间同一高度内农田输沙量退耕地＜莜麦东西向＜莜麦南北向＜小麦留茬地＜菜籽留茬地＜弃耕地＜翻耕地。
　　 (2)风蚀因子与风蚀量分析
　　 农田土地利用类型与土壤风蚀因子和输沙量分别具有一定相关性，双因子相关性分析由大到小依次为土壤含水率与输沙量相关性为-0.966，并且通过0.01的显著性水平检验;地表空气动力学粗糙度与输沙量的相关性为-0.900并且通过0.01的显著性水平检验;土壤硬度与输沙量的相关性为-0.835，并且通过0.05的显著性水平检验。因此，表土含水率是影响输沙量的关键性因子。
　　 通过七种土地利用类型对风蚀因子和输沙量双因子分别进行回归拟合可知，双因子之间回归拟合都符合立方回归方程。近地表空气动力学粗糙度和输沙量进行回归拟合符合方程式:y=4.3093-49.9674x+198.2965x2-261.6162x3，R2=0.9247;地表含水率和输沙量回归拟合符合方程式:y=-1.3992+4.5385x-3.7842x2+0.9392x3，R2=0.9343;土壤硬度和输沙量回归拟合符合方程式:y=8.4561-3.7026x+0.5459x2-0.0266x3，R2=0.9119。
　　 对于土地利用类型对农田风蚀因子和输沙量的相关性回归性分析可知，风速越小，地表粗糙度、土壤含水率和土壤硬度越大，输沙量越小，农田土壤越不易被风蚀。
　　 (3)土地利用方式对农田土壤风蚀的影响及治理措施
　　 试验观测证明植被的覆盖率，高度，垄宽，垄向以及耕作方式对农田土壤的风蚀状况具有重要的影响。试验地类显示退耕地的输沙量最小，因此是最适合该地区的土地利用方式;其次是留茬地可有效减少农田土壤风蚀，翻耕地在土地利用方式上最容易形成农田土壤风蚀，造成地表土壤结构的破坏和土壤肥力的下降，因此是该地区较不合理的农田土地利用方式。
　　 在防治农田土壤风蚀措施方面建议，首先是要对影响农田土壤风蚀的风蚀因子进行控制，可通过增加地表植被覆盖率，减小垄宽或提高农作物的密度来保持土壤水分，通过抬高地垄和增加植被留茬高度以及合理布局农田田块的地垄方向有效增加地表粗糙度，对于增加土壤紧实度，可耕地可以通过增加地表植被覆盖率加固土壤来减少土壤风蚀量。其次，农田地表覆盖物控制措施，要合理布局农田、草地和林地，对于不适合农作物生长的土地要退耕还林还草。在水分条件相对较好的地区可增加防护林的种植面积，对于水分条件较差的西北地区可适当增加草地比例，对于农田分布区可采用退耕地或留茬地与翻耕地交替分布，增加退耕地和留茬地地块宽度，减少翻耕地地块宽度。最后，对于农田耕作制度与技术的控制，调整农田空间布局和耕作方式并增加小型机械等科学技术的投入，利用留茬免耕技术提高农作物的留茬高度可以有效地减轻农田土壤风蚀。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景

1．2 研究综述

1．2．1 国外研究进展

1．2．2 国内研究进展

1．3 研究目的意义、创新点与内容

1．3．1 研究目的意义

1．3．2 研究创新点

1．3．3 研究内容

1．4 研究方法和技术路线

1．4．1 研究方法

1．4．2 技术路线

2 康保县概况和土地利用概况

2．1 自然地理概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 地质地貌

2．1．3 气候

2．1．4 水文

2．1．5 植被

2．1．6 土壤

2．2 社会经济状况

2．3 康保县土地利用概况

3 农田土壤风蚀特征分析

3．1 野外观测试验方案

3．1．1 观测时间、地点及地类

3．1．2 观测仪器和方法

3．2 观测结果

3．2．1 地表空气动力学粗糙度

3．2．2 表土水分含量

3．2．3 土壤紧实度

3．2．4 农田土壤输沙量

4．农田土壤风蚀因子和输沙量的相关分析

4．1 地表动气动力学粗糙度与输沙量相关分析

4．2 地表含水率与输沙量的相关分析

4．3 土壤紧实度与输沙量的相关分析

5 结论和建议

5．1 主要结论

5．1．1 土壤风蚀特征

5．1．2 风蚀因子与输沙量的相关性分析与回归拟合

5．2 建议

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的科研成果清单