東北黑土區(qū)不同水保耕作措施固土保水性能研究

王 平

(黑龍江省水土保持研究所，黑龍江 賓縣 150400)

0 引言

東北黑土區(qū)是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地，對保障我國糧食安全起到重要作用。然而，長期以來受氣候變化和人為活動等的影響，東北黑土區(qū)水土流失嚴重，面積高達27.59萬km2，占土地總面積的26.8%，而且水土流失仍在不斷發(fā)展，強度持續(xù)增加，面積逐年擴展。水土流失已成為導(dǎo)致黑土退化、影響作物產(chǎn)量、威脅糧食安全的最主要原因之一，已對區(qū)域社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展造成嚴重影響。深入開展黑土區(qū)水土流失成因、積極探索有效水土治理措施已成為亟待解決的關(guān)鍵課題。水土保持耕作措施作為三大水保措施，其固土保水效益早已驗證。在我國黃土高原等地已廣泛推廣應(yīng)用，并取得顯著水保效益。但對東北黑土區(qū)不同水保耕作措施的保水固土效益研究較少，以往相關(guān)研究大都集中于不同耕作措施對土壤理化特性影響等方面。2003年國家在啟動?xùn)|北黑土區(qū)水土流失綜合治理試點工程，同時啟動水保監(jiān)測，建立標準坡面觀測場。標準徑流小區(qū)可對不同土地利用方式和農(nóng)作管理方式下的水土流失進行觀測，能較好地反映不同土地管理措施水土保持性能。因此，本研究利用標準徑流小區(qū)多年監(jiān)測數(shù)據(jù)，來說明不同耕作措施保水固土能力，評價其水保效益，進而為黑土區(qū)水土流失治理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地位于黑龍江省海倫市前進鄉(xiāng)光榮村黑龍江省水土保持標準徑流監(jiān)測站(47°21'N，126°50'E)。該區(qū)屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，一年一熟制，冬季寒冷干燥，夏季溫?zé)岫嘤?，年均氣?.5℃，極端最高溫度為37℃，極端最低溫度為-39.5℃，多年平均降水量530 mm，雨季多集中在5—9月。年均有效積溫2 450℃。土壤為典型中層黑土，耕層土壤有機質(zhì)含量在4%左右，抗沖刷和抗侵蝕能力均較弱。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在監(jiān)測站內(nèi)4個標準徑流小區(qū)進行，小區(qū)基本情況見表1。

表1 試驗驗小區(qū)基本情況

1.3 監(jiān)測內(nèi)容與方法

徑流小區(qū)監(jiān)測始于2007年，連續(xù)監(jiān)測5 a。每年3—10月，監(jiān)測內(nèi)容包括降雨總量、產(chǎn)流數(shù)和產(chǎn)沙量。降雨采用人工觀測結(jié)合自動雨量計，人工觀測每次降雨總量，自動雨量計觀測降雨過程及總量。地表徑流和輸沙量:監(jiān)測設(shè)備采用東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所可移動式地表徑流觀測裝置。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同年份雨季降雨總量

由圖1可知，不同年份間雨季降雨總量有明顯不同，在所觀測的幾個年份雨季，2008年降雨總量最大，高達598 mm，而2007年雨季降雨總量最小為388 mm。降雨總量的差異對不同耕作措施的固土保水性能有一定影響。已有大量研究表明，土壤侵蝕以及地表徑流的產(chǎn)生受降雨總量、強度以及坡度等眾多因素影響。因此，只有在不同年份降雨背景下，獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)才能準確和真實地反映土壤侵蝕情況。鑒于此，本研究在標準徑流小區(qū)的監(jiān)測進行多年連續(xù)監(jiān)測，這樣有效保障了數(shù)據(jù)的可靠性，也為評價不同耕作措施的水土保持效益提供可靠依據(jù)。

圖1 不同年份雨季(3—10月)降雨總量變化

2.2 不同耕作措施對產(chǎn)流次數(shù)的影響

不同年份雨季免耕、少耕、橫坡和傳統(tǒng)耕作方式產(chǎn)流次數(shù)比較見圖2。從圖2可以明顯看出，雨季降雨總量對產(chǎn)流次數(shù)有顯著影響。2008年4種耕作措施下產(chǎn)流次數(shù)均高于其它年份，這說明較大降雨總量可導(dǎo)致較多產(chǎn)流次數(shù)，但最小產(chǎn)流次數(shù)并沒有出現(xiàn)在雨季降雨總量最小的2007年，而出現(xiàn)在2010年。這也進一步說明產(chǎn)流次數(shù)盡管受降雨總量的影響，但單次降雨量以及降雨強度才是導(dǎo)致徑流次數(shù)的最主要因素。不同耕作措施對產(chǎn)流次數(shù)也有顯著影響。橫坡壟作和免耕產(chǎn)流次數(shù)低于傳統(tǒng)和少耕兩種耕作措施，但在不同降雨背景下，耕作方式表現(xiàn)出不同變化趨勢，2011年免耕產(chǎn)流次數(shù)最低，而2010年橫坡壟耕作最低。之所以出現(xiàn)不同年份間耕作措施產(chǎn)流次數(shù)表現(xiàn)出一定的異質(zhì)性，除了耕作措施影響下土壤物理性狀、涵養(yǎng)水分不同之外，也與種植作物種類密切相關(guān)。相對于大豆低矮的植物高度，玉米有較大生物量和垂直多樣的空間分布?？捎行Ы亓艚涤?，減緩雨強。此外，免耕地表殘留的秸稈及掉落物可吸附一定水分，因而減輕徑流產(chǎn)生，但其截留和吸附效應(yīng)均有一定限度，其中對較小降雨的水保效應(yīng)更為明顯，而一旦降雨量超過其自身吸附和截留負荷，其效果會大大降低。

圖2 不同年份耕作措施間產(chǎn)流次數(shù)

2.3 不同耕作措施對產(chǎn)沙次數(shù)的影響

不同耕作措施對產(chǎn)沙次數(shù)的影響與對產(chǎn)流的影響極為相似，也表現(xiàn)出耕作措施對雨季不同降雨總量下產(chǎn)沙次數(shù)具有一定的異質(zhì)性。不論雨季降雨總量大小，免耕和橫坡壟作均表現(xiàn)出產(chǎn)沙次數(shù)校少，而少耕和傳統(tǒng)耕作方式產(chǎn)沙次數(shù)最多。這與耕作措施對產(chǎn)流次數(shù)影響的結(jié)果相一致。之所以呈現(xiàn)這樣的結(jié)果，一方面是產(chǎn)流和產(chǎn)沙過程如影相隨，互相制約和影響。產(chǎn)流不一定產(chǎn)沙，但產(chǎn)沙一定需要產(chǎn)流才能實現(xiàn)。因此，所有影響和制約產(chǎn)流的因子都會對產(chǎn)沙造成不同程度的影響。免耕和橫坡壟之所以能有效減低產(chǎn)沙和產(chǎn)流次數(shù)，主要與地表微地形空間異質(zhì)性和指標覆蓋物的大小密切相關(guān)。橫坡壟作下的等高壟溝能積蓄和緩沖徑流，從而減少徑流量，而免耕地表覆蓋物對雨滴動量的緩沖、分散和吸附都有助于減輕徑流的形成。至于不同年份間耕作措施表現(xiàn)出不同的水土保持效益，這依然取決于不同的作物種類以及與此相關(guān)的植物根系生物量大小、根系在表層土壤空間分布、根系的固土保肥性能以及其對土壤水穩(wěn)性團聚體等理化特性的影響。

圖3 不同年份耕作措施間產(chǎn)沙次數(shù)

3 結(jié)論

東北黑土區(qū)典型水土保持耕作措施:免耕、少耕、橫坡壟作及傳統(tǒng)耕作在連續(xù)5 a的產(chǎn)流產(chǎn)沙監(jiān)測結(jié)果表明，相對傳統(tǒng)區(qū)域傳統(tǒng)耕作措施，免耕和橫坡壟作能有效降低產(chǎn)流和產(chǎn)沙次數(shù)，而少耕對降低產(chǎn)流和產(chǎn)沙次數(shù)沒有顯著降低作用。免耕和橫坡壟作可作為東北黑土區(qū)坡耕地的有效水土保持措施，在黑土水土流失區(qū)治理中得到應(yīng)用。

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