黄土丘陵沟壑区保护性耕作条件下土壤物理性质及水土流失研究
Study on Soil and Water Erosion and Soil Physical Properties of Conservation Tillage in Loess Hilly and Gully Region

黄土高原是世界上面积最大的黄土覆盖区,总面积42.95万km2,黄土丘陵沟壑区是黄土高原发生水土流失的主要区域.大量的水土流失造成了水资源短缺、土壤肥力下降等土地退化现象,致使农业生产成本加大,产量低而不稳,严重影响了当地农业生产的发展,坡耕地是重要的来源.为有效防治坡耕地水土流失,达到坡耕地持续利用的目的,2007-2010年,在陇中黄土高原半干旱区的定西市安定区李家堡镇麻子川进行了保护性耕作条件下水土流失研究.该项研究选择以甘草、板蓝根、紫花苜蓿、小麦、马铃薯、鹰嘴豆等作物为供试作物,在6°~7°的坡耕地上,进行了道地药材、粮草豆间作保护性耕作试验.其中,道地药材保护性耕作试验设传统耕作下板蓝根与甘草间作(TIL)、春小麦与甘草间作(TWL)、免耕不覆盖下板蓝根与甘草间作(NTIL)、春小麦与甘草间作(NTWL)、免耕秸秆覆盖下板蓝根与甘草间作(NTSIL)、春小麦与甘草间作(NTSWL)6个处理;粮草豆隔带种植保护性耕作试验设传统耕作下春小麦与苜蓿间作(TWL)、马铃薯与苜蓿间作(TPL)、鹰嘴豆与苜蓿间作(TCL)、免耕秸秆覆盖下春小麦与苜蓿间作(NTSWL)、马铃薯与苜蓿间作(NTSPL)、鹰嘴豆与苜蓿间作(NTSCL)6个处理.在上述处理条件下,进行不同降雨条件下各种处理保护性耕作的水土流失研究,对坡耕地土壤物理性质指标、径流量、侵蚀量的变化规律进行观测研究,得出如下主要结论:(1)道地药材和粮草豆隔带种植两种不同保护性耕作模式下,土壤物理性质变化规律为:其容重的变化都出现出随土层深度的增加而增加的规律;免耕秸秆覆盖能降低土壤容重,增加土壤总孔隙度,降低土壤团聚体破坏率,增加土壤饱和导水率;道地药材保护性耕作试验中,春小麦与甘草间作模式能够更好的改良土壤物理性质;粮草豆隔带种植保护性耕作试验中,马铃薯与苜蓿间作模式能够更好的改良土壤物理性质.(2)道地药材和粮草豆隔带种植两种不同保护性耕作模式下,在对天然降雨的降雨量、径流量及泥沙量的相关关系研究中发现,各处理随降雨量的增大,径流量、侵蚀量随之增大,不同处理下的降雨量、径流量及泥沙量呈现出显著的正相关关系,并经过逐步回归分析拟合建立回归方程.其中:径流量、泥沙量都是降雨量的二次方程曲线,泥沙量是降雨量和径流量的一次方程曲线.(3)道地药材和粮草豆隔带种植两种不同保护性耕作模式下,在对天然降雨的一次降雨量与径流量的研究中发现,传统耕作处理的径流量和泥沙量大于免耕秸秆覆盖;免耕秸秆覆盖和免耕耕作能够在有效地减少坡耕地径流量、侵蚀量的基础上,减少土壤养分的流失量.(4)道地药材和粮草豆隔带种植两种不同保护性耕作模式下,在对天然降雨的降雨量与总径流量、总侵蚀量的研究中发现,道地药材保护性耕作试验下中不同间作模式的总径流量、总侵蚀量表现为:NTSIL<NTSWL;NTIL<NTWL;TIL<TWL.NTSWL处理的总径流量、总侵蚀量是NTSIL的1.25、2.11倍.粮草豆隔带种植保护性耕作试验中不同间作模式下,径流总量、侵蚀总量表现为:NTSPL<NTSCL<NTSWL;TPL<TCL<TWL.NTSPL处理的径流总量是NTSCL、NTSWL的77.14%、65.74%;侵蚀总量是NTSCL、NTSWL的55.58%、34.24%.TPL处理的径流总量是TCL、TWL的84.00%、71.73%;侵蚀总量是TCL、TWL的69.92%、39.11%.(5)在人工模拟降雨条件下,道地药材保护性耕作条件下产流时间为:当人工模拟降雨强度增大时,免耕与免耕覆盖的产流时间差异显著.在6.97mm、9.71mm、22.23mm三种不同强度降雨条件下的试验数据表明,各处理径流量排序均为TIL>TWL>NTIL>NTWL>NTSIL>NTSWL.且不同处理的地表径流过程包括产流、峰值、稳定、消失四个过程;在6.97mm、9.71mm、22.23mm三种不同强度降雨条件下的试验数据表明,各处理产沙量排序均为TIL>TWL>NTIL>NTWL>NTSIL>NTSWL.且不同处理的土壤侵蚀过程包括发生、峰值、削减三个阶段.(6)在人工模拟降雨条件下,道地药材保护性耕作措施对产流产沙的影响为:免耕比传统耕作减少15.28%~38.75%的径流量和11.87%~53.50%的产沙量;免耕覆盖比传统耕作减少20.38%~56.25%的径流量和38.13%~76.83%的产沙量;比免耕减少5.00%~28.57%的径流量和12.96%~52.36%的产沙量.粮草豆隔带种植对产流产沙的影响为:不同间作模式下T处理的径流量大小表现为:TWL>TCL>TPL,NTS处理径流量大小表现为:NTSWL>NTSCL>NTSPL;不同间作模式下T处理的土壤侵蚀量大小表现为为: TWL>TCL>TPL, NTS处理土壤侵蚀量大小表现为:NTSWL>NTSCL>NTSPL.