不同覆膜方式對黑河中游春季就地起沙和水分保持的影響

不同覆膜方式對黑河中游春季就地起沙和水分保持的影響

1土壤水分分析:我國農(nóng)業(yè)的種植方式對農(nóng)田起沙的影響具有破綠洲農(nóng)業(yè)（或灌溉農(nóng)業(yè)）是沙漠地區(qū)人們根據(jù)作物的生長年份和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平以及灌溉設(shè)施提取水源從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的。一般來說，綠樹農(nóng)業(yè)是指沙漠地區(qū)人們通過灌溉方式從事的所有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營活動(dòng)，概括為三個(gè)方面：1）節(jié)水農(nóng)業(yè)如何組織運(yùn)行渠系水利用率、田間水利用率和作物水利用率。2）如何提高綠洲農(nóng)業(yè)收入，增加農(nóng)民收入。3）如何保護(hù)耕地免受沙害，減少沙害。三者的關(guān)系和合作必然會(huì)導(dǎo)致小問題。綠洲環(huán)境建設(shè)是清代綠洲可持續(xù)發(fā)展的保證。受到嚴(yán)重影響的是，綠洲土地被水蝕嚴(yán)重，缺乏生物和土地。沙害的出現(xiàn)和灰塵含量的增加與農(nóng)田的恢復(fù)和地表的暴露密切相關(guān)。土壤表面結(jié)構(gòu)的破壞和土壤侵蝕的減少是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要問題。土壤風(fēng)蝕特征和模型的研究以及土壤性質(zhì)和風(fēng)蝕量之間的定量關(guān)系是建立土壤風(fēng)蝕預(yù)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)包括氣候系統(tǒng)、土壤、水文、農(nóng)業(yè)、收獲、收獲等系統(tǒng)。土壤表面結(jié)構(gòu)的破壞取決于土壤的抗風(fēng)蝕能力。根據(jù)人類對地表結(jié)構(gòu)破壞程度和土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度之間的定量關(guān)系研究，地表破壞程度越高，風(fēng)蝕率越高，風(fēng)蝕率越高。隨著地表結(jié)構(gòu)破壞率的增加，化學(xué)課的漸進(jìn)性過程不是一個(gè)漸進(jìn)過程，而是一個(gè)動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)和平衡的過程。不同的農(nóng)業(yè)栽培方式對耕地的破壞程度不同，影響了作物的生理生態(tài)特征，改進(jìn)的農(nóng)業(yè)栽培方式可以顯著提高作物產(chǎn)量。土壤水分狀況影響土壤風(fēng)蝕，土壤水分狀況與風(fēng)蝕呈負(fù)相關(guān)。在現(xiàn)場比較和觀測的基礎(chǔ)上，研究了不同方式的綠化區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的影響。2研究領(lǐng)域和方法2.1年氣象條件及風(fēng)速試驗(yàn)區(qū)位于甘肅省河西走廊中段臨澤縣北部,綠洲外與巴丹吉林沙漠南緣相接,依賴黑河水,為典型的沙漠綠洲,屬干旱荒漠氣候類型,多年平均降水量116.8mm,年蒸發(fā)量2390mm,為降水量的20多倍;年均氣溫7.6℃,最高氣溫39.1℃,最低-27℃,≥10℃的年積溫為3088℃,無霜期165d;主風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng),風(fēng)沙活動(dòng)集中在3～5月,年均風(fēng)速3.2m·s-1,>8級(jí)大風(fēng)日數(shù)年均為15d;年日照時(shí)數(shù)為3045h;凍土深度1.0m左右.干旱高溫和多風(fēng)是其主要?dú)夂蛱攸c(diǎn).地帶性土壤為灰棕荒漠土.試驗(yàn)觀測地土壤水分物理常數(shù)及土壤水分特征曲線見表1.糧草間作地0～60cm土層為灌溉風(fēng)沙土,60～160cm土層為灌淤土,其它觀測地0～160cm土層均為灌溉風(fēng)沙土.2.2土壤水分特性春季沙漠及農(nóng)田風(fēng)蝕深度用插桿標(biāo)記觀測,用集沙儀收集沙漠地表起沙和農(nóng)田風(fēng)蝕輸沙量,帶回實(shí)驗(yàn)室用BS200型電子天平稱重,精度為0.001g,將沙樣分不同高度用篩析法進(jìn)行粒度分析.在輸沙量中,粒徑<0.063mm以下的粉塵可以形成浮塵,有研究得出粒徑<0.08mm的粉塵可以形成浮塵,也有人認(rèn)為沙塵暴的主要成分沙塵是粒徑<0.1mm的微細(xì)顆粒,本研究以粒徑<0.063mm為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算粉塵量,包括粉沙和粘土,粉沙粒徑為0.063～0.0039mm,粘土粒徑<0.0039mm;其它輸沙量為0.063～1.0mm之間的沙含量,包括粗沙、中沙、細(xì)沙和極細(xì)沙.用地表粗糙度反映不同種植方式的抗風(fēng)蝕能力.其大小與抗風(fēng)蝕能力成正比,即風(fēng)作用于地表,不同高度風(fēng)速不同,愈近地面風(fēng)速愈小,必有一高度風(fēng)速為0.此高度叫地表粗糙度.其測算方法是進(jìn)行多點(diǎn)不同高度風(fēng)速測定,用下式計(jì)算,求其平均值:lgZ0=(lgZ2-AlgZ1)/(1-A)式中,Z1、Z2為不同觀測高度(cm);A=V2/V1,即不同高度風(fēng)速比;Z0為地表粗糙度(cm).用L520中子土壤水分儀(江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能農(nóng)業(yè)利用研究所生產(chǎn))監(jiān)測土壤水分動(dòng)態(tài),測定土層深度為:0～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120、120～140、140～160和160～180cm.每個(gè)土層在中間±5cm處讀數(shù),重復(fù)3次,由儀器按均值根據(jù)相應(yīng)公式計(jì)算出體積含水率.中子儀測定含水率為體積含水率,換算成以mm為單位的土壤含水量的公式為:W=θh/10式中,W為以mm為單位的含水率;θ為體積含水率(%);h為土層厚度(cm).中子儀標(biāo)定參考文獻(xiàn),得到不同土壤類型的標(biāo)定方程(表2).其中,小麥地0～160cm土層和糧草間作地0～60cm土層均為灌溉風(fēng)沙土;糧草間作地60～160cm土層為灌淤土.灌溉風(fēng)沙土風(fēng)干土重量含水量為0.5%～0.65%,土壤水吸力為28.7kPa;灌淤土風(fēng)干土重量含水量為1.3%～1.45%,土壤水吸力為58.7kPa.3結(jié)果與分析3.1農(nóng)田輸沙量與土地風(fēng)蝕的關(guān)系春季農(nóng)田風(fēng)沙危害嚴(yán)重,大風(fēng)導(dǎo)致土壤風(fēng)蝕,就地起沙(表3).由表3可以看出,春耕裸露農(nóng)田、稀疏灌木林地和流動(dòng)沙漠都有風(fēng)沙流產(chǎn)生,盡管沙漠含粉塵比率最低,但由于其形成強(qiáng)風(fēng)沙流,輸沙量顯著大于其它農(nóng)業(yè)種植方式,導(dǎo)致產(chǎn)生的粉塵量最多;其次是春耕裸露農(nóng)田,邊緣春耕裸露農(nóng)田輸沙量要高出綠洲內(nèi)部70.6%,綠洲內(nèi)部春耕裸露農(nóng)田輸沙量相當(dāng)于綠洲邊緣稀疏灌木林地(蓋度10%～15%).其它農(nóng)業(yè)種植方式的粉塵含量都在60%以上,但由于土壤風(fēng)蝕輕,粉塵含量的絕對值小,對浮塵和沙塵暴的貢獻(xiàn)率小.貢獻(xiàn)率最小的是凈作苜蓿地,其次是糧草間作苜蓿帶(作物帶和苜蓿帶等寬,寬度為3m).另外,早春地膜覆蓋種植能顯著防止土壤風(fēng)蝕.用插桿標(biāo)記多點(diǎn)觀測(沙漠及黑河兩岸沙丘6個(gè)點(diǎn)、農(nóng)田8個(gè)點(diǎn))得出,每年河西走廊中段沙漠風(fēng)季(3～5月)風(fēng)蝕深度為5～7mm,綠洲春耕農(nóng)田土壤風(fēng)蝕深度為4～5mm.由圖1可見,春耕農(nóng)田的輸沙量在6cm以下顯著大于稀疏灌木地,在6cm以上的高度二者沒有顯著差異.沙漠輸沙量(y)與高度(x)的關(guān)系式為:y=4.0628e-0.1596x,R2=0.9827;稀疏灌木地為:y=0.6612e-0.1832x,R2=0.997;春耕農(nóng)田為:y=1.2862e-0.2744x,R2=0.9508.3.2度增加按指數(shù)增長由圖2可見,苜蓿地的風(fēng)速廓線與一般規(guī)律一致,上面風(fēng)速隨高度增加按指數(shù)增長;苜蓿層風(fēng)速隨深度的增加而減小并趨于零.小麥地由于小麥高度小趨勢不明顯,但風(fēng)速隨高度的變化,2m以下不同植被類型的風(fēng)速梯度變化較大,2m以上變化較小.3.3不同方式春季0100cm土層蓄水量比較水分是沙地環(huán)境中的主導(dǎo)因子.用于觀測的所有農(nóng)田都在前一年11月初進(jìn)行了等量(1650m3·hm-2)冬灌,4月中旬測定以前再未灌溉,不同方式春季0～100cm土層內(nèi)的蓄水量見圖3(4月中旬測定).方差分析得出F=13.96>F0.01=5.99之間存在極顯著差異(P<0.01),早春覆膜地和苜蓿地的蓄水量顯著高于春耕裸露地和春小麥地.糧草間作作物帶不同管理方式土壤水分變化較大(圖4),春季提早覆膜可以有效地保持水分,早春覆膜地比春耕地0～100cm土層要多蓄水31.9mm,蓄水量增加35.6%.4明春季土壤條件農(nóng)業(yè)生產(chǎn)據(jù)中國氣象局沙塵暴監(jiān)測顯示,我國北方地區(qū)大規(guī)模沙塵暴路徑有3區(qū).Ⅰ區(qū):以河西走廊、內(nèi)蒙古西部干旱區(qū)和寧夏干旱、半干旱區(qū)為最多,影響范圍也最廣;Ⅱ區(qū):南疆盆地干旱區(qū).由于南疆盆地大多為無人區(qū),加之受青藏高原的阻擋,造成的危害相對較小,直接影響范圍基本限于甘肅酒泉以西和塔克拉瑪干周邊地區(qū);Ⅲ區(qū):內(nèi)蒙古中部到河北西北部半干旱地區(qū).裸露地表富有松散、干燥的沙塵是沙塵暴形成的物質(zhì)基礎(chǔ);不穩(wěn)定的空氣層結(jié)和足夠強(qiáng)勁持久的風(fēng)力是沙塵暴形成的必要?dú)庀髣?dòng)力和熱力條件.沙塵暴一方面影響源區(qū)環(huán)境,另一方面通過長距離傳輸對遠(yuǎn)離其源區(qū)的地方產(chǎn)生影響,如春季太平洋北部沙塵氣溶膠成分主要來源于亞洲沙塵暴.我國沙塵暴多發(fā)生在3～5月.此期間荒漠植被還未萌發(fā),綠洲農(nóng)田地表裸露或?yàn)橛酌缙?豐富的活動(dòng)沙面為揚(yáng)沙和沙塵暴提供了物質(zhì)條件.在大風(fēng)襲擊下,土壤顆粒的移動(dòng)有滾動(dòng)、躍移和懸浮3種類型.滾動(dòng)沙粒直徑在0.5～1.0mm之間.這種移動(dòng)方式使沙粒在當(dāng)?shù)爻练e,淹埋植物;躍移沙粒的直徑通常是0.1～0.5mm,躍移顆粒經(jīng)常傷害植物,是造成植物損害的主要因素;由于躍移和直接風(fēng)力作用,直徑小于0.1mm的土壤顆粒被大風(fēng)刮起,懸浮到空中隨風(fēng)輸送,即懸浮.刮到大氣中的懸浮顆粒的數(shù)量一般由土壤表面微粒的多少來決定,而不單受風(fēng)能大小制約.粉塵(d<63μm)隨風(fēng)高空輸移速度快、覆蓋面廣,污染環(huán)境,危害人體健康.要減少城市沙塵暴、浮塵天氣,首先應(yīng)從治理粉塵開始.河西地區(qū)為我國沙塵多發(fā)區(qū)之一.河西走廊中部黑河中游兩岸有10余條沙丘帶和與之交錯(cuò)分布的風(fēng)蝕地帶,總面積超過700km2,年風(fēng)蝕深度為5～7mm,按表3的測定結(jié)果(相當(dāng)于10m高處7級(jí)風(fēng)力等級(jí)),沙漠粉塵含量為15.4%,黑河中游兩岸年產(chǎn)生的粉塵量達(dá)7.9～11.1×105t.在同一風(fēng)速下,挾沙氣流(風(fēng)沙流)與不挾沙氣流(凈風(fēng))作用于同一粉沙質(zhì)壤土或固定風(fēng)沙土引起的風(fēng)蝕量差別極為明顯,對黑河中游的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)危害最大.河西地區(qū)有沙漠(沙丘及沙地)1.87×104km2,年產(chǎn)粉塵量約2.55×107t,黑河流域沙漠3560km2,年產(chǎn)粉塵量在4.8×106t左右.黑河中、上游有耕地面積2775km2,河西地區(qū)有耕地面積8951km2.目前,這些農(nóng)田基本采用春耕播種方式,年土壤風(fēng)蝕深度達(dá)4～5mm,粉塵含量平均為29.6%(表3).黑河流域農(nóng)田耕地每年產(chǎn)生的粉塵量達(dá)4.8～6.0×106t,河西地區(qū)農(nóng)田耕地年產(chǎn)粉塵量達(dá)15.6～19.5×106t.這些細(xì)小粒子是土壤中最肥沃的部分.春耕播種的農(nóng)田對沙塵暴的貢獻(xiàn)非常大,黑河流域農(nóng)田耕地土壤風(fēng)蝕產(chǎn)生的粉塵隨風(fēng)高空輸移的量高于沙漠輸移量.河西地區(qū)農(nóng)田耕地面積為沙漠面積的47.7%,但平均輸移粉塵量為沙漠的68.8%,1hm2的春耕農(nóng)田產(chǎn)生的粉塵量相當(dāng)于1.5hm2沙漠產(chǎn)生的粉塵量.地表粗糙度是反映地表抗風(fēng)蝕能力的重要指標(biāo).在蓋度相同條件下,均勻分布較叢狀分布可產(chǎn)生較大的粗糙度.植物作為地理環(huán)境的重要組成部分,是影響土壤風(fēng)蝕最活躍的因素之一.在風(fēng)速12.7m·s-1條件下,當(dāng)植被蓋度>60%時(shí),為輕微風(fēng)蝕或無風(fēng)蝕,60%～20%為中度風(fēng)蝕,<20%為強(qiáng)烈風(fēng)蝕.農(nóng)作物的種植制度、收獲方法等形成的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式,直接影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境,覆蓋作物可以減少土壤損失,增加土壤養(yǎng)分.地表結(jié)構(gòu)破損與地表修復(fù)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本過程,其目的是將地表結(jié)構(gòu)破損降低到最低水平,而又不降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力,并將這種破損的時(shí)間控制在有利于環(huán)境的維護(hù)上.耕作降低了土壤的抗風(fēng)蝕能力,正確、有效的農(nóng)藝措施可以減小地表破損率,避開風(fēng)季.保護(hù)性耕作措施,如少耕、免耕和深松處理能夠保持地表結(jié)構(gòu),增加土壤蓄水,提高產(chǎn)量.春季解凍后地表土層疏松,采用早春農(nóng)田覆膜技術(shù),可顯著降低土壤風(fēng)蝕(表3),提高土壤含水率(圖3、圖4).美國根據(jù)地面秸稈殘茬覆蓋程度,把土壤耕作分為傳統(tǒng)耕作、少耕和免耕或保護(hù)性耕作.考慮到機(jī)械耕作方便,綠洲糧草間作作物帶以間作帶寬的2/3為宜,作物帶實(shí)行免耕播種或秋季翻耕早春覆膜播種.有效的種植方式具有保持土壤水分的效能(圖3、圖4).目前,河西綠洲農(nóng)業(yè)朝著設(shè)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和大田生態(tài)農(nóng)業(yè)兩個(gè)方向發(fā)展.冬灌是綠洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要一環(huán),灌水定額一般為1500～1650m3·hm-2,以防止土壤鹽漬化,提高土壤濕度,減少春季土壤風(fēng)蝕量.地膜覆蓋可以通過防止土壤蒸發(fā)和提升土壤深層水分至作物可利用層來增加土壤中有效含水量.早春覆膜地比春耕裸露地0～100cm土層要多蓄水31.9mm,是目前傳統(tǒng)春耕播種方式下將冬灌水分盡可能多地保持在田里的一種有效措施,是提高水分利用率、防止土壤風(fēng)蝕的有利措施(表3).甘肅河西走廊中段沙漠目前年風(fēng)蝕深度達(dá)5～7mm,粉塵含量(d<63μm)占輸沙量的15