東北黑土區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

東北黑土區是我國重要的商品糧生產基地，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展，強度持續增加，面積逐年擴展。水土流失已成為導致黑土退化、影響作物產量、威脅糧食安全的最主要原因之一，已對區域社會和經濟可持續發展造成嚴重影響。深入開展黑土區水土流失成因、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用，并取得顯著水保效益。但對東北黑土區不同水保耕作措施的保水固土效益研究較少，以往相關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年國家在啟動東北黑土區水土流失綜合治理試點工程，同時啟動水保監測，建立標準坡面觀測場。標準徑流小區可對不同土地利用方式和農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多年監測數據，來說明不同耕作措施保水固土能力，評價其水保效益，進而為黑土區水土流失治理提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地位于黑龍江省海倫市前進鄉光榮村黑龍江省水土保持標準徑流監測站(47°21'N，126°50'E)。該區屬寒溫帶大陸性季風氣候，一年一熟制，冬季寒冷干燥，夏季溫熱多雨，年均氣溫1.5℃，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，耕層土壤有機質含量在4%左右，抗沖刷和抗侵蝕能力均較弱。

1.2 試驗設計

試驗在監測站內4個標準徑流小區進行，小區基本情況見表1。

表1 試驗驗小區基本情況

1.3 監測內容與方法

徑流小區監測始于2007年，連續監測5 a。每年3—10月，監測內容包括降雨總量、產流數和產沙量。降雨采用人工觀測結合自動雨量計，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:監測設備采用東北地理與農業生態研究所可移動式地表徑流觀測裝置。

2 結果與分析

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，獲得的監測數據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的監測進行多年連續監測，這樣有效保障了數據的可靠性，也為評價不同耕作措施的水土保持效益提供可靠依據。

圖1 不同年份雨季(3—10月)降雨總量變化

2.2 不同耕作措施對產流次數的影響

不同年份雨季免耕、少耕、橫坡和傳統耕作方式產流次數比較見圖2。從圖2可以明顯看出，雨季降雨總量對產流次數有顯著影響。2008年4種耕作措施下產流次數均高于其它年份，這說明較大降雨總量可導致較多產流次數，但最小產流次數并沒有出現在雨季降雨總量最小的2007年，而出現在2010年。這也進一步說明產流次數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致徑流次數的最主要因素。不同耕作措施對產流次數也有顯著影響。橫坡壟作和免耕產流次數低于傳統和少耕兩種耕作措施，但在不同降雨背景下，耕作方式表現出不同變化趨勢，2011年免耕產流次數最低，而2010年橫坡壟耕作最低。之所以出現不同年份間耕作措施產流次數表現出一定的異質性，除了耕作措施影響下土壤物理性狀、涵養水分不同之外，也與種植作物種類密切相關。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，因而減輕徑流產生，但其截留和吸附效應均有一定限度，其中對較小降雨的水保效應更為明顯，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流次數

2.3 不同耕作措施對產沙次數的影響

不同耕作措施對產沙次數的影響與對產流的影響極為相似，也表現出耕作措施對雨季不同降雨總量下產沙次數具有一定的異質性。不論雨季降雨總量大小，免耕和橫坡壟作均表現出產沙次數校少，而少耕和傳統耕作方式產沙次數最多。這與耕作措施對產流次數影響的結果相一致。之所以呈現這樣的結果，一方面是產流和產沙過程如影相隨，互相制約和影響。產流不一定產沙，但產沙一定需要產流才能實現。因此，所有影響和制約產流的因子都會對產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沙和產流次數，主要與地表微地形空間異質性和指標覆蓋物的大小密切相關。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性團聚體等理化特性的影響。

圖3 不同年份耕作措施間產沙次數

3 結論

東北黑土區典型水土保持耕作措施:免耕、少耕、橫坡壟作及傳統耕作在連續5 a的產流產沙監測結果表明，相對傳統區域傳統耕作措施，免耕和橫坡壟作能有效降低產流和產沙次數，而少耕對降低產流和產沙次數沒有顯著降低作用。免耕和橫坡壟作可作為東北黑土區坡耕地的有效水土保持措施，在黑土水土流失區治理中得到應用。

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