秦王川灌區種植牧草抗風蝕及減少養分流失效應研究

肖艷榮 王娟 景晨異 李昂

摘要：為了探究種植牧草對秦王川灌區土壤風蝕和養分的影響，試驗以種植春小麥和無芒雀麥地及裸地（CK）為研究對象，通過測定植被地表的蓋度、高度、地上生物量以及地表濕度、粗糙度、土壤含水率和地表風蝕量，比較了不同處理對地表土壤細顆粒物和土壤養分流失的差異。結果表明：裸地風蝕量最大、迭1.7kg/m²，小麥地次之，雀麥地最小、僅為0.8kg/m²;小麥和雀麥地土壤有機質分別比裸地提高近5.5%和7.3%，土壤有機質損失量大小順序為裸地>小麥地>雀麥地;植被蓋度、地表濕度、地表粗糙度和土壤含水率等指標的大小順序均為：雀麥地>小麥地>裸地。在風蝕季節，秦王川灌區裸地的風蝕量和有機質流失量均為最大，種植雀麥可顯著減少耕地土壤風蝕危害，減少土壤有機質流失。

關鍵詞：秦王川灌區;土壤風蝕;土壤有機質;無芒雀麥

中圖分類號：$157文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）14-0008-03

1引言

隨著人類對環境的破壞及土地的大面積耕種，土壤風蝕危害越來越嚴重，在干旱少雨、深居內陸的西北地區尤為明顯。西北地區為典型溫帶大陸性氣候，土壤粘合度較差，晝夜溫差及年溫差都很大。在這種惡劣氣候條件和人為因素的影響下，造成西北地區土壤結構被破壞，從而使土壤風蝕問題加劇。土壤經風蝕作用，地表表層土壤細顆粒減少、表土粗化;同時，營養物質及有機質大量輸移，導致土壤養分和土地的生產力也隨之發生變化。這種風蝕現象也大大危害了周邊地區的農業發展及周圍的生態環境。因此，土壤的抗風蝕及減少養分流失已成為該區一個亟待解決的問題。王巖研究發現，通過少耕、免耕等耕作措施，將農作物的根茬和秸稈留在地表，利用農作物根茬來固土、秸稈擋土，可以顯著減少土壤細顆粒的輸移和提高土壤保水保肥效果。秦紅靈等研究發現，與傳統農田翻耕相比，農田免耕留茬不僅可以降低土壤風蝕，還可提高表層土壤的有機質含量。

位于永登縣與皋蘭縣之間的秦王川地區，屬半干旱氣候，全年蒸發量遠遠大于降水量，農作物主要以春播小麥、油菜、胡麻為主。由于受到氣候條件限制，該區耕地全年僅有5個月時間可被利用。另外，秦王川地區臨近騰格里沙漠，地勢平坦，冬春季節又多風，騰格里沙漠的風沙也會對該區產生一定影響。為此，為了探究秦王川地區土壤風蝕及養分流失情況，試驗以裸地為對照（CK），以無芒雀麥（Bromu sjaponicus Thunb）和春小麥（Triticum estivum）作為主要研究對象，通過分析各處理間風蝕量與養分流失的差異，來比較種植無芒雀麥對改善土壤質量的效應，為該地區抗風蝕和減少土壤養分流失提供科學依據.

2材料與方法

2.1試驗區概況

秦王川灌區（36°41N，103°33E）是蘭州最平坦的一塊高原盆地，年平均氣溫為6.2℃，冬春季多風，土壤以堿性的灰鈣土為主。

2.2試驗設計及測定

試驗設置裸地（CK）、小麥（Triticum estivum）地和雀麥（Bromus japonicas Thunb）地3個處理，各處理隨機區組排列，重復4次，這樣共為12個小區。每個小區均為4m×6m大小樣方，小區間隔均為0.5m。小麥和雀麥的播種量分別均為30g/m²和3g/m²。試驗于2016年3月下旬播種植物，所播種植物的行間距均為20cm，種植深度為3cm。農田常規管理，樣地中的雜草由人工進行去除，并定期對試驗區進行灌水。7月末收獲小麥，根據牧草長勢在9月上旬刈割，10月末收獲雀麥完成當年實驗。為了測定各樣方中的土壤細顆粒物流失量，于2016年9月初在各樣方內放入裝滿該樣地土壤的風蝕盤（風蝕盤大小為23cm×16cm，盤內裝土約為500g），翌年年6月末測定所放風蝕盤重量，以此計算各小區地表土壤風蝕量。

試驗期間，分別測定裸地、小麥地和無芒雀麥地的蓋度、高度、地面粗糙度、地表溫度和地面濕度等指標;地表試驗完成后，再利用土鉆和環刀采集各處理0～5cm深度土樣，帶回實驗室進行土壤有機質及土壤含水率的測定。

2.3試驗數據處理

實驗中測得數據均用Excel及SPSS軟件進行作圖分析，文中各指標均進行單因素方差分析，并進行多重比較。

3結果與分析

3.1地面植被特征指標比較

由測定結果顯示，就植被蓋度來看（圖1a），雀麥的蓋度達90.3%，而同期小麥的蓋度僅有10.3%。就植被高度而言（圖lb），收獲后的小麥殘茬高度為8.2cm，雀麥約是它的2倍。由圖1c可以看出，小麥的地上生物量與雀麥接近，分別為4.1g/m²和3.6g/m².

3.2地表微環境相關指標分析

就地表的粗糙度而言，裸地和小麥地的粗糙度分別為1cm和1.3cm，而雀麥地的粗糙度是裸地的3倍。就地表濕度而言（圖2b），雀麥是裸地的2倍之多，為54.4%，而小麥與裸地的地表濕度相差無二，分別為28.6%和26.2%。地表含水率對抵抗土壤風蝕有很強的作用，從圖2c來看，種植小麥和雀麥地的土壤含水率分別比裸地的含水率提高2.4%和12.3%。綜合以上，雀麥在保特地表微環境濕度方面有很強的優勢，其地表粗糙度和含水率均為最大，小麥次之，裸地最小。

3.3地表風蝕量比較

從2016年9月到2017年6月，就土壤的風蝕量來說（圖3a），在整個風蝕季節內，種植雀麥地的土壤風蝕程度最小，僅為0.8kg/m²，小麥次之，為1.4kg/m²，而裸地風蝕量最高、達1.7kg/m²。由圖3b可以看出，由于裸地沒有植被覆蓋，地表裸露，風蝕吹蝕了地表富含有機質的細顆粒物，裸地的土壤有機質僅有16.5g/kg，而小麥和雀麥地分別為17.4g/kg、17.7g/kg，分別比裸地提高近5.5%和7.3%。多重比較分析，裸地、小麥地和雀麥地的土壤風蝕量和土壤有機質含量間均存在顯著差異。綜合以上，種植雀麥對于抵抗土壤風蝕和提高土壤養分具有很好的效果。

4討論與結論

秦王川地區四季氣候變化起伏較大，風蝕危害主要表現為秋末較強，冬季較小，春季又增強的模式，這一現象已成為制約當地農業發展的一大重要因素。造成這一現象的原因主要是由于秦王川地區氣候干旱，秋末冬初時蒸發量遠遠大于降水量，地表干燥，且秋末冬初時當地常刮西北風;進入冬季后，氣溫逐漸降低，土壤被凍結，大風天氣減少;春季，隨著溫度升高，土壤解凍，表層土壤干燥度增加，加之農田耕作需要，對耕地翻松種植作物，以及秦王川地區地勢平坦，春季多風，致使揚沙、浮塵等自然災害使表層土壤在春季更易風蝕化。彭佳佳等在研究川西北沙化草地時發現，植被的蓋度和高度會隨著生態修復年限的增加而明顯提高。就風蝕總量來看，該試驗區未種植作物的裸地風蝕量可達1.7kg/m²，即在耕地裸露的情況下，一個風蝕季節就會刮走近1.3mm的表土（土壤容重按1.3g/m³計算），說明該地區的風蝕危害是很嚴重的。

土壤作為陸地生態系統重要的組成部分，植物強烈地影響著大氣圈與土壤圈之間的能量傳遞和轉換，因而也成為影響土壤風蝕最活躍的因素之一。以往研究發現，植物覆蓋可減少土壤風蝕，且這種有效、經濟的措施很早就被重視。從本試驗研究可以發現，種植雀麥可以增大對地面的蓋度，大大提高地表粗糙度，有效減少風對地面的直接吹蝕，在此種優勢下，雀麥所在的樣地可以充分保持土壤濕度，進一步提高了土壤含水率，增大了水分子與土壤顆粒之間的拉張力、顆粒之間的內聚力，同時也使位于地表的沙粒啟動風速有了明顯提高，從而提高了土壤對風蝕的抵抗作用，由圖3b可以看出，隨著風蝕量的減少，土壤有機質含量呈上升趨勢，盡管此次試驗只測定了一年的土壤風蝕量與有機質含量的變化，可以預見隨著種植牧草時間的延長，這種效果將會越加明顯。

綜合以上，在風蝕季節，秦王川灌區裸地的風蝕量和有機質流失量均為最大，種植雀麥可顯著減少耕地土壤風蝕危害，減少土壤有機質流失。