我國保護性耕作對土壤風蝕的影響研究

摘要：為探討保護性耕作措施對農田土壤風蝕的影響，通過中國知網，以“免耕或保護性耕作并且土壤風蝕”為主題，檢索至2020年底公開發表的中文期刊論文，對檢索到的論文進行整理分析。結果表明，我國保護性耕作對土壤風蝕的田間試驗均來自北方干旱、半干早農田，研究方法以集沙儀野外測量為主；保護性耕作研究中對土壤風蝕方面的研究占比較少，產量效應一直是保護性耕作的研究重點，綜合相關研究分析，保護性耕作平均可減少農田土壤風蝕量71.2%；保護性耕作減少農田土壤風蝕具有普遍性，少量研究認為保護性耕作不能減少農田土壤風蝕量。

關鍵詞：免耕；保護性耕作；土壤風蝕；集沙儀

中圖分類號：S34 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2023）03-0124-04

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.03.023

0引言

為解決我國北方地區嚴重干旱和水土流失問題，保護性耕作于20世紀90年代被引入中國。傳統耕作造成的土壤侵蝕退化推動了保水保土新耕作方法的探索，以免耕為核心的保護性耕作技術于20世紀80年代成為美國主流耕作技術。我國關于保護性耕作研究，近20年來，在農學與農業工程領域受到較多的關注。以“保護性耕作”為主題，在中國知網（www.cnki.net）查詢顯示：1998年之前有關保護性耕作的文獻每年不足10篇，2002年達到100篇以上，之后每年近400篇左右。對檢索文獻分析表明，保護性耕作的研究涵蓋土壤理化性狀、作物產量、溫室氣體排放及土壤風蝕等多個領域。盡管保護性耕作的初衷是減少因常規耕作所引起的土壤風蝕，但尚未發現系統梳理保護性耕作對土壤風蝕影響的報道，保護性耕作對土壤風蝕的影響也未見全面和綜合的研究，已有的研究多關注于特定區域內保護性耕作對土壤風蝕的影響。因此，本研究通過對相關保護性耕作對土壤風蝕影響的文獻進行整理歸納，為我國保護性耕作在土壤風蝕方面的研究提供參考。

1材料與方法

通過中國知網（www.cnki.net），以“免耕或保護性耕作并且土壤風蝕”為主題，檢索2020年12月31日前公開發表的中文期刊論文共181篇，按以下標準進行篩選：①須為試驗論文，綜述類論文及學位論文不進行統計分析；②田間試驗或風洞試驗；③有試驗地或試驗區概況的描述；④有保護性耕作與常規耕作土壤風蝕量的對比試驗數據。在此標準下，共篩選出論文69篇，構成本研究的基礎材料。

2結果與分析

2.1研究區域分布

土壤風蝕成因總體上歸咎于自然因素、人為因素及其相互作用，自然因素包含氣候、土壤、植被和地形等。因自然因素的差異，我國土壤風蝕主要發生在北方干旱、半干旱及部分半濕潤地區。因此，有關土壤風蝕的研究也主要集中在北方地區，69篇論文的試驗研究分布區域充分反映了這一情況。

69篇論文田間試驗區域分析發現，土壤風蝕研究全部集中在我國北方區域，覆蓋了北方10個省級行政區，如表1所示。與陳渭南等認為我國土壤風蝕主要發生于北方干旱、半干旱地區的結果一致。風蝕研究區域最多的是內蒙古自治區，占研究區域的36%。沿土壤風蝕研究覆蓋區域與未研究區域分界劃線，與400 mm等降水量線走勢基本吻合，也與董玉祥等繪出的中國干旱半干旱地區年風蝕氣候因子等值線圖高度一致。

2.2土壤風蝕量測定方法

土壤風蝕研究中，風蝕物的收集是關鍵。土壤風蝕量的野外測量方法有風蝕盤法、插釬法、陷阱誘捕法、集沙儀測定法、風蝕觀測板法、掃描攝影法和風蝕圈法等，由于沒有統一的標準，難以對風蝕的研究結果進行比較與集成。目前，土壤風蝕量的野外測量方法主要有集沙儀法和風蝕圈法兩種。集沙儀法是在地面不同高度安裝采樣器，通過尾翼的作用使采樣器人風口保持正對風向，定期取出采樣器收集的沙塵，烘干稱質量計算風蝕量，如圖1所示。風蝕圈法是將已知直徑和高度的風蝕圈埋放田間，保持風蝕圈內土壤表層與地面相平，一定時間后取回風蝕圈，根據放前和取后風蝕圈內干土質量差值計算風蝕量，如圖2所示。除野外測量外，還可通過采集野外原狀土樣，在人為創設的風洞條件下經模擬試驗估算風蝕量，如圖3所示。風洞模擬試驗又分為室內風洞和室外風洞兩種。

在篩選出的69篇試驗論文中，野外測量與風洞模擬的試驗論文數量分別為44和26篇（其中1篇同時進行了風洞模擬和野外測量），兩者分別占研究總量的63.8%和37.7%。在44篇野外測量中，集沙儀法和風蝕圈法數量分別為22和10篇，分別占研究總量的50%和22.7%，其他涉及的有風蝕盤法、插釬法和揚塵測定法等。在26篇風洞模擬試驗中，室內風洞17篇、室外風洞9篇，室內風洞占比65.4%。

2.3土壤風蝕研究年度變化趨勢

以“保護性耕作”為主題，在中國知網檢索到的最早論文是UNGERPW等的《保護性耕作制》（《土壤學進展》I984（4）：28-35），主要對1961年以來有關保護性耕作制的重要問題進行述評。以“保護性耕作+土壤風蝕”為主題，在中國知網檢索到的最早論文是臧英等的《國外農田風蝕發生機理與防治技術的研究》，主要介紹國外農田風蝕發生機理與防治技術。在此之后，關于保護性耕作對農田土壤風蝕的試驗研究逐漸展開。

為進一步揭示保護性耕作措施下土壤風蝕的研究趨勢，對“免耕或保護性耕作并且土壤風蝕”為主題檢索到的181篇中文期刊論文按年度分析，如圖4所示。

由圖4可知，2002-2007年，土壤風蝕研究處于快速上升期，2007年研究論文25篇，達到研究高峰，占近20年研究總量的I3.8%，此后研究論文數量總體呈下降趨勢。

2.4土壤風蝕研究在保護性耕作研究中的占比

保護性耕作研究涉及作物產量、土壤理化性狀、風蝕、水蝕和溫室效應等諸多領域。盡管保護性耕作源于土壤風蝕引起的環境問題，通過檢索保護性耕作試驗研究論文發現，無論是保護性耕作的產量效應，還是保護性耕作對土壤容重的影響，均顯著高于在土壤風蝕方面的研究。

2002-2020年，土壤風蝕研究在保護性耕作研究中平均占比2.32%，如圖5所示。其中，2005-2008年土壤風蝕研究占比較高，分別占保護性耕作研究的3.7%、4.6%、4.5%和3.8%，在此之后，土壤風蝕研究數量呈下降趨勢。

2.5保護性耕作對土壤風蝕的影響

在保護性耕作對土壤風蝕影響的試驗研究中，無論是田間實測結果還是風洞試驗結果，絕大部分表現為保護性耕作可以減少土壤風蝕量，減少的程度因地區措施不同而有所差異。綜合文獻中給出的數據，保護性耕作與常規耕作相比平均可減小土壤風蝕量71.2%。大部分對土壤風蝕量的減小值都在50%以上。

在保護性耕作技術的覆蓋和耕作兩因素中，覆蓋對減小風蝕的作用最大，覆蓋增加了地表粗糙度，而粗糙度與風蝕量是負相關關系。藏英等iioi試驗表明，在河北省北部的豐寧縣壩上地區免耕無覆蓋僅能減少14.17%的沙塵量。王麗學等研究認為，在沈陽市同樣免耕留茬的情況下，秸稈全覆蓋的土壤風蝕量比無秸稈覆蓋可減少98.14%。

值得關注的是，胡立峰等研究結果表明，在河北省張北縣壩上地區草甸粟鈣土農田試驗無秸稈覆蓋的情況下，翻耕地比免耕地可減小土壤風蝕量88.2%；王云超等研究表明，在同一地區采用在地面埋設集沙盤的“陷阱捕捉法”與埋設風蝕盤的方法，也得到相似的結果，翻耕地比免耕地可減小土壤風蝕量69.6%；王巖等利用國家發明專利“土壤風蝕測定裝置”進一步室內模擬表明，壤質草甸粟鈣土秋耕立垡覆被與傳統翻耕田相比，地表土壤風蝕量降低92.21%。由此可以說明，保護性耕作的應用一定要結合當地實際，不能簡單地認為保護性耕作一定能降低土壤風蝕。

3結論與討論

（1）我國保護性耕作對土壤風蝕的試驗研究全部來自于北方干旱、半干旱農田，研究區域基本集中在400 mm等降水量線的西北地區。因此，加強北方干旱、半干旱農田，特別是冬春季節裸露農田土壤風蝕防控措施研究，既是穩定該區域農業生產的關鍵，也是保護和改善生態環境的必然要求。

（2）土壤風蝕量的準確測定是土壤風蝕研究的前提。本研究篩選出的論文中在集沙儀和風蝕圈兩種野外測量方法，占全部野外測量方法的72.7%，其中，應用最多的是集沙儀法，占全部野外測量方法的50%，這與國際上應用最多的是美國的BSNE集沙儀的情況相一致。盡管集沙儀法不能明確特定區域單位面積的風蝕量，但可以對不同高度風蝕物的粒徑分布和風蝕物比例作出監測，而保護性耕作的土壤風蝕研究也是與常規耕作對比下的研究，因此，應用集沙儀法完全可以達到研究的目的。

（3）我國保護性耕作對于農田土壤風蝕影響的研究始于21世紀初，盡管保護性耕作措施始于因土壤風蝕引起的“黑風暴”事件，但產量始終是農田和農業生產的核心，在保護性耕作研究中，產量效應也一直是研究重點，有關農田土壤風蝕方面的研究僅占2.32%。

（4）保護性耕作可以減少農田土壤風蝕量已在多地試驗研究中證實，綜合文獻數據，保護性耕作與常規耕作相比，平均可減少農田土壤風蝕量71.2%。而已有的關于翻耕比免耕可降低農田土壤風蝕量的研究也值得關注，說明在減少農田土壤風蝕方面，保護性耕作的應用存在一定的客觀條件，這也是值得進一步研究的問題。