东北黑土区水土保持措施防治多营力侵蚀的作用与优化配置

东北黑土区土壤侵蚀威胁国家粮食安全,现有水土保持措施多针对单一营力侵蚀配置,但黑土区具有多营力复合侵蚀的特点。当前针对单一侵蚀营力布设的措施能否起到防治多营力复合侵蚀的作用,是亟需回答的问题。笔者通过整理文献资料,分析黑土坡耕地主要水保措施防治多营力复合侵蚀的作用,并以漫川漫岗区<5°坡耕地为例,根据不同营力侵蚀贡献率进行措施优化配置。结果表明:黑土坡耕地水保措施防治水蚀效果良好,林草植被及保护性耕作措施能起到防治风蚀的作用,等高垄作、保护性耕作、梯田、地埂植物带、植物缓冲带等兼具减弱冻融破坏、调控融雪径流,减小融雪侵蚀的作用。基于当前配置,建议1°~3°坡耕地在等高垄作基础上增加保护性耕作及植物缓冲带措施,3°~5°坡耕地在等高垄作、地埂植物带基础上增加保护性耕作措施。黑土坡耕地水土保持措施虽具备防治多营力复合侵蚀的能力,但在措施配置时应考虑多营力侵蚀贡献率。

东北黑土区坡耕地土壤侵蚀特征与多营力复合侵蚀的研究重点

[目的]分析东北黑土区坡耕地土壤侵蚀特征,为该区复合土壤侵蚀研究及其有效防治提供重要科学依据。[方法]基于大量野外调查和理论研究以及文献资料,概述了复合土壤侵蚀的研究现状,分析了东北黑土区坡耕地土壤侵蚀特征。[结果]东北黑土区坡耕地土壤侵蚀特点主要为:多营力复合侵蚀的季节更替和空间叠加作用,农田沟蚀严重,坡面汇流引起的土壤侵蚀更加突出,雨滴打击作用和壤中流形成是坡面土壤侵蚀的主要驱动力。当前复合土壤侵蚀研究的主要内容为:冻融作用对风蚀和水蚀的影响,风水复合侵蚀,东北黑土区多外营力复合侵蚀研究。[结论]复合土壤侵蚀的研究重点为:①多种外营力相互作用的坡面复合侵蚀过程机制;②冻融作用对土壤抗侵蚀能力的影响机制;③量化冻融作用、融雪、降雨径流和风力侵蚀对坡面侵蚀和沟蚀的贡献;④多外营力作用的流域尺度泥沙来源诊断;⑤复合土壤侵蚀预报模型研发;⑥复合土壤侵蚀防治措施的有效性评价;⑦东北黑土区复合土壤侵蚀防治分区。

薄层黑土区流域尺度土壤养分对侵蚀-沉积的响应

分析薄层黑土区流域尺度土壤养分与土壤侵蚀速率之间的空间分布关系,可为土壤侵蚀退化评价提供重要的科学依据。基于土壤样品采集与分析测定,结合^(137)Cs示踪技术,对比了典型薄层黑土区流域侵蚀区和沉积区的土壤养分含量,明确了流域尺度土壤养分含量及其空间分布对侵蚀—沉积速率的响应。结果表明:(1)在流域尺度土壤侵蚀对土壤养分含量有重要影响,侵蚀部位土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、硝态氮(NO_(3)—N)和速效磷(AP)含量较之沉积部位分别降低27.4%,21.1%,29.2%和54.1%,SOC和TN含量在侵蚀部位和沉积部位存在极显著差异,AP含量在侵蚀部位和沉积部位存在显著差异,而NO_(3)—N含量在侵蚀部位和沉积部位无显著差异。(2)土壤SOC、TN和AP含量与土壤侵蚀速率呈极显著负相关关系。(3)流域尺度土壤SOC和TN含量空间分布与土壤侵蚀—沉积速率的空间分布呈相反的变化趋势,表明在研究流域土壤侵蚀是造成土壤质量退化的关键驱动因子。

黑土农田冻结-融化期土壤剖面温度变化特征

[目的]研究东北黑土区农地土壤温度变化特征,为冻融作用程度量化分析和冻融作用对土壤侵蚀影响提供基础数据。[方法]利用2015—2018年黑龙江省宾州河流域典型农地2m土壤剖面11月至翌年4月土壤温度观测资料以及气温数据,分析了冻结和融化过程中土壤温度变化特征以及土壤温度对气温变化的响应,确定土壤冻结与融化过程中耕层土壤冻融循环次数。[结果]11月至翌年2月的冻结期,土壤温度随土层深度的增加而增加;3—4月份土壤温度梯度发生反向改变,当土壤完全消融后,土壤温度随着土层深度的增加而递减,土壤最大冻结深度为80cm。研究结果还表明,0—60cm土层的土壤温度均与气温呈极显著正相关,其相关性随土壤深度增加而减小;而80cm以下土层,土壤温度均与气温呈负相关。[结论]研究区土壤冻结和融化过程分别呈单向冻结和双向融化现象,冻融循环主要发生在农地耕层0—20cm土层,其年最大冻融循环次数分别为12次和7次,为设计黑土冻融循环模拟试验提供了数据支持。

土壤容重和水分含量对典型黑土穿透阻力的交互影响

【目的】近年来黑土地变硬的问题日益突出,已成为黑土退化的主要特征之一。明确土壤穿透阻力与水分状况之间的关系,以期为黑土地变硬的本底调查与诊断评价提供依据。【方法】以典型黑土为研究对象,选择白浆土作为对照,研究不同容重下土壤穿透阻力与水分含量的关系,构建土壤穿透阻力与水分含量和容重的传递函数,实现穿透阻力在不同土壤水分含量间的转换。为此,黑土的容重从1.0~1.5 g cm-3设置6个水平,白浆土从1.2~1.6g cm-3设置5个水平,土壤含水量按照田间持水量的40%~100%设置7个水平,测定不同组合下的土壤穿透阻力。【结果】土壤穿透阻力随土壤容重增大线性增加,随土壤含水量降低指数增加(P<0.01),白浆土的增加速率大于黑土。土壤容重和水分含量对穿透阻力存在显著的交互影响,低水分条件会加剧土壤容重对穿透阻力的影响,高土壤容重会增强土壤水分对穿透阻力的作用,土壤穿透阻力对土壤水分的敏感度显著高于容重,白浆土对两个因素的敏感度高于黑土,黑土容重和土壤水分含量的参数敏感性最大值分别为4.5和11.1,而白浆土则分别为7.0和15.1,白浆土变硬的风险高于黑土。土壤穿透阻力与容重和水分含量的关系可以用二元幂函数SPR=a×ρb×θc表达,该拟合函数下白浆土和黑土的决定系数均在0.95以上。【结论】利用构建的传递函数,实现了土壤穿透阻力在不同水分状况下的转换:同一种土壤平均容重下的转换系数可适用于其他容重条件;在不同土壤类型间,黑土某一容重下的转换系数,可用于相同容重下的白浆土,反之亦然。

东北松嫩典型黑土区长缓坡耕地土壤侵蚀沿坡长变化规律及其对土壤质量的影响

东北黑土区,尤其是农垦地区,是我国重要的粮食生产基地。土壤侵蚀导致耕地质量严重退化,威胁粮食安全。选取克山农场坡长为1020 m的直型坡、凹型坡和凹—直复合型坡耕地,利用Cs示踪技术估算坡面土壤侵蚀模数,测定土壤有机碳作为耕地土壤质量参数,揭示典型黑土区长缓坡耕地土壤侵蚀强度沿坡长变化规律及耕地土壤质量参数的响应。结果表明:(1)不同坡形长缓坡耕地土壤侵蚀差异显著,直型坡多年平均侵蚀速率(3040 t·km^(-2)·a^(-1))<复合型坡(3395 t·km^(-2)·a^(-1))<凹型坡(4220 t·km^(-2)·a^(-1))。(2)直型坡、凹型坡、凹—直复合型坡均呈现出侵蚀强—弱周期性变化规律,其振荡周期分别为380 m、250 m和300 m。(3)土壤有机碳含量与土壤侵蚀速率呈极显著负相关关系,其沿坡长变化规律与土壤侵蚀速率沿坡长变化规律相反。土壤侵蚀是造成黑土坡耕地土壤质量退化的直接原因,研究结果可为黑土长缓坡耕地水土保持措施的精准布设及土壤养分管理提供理论支持。