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(qū)是我國(guó)重要的商品糧生產(chǎn)基地，對(duì)保障我國(guó)糧食安全起到重要作用。然而，長(zhǎng)期以來(lái)受氣候變化和人為活動(dòng)等的影響，東北黑土區(qū)水土流失嚴(yán)重，面積高達(dá)27.59萬(wàn)km2，占土地總面積的26.8%，而且水土流失仍在不斷發(fā)展，強(qiáng)度持續(xù)增加，面積逐年擴(kuò)展。水土流失已成為導(dǎo)致黑土退化、影響作物產(chǎn)量、威脅糧食安全的最主要原因之一，已對(duì)區(qū)域社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重影響。深入開(kāi)展黑土區(qū)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(guān)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(yàn)證。在我國(guó)黃土高原等地已廣泛推廣應(yīng)用，并取得顯著水保效益。但對(duì)東北黑土區(qū)不同水保耕作措施的保水固土效益研究較少，以往相關(guān)研究大都集中于不同耕作措施對(duì)土壤理化特性影響等方面。2003年國(guó)家在啟動(dòng)?xùn)|北黑土區(qū)水土流失綜合治理試點(diǎn)工程，同時(shí)啟動(dòng)水保監(jiān)測(cè)，建立標(biāo)準(zhǔn)坡面觀測(cè)場(chǎng)。標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)可對(duì)不同土地利用方式和農(nóng)作管理方式下的水土流失進(jìn)行觀測(cè)，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(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)多年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，來(lái)說(shuō)明不同耕作措施保水固土能力，評(píng)價(jià)其水保效益，進(jìn)而為黑土區(qū)水土流失治理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于黑龍江省海倫市前進(jìn)鄉(xiāng)光榮村黑龍江省水土保持標(biāo)準(zhǔn)徑流監(jiān)測(cè)站(47°21'N，126°50'E)。該區(qū)屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，一年一熟制，冬季寒冷干燥，夏季溫?zé)岫嘤辏昃鶜鉁?.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(jī)質(zhì)含量在4%左右，抗沖刷和抗侵蝕能力均較弱。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在監(jiān)測(cè)站內(nèi)4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)進(jìn)行，小區(qū)基本情況見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)驗(yàn)小區(qū)基本情況

1.3 監(jiān)測(cè)內(nèi)容與方法

徑流小區(qū)監(jiān)測(cè)始于2007年，連續(xù)監(jiān)測(cè)5 a。每年3—10月，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括降雨總量、產(chǎn)流數(shù)和產(chǎn)沙量。降雨采用人工觀測(cè)結(jié)合自動(dòng)雨量計(jì)，人工觀測(cè)每次降雨總量，自動(dòng)雨量計(jì)觀測(cè)降雨過(guò)程及總量。地表徑流和輸沙量:監(jiān)測(cè)設(shè)備采用東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所可移動(dòng)式地表徑流觀測(cè)裝置。

2 結(jié)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(cè)的幾個(gè)年份雨季，2008年降雨總量最大，高達(dá)598 mm，而2007年雨季降雨總量最小為388 mm。降雨總量的差異對(duì)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(chǎn)生受降雨總量、強(qiáng)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(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)才能準(zhǔn)確和真實(shí)地反映土壤侵蝕情況。鑒于此，本研究在標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)的監(jiān)測(cè)進(jìn)行多年連續(xù)監(jiān)測(cè)，這樣有效保障了數(shù)據(jù)的可靠性，也為評(píng)價(jià)不同耕作措施的水土保持效益提供可靠依據(jù)。

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(duì)產(chǎn)流次數(shù)的影響

不同年份雨季免耕、少耕、橫坡和傳統(tǒng)耕作方式產(chǎn)流次數(shù)比較見(jiàn)圖2。從圖2可以明顯看出，雨季降雨總量對(duì)產(chǎn)流次數(shù)有顯著影響。2008年4種耕作措施下產(chǎn)流次數(shù)均高于其它年份，這說(shuō)明較大降雨總量可導(dǎo)致較多產(chǎn)流次數(shù)，但最小產(chǎn)流次數(shù)并沒(méi)有出現(xiàn)在雨季降雨總量最小的2007年，而出現(xiàn)在2010年。這也進(jìn)一步說(shuō)明產(chǎn)流次數(shù)盡管受降雨總量的影響，但單次降雨量以及降雨強(qiáng)度才是導(dǎo)致徑流次數(shù)的最主要因素。不同耕作措施對(duì)產(chǎn)流次數(shù)也有顯著影響。橫坡壟作和免耕產(chǎn)流次數(shù)低于傳統(tǒng)和少耕兩種耕作措施，但在不同降雨背景下，耕作方式表現(xiàn)出不同變化趨勢(shì)，2011年免耕產(chǎn)流次數(shù)最低，而2010年橫坡壟耕作最低。之所以出現(xiàn)不同年份間耕作措施產(chǎn)流次數(shù)表現(xiàn)出一定的異質(zhì)性，除了耕作措施影響下土壤物理性狀、涵養(yǎng)水分不同之外，也與種植作物種類密切相關(guān)。相對(duì)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(qiáng)。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(chǎn)生，但其截留和吸附效應(yīng)均有一定限度，其中對(duì)較小降雨的水保效應(yīng)更為明顯，而一旦降雨量超過(guò)其自身吸附和截留負(fù)荷，其效果會(huì)大大降低。

圖2 不同年份耕作措施間產(chǎn)流次數(shù)

2.3 不同耕作措施對(duì)產(chǎn)沙次數(shù)的影響

不同耕作措施對(duì)產(chǎn)沙次數(shù)的影響與對(duì)產(chǎn)流的影響極為相似，也表現(xiàn)出耕作措施對(duì)雨季不同降雨總量下產(chǎn)沙次數(shù)具有一定的異質(zhì)性。不論雨季降雨總量大小，免耕和橫坡壟作均表現(xiàn)出產(chǎn)沙次數(shù)校少，而少耕和傳統(tǒng)耕作方式產(chǎn)沙次數(shù)最多。這與耕作措施對(duì)產(chǎn)流次數(shù)影響的結(jié)果相一致。之所以呈現(xiàn)這樣的結(jié)果，一方面是產(chǎn)流和產(chǎn)沙過(guò)程如影相隨，互相制約和影響。產(chǎn)流不一定產(chǎn)沙，但產(chǎn)沙一定需要產(chǎn)流才能實(shí)現(xiàn)。因此，所有影響和制約產(chǎn)流的因子都會(huì)對(duì)產(chǎn)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(chǎn)沙和產(chǎn)流次數(shù)，主要與地表微地形空間異質(zhì)性和指標(biāo)覆蓋物的大小密切相關(guān)。橫坡壟作下的等高壟溝能積蓄和緩沖徑流，從而減少?gòu)搅髁?，而免耕地表覆蓋物對(duì)雨滴動(dòng)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(xiàn)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(guān)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(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體等理化特性的影響。

圖3 不同年份耕作措施間產(chǎn)沙次數(shù)

3 結(jié)論

東北黑土區(qū)典型水土保持耕作措施:免耕、少耕、橫坡壟作及傳統(tǒng)耕作在連續(xù)5 a的產(chǎn)流產(chǎn)沙監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，相對(duì)傳統(tǒng)區(qū)域傳統(tǒng)耕作措施，免耕和橫坡壟作能有效降低產(chǎn)流和產(chǎn)沙次數(shù)，而少耕對(duì)降低產(chǎn)流和產(chǎn)沙次數(shù)沒(méi)有顯著降低作用。免耕和橫坡壟作可作為東北黑土區(qū)坡耕地的有效水土保持措施，在黑土水土流失區(qū)治理中得到應(yīng)用。

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