秦王川灌区种植牧草抗风蚀及减少养分流失效应研究

肖艳荣 王娟 景晨异 李昂

摘要：为了探究种植牧草对秦王川灌区土壤风蚀和养分的影响，试验以种植春小麦和无芒雀麦地及裸地（CK）为研究对象，通过测定植被地表的盖度、高度、地上生物量以及地表湿度、粗糙度、土壤含水率和地表风蚀量，比较了不同处理对地表土壤细颗粒物和土壤养分流失的差异。结果表明：裸地风蚀量最大、迭1.7kg/m²，小麦地次之，雀麦地最小、仅为0.8kg/m²;小麦和雀麦地土壤有机质分别比裸地提高近5.5%和7.3%，土壤有机质损失量大小顺序为裸地>小麦地>雀麦地;植被盖度、地表湿度、地表粗糙度和土壤含水率等指标的大小顺序均为：雀麦地>小麦地>裸地。在风蚀季节，秦王川灌区裸地的风蚀量和有机质流失量均为最大，种植雀麦可显著减少耕地土壤风蚀危害，减少土壤有机质流失。

关键词：秦王川灌区;土壤风蚀;土壤有机质;无芒雀麦

中图分类号：$157文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）14-0008-03

1引言

随着人类对环境的破坏及土地的大面积耕种，土壤风蚀危害越来越严重，在干旱少雨、深居内陆的西北地区尤为明显。西北地区为典型温带大陆性气候，土壤粘合度较差，昼夜温差及年温差都很大。在这种恶劣气候条件和人为因素的影响下，造成西北地区土壤结构被破坏，从而使土壤风蚀问题加剧。土壤经风蚀作用，地表表层土壤细颗粒减少、表土粗化;同时，营养物质及有机质大量输移，导致土壤养分和土地的生产力也随之发生变化。这种风蚀现象也大大危害了周边地区的农业发展及周围的生态环境。因此，土壤的抗风蚀及减少养分流失已成为该区一个亟待解决的问题。王岩研究发现，通过少耕、免耕等耕作措施，将农作物的根茬和秸秆留在地表，利用农作物根茬来固土、秸秆挡土，可以显著减少土壤细颗粒的输移和提高土壤保水保肥效果。秦红灵等研究发现，与传统农田翻耕相比，农田免耕留茬不仅可以降低土壤风蚀，还可提高表层土壤的有机质含量。

位于永登县与皋兰县之间的秦王川地区，属半干旱气候，全年蒸发量远远大于降水量，农作物主要以春播小麦、油菜、胡麻为主。由于受到气候条件限制，该区耕地全年仅有5个月时间可被利用。另外，秦王川地区临近腾格里沙漠，地势平坦，冬春季节又多风，腾格里沙漠的风沙也会对该区产生一定影响。为此，为了探究秦王川地区土壤风蚀及养分流失情况，试验以裸地为对照（CK），以无芒雀麦（Bromu sjaponicus Thunb）和春小麦（Triticum estivum）作为主要研究对象，通过分析各处理间风蚀量与养分流失的差异，来比较种植无芒雀麦对改善土壤质量的效应，为该地区抗风蚀和减少土壤养分流失提供科学依据.

2材料与方法

2.1试验区概况

秦王川灌区（36°41N，103°33E）是兰州最平坦的一块高原盆地，年平均气温为6.2℃，冬春季多风，土壤以碱性的灰钙土为主。

2.2试验设计及测定

试验设置裸地（CK）、小麦（Triticum estivum）地和雀麦（Bromus japonicas Thunb）地3个处理，各处理随机区组排列，重复4次，这样共为12个小区。每个小区均为4m×6m大小样方，小区间隔均为0.5m。小麦和雀麦的播种量分别均为30g/m²和3g/m²。试验于2016年3月下旬播种植物，所播种植物的行间距均为20cm，种植深度为3cm。农田常规管理，样地中的杂草由人工进行去除，并定期对试验区进行灌水。7月末收获小麦，根据牧草长势在9月上旬刈割，10月末收获雀麦完成当年实验。为了测定各样方中的土壤细颗粒物流失量，于2016年9月初在各样方内放入装满该样地土壤的风蚀盘（风蚀盘大小为23cm×16cm，盘内装土约为500g），翌年年6月末测定所放风蚀盘重量，以此计算各小区地表土壤风蚀量。

试验期间，分别测定裸地、小麦地和无芒雀麦地的盖度、高度、地面粗糙度、地表温度和地面湿度等指标;地表试验完成后，再利用土钻和环刀采集各处理0～5cm深度土样，带回实验室进行土壤有机质及土壤含水率的测定。

2.3试验数据处理

实验中测得数据均用Excel及SPSS软件进行作图分析，文中各指标均进行单因素方差分析，并进行多重比较。

3结果与分析

3.1地面植被特征指标比较

由测定结果显示，就植被盖度来看（图1a），雀麦的盖度达90.3%，而同期小麦的盖度仅有10.3%。就植被高度而言（图lb），收获后的小麦残茬高度为8.2cm，雀麦约是它的2倍。由图1c可以看出，小麦的地上生物量与雀麦接近，分别为4.1g/m²和3.6g/m².

3.2地表微环境相关指标分析

就地表的粗糙度而言，裸地和小麦地的粗糙度分别为1cm和1.3cm，而雀麦地的粗糙度是裸地的3倍。就地表湿度而言（图2b），雀麦是裸地的2倍之多，为54.4%，而小麦与裸地的地表湿度相差无二，分别为28.6%和26.2%。地表含水率对抵抗土壤风蚀有很强的作用，从图2c来看，种植小麦和雀麦地的土壤含水率分别比裸地的含水率提高2.4%和12.3%。综合以上，雀麦在保特地表微环境湿度方面有很强的优势，其地表粗糙度和含水率均为最大，小麦次之，裸地最小。

3.3地表风蚀量比较

从2016年9月到2017年6月，就土壤的风蚀量来说（图3a），在整个风蚀季节内，种植雀麦地的土壤风蚀程度最小，仅为0.8kg/m²，小麦次之，为1.4kg/m²，而裸地风蚀量最高、达1.7kg/m²。由图3b可以看出，由于裸地没有植被覆盖，地表裸露，风蚀吹蚀了地表富含有机质的细颗粒物，裸地的土壤有机质仅有16.5g/kg，而小麦和雀麦地分别为17.4g/kg、17.7g/kg，分别比裸地提高近5.5%和7.3%。多重比较分析，裸地、小麦地和雀麦地的土壤风蚀量和土壤有机质含量间均存在显著差异。综合以上，种植雀麦对于抵抗土壤风蚀和提高土壤养分具有很好的效果。

4讨论与结论

秦王川地区四季气候变化起伏较大，风蚀危害主要表现为秋末较强，冬季较小，春季又增强的模式，这一现象已成为制约当地农业发展的一大重要因素。造成这一现象的原因主要是由于秦王川地区气候干旱，秋末冬初时蒸发量远远大于降水量，地表干燥，且秋末冬初时当地常刮西北风;进入冬季后，气温逐渐降低，土壤被冻结，大风天气减少;春季，随着温度升高，土壤解冻，表层土壤干燥度增加，加之农田耕作需要，对耕地翻松种植作物，以及秦王川地区地势平坦，春季多风，致使扬沙、浮尘等自然灾害使表层土壤在春季更易风蚀化。彭佳佳等在研究川西北沙化草地时发现，植被的盖度和高度会随着生态修复年限的增加而明显提高。就风蚀总量来看，该试验区未种植作物的裸地风蚀量可達1.7kg/m²，即在耕地裸露的情况下，一个风蚀季节就会刮走近1.3mm的表土（土壤容重按1.3g/m³计算），说明该地区的风蚀危害是很严重的。

土壤作为陆地生态系统重要的组成部分，植物强烈地影响着大气圈与土壤圈之间的能量传递和转换，因而也成为影响土壤风蚀最活跃的因素之一。以往研究发现，植物覆盖可减少土壤风蚀，且这种有效、经济的措施很早就被重视。从本试验研究可以发现，种植雀麦可以增大对地面的盖度，大大提高地表粗糙度，有效减少风对地面的直接吹蚀，在此种优势下，雀麦所在的样地可以充分保持土壤湿度，进一步提高了土壤含水率，增大了水分子与土壤颗粒之间的拉张力、颗粒之间的内聚力，同时也使位于地表的沙粒启动风速有了明显提高，从而提高了土壤对风蚀的抵抗作用，由图3b可以看出，随着风蚀量的减少，土壤有机质含量呈上升趋势，尽管此次试验只测定了一年的土壤风蚀量与有机质含量的变化，可以预见随着种植牧草时间的延长，这种效果将会越加明显。

综合以上，在风蚀季节，秦王川灌区裸地的风蚀量和有机质流失量均为最大，种植雀麦可显著减少耕地土壤风蚀危害，减少土壤有机质流失。