保护性耕作抑制季节性裸露农田扬尘的效果研究

段改莲 王文静 陈卫文 王揽月 邢广青

摘要：为解决北京地区季节性裸露农田扬尘严重的问题，在昌平区开展保护性耕作和传统耕作两种处理模式的对比试验。结果表明：实施保护性耕作能够提高表层土壤平均含水率1.2%、增加地表覆盖率16.2%、减少农田土壤风蚀量38.34%、减少0～60 cm近地表大颗粒农田扬尘21.2%和60～150 cm远地表中小顆粒农田扬尘18.4%，抑制裸露农田扬尘效果显著。

关键词：保护性耕作;土壤风蚀;农田扬尘;抑制;效果

中图分类号：S157.4    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2021）05-0112-03

农田扬尘是指农田表层松散的土壤颗粒在风力作用下被吹起、搬运和沉积的过程，其不仅会造成农田表层土壤结构、细小颗粒、有机质等大量流失，而且会在周围产生大范围粉尘污染，影响人类健康。2020年，北京市将抑制季节性裸露农田扬尘工作列入《北京市打赢蓝天保卫战2020年行动计划》，科学治理扬尘污染，改善空气质量。

保护性耕作将收获后的作物秸秆覆盖还田，再直接进行免少耕播种作业，避免了传统的翻耕整地，对土壤扰动小，而且播种后地表仍有一定量的作物残茬覆盖，具有提升地力、抑制风蚀和水蚀、降低作业成本等作用。在北京一年两熟区，夏季小麦收获后在麦茬地直接播种玉米，地表秸秆覆盖率高，同时地表被植被覆盖且降水充足，因此春、夏季节农田扬尘少。秋季玉米收获后，通常采用两种处理模式播种小麦：一种是玉米秸秆覆盖还田与小麦免少耕播种的保护性耕作模式;另一种是玉米秸秆翻埋还田、旋耕整地后再进行小麦播种的传统耕作模式。保护性耕作模式播种后农田地表有玉米秸秆及残茬覆盖，而传统耕作模式播种后农田地表无秸秆覆盖，裸露至小麦出苗。

本课题通过开展定点试验、采集相关数据并进行分析，研究北京一年两熟区相同气候条件下两种不同耕作模式对农田扬尘的抑制作用及效果，试验结果对于北京市开展农田扬尘抑制工作具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在昌平区崔村镇进行。试验地位于东经116°16'40"—116°23'0"、北纬40°11'02"—40°18'15"之间，土壤类型为沙壤土，当地气候属于温带大陆性季风气候，1月平均气温-4.0 ℃，7月平均气温25.6 ℃，夏季最高气温35.0 ℃，冬季气温年较差-15.0 ℃，常年降雨量500～700 mm，种植作物为玉米和小麦。每年秋季玉米收获后至次年4月是北京地区农田扬尘的高发季节，地表裸露的农田极易产生扬尘。

1.2 试验设计

试验设置两种处理模式：保护性耕作与传统耕作（见表1）。

1.3 试验方法

1.3.1 土壤含水率测定 采用烘干法测定土壤含水率。用百分之一精度的天平测定土样质量，置于105 ℃烘箱内烘6～8 h至质量恒定，测定烘干土样质量，按照公式计算土壤含水率。

θ=

×100%              （1）

式中：θ为土壤含水率，%;m1为烘干前铝盒及土样质量，g;m2为烘干后铝盒及土样质量，g;m3为烘干前空铝盒质量，g。

1.3.2 地表覆盖率测定 用长度为50 m、标记间隔为20 cm的绳子对农田地表覆盖率进行测定。沿地块对角线平行方向拉紧绳子，查看标记位置是否有秸秆或作物覆盖，统计地表覆盖标记点的个数，每个地块测定5点、取平均值，按照公式计算地表覆盖率。

Q=×100%                      （2）

式中：Q为地表覆盖率，%;p1为标记位置地表被秸秆覆盖的个数;p为总标记个数。

1.3.3 农田扬尘量测定 用沙尘采集仪测定农田扬尘量（如图1所示）。沙尘采集仪主要由采沙器、导向板、支撑杆、固定栓和安装底座组成。其中，采沙器的采沙口收集农田沙尘;导向板自动调整采沙口方向，使采沙口始终正对风向，确保农田沙尘的有效收集;固定栓将采沙器固定在支撑杆不同高度处，使5个采沙器采沙口距离地表分别为10，25，60，100，150 cm，监测不同高度处风沙量。每5 d对采沙器中的沙尘进行取样，在55 ℃下烘干72 h，用精度为0.000 1 g 的高精度天平测定质量，进行数据分析。

1.3.4 风蚀量测定 风蚀量为一段时间内通过单位面积所搬运的风沙质量。按照公式计算风蚀量。

K=                        （3）

式中：K为风蚀量，g/cm2;G为单位时间内的沙尘质量，g;M为进沙口面积，cm2。

2 结果与分析

2.1 土壤含水率变化情况

土壤含水率测定结果见表2。

由表2可知：从当年10月至次年4月，保护性耕作地块0～10 cm土层中土壤平均含水率为17.2%，比传统耕作地块提高1.2%;尤其在11月份土壤含水率提高2.1%。说明采用秸秆覆盖还田作业方式的保护性耕作可以降低土壤蒸发率，显著提高0～10 cm土层中土壤含水率，提升水分利用效率。

2.2 地表覆盖率变化情况

地表覆盖率测定结果见表3。

由表3可知：从当年10月至次年4月，保护性耕作地块地表平均覆盖率为70.7%，比传统耕作地块增加16.2%;尤其在10月份小麦播种出苗前，地表覆盖量增加33.1%。说明采用秸秆覆盖还田作业方式的保护性耕作可以显著增加地表覆盖量，而秸秆覆盖地表能够有效减少农田地表裸露，有利于提高耕层土壤保水保墒能力。

2.3 抑制扬尘效果

各高度层风沙量监测结果见表4。

由表4可知：北京市昌平区农田扬尘主要位于距离地表高度60 cm以下，采集到的风沙主要分布于高度为10 cm与25 cm的采沙器内，随采沙器高度的增加采集到的风沙量显著减少;保护性耕作地块10 cm与25 cm采沙器内风沙量合计为0.854 7 g、占该处理总风沙量的62.22%，传统耕作地块10 cm与25 cm采沙器内风沙量合计为1.956 6 g、占该处理总风沙量的66.80%;保护性耕作地块采集到的总风沙量为1.375 6 g，比传统耕作地块显著减少38.34%。说明采用秸秆覆盖还田作业方式的保护性耕作比地表裸露无覆盖的传统耕作可以明显减少地表风蚀量，抑制裸露农田扬尘效果显著。

各高度层沙尘粒度分布情况见表5。

由表5可知：北京市昌平区采集到的不同高度农田扬尘粒度主要在20～90 μm之间，且随高度的增加沙尘颗粒平均直径显著减小。保护性耕作比传统耕作减少0～60 cm近地表的大颗粒（沙尘粒度>180 μm）农田扬尘21.2%和60～150 cm远地表的中小颗粒（沙尘粒度<180 μm）農田扬尘18.4%，可以有效减轻土壤养分损失和大气环境污染。

3 结论

通过试验得出：在北京市昌平区一年一熟小麦—玉米轮作种植制度下，保护性耕作地块比传统耕作地块表层土壤平均含水率提高1.2%、地表覆盖率增加16.2%、农田土壤风蚀量减少38.34%，说明实施保护性耕作能够有效抑制裸露农田扬尘;保护性耕作模式比传统耕作模式减少0～60 cm近地表的大颗粒（沙尘粒度>180 μm）农田扬尘21.2%和60～150 cm远地表的中小颗粒（沙尘粒度<180 μm）农田扬尘18.4%，说明实施保护性耕作能够有效减轻土壤养分损失和大气环境污染。通过提高表层土壤含水率与增加地表覆盖率，保护性耕作模式能够有效防止土壤侵蚀和沙化，提高水分利用率，降低土壤碳损失，有利于耕层土壤改良。

参考文献

[1] 孙乐乐.北京地区农田土壤风蚀扬尘防治的保护性耕作措施试验研究[D].北京：北京林业大学，2019.

[2] 比比沙拉·欧玛尔.机械化保护性耕作实施现状与发展趋势[J].农机使用与维修，2021（8）：149-150.

[3] 纪树岩.黑土地保护性耕作技术应用效果及推广策略[J].农业工程，2021，11（5）：25-28.

[4] 刘长城.论保护性耕作技术与黑土地的保护和利用研究[J].农家参谋，2020（22）：96-97.

[5] 郝展宏，沙野，米国华.东北地区玉米秸秆覆盖技术应用现状与对策[J].玉米科学，2021，29（3）：100-110.

[6] 吴姗姗，牛健植，蔺星娜.京郊延庆农田保护性耕作措施对土壤风蚀的影响[J].中国水土保持科学，2020，18（1）：57-67.

Reach on Effect of Conservation Tillage on Suppressing Dust

in Seasonal Bare Farmland

DUAN Gailian1， WANG Wenjing 2， CHEN Weiwen1， WANG Lanyue1， XING Guangqing1

（1. Beijing Changping District Agricultural Service Center， Beijing 102299， China; 2. College of Engineering， China Agricultural University， Beijing 100083， China）

Abstract： In order to solve the serious dusting problem of seasonal bare farmland in Beijing， a comparative experiment of conservation tillage and traditional tillage was carried out in Changping district. The results show that： Conservation tillage can increase the average surface soil moisture content by 1.2%， increase the surface coverage by 16.2%， reduce the soil drifting by 38.34%， and reduce the large dust particles near the surface of 0～60 cm by 21.2% and the small and medium dust particles at the surface of 60～150 cm by 18.4%. The effect of dust suppression on bare farmland is remarkable.

Key words： conservation tillage; soil drifting; farmland dust; suppress; effect