东北三省土壤风蚀天数时空变化及分区评述*

2022-05-20 08:32杨婉蓉刘志娟苏正娥高伟达任图生杨晓光
中国农业气象 2022年5期
关键词:东北三省天数风速

杨婉蓉,刘志娟**,苏正娥,高伟达,任图生,杨晓光

(1.中国农业大学资源与环境学院,北京 100193;2.中国农业大学土地科学与技术学院,北京 100193)

东北三省是中国重要粮食生产基地,粮食产量约占全国的1/5,在保障粮食生产中具有重要地位[1]。东北黑土区土壤有机质及养分含量较高,而近年来表层土壤流失严重,有机质含量下降,已对当地生态环境及农业生产带来不利影响[2]。其中风蚀是东北黑土区土壤有机质下降的主要因素之一,第三次水土流失普查数据显示,东北地区现有风蚀面积达3.4万km2,占黑土区总土地面积的12.3%[3]。旱风同期的气候特点使东北地区春冬季大风频发,同时近几十年来,农业生产强度增强,农田保护措施不足,导致土壤风蚀更加严重[4]。

影响东北地区农田土壤风蚀的因子包括风速、降水、土壤含水量、土壤质地、植被覆盖以及耕作方式等[5]。风是土壤风蚀产生的动力,风蚀速率与风速成正相关关系[6]。风蚀程度与近地层风速有着密切的关联,沙粒脱离静止状态开始运动的最小临界风速,即起动风速的研究对风蚀的研究很有意义[7]。王仁德等研究表明,农田土壤风蚀量随风速增加呈指数规律变化[8]。降水量也是影响风蚀的一个重要气象因素[9]。土壤的基本理化性质不同,也会对风蚀特征产生较大影响[10]。黑土有机质含量比风沙土高,有利于土壤团聚体的形成,从而土壤稳定性及抗风蚀能力较高[11]。董苗等研究表明,CaCO3含量为5%时,栗钙土和暗栗钙土的起动风速最大[12]。植被覆盖也能影响土壤风蚀的发生,研究表明,在其他条件相同时,裸地的风蚀强度最大[13]。除以上自然条件影响土壤风蚀外,人为的耕作措施对农田土壤风蚀亦产生影响。秸秆覆盖能够降低风蚀速率,在不同风速下,达到理想的防风效果所需要的秸秆覆盖度不同[14]。

东北地区的风速呈现出季节性变化规律,春季风速大,冬季小[15]。杨新等根据1951-2000年气象资料对典型黑土区6个站点的风蚀环境进行了分析,得出东北地区气候条件造成的土壤风蚀较严重,特别是春季,降水少,植被覆盖度低,土壤疏松,是全年最容易发生风蚀的时期[16]。在全球气候变化背景下,北半球大部分地区地面风速总体呈下降趋势[17],中国风速以减少趋势为主[18],且存在很强的季节性。范帅邦等[19]研究表明,1964-2019年辽宁省平均风速呈显著降低趋势,春季下降趋势最大。地表风速的改变将影响土壤风蚀发生的时空分布特征。现阶段关于风蚀的研究主要集中于干旱和半干旱地区的风蚀因子对风蚀量的影响[20],而针对气候变化对土壤风蚀的影响研究较少,特别是综合考虑风速和降水变化对风蚀发生天数的影响研究报道较少。本研究拟基于东北地区的实测风速资料,综合考虑风速和降水两个气象因素,解析东北三省不同区域不同耕作阶段日最大风速的变化规律,以及土壤风蚀发生天数的时空分布特征,以期为东北三省黑土地保护提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 数据及其来源

研究区域为东北三省即黑龙江、吉林和辽宁省。参照《中国农业自然资源和农业区划》可以分为辽河平原区(Ⅰ区)、长白山区(Ⅱ区)、松嫩平原区(Ⅲ区)、三江平原区(Ⅳ区)和小兴安岭区(Ⅴ区)[21]。各区域站点分布见表1和图1。

图1 东北三省5个分区和气象站点的分布Fig.1 Distribution of five regions and meteorological stations in the three provinces of Northeast China

表1 东北三省5个分区及各区域气象站点分布Table 1 Regionalization of five regions and meteorological stations in each region in the three provinces of Northeast China

辽河平原区(Ⅰ区)位于辽宁省西部,包括以辽河流域为主体的中部冲击平原,属于温带大陆性季风气候,年平均气温为7.0~11.0℃,年降水量在600~1100mm。主要种植玉米、水稻和大豆等作物[22]。

长白山区(Ⅱ区)包括吉林省东部、辽宁省东部和黑龙江省东南部,以山地丘陵为主,属于温带湿润性季风气候,年平均气温为2.5~3.6℃,年降水量在757~930mm。主要种植玉米、大豆和小麦等作物[23]。

松嫩平原区(Ⅲ区)位于黑龙江省西南部和吉林省西部,属温带大陆性半湿润、半干旱季风气候,年平均气温0.5~6.1℃,年降水量在400~600mm。主要种植玉米、大豆、小麦、马铃薯等作物[24]。三江平原区(Ⅳ区)位于黑龙江省东北部,属于寒温带湿润-半湿润大陆性季风气候,年平均气温为1.0~4.0℃,年平均降水量为384~886mm。主要种植玉米、水稻和大豆等作物[25]。

小兴安岭区(Ⅴ区)位于黑龙江省东北部,属于北温带大陆性季风气候,年平均气温为-1.0~1.0℃,年降水量为550~670mm。主要种植作物为大豆[26]。

1981-2017年各气象站点逐日降水量和日最大风速(10min平均最大值)来源于中国气象科学数据共享服务网(http://data.cma.cn)。由于日平均风速是指某一段时间内各次观测风速的算术平均值,无法体现当日的瞬时风速,使用日平均风速数据会低估风蚀的发生情况,故风速数据取日最大风速(10min平均最大值)。

1.2 风蚀起动风速

要使静止的土壤颗粒开始运动,需要一定的风力条件,当风速增大到某一临界值时,地表土壤颗粒开始运动,这个临界风速称为起动风速[27]。

风速和降水是影响风蚀发生的两个重要的气象因子[28]。降水能够改变沙粒的运动特性,并显著提高风蚀的起动风速。因此,综合考虑风速和降水量,确定不同降水情景下的起动风速指标,以判断风蚀是否发生。当日无降水时,采用5.7m·s-1作为风蚀发生的起动风速[29]。当降水量为0.1mm、0.2mm和0.3mm时,起动风速分别增至10.1m·s-1、16.9m·s-1和25.6m·s-1。当降水量超过0.3mm时,很难发生土壤风蚀。因此,参照文献[30],将10.1m·s-1、16.9m·s-1和25.6m·s-1分别定义为降水0.1mm、0.2mm和0.3mm当日的风蚀起动风速。

1.3 风蚀发生天数

在考虑每日降水量的情况下,确定每日起动风速,将日最大风速与起动风速进行比较,认为在日最大风速大于起动风速的情况下,该日存在风蚀的发生。

分阶段统计全年(即1-12月)、休耕期(10月-翌年3月)和播前1个月(4月)各等级日最大风速发生天数和风蚀发生天数。在作物生长季内,地表覆盖减小了地表风速[31],降低了风蚀,且在植被盖度超过70%时,基本不产生风蚀[32],故作物生长季(5-9月)暂不考虑。

1.4 数据处理

采用最小二乘法计算日最大风速和风蚀发生天数的时间变化趋势,要素的变化用一次线性方程表示[18],即

式中,y为样本,t为时间,b为线性回归系数,b>0表示y随时间变化呈增加趋势,b<0表示呈减少趋势。

基于式(2)计算每个分区的站点各时期风蚀发生天数占相应时期总天数的百分比,并基于各年代(即1981-1990年、1991-2000年、2001-2010年和2011-2017年)进行分析。

式中,P表示某个时期风蚀发生天数占相应时期总天数的百分比,dwe表示某个时期风蚀发生天数,dn表示该时期总天数。

2 结果与分析

2.1 不同耕作阶段日最大风速的时空变化

2.1.1 日最大风速分布

从全年(1-12月)来看(图2a1、a2、a3),按中国气象局风速与风力等级划分标准,东北三省日最大风速一般在0-6级范围内,仅个别站点个别年份出现了7级及以上风速。1981-2017年,整个研究区域全年日最大风速在0-3级(风速为0~5.4m·s-1)、4-6级(风速为5.5~13.8m·s-1)和7级及以上(风速为13.9m·s-1以上)平均出现天数分别为177d、184d和4d,占全年总天数的48.5%、50.4%和1.1%。全区各等级风速出现天数空间差异大,0-3级日最大风出现天数为84~298d(占23.0%~81.6%),日最大风速出现最多的站点为位于长白山区(Ⅱ区)的吉林省临江站,最少的站点为位于松嫩平原区(Ⅲ区)的黑龙江省通河站。4-6级日最大风出现天数为66~267d(18.1%~73.2%),日最大风速出现最多的站点为位于松嫩平原区(Ⅲ区)的黑龙江省通河站,最少的站点为位于长白山区(Ⅱ区)的吉林省临江站。7级及以上日最大风出现天数为0~31d(占0~8.5%),日最大风速出现最多的站点为位于三江平原区(Ⅳ区)的黑龙江省依兰站。可见,从全年来看,全年出现0-3级小风天数与4-6级大风天数占比相当,7级及以上大风仅个别年份出现。

从休耕期(10月-翌年3月)来看(图2b1、b2、b3),1981-2017年,整个研究区域休耕期日最大风速在0-3级、4-6级和7级及以上平均出现天数分别为92d、89d和2d,占整个休耕期的50.3%、48.6%和1.1%。全区各等级风速出现天数空间差异大,0-3级日最大风出现天数在34~158d(占18.7%~86.8%),日最大风速出现最多的站点为位于长白山区(Ⅱ区)的吉林省临江站,最少的站点为松嫩平原区(Ⅲ区)的黑龙江省通河站和三江平原区(Ⅳ区)的依兰站。4-6级日最大风出现天数在24~141d(13.2%~77.5%),日最大风速出现最多的站点为位于松嫩平原区(Ⅲ区)的黑龙江省通河站,最少的站点为位于长白山区(Ⅱ区)的吉林省临江站。7级及以上日最大风出现天数在0~22d(占0~12.1%),日最大风速出现最多的站点为位于三江平原区(Ⅳ区)的黑龙江省依兰站。可见,从休耕期来看,休耕期出现0-3级小风天数与4-6级大风天数占比相当,7级及以上大风仅个别站点个别年份出现。

从播前1个月(4月)来看(图2c1、c2、c3),东北三省播前日最大风速4-6级风发生明显多于0-3级风。1981-2017年,整个研究区域播前1个月日最大风速在0-3级、4-6级和7级及以上平均出现天数分别为7d、22d和1d,占整个播前1个月的23.4%、73.3%和3.3%。全区各等级风速出现天数空间差异大,0-3级日最大风出现天数为3~15d(占10.0%~50.0%),日最大风速出现最多的站点为位于长白山区(Ⅱ区)的吉林省临江站。4-6级日最大风出现天数为15~26d(50.0%~86.7%),日最大风速出现最多的站点均在辽河平原区(Ⅰ区)的辽宁省,最少的站点为位于长白山区(Ⅱ区)的吉林省临江站。7级及以上日最大风出现天数为0~4d(占0~13.3%),日最大风速出现最多的站点为位于三江平原区(Ⅳ区)的黑龙江省依兰站。可见,从播前1个月来看,播前1个月出现4-6级大风天数明显多于0-3级小风天数,7级及以上大风仅个别站点个别年份出现。

2.1.2 日最大风速变化趋势

从全年(1-12月)来看(图3a1、a2、a3),1981-2017年,整个研究区全年0-3级日最大风速出现天数呈增加趋势,平均每10年增加20.5d,4-6级和7级及以上日最大风速出现天数呈减少趋势,平均每10年分别减少18.1d和2.2d。0-3级、4-6级和7级及以上日最大风速线性变化趋势的变化范围在全区内差异较大,分别为-26.3~53.0、-49.5~26.2和-17.0~1.4d·10a-1。可见,对于东北三省大部分站点,0-3级日最大风的发生天数呈增加趋势,4-6级和7级及以上的日最大风呈减少趋势。而辽河平原区(Ⅰ区)的阜新站、长白山区(Ⅱ区)的鸡西站出现0-3级风速发生天数显著减少,4-6级风速发生天数呈显著增加的趋势。

从休耕期(10月-翌年3月)来看(图3b1、b2、b3),1981-2017年,整个研究区休耕期0-3级日最大风速呈增加趋势,平均每10年增加10.3d,4-6级和7级及以上日最大风速出现天数呈减少趋势,平均每10年分别减少9.3d和0.9d。0-3级、4-6级和7级及以上日最大风速线性变化趋势的变化范围在全区内差异较大,分别为-12.7~25.7、-24.9~12.5和-11.4~0.9d·10a-1。可见,东北三省大多数站点0-3级日最大风速发生天数呈增加趋势,但辽河平原区(Ⅰ区)的阜新站、长白山区(Ⅱ区)的鸡西站出现0-3级风速发生天数呈显著减少趋势。4-6级和7级及以上呈减少趋势,而辽河平原区(Ⅰ区)的阜新、长白山区(Ⅱ区)的鸡西、三江平原区(Ⅳ区)的富锦和依兰等站点4-6级风速发生天数呈显著增加趋势。

图3 1981-2017年东北三省不同阶段不同等级风速发生天数的平均线性变化趋势Fig.3 Linear trends of occurrence days of wind speed at different levels in different periods(1981-2017) in the three provinces of Northeast China

从播前1个月(4月)来看(图3c1、c2、c3),1981-2017年,整个研究区播前一个月0-3级日最大风速呈增加趋势,平均每10年增加1.3d,4-6级和7级及以上日最大风速出现天数呈减少趋势,平均每10年分别减少0.8d和0.6d。0-3级、4-6级和7级及以上日最大风速线性变化趋势的变化范围在全区内差异较大,分别为-2.1~4.9、-4.8~2.0和-2.0~0d·10a-1。可见,对于东北三省大部分地区站点,0-3级日最大风的发生天数呈增加趋势,4-6级和7级及以上的日最大风呈减少趋势。而辽河平原区(Ⅰ区)的阜新站、长白山区(Ⅱ区)的鸡西站出现0-3级风速发生天数显著减少,4-6级风速发生天数呈显著增加趋势。

2.1.3 日最大风速出现天数占比

经统计,1981-2017年各区不同阶段不同等级风速发生天数所占百分比见表2。由表中可见,从全年(1-12月)尺度来看,5个分区日最大风速在0-3级、4-6级和7级及以上的平均出现天数差异很大,表现出明显的区域特点。0-3级日最大风速出现天数最多为小兴安岭区(Ⅴ区),最少的为三江平原区(Ⅳ区);4-6级日最大风速出现天数最多的为三江平原区(Ⅳ区),最少的为小兴安岭区(Ⅴ区)。辽河平原区(Ⅰ区)和三江平原区(Ⅳ区)0-3级日最大风速出现天数大于4-6级,7级及以上日最大风速出现天数各区域差异较小。可见,从全年来看,长白山区(II区)和小兴安岭区(Ⅴ区)发生0-3级小风的天数相对较多、4-6级大风天数相对较少;辽河平原区(Ⅰ区)和三江平原区(Ⅳ区)则相反,发生0-3级小风天相对较少、4-6级大风天相对较多;松嫩平原区(III区)0-3级和4-6级发生天数占比相当。各区发生7级及以上大风发生天数的差异不大,相对而言,三江平原区(Ⅳ区,2.7%)和辽河平原区(Ⅰ区,1.3%)发生的天数较多。

表2 各区不同阶段不同等级风速发生天数占比(%,1981-2017年统计)Table 2 Proportion of occurrence days of wind speed at different levels in five regions (%,1981-2017 statistics)

从休耕期(10月-翌年3月)来看,1981-2017年5个分区0-3级日最大风速出现天数最多的为小兴安岭区(Ⅴ区),最少的为三江平原区(Ⅳ区)。4-6级日最大风速出现天数最多的为三江平原区(Ⅳ区),最少的为小兴安岭区(Ⅴ区)。其中辽河平原区(Ⅰ区)和三江平原区(Ⅳ区)0-3级日最大风速出现天数大于4-6级风,7级及以上日最大风速出现天数各区域差异较小。可见,从休耕期来看,日最大风发生天数在5个分区与全年表现出相似的规律,即长白山区(II区)和小兴安岭区(Ⅴ区)发生0-3级小风的天数相对较多、4-6级大风天数相对较少;辽河平原区(Ⅰ区)和三江平原区(Ⅳ区)则相反,发生0-3级小风天相对较少、4-6级大风天相对较多;松嫩平原区(III区)0-3级和4-6级发生天数占比相当。各区发生7级及以上大风发生天数的差异不大,相对而言,三江平原区(Ⅳ区,3.4%)发生的天数较多。

从播前1个月(4月)来看,1981-2017年5个分区0-3级日最大风速出现天数最多的分区为小兴安岭区(Ⅴ区),最少的分区为辽河平原区(Ⅰ区)。4-6级日最大风速出现天数最多的分区为辽河平原区(Ⅰ区),最少的分区为小兴安岭区(Ⅴ区)。5个分区播前1个月0-3级日最大风速出现天数均明显小于4-6级风,7级及以上日最大风速出现天数各区域差异较小,可见,从播前1个月来看,5个分区均发生0-3级小风天数相对较少、4-6级大风天相对较多。各区发生7级及以上大风发生天数的差异不大,相对而言,三江平原区(Ⅳ区,5.3%)发生的天数较多。

2.2 不同耕作阶段风蚀发生天数时空变化

2.2.1 风蚀发生天数分布

在综合考虑风速和降水量两个气象因子变化条件下,从全年(1-12月)来看(图4a),1981-2017年整个研究区风蚀发生天数平均为128d,占全年的35%,全区变化范围为32~212d,高值区(大于200d)集中在辽河平原区(Ⅰ区)的辽宁省黑山、瓦房店和大连站。低值区(低于40d)位于长白山区(Ⅱ区)的吉林省临江站。从休耕期(10月-翌年3月)来看(图4b),整个研究区休耕期风蚀平均发生天数为70d,占休耕期的38%,全区变化范围为12~122d,高值区(大于120d)位于三江平原区(IV区)的黑龙江省依兰站和辽河平原区(Ⅰ区)的辽宁省大连站。低值区(低于12d)位于长白山区(Ⅱ区)的吉林省临江站。从播前1个月(4月)来看(图4c),整个研究区播前风蚀平均发生天数为17d,占播前的57%,全区变化范围为9~22d,高值区(大于22d)位于辽河平原区(Ⅰ区),包括辽宁省的彰武、朝阳、黑山、锦州、熊岳和瓦房店站,风蚀平均发生天数为22d。低值区(低于9d)位于长白山区(Ⅱ区)的吉林省临江站。可见,东北三省在全年和休耕期风蚀发生情况相当,但播前1个月的风蚀发生相对较多。

图4 1981-2017年东北三省不同阶段平均土壤风蚀发生天数Fig.4 Average occurrence days of wind erosion in different periods (1981-2017) in the three provinces of Northeast China

2.2.2 风蚀发生天数变化趋势

在综合考虑日最大风速及降水量两个气象因子条件下,从全年(1-12月)来看(图5a),1981-2017年整个研究区大部分站点全年风蚀发生天数呈减少趋势,除辽河平原区(Ⅰ区)的阜新和长白山区(Ⅱ区)的鸡西呈显著增加趋势。全区平均每10年减少16d,区域内在-43~22d·10a-1范围变化。从休耕期(10月-翌年3月)来看(图5b),1981-2017年整个研究区大部分站点休耕期风蚀发生天数呈减少趋势。全区平均每10年减少10d,区域内在-24~4d·10a-1范围变化。从播前1个月(4月)来看(图5c),1981-2017年整个研究区大部分站点播前1个月风蚀发生天数呈减少趋势,除辽河平原区(Ⅰ区)的阜新和长白山区(Ⅱ区)的鸡西呈显著增加趋势。全区平均每10年减少1.1d,区域内在-4~2d·10a-1范围变化。可见,东北三省各个耕作阶段风蚀的发生都呈现出减少的趋势。

图5 1981-2017年东北三省不同阶段土壤风蚀发生天数的线性变化趋势Fig.5 Linear trends of occurrence days of soil wind erosion in different periods (1981-2017) in the three provinces of Northeast China

2.2.3 风蚀发生天数占比

图6为东北三省5个分区1981-2017年各年代受风速和降水综合影响的土壤风蚀发生天数占比,表3为各年代平均占比。可以看出,随着年代际变化,5个分区全年、休耕期和播前1个月各区域土壤风蚀发生天数均呈减少趋势。对比不同的耕作阶段,每个分区播前1个月的风蚀发生天数占比最大。但每个年代风蚀发生较多的地区存在差异。5个分区全年风蚀发生天数由多到少的排序为,辽河平原区(45.8%)、三江平原区(41.1%)、松嫩平原区(34.3%)、长白山区(29.2%)和小兴安岭区(26.7%)。休耕期风蚀发生天数由多到少的排序为,辽河平原区(50.5%)、三江平原区(49.9%)、长白山区(34.4%)、松嫩平原区(34.3%)和小兴安岭区(26.3%)。播前1个月风蚀发生天数由多到少的排序为,辽河平原区(66.0%)、松嫩平原区(59.8%)、三江平原区(56.7%)、长白山区(50.1%)和小兴安岭区(46.7%)。5个分区中,辽河平原区在不同耕作阶段风蚀发生天数均为最大。松嫩平原区虽然休耕期土壤风蚀发生频率较低,但播前1个月土壤风蚀发生严重。

表3 各区不同阶段土壤风蚀发生天数的年代占比(%,1981-2017年统计)Table 3 Decadal average proportion of occurrence days of soil wind erosion in five regions (%,1981-2017 statistics)

图6 1981-2017年东北三省5个分区各年代不同时期土壤风蚀发生天数占比Fig.6 Proportion of occurrence days of soil wind erosion in five regions of the three provinces of Northeast China in 1981-2017

3 结论与讨论

3.1 结论

东北三省全年0-3级、4-6级和7级及以上日最大风速年均发生天数分别占全年的48.5%、50.4%和1.1%,休耕期分别为50.3%、48.6%和1.1%,播前1个月分别为23.4%、73.3%和3.3%,全年与休耕期出现0-3级小风天数与4-6级大风天数占比相当,播前1个月出现4-6级大风天数明显多于0-3级小风天数。从1981-2017年时间变化趋势上来看,东北三省大部分区域0-3级日最大风速呈增加趋势,4级和4级以上的日最大风速呈减少趋势,各耕作阶段不同风速的变化频率基本保持一致。从5个分区来看,全年和休耕期表现出长白山区(II区)和小兴安岭区(Ⅴ区)发生0-3级小风的天数相对较多、4-6级大风天数相对较少;辽河平原区(Ⅰ区)和三江平原区(Ⅳ区)相反;松嫩平原区(III区)0-3级和4-6级发生天数占比相当。播前1个月,5个分区均发生0-3级小风天数相对较少、4-6级大风天相对较多。各耕作阶段5个分区发生7级及以上大风发生天数的差异不大,相对而言,三江平原区(Ⅳ区)发生的天数较多。

综合考虑日最大风速及降水量两个气象因子条件下,研究区域全年风蚀发生天数为35%,休耕期发生风蚀天数占该时期总天数的38%,播前1个月发生风蚀天数占该时期总天数的56.7%。播前1个月风蚀发生较为严重。研究期内东北三省大部分地区各个耕作阶段风蚀发生天数均呈减少趋势。其中,辽河平原区在不同耕作阶段风蚀发生天数均最大,因此,该地区应更加重视土壤保护性耕作措施的推广应用。松嫩平原地区虽然休耕期土壤风蚀发生频率较低,但播前1个月土壤风蚀发生严重,因此,在该地区播前1个月应尽量减少土壤扰动,降低土壤风蚀以保护黑土地。

3.2 讨论

东北三省全年日最大风速整体呈现减少趋势,其中日最大风速3级及以下风速呈增加趋势,4级及以上风速呈减少趋势,该结果与前人关于随着全球气候变暖平均风速下降的结论相一致[33],同时,亦与任景全研究的吉林省大风日数呈下降趋势的结果一致[34],即5m·s-1以下风速呈增加趋势。5m·s-1以上风速呈减少趋势。对比休耕期(10月-翌年3月),播前1个月(4月)4级及以上日最大风速发生较多,风速相对较大。

东北地区播前1个月(4月)风蚀发生较为严重,这与贾莲莲等关于北方风蚀气候因子指数最大值出现最多的月份为4月的结果相吻合[35]。同时发现辽河平原区和三江平原区是风蚀发生较为严重的地区,除此之外,松嫩平原区在播前1个月风蚀发生较为严重,因此,在未来农业生产中应该引起高度重视,通过改进耕作方式,如采取免耕减少土壤扰动,促进土地资源利用的可持续发展。

影响土壤风蚀的因素包括风速、降水、土壤含水量、土壤质地以及耕作方式。刘铁军等研究发现风蚀量与土壤表层质量含水量的关系符合对数分布[36]。李胜龙等研究表明,同高度下黑土垄作措施输沙量较免耕高。相同耕作条件下,地表覆盖对农田土壤侵蚀也存在差异性,即无覆盖输沙量最高,留茬次之,覆盖最低[37]。除此之外,东北地区的冻融作用会改变土壤理化性质,从而影响土壤风蚀的发生[38]。本研究重点探究在气候变化背景下,风速变化对土壤风蚀发生天数的可能影响,未考虑其他因素对土壤风蚀的影响,未来将结合土壤类型及农田耕作措施,深入探讨气候变化背景下东北地区土壤风蚀的发生发展规律及风蚀量的变化。

当前保护性耕作的土壤保护措施已经在东北地区广泛采用,该措施分为免耕、深松、垄作和覆盖等,这些措施通过减少对土壤的扰动,增加土壤表面的作物残茬覆盖,起到降低风蚀、保护黑土地的作用[39]。然而由于东北不同气候区土壤现状、风蚀发生特点以及种植模式存在差异,导致不同的保护性耕作措施在不同区域的适用性存在差异[40]。未来还需要综合考虑东北三省各区域气候及气候变化、土壤和农业生产现状,筛选并提出适合于东北三省不同区域的保护性耕作措施。

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