黑土区坡耕地不同秸秆还田方式的水土保持效果分析
发布时间：2021-07-23 02:23
为了揭示黑土区坡耕地不同秸秆还田方式的水土保持效果,基于野外原位坡耕地人工模拟降雨试验,以传统顺坡垄作处理为对照,分析50,100 mm/h降雨强度下3种具有代表性的秸秆还田方式（秸秆深还、秸秆碎混和免耕+残茬覆盖）对坡耕地产流产沙过程、径流量、侵蚀量及其减流减沙效益的影响。结果表明:（1）不同秸秆还田方式的产流率皆随降雨量的增加而增大,产流率和产沙率大小均表现为顺坡垄作>秸秆深还>秸秆碎混>免耕+残茬覆盖。（2）与顺坡垄作相比,50,100 mm/h降雨强度下,秸秆还田处理分别延缓产流时间14.0,4.8 min,产流时间的滞后可以体现秸秆还田措施的水土保持效果。（3）秸秆深还、秸秆碎混、免耕+残茬覆盖处理的平均减流效益分别为36.8%,53.9%,65.8%,平均减沙效益分别为84.9%,90.3%,96.8%。可见,免耕+残茬覆盖方式的水土保持效果最好,其次为秸秆碎混和秸秆深还。
【文章来源】：水土保持学报. 2020,34(06)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
不同秸秆还田方式下产流率随降雨量的变化
通过观察坡面产流时间发现,秸秆还田能够有效延长坡面径流汇集时间(图2)。与顺坡垄作对照处理相比,50,100 mm/h降雨强度下,免耕+残茬覆盖处理的坡面产流时间分别延后20.1,7.2 min,秸秆碎混处理的坡面产流时间分别延后13.9,4.8 min,秸秆深还处理的坡面产流时间分别延后8.1,2.4 min。表明秸秆还田方式对产流时间的影响表现为免耕+残茬覆盖>秸秆碎混>秸秆深还>顺坡垄作,即免耕+残茬覆盖处理对产流时间的延缓作用最明显。分析原因是秸秆全量覆盖比半量覆盖条件下减流效果更显著[10,25],且秸秆覆盖于地表对产流时间的延缓作用较秸秆还于地下的效果更好,即秸秆还田可使土壤水分入渗和持水能力增强,从而增加了径流在坡面的停留时间,这种产流时间的滞后是秸秆还田措施水土保持效果的重要体现[21]。车明轩等[26]研究表明,秸秆覆盖还田对初始产流时间具有一定滞后作用,且随降雨强度的增加而减少,本研究结果与之相似。在50 mm/h降雨强度下,秸秆还田处理的产流时间是顺坡垄作处理的2.4～4.5倍;在100 mm/h降雨强度下,秸秆还田处理的产流时间是顺坡垄作处理的2.0～4.0倍(图2)。表明随着降雨强度的增加,产流时间逐渐缩短,且不同秸秆还田方式对产流时间的延缓作用逐渐减小。这是由于降雨强度越大,雨滴打击和径流冲刷能力越大,导致径流汇集速度加快[23,26],其对坡耕地产流时间的影响逐渐超过秸秆还田方式的影响。
由图3可知,传统顺坡垄作处理产沙率随降雨量的变化呈现先快速增加后减小并逐渐趋于相对稳定的趋势,这是由于顺坡垄作坡面为裸露处理,降雨初期其坡面含有大量松散碎屑物质,径流优先搬运这些物质,导致产沙率迅速增加并达到峰值[27];其后,随着降雨的持续进行,坡面可供搬运的物质逐渐减少,导致其产沙率逐渐减小并趋向于相对稳定[21]。50,100 mm/h降雨强度下,顺坡垄作处理的稳定产沙率分别约为0.644,1.958 kg/(m2·h)。值得注意的是,秸秆还田处理的产沙率明显低于传统顺坡垄作,呈现比较稳定的变化趋势;但是,3种秸秆还田方式之间产沙率随降雨量的变化也具有一定的差异,其大小表现为秸秆深还>秸秆碎混>免耕+残茬覆盖。这是由于免耕+残茬覆盖处理对降雨和径流有最好的消减作用和调节作用,秸秆碎混处理次之,秸秆深还处理由于秸秆还田深度较深,且坡面无秸秆覆盖,所以其对径流的影响相对较小。径流水动力特征的差异导致其侵蚀能力和挟沙能力的差异,秸秆还田处理的产沙率虽然明显低于顺坡垄作处理,但是3种秸秆还田方式之间依然存在差异。表明秸秆还田措施在调节坡面径流过程的同时,也能有效控制坡面土壤侵蚀过程[11,28]。随着降雨强度的增加,相同秸秆还田方式的坡面产沙率均增大,且产沙率随降雨量变化的波动幅度也随之增大(图3)。原因是降雨强度越大,其降雨侵蚀力和径流侵蚀力越大,导致产沙率增加[23]。其中顺坡垄作处理产沙率随降雨量的变化在50,100 mm/h降雨强度下差异最明显。50 mm/h降雨强度下,降雨量达到8 mm时顺坡垄作处理开始产沙,产沙率逐渐增加至最大值1.394 kg/(m2·h),此后坡面产沙率缓慢下降,直至达到相对稳定阶段,此时产沙率为0.644 kg/(m2·h);100 mm/h降雨强度下,降雨量达到6 mm时顺坡垄作处理开始产沙,产沙率迅速增至最大值4.123 kg/(m2·h),此后坡面产沙率逐渐减小,直至达到相对稳定阶段,此时产沙率为1.958 kg/(m2·h)。与100 mm/h降雨强度相比,50 mm/h降雨强度下最大产沙率和稳定产沙率分别减小66.2%和67.1%。此外,随着降雨强度的增加,不同秸秆还田方式间产沙率随降雨量的变化差异也略有增加,但是增加幅度明显小于顺坡垄作处理。原因也是由于降雨强度及秸秆还田方式的变化可使坡面径流侵蚀能力和挟沙能力发生变化,从而影响产沙率变化特征[21,24]。表明降雨强度对不同秸秆还田方式的产沙率变化也有一定的影响[11]。因此,在筛选具体秸秆还田方式时,应充分考虑其对降雨雨滴动能以及径流侵蚀能力的消减作用,从而有效防治黑土区坡耕地土壤侵蚀。
【参考文献】：
期刊论文
[1]玉米秸秆还田及施磷量对黑土磷吸附与解吸特性的影响[J]. 龚振平,杜婷婷,闫超,马春梅,董守坤,孙洪超,李海瑞. 农业工程学报. 2019(22)
[2]黑土坡面不同粒级泥沙流失特征分析[J]. 沈海鸥,肖培青,李洪丽,牟廷森,贺云锋. 农业工程学报. 2019(20)
[3]东北黑土区不同坡段等间距植物篱减流减沙特征[J]. 苏鹏,贾燕锋,曹馨月,齐曦,张另威,赵鑫龙. 水土保持学报. 2019(03)
[4]免耕措施下黑土区坡耕地土壤肥力质量评价[J]. 闫雷,纪晓楠,孟庆峰,姜雪馨,周丽婷,李思莹,陈辰. 东北农业大学学报. 2019(05)
[5]不同秸秆还田模式对黑钙土团聚体特征的影响[J]. 高洪军,彭畅,张秀芝,李强,贾立辉,朱平. 水土保持学报. 2019(01)
[6]降雨强度和坡度对黑土区土质道路路面侵蚀特征的影响[J]. 沈海鸥,刘健,王宇,温磊磊,刘建祥,赵占军. 水土保持学报. 2017(06)
[7]降雨和汇流对黑土区坡面土壤侵蚀的影响试验研究[J]. 姜义亮,郑粉莉,温磊磊,沈海鸥,易祎. 生态学报. 2017(24)
[8]秸秆覆盖对岩溶区坡耕地产流产沙的影响[J]. 徐勤学,朱晓锋,方荣杰,江斌伟,陈洪松,付智勇,王克林. 水土保持学报. 2017(02)
[9]不同雨强、坡度对秸秆覆盖保持水土效果的影响[J]. 车明轩,宫渊波,Muhammad Naeem Khan,陈兆利,曾倩,兰依依. 水土保持学报. 2016(02)
[10]东北黑土区顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀过程对比[J]. 边锋,郑粉莉,徐锡蒙,卢嘉,覃超,吴红艳. 水土保持通报. 2016(01)
本文编号：3298392
【文章来源】：水土保持学报. 2020,34(06)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
不同秸秆还田方式下产流率随降雨量的变化
通过观察坡面产流时间发现,秸秆还田能够有效延长坡面径流汇集时间(图2)。与顺坡垄作对照处理相比,50,100 mm/h降雨强度下,免耕+残茬覆盖处理的坡面产流时间分别延后20.1,7.2 min,秸秆碎混处理的坡面产流时间分别延后13.9,4.8 min,秸秆深还处理的坡面产流时间分别延后8.1,2.4 min。表明秸秆还田方式对产流时间的影响表现为免耕+残茬覆盖>秸秆碎混>秸秆深还>顺坡垄作,即免耕+残茬覆盖处理对产流时间的延缓作用最明显。分析原因是秸秆全量覆盖比半量覆盖条件下减流效果更显著[10,25],且秸秆覆盖于地表对产流时间的延缓作用较秸秆还于地下的效果更好,即秸秆还田可使土壤水分入渗和持水能力增强,从而增加了径流在坡面的停留时间,这种产流时间的滞后是秸秆还田措施水土保持效果的重要体现[21]。车明轩等[26]研究表明,秸秆覆盖还田对初始产流时间具有一定滞后作用,且随降雨强度的增加而减少,本研究结果与之相似。在50 mm/h降雨强度下,秸秆还田处理的产流时间是顺坡垄作处理的2.4～4.5倍;在100 mm/h降雨强度下,秸秆还田处理的产流时间是顺坡垄作处理的2.0～4.0倍(图2)。表明随着降雨强度的增加,产流时间逐渐缩短,且不同秸秆还田方式对产流时间的延缓作用逐渐减小。这是由于降雨强度越大,雨滴打击和径流冲刷能力越大,导致径流汇集速度加快[23,26],其对坡耕地产流时间的影响逐渐超过秸秆还田方式的影响。
由图3可知,传统顺坡垄作处理产沙率随降雨量的变化呈现先快速增加后减小并逐渐趋于相对稳定的趋势,这是由于顺坡垄作坡面为裸露处理,降雨初期其坡面含有大量松散碎屑物质,径流优先搬运这些物质,导致产沙率迅速增加并达到峰值[27];其后,随着降雨的持续进行,坡面可供搬运的物质逐渐减少,导致其产沙率逐渐减小并趋向于相对稳定[21]。50,100 mm/h降雨强度下,顺坡垄作处理的稳定产沙率分别约为0.644,1.958 kg/(m2·h)。值得注意的是,秸秆还田处理的产沙率明显低于传统顺坡垄作,呈现比较稳定的变化趋势;但是,3种秸秆还田方式之间产沙率随降雨量的变化也具有一定的差异,其大小表现为秸秆深还>秸秆碎混>免耕+残茬覆盖。这是由于免耕+残茬覆盖处理对降雨和径流有最好的消减作用和调节作用,秸秆碎混处理次之,秸秆深还处理由于秸秆还田深度较深,且坡面无秸秆覆盖,所以其对径流的影响相对较小。径流水动力特征的差异导致其侵蚀能力和挟沙能力的差异,秸秆还田处理的产沙率虽然明显低于顺坡垄作处理,但是3种秸秆还田方式之间依然存在差异。表明秸秆还田措施在调节坡面径流过程的同时,也能有效控制坡面土壤侵蚀过程[11,28]。随着降雨强度的增加,相同秸秆还田方式的坡面产沙率均增大,且产沙率随降雨量变化的波动幅度也随之增大(图3)。原因是降雨强度越大,其降雨侵蚀力和径流侵蚀力越大,导致产沙率增加[23]。其中顺坡垄作处理产沙率随降雨量的变化在50,100 mm/h降雨强度下差异最明显。50 mm/h降雨强度下,降雨量达到8 mm时顺坡垄作处理开始产沙,产沙率逐渐增加至最大值1.394 kg/(m2·h),此后坡面产沙率缓慢下降,直至达到相对稳定阶段,此时产沙率为0.644 kg/(m2·h);100 mm/h降雨强度下,降雨量达到6 mm时顺坡垄作处理开始产沙,产沙率迅速增至最大值4.123 kg/(m2·h),此后坡面产沙率逐渐减小,直至达到相对稳定阶段,此时产沙率为1.958 kg/(m2·h)。与100 mm/h降雨强度相比,50 mm/h降雨强度下最大产沙率和稳定产沙率分别减小66.2%和67.1%。此外,随着降雨强度的增加,不同秸秆还田方式间产沙率随降雨量的变化差异也略有增加,但是增加幅度明显小于顺坡垄作处理。原因也是由于降雨强度及秸秆还田方式的变化可使坡面径流侵蚀能力和挟沙能力发生变化,从而影响产沙率变化特征[21,24]。表明降雨强度对不同秸秆还田方式的产沙率变化也有一定的影响[11]。因此,在筛选具体秸秆还田方式时,应充分考虑其对降雨雨滴动能以及径流侵蚀能力的消减作用,从而有效防治黑土区坡耕地土壤侵蚀。
【参考文献】：
期刊论文
[1]玉米秸秆还田及施磷量对黑土磷吸附与解吸特性的影响[J]. 龚振平,杜婷婷,闫超,马春梅,董守坤,孙洪超,李海瑞. 农业工程学报. 2019(22)
[2]黑土坡面不同粒级泥沙流失特征分析[J]. 沈海鸥,肖培青,李洪丽,牟廷森,贺云锋. 农业工程学报. 2019(20)
[3]东北黑土区不同坡段等间距植物篱减流减沙特征[J]. 苏鹏,贾燕锋,曹馨月,齐曦,张另威,赵鑫龙. 水土保持学报. 2019(03)
[4]免耕措施下黑土区坡耕地土壤肥力质量评价[J]. 闫雷,纪晓楠,孟庆峰,姜雪馨,周丽婷,李思莹,陈辰. 东北农业大学学报. 2019(05)
[5]不同秸秆还田模式对黑钙土团聚体特征的影响[J]. 高洪军,彭畅,张秀芝,李强,贾立辉,朱平. 水土保持学报. 2019(01)
[6]降雨强度和坡度对黑土区土质道路路面侵蚀特征的影响[J]. 沈海鸥,刘健,王宇,温磊磊,刘建祥,赵占军. 水土保持学报. 2017(06)
[7]降雨和汇流对黑土区坡面土壤侵蚀的影响试验研究[J]. 姜义亮,郑粉莉,温磊磊,沈海鸥,易祎. 生态学报. 2017(24)
[8]秸秆覆盖对岩溶区坡耕地产流产沙的影响[J]. 徐勤学,朱晓锋,方荣杰,江斌伟,陈洪松,付智勇,王克林. 水土保持学报. 2017(02)
[9]不同雨强、坡度对秸秆覆盖保持水土效果的影响[J]. 车明轩,宫渊波,Muhammad Naeem Khan,陈兆利,曾倩,兰依依. 水土保持学报. 2016(02)
[10]东北黑土区顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀过程对比[J]. 边锋,郑粉莉,徐锡蒙,卢嘉,覃超,吴红艳. 水土保持通报. 2016(01)
本文编号：3298392
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