我國(guó)保護(hù)性耕作對(duì)土壤風(fēng)蝕的影響研究

摘要：為探討保護(hù)性耕作措施對(duì)農(nóng)田土壤風(fēng)蝕的影響，通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)，以“免耕或保護(hù)性耕作并且土壤風(fēng)蝕”為主題，檢索至2020年底公開(kāi)發(fā)表的中文期刊論文，對(duì)檢索到的論文進(jìn)行整理分析。結(jié)果表明，我國(guó)保護(hù)性耕作對(duì)土壤風(fēng)蝕的田間試驗(yàn)均來(lái)自北方干旱、半干早農(nóng)田，研究方法以集沙儀野外測(cè)量為主；保護(hù)性耕作研究中對(duì)土壤風(fēng)蝕方面的研究占比較少，產(chǎn)量效應(yīng)一直是保護(hù)性耕作的研究重點(diǎn)，綜合相關(guān)研究分析，保護(hù)性耕作平均可減少農(nóng)田土壤風(fēng)蝕量71.2%；保護(hù)性耕作減少農(nóng)田土壤風(fēng)蝕具有普遍性，少量研究認(rèn)為保護(hù)性耕作不能減少農(nóng)田土壤風(fēng)蝕量。

關(guān)鍵詞：免耕；保護(hù)性耕作；土壤風(fēng)蝕；集沙儀

中圖分類號(hào)：S34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1795（2023）03-0124-04

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.03.023

0引言

為解決我國(guó)北方地區(qū)嚴(yán)重干旱和水土流失問(wèn)題，保護(hù)性耕作于20世紀(jì)90年代被引入中國(guó)。傳統(tǒng)耕作造成的土壤侵蝕退化推動(dòng)了保水保土新耕作方法的探索，以免耕為核心的保護(hù)性耕作技術(shù)于20世紀(jì)80年代成為美國(guó)主流耕作技術(shù)。我國(guó)關(guān)于保護(hù)性耕作研究，近20年來(lái)，在農(nóng)學(xué)與農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域受到較多的關(guān)注。以“保護(hù)性耕作”為主題，在中國(guó)知網(wǎng)（www.cnki.net）查詢顯示：1998年之前有關(guān)保護(hù)性耕作的文獻(xiàn)每年不足10篇，2002年達(dá)到100篇以上，之后每年近400篇左右。對(duì)檢索文獻(xiàn)分析表明，保護(hù)性耕作的研究涵蓋土壤理化性狀、作物產(chǎn)量、溫室氣體排放及土壤風(fēng)蝕等多個(gè)領(lǐng)域。盡管保護(hù)性耕作的初衷是減少因常規(guī)耕作所引起的土壤風(fēng)蝕，但尚未發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)梳理保護(hù)性耕作對(duì)土壤風(fēng)蝕影響的報(bào)道，保護(hù)性耕作對(duì)土壤風(fēng)蝕的影響也未見(jiàn)全面和綜合的研究，已有的研究多關(guān)注于特定區(qū)域內(nèi)保護(hù)性耕作對(duì)土壤風(fēng)蝕的影響。因此，本研究通過(guò)對(duì)相關(guān)保護(hù)性耕作對(duì)土壤風(fēng)蝕影響的文獻(xiàn)進(jìn)行整理歸納，為我國(guó)保護(hù)性耕作在土壤風(fēng)蝕方面的研究提供參考。

1材料與方法

通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)（www.cnki.net），以“免耕或保護(hù)性耕作并且土壤風(fēng)蝕”為主題，檢索2020年12月31日前公開(kāi)發(fā)表的中文期刊論文共181篇，按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選：①須為試驗(yàn)論文，綜述類論文及學(xué)位論文不進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；②田間試驗(yàn)或風(fēng)洞試驗(yàn)；③有試驗(yàn)地或試驗(yàn)區(qū)概況的描述；④有保護(hù)性耕作與常規(guī)耕作土壤風(fēng)蝕量的對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在此標(biāo)準(zhǔn)下，共篩選出論文69篇，構(gòu)成本研究的基礎(chǔ)材料。

2結(jié)果與分析

2.1研究區(qū)域分布

土壤風(fēng)蝕成因總體上歸咎于自然因素、人為因素及其相互作用，自然因素包含氣候、土壤、植被和地形等。因自然因素的差異，我國(guó)土壤風(fēng)蝕主要發(fā)生在北方干旱、半干旱及部分半濕潤(rùn)地區(qū)。因此，有關(guān)土壤風(fēng)蝕的研究也主要集中在北方地區(qū)，69篇論文的試驗(yàn)研究分布區(qū)域充分反映了這一情況。

69篇論文田間試驗(yàn)區(qū)域分析發(fā)現(xiàn)，土壤風(fēng)蝕研究全部集中在我國(guó)北方區(qū)域，覆蓋了北方10個(gè)省級(jí)行政區(qū)，如表1所示。與陳渭南等認(rèn)為我國(guó)土壤風(fēng)蝕主要發(fā)生于北方干旱、半干旱地區(qū)的結(jié)果一致。風(fēng)蝕研究區(qū)域最多的是內(nèi)蒙古自治區(qū)，占研究區(qū)域的36%。沿土壤風(fēng)蝕研究覆蓋區(qū)域與未研究區(qū)域分界劃線，與400 mm等降水量線走勢(shì)基本吻合，也與董玉祥等繪出的中國(guó)干旱半干旱地區(qū)年風(fēng)蝕氣候因子等值線圖高度一致。

2.2土壤風(fēng)蝕量測(cè)定方法

土壤風(fēng)蝕研究中，風(fēng)蝕物的收集是關(guān)鍵。土壤風(fēng)蝕量的野外測(cè)量方法有風(fēng)蝕盤法、插釬法、陷阱誘捕法、集沙儀測(cè)定法、風(fēng)蝕觀測(cè)板法、掃描攝影法和風(fēng)蝕圈法等，由于沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，難以對(duì)風(fēng)蝕的研究結(jié)果進(jìn)行比較與集成。目前，土壤風(fēng)蝕量的野外測(cè)量方法主要有集沙儀法和風(fēng)蝕圈法兩種。集沙儀法是在地面不同高度安裝采樣器，通過(guò)尾翼的作用使采樣器人風(fēng)口保持正對(duì)風(fēng)向，定期取出采樣器收集的沙塵，烘干稱質(zhì)量計(jì)算風(fēng)蝕量，如圖1所示。風(fēng)蝕圈法是將已知直徑和高度的風(fēng)蝕圈埋放田間，保持風(fēng)蝕圈內(nèi)土壤表層與地面相平，一定時(shí)間后取回風(fēng)蝕圈，根據(jù)放前和取后風(fēng)蝕圈內(nèi)干土質(zhì)量差值計(jì)算風(fēng)蝕量，如圖2所示。除野外測(cè)量外，還可通過(guò)采集野外原狀土樣，在人為創(chuàng)設(shè)的風(fēng)洞條件下經(jīng)模擬試驗(yàn)估算風(fēng)蝕量，如圖3所示。風(fēng)洞模擬試驗(yàn)又分為室內(nèi)風(fēng)洞和室外風(fēng)洞兩種。

在篩選出的69篇試驗(yàn)論文中，野外測(cè)量與風(fēng)洞模擬的試驗(yàn)論文數(shù)量分別為44和26篇（其中1篇同時(shí)進(jìn)行了風(fēng)洞模擬和野外測(cè)量），兩者分別占研究總量的63.8%和37.7%。在44篇野外測(cè)量中，集沙儀法和風(fēng)蝕圈法數(shù)量分別為22和10篇，分別占研究總量的50%和22.7%，其他涉及的有風(fēng)蝕盤法、插釬法和揚(yáng)塵測(cè)定法等。在26篇風(fēng)洞模擬試驗(yàn)中，室內(nèi)風(fēng)洞17篇、室外風(fēng)洞9篇，室內(nèi)風(fēng)洞占比65.4%。

2.3土壤風(fēng)蝕研究年度變化趨勢(shì)

以“保護(hù)性耕作”為主題，在中國(guó)知網(wǎng)檢索到的最早論文是UNGERPW等的《保護(hù)性耕作制》（《土壤學(xué)進(jìn)展》I984（4）：28-35），主要對(duì)1961年以來(lái)有關(guān)保護(hù)性耕作制的重要問(wèn)題進(jìn)行述評(píng)。以“保護(hù)性耕作+土壤風(fēng)蝕”為主題，在中國(guó)知網(wǎng)檢索到的最早論文是臧英等的《國(guó)外農(nóng)田風(fēng)蝕發(fā)生機(jī)理與防治技術(shù)的研究》，主要介紹國(guó)外農(nóng)田風(fēng)蝕發(fā)生機(jī)理與防治技術(shù)。在此之后，關(guān)于保護(hù)性耕作對(duì)農(nóng)田土壤風(fēng)蝕的試驗(yàn)研究逐漸展開(kāi)。

為進(jìn)一步揭示保護(hù)性耕作措施下土壤風(fēng)蝕的研究趨勢(shì)，對(duì)“免耕或保護(hù)性耕作并且土壤風(fēng)蝕”為主題檢索到的181篇中文期刊論文按年度分析，如圖4所示。

由圖4可知，2002-2007年，土壤風(fēng)蝕研究處于快速上升期，2007年研究論文25篇，達(dá)到研究高峰，占近20年研究總量的I3.8%，此后研究論文數(shù)量總體呈下降趨勢(shì)。

2.4土壤風(fēng)蝕研究在保護(hù)性耕作研究中的占比

保護(hù)性耕作研究涉及作物產(chǎn)量、土壤理化性狀、風(fēng)蝕、水蝕和溫室效應(yīng)等諸多領(lǐng)域。盡管保護(hù)性耕作源于土壤風(fēng)蝕引起的環(huán)境問(wèn)題，通過(guò)檢索保護(hù)性耕作試驗(yàn)研究論文發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是保護(hù)性耕作的產(chǎn)量效應(yīng)，還是保護(hù)性耕作對(duì)土壤容重的影響，均顯著高于在土壤風(fēng)蝕方面的研究。

2002-2020年，土壤風(fēng)蝕研究在保護(hù)性耕作研究中平均占比2.32%，如圖5所示。其中，2005-2008年土壤風(fēng)蝕研究占比較高，分別占保護(hù)性耕作研究的3.7%、4.6%、4.5%和3.8%，在此之后，土壤風(fēng)蝕研究數(shù)量呈下降趨勢(shì)。

2.5保護(hù)性耕作對(duì)土壤風(fēng)蝕的影響

在保護(hù)性耕作對(duì)土壤風(fēng)蝕影響的試驗(yàn)研究中，無(wú)論是田間實(shí)測(cè)結(jié)果還是風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果，絕大部分表現(xiàn)為保護(hù)性耕作可以減少土壤風(fēng)蝕量，減少的程度因地區(qū)措施不同而有所差異。綜合文獻(xiàn)中給出的數(shù)據(jù)，保護(hù)性耕作與常規(guī)耕作相比平均可減小土壤風(fēng)蝕量71.2%。大部分對(duì)土壤風(fēng)蝕量的減小值都在50%以上。

在保護(hù)性耕作技術(shù)的覆蓋和耕作兩因素中，覆蓋對(duì)減小風(fēng)蝕的作用最大，覆蓋增加了地表粗糙度，而粗糙度與風(fēng)蝕量是負(fù)相關(guān)關(guān)系。藏英等iioi試驗(yàn)表明，在河北省北部的豐寧縣壩上地區(qū)免耕無(wú)覆蓋僅能減少14.17%的沙塵量。王麗學(xué)等研究認(rèn)為，在沈陽(yáng)市同樣免耕留茬的情況下，秸稈全覆蓋的土壤風(fēng)蝕量比無(wú)秸稈覆蓋可減少98.14%。

值得關(guān)注的是，胡立峰等研究結(jié)果表明，在河北省張北縣壩上地區(qū)草甸粟鈣土農(nóng)田試驗(yàn)無(wú)秸稈覆蓋的情況下，翻耕地比免耕地可減小土壤風(fēng)蝕量88.2%；王云超等研究表明，在同一地區(qū)采用在地面埋設(shè)集沙盤的“陷阱捕捉法”與埋設(shè)風(fēng)蝕盤的方法，也得到相似的結(jié)果，翻耕地比免耕地可減小土壤風(fēng)蝕量69.6%；王巖等利用國(guó)家發(fā)明專利“土壤風(fēng)蝕測(cè)定裝置”進(jìn)一步室內(nèi)模擬表明，壤質(zhì)草甸粟鈣土秋耕立垡覆被與傳統(tǒng)翻耕田相比，地表土壤風(fēng)蝕量降低92.21%。由此可以說(shuō)明，保護(hù)性耕作的應(yīng)用一定要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為保護(hù)性耕作一定能降低土壤風(fēng)蝕。

3結(jié)論與討論

（1）我國(guó)保護(hù)性耕作對(duì)土壤風(fēng)蝕的試驗(yàn)研究全部來(lái)自于北方干旱、半干旱農(nóng)田，研究區(qū)域基本集中在400 mm等降水量線的西北地區(qū)。因此，加強(qiáng)北方干旱、半干旱農(nóng)田，特別是冬春季節(jié)裸露農(nóng)田土壤風(fēng)蝕防控措施研究，既是穩(wěn)定該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵，也是保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境的必然要求。

（2）土壤風(fēng)蝕量的準(zhǔn)確測(cè)定是土壤風(fēng)蝕研究的前提。本研究篩選出的論文中在集沙儀和風(fēng)蝕圈兩種野外測(cè)量方法，占全部野外測(cè)量方法的72.7%，其中，應(yīng)用最多的是集沙儀法，占全部野外測(cè)量方法的50%，這與國(guó)際上應(yīng)用最多的是美國(guó)的BSNE集沙儀的情況相一致。盡管集沙儀法不能明確特定區(qū)域單位面積的風(fēng)蝕量，但可以對(duì)不同高度風(fēng)蝕物的粒徑分布和風(fēng)蝕物比例作出監(jiān)測(cè)，而保護(hù)性耕作的土壤風(fēng)蝕研究也是與常規(guī)耕作對(duì)比下的研究，因此，應(yīng)用集沙儀法完全可以達(dá)到研究的目的。

（3）我國(guó)保護(hù)性耕作對(duì)于農(nóng)田土壤風(fēng)蝕影響的研究始于21世紀(jì)初，盡管保護(hù)性耕作措施始于因土壤風(fēng)蝕引起的“黑風(fēng)暴”事件，但產(chǎn)量始終是農(nóng)田和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的核心，在保護(hù)性耕作研究中，產(chǎn)量效應(yīng)也一直是研究重點(diǎn)，有關(guān)農(nóng)田土壤風(fēng)蝕方面的研究?jī)H占2.32%。

（4）保護(hù)性耕作可以減少農(nóng)田土壤風(fēng)蝕量已在多地試驗(yàn)研究中證實(shí)，綜合文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，保護(hù)性耕作與常規(guī)耕作相比，平均可減少農(nóng)田土壤風(fēng)蝕量71.2%。而已有的關(guān)于翻耕比免耕可降低農(nóng)田土壤風(fēng)蝕量的研究也值得關(guān)注，說(shuō)明在減少農(nóng)田土壤風(fēng)蝕方面，保護(hù)性耕作的應(yīng)用存在一定的客觀條件，這也是值得進(jìn)一步研究的問(wèn)題。