土壤结构改良剂、覆盖作物、秸秆覆盖应对农田土壤风蚀的效果比较
导 读
本文基于美国德克萨斯州大平原的土地，调查了覆盖作物冬季杂粮和夏季饲草幼苗的种植、地表秸秆覆盖高粱秸秆以及常用土壤结构改良剂聚丙烯酰胺（PAM）在田间风蚀中的作用。发现：1、冬季杂粮类的作物覆盖可减少土壤流失；2、夏季饲草也有相似效果，但与种植密度有关；3、高粱留茬的某些管理方法也可减少土壤流失；4、聚丙烯酰胺改良剂不能减少田间土壤流失。
原论文发表：ISCO 2004 - 13th International Soil Conservation Organisation Conference – Brisbane, July 2004 Conserving Soil and Water for Society: Sharing Solutions
作者：R.S. Van Pelt1, and T.M. Zobeck2
1USDA-ARS-SPA-CSRL. Wind Erosion and Water Conservation Research Unit, Big Spring, Texas, USA；2USDA-ARS-SPA-CSRL, Wind Erosion and Water Conservation Research Unit, Lubbock, Texas, USA
编译：鞠邦珉、李颖
风蚀是造成全球超过半亿公顷土地退化的原因，由此导致的飞砂会对农作物幼苗的伤害。此外，扬尘使能见度模糊不清，对空气、交通、机械乃至人类健康都有危害。
（1）几十年来，人们一直认识到保持植被或残留物生长的重要性（Call，1936年）。除了控制风蚀外，地表残留物的维护还可以通过增加渗透和减少径流来帮助节约用水（Onstad和Otterby，1979年）。
（2）而如果残渣的产生不足以保护表面，则可以实施保护性耕作以控制侵蚀（Fryrear和Bilbro，1984年）。但是，在半干旱地区耕作土壤会降低土壤有机质和团聚体的稳定性，从而导致土壤团聚体的分解、尺寸小于0.84 mm的易蚀颗粒也会增加（Unger，1999）。
（3）近年来，已经研究了许多可提高团聚体稳定性的土壤改良剂（Nadler等，1996），高分子量化合物聚丙烯酰胺（PAM）便是其中之一。PAM可以减少水蚀并增加犁沟灌溉田地的入渗量（Lentz and Sojka，2000）。而Armbrust（1999）确定PAM减少了在实验室中可用于侵蚀的疏松易蚀物质的数量，但在野外试验中并未降低土壤的易蚀性。
本研究通过维持农作物的表面覆盖率及农作物残留、施加表面胶结剂来控制风蚀。本文调查了生长中冬季杂粮和夏季饲草幼苗的多种密度，收获后高粱留茬管理技术以及几种不同比例的聚丙烯酰胺（PAM）在田间风蚀中的作用。实验地点位于美国德克萨斯州的南部大平原。
该研究发现：在所有种植密度下，冬季杂粮类作物的覆盖都可将土壤流失减少2-3个数量级；夏季饲草苗期最初减少了1-2的土壤流失，但5 kg/ha的种植密度随时间丧失了有效性；高粱站立茬的某些管理系统也减少了土壤流失；在任何施用量下PAM的表面施用都不能减少田间土壤流失。
下面是该研究的详细实验过程。根据该组实验的观察，结论如下：
一、保证覆盖作物健康生长可以控制风蚀引起的土壤流失，这也是最有效的方法。
1、在2001年2月4月的测量段内总共发生了12次风蚀事件。冬季杂粮覆盖作物在所有播种速率下都减少了风蚀（p <0.001）。
2、植被地与休耕地不同，但彼此之间没有显着差异。
3、所有植被带都将风蚀减少了2-3个数量级。在BSNE采样器中收集的沉积物可能是从调查区域附近的侵蚀表面运走的。
4、随着4月1日前后草根开始伸长，一个或多个盐析层采样器甚至出现完全没有沉积物的情况。
5、在与实验地接壤的植物园中，观察到了约0.15 m深、5 m宽的沙沉积区。这清楚地证明了覆盖作物的沉积物捕集效果。
二、如果某地降雨不足，条带播种的夏季谷物或者是牧草作物可以很有效地保护该地土壤，此外也不会消耗日后的土壤水分。
1、利用BSNE收集的沉积物样品对相同的12次风蚀事件进行土壤流失评估，以测试带状种植的夏季除霜饲草的减蚀效果，结果如图1所示。
2、在实验早期，所有播种速率下种植了夏季饲草的土地都减少了侵蚀（p <0.001）。保护水平不如植被覆盖的增加，但所有种植率的侵蚀减少了1-2个数量级。在整个测量期间，其他种植率在减少侵蚀方面仍然非常有效。
3、到3月初的第五次测试，由于自然风化和残留物的降解，3 kg/ha的种植率开始失去作用。随着时间推移，效果持续减弱，直到在第11、12次测试中观察到的土壤流失比在没有保护措施的对照中几乎或更多。
图1.四种夏季饲草的种植率与平均土壤流失率的关系
三、管理现有的站立状态的作物残留物、为下一茬作物预留位置，这是一种有效的方法。如此则不需额外的种子或进行种植，可节约成本。
1、在2003年2月4月的测量期间内总共发生了5次风蚀事件。有效管理经济作物中的残留物可能是最经济有效的控制风蚀的方法。
2、图2中显示的SLR数据显示了如何通过不同的管理和耕作系统有效控制风蚀。前两个风蚀事件的数据表明，修剪残茬可能会导致最大程度的侵蚀。
3、三月下旬的雨水使土壤骨架分解，从那时到测量期结束，所有表面残留物的处理都比耕种的土壤流失少（p <0.006）。
4、对于所有情况，最有效的处理方法是保留全高留茬（将行间土壤移至行内）。作物残渣的影响与定向的土壤粗糙度结合在一起，将产生5％的土壤损失。
图2.收获后高粱残留量的四个管理方案的平均土壤流失率和标准差。
四、而应用化学物质PAM似乎不能有效控制风蚀引起的土壤流失。
1、在任何施用量或方法下均未观察到PAM施用对土壤流失的治疗效果。
2、这个观察与Armbrust（1999）发现表面应用PAM对松散的易蚀材料，磨损或结壳强度没有明显影响的结论一致。该研究还发现PAM在增加骨架稳定性方面均无效。
3、值得注意的是，残留物覆盖区的湿集料稳定性高于休耕区，这表明即使有机物的少量增加也可能对该重要参数产生积极影响。
4、在应用PAM之前和第一次降雨事件之后数据表明PAM确实增加了渗透，但残留物在增加渗透方面更有效。
5、根据该研究对PAM在便携式土壤盘上进行野外喷洒表面处理的实验室调查，PAM并没有减少在任何施用率下模拟降雨事件（13mm）所导致的聚集体崩解。
6、虽然PAM确实在第一次施用后的模拟降雨事件中以1、2和4 kg/ha的施用量减少了地壳表面松散的沙粒状磨料的产生，但随后的模拟未观察到这种影响下雨事件。在雨后结皮土壤的风洞测试中，PAM的表面应用也没有减少粉尘排放。
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