黑土区的水土保持效益分析范文

1材料与方法

1.1研究区概况本研究选择吉林省伊通满族自治县毯子房小流域为典型试验区，地貌类型为漫川漫岗地。流域内土地总面积15.40km2，水土流失面积为7.89km2，其中坡耕地水土流失面积达5.77km2，占水土流失总面积的73.13%。该流域位于吉林省中部伊通河畔，地理坐标为E125°11''''15″，N43°35''''30″，海拔在253.2～328.5m之间，属温带大陆性季风气候，多年平均气温4.6℃，≥10℃有效积温2797.3℃，年均日照时间2536h，无霜期149d，最大冻土深160cm，多年平均降水量610mm。其中7—9月降水量311mm，占全年降水量的51%。流域内的土壤组成有河淤土、黑土、黑黏土、黑钙土等，植被以人工林为主，主要种植作物为玉米(Zeamays)和大豆(Glycinemax)。

1.2试验布设

本试验开始于2009年，共设置4个处理，分别为留茬、轮作、秸秆还田及对照处理(表1)，每个处理3次重复。试验区平均坡度在6°～7°之间，小区规格为20m×5m，共12个试验小区。于2009年在试验小区内种植玉米，轮作小区种植大豆作物，2010年各小区均种植玉米，采用除草剂除草。

1.3观测与分析

1.3.1土壤密度按照对角线采样法，分0～20和20～40cm采集土样，12个小区共采集120个土样，采用环刀法测定土壤密度，计算试验小区土壤密度平均值，测定结果见表2。

1.3.2颗粒分析利用MS2000激光粒度分析仪进行颗粒分析，土壤机械组成颗粒划分采用美国制。

1.3.3土壤养分指标土壤养分指标测定均采用常规土壤化学分析法，样品经过自然风干、研磨后分别过1和0.25mm筛。土壤有机质采用硫酸重铬酸钾法，土壤全氮采用半微量凯氏定氮法并利用全自动凯氏定氮仪(FOSSKjeltec8400)进行测定，全磷采用NaOH熔融钼锑抗比色法测定。

1.3.4径流量及泥沙量利用试验区自计雨量计记录降雨量、降雨强度和降雨历时，在每次发生降雨产流后，将径流桶中泥沙和径流搅拌均匀，测量出径流桶中的水位。然后从径流桶(高100cm、内径100cm)中取出一定量的水沙混合样，静置48h后，达到泥沙彻底分离，过滤后将泥沙样品烘干称量，同时测量出径流量，泥沙中的土壤养分质量分数测定方法均参照常规土壤理化分析方法。研究区域降雨主要集中在7—9月，本研究测定分析了2011年7—9月的6次最大可蚀性降雨(表3)产生的径流量和泥沙量。

2结果与分析

2.1径流量分析

图1是研究区4种不同耕作方式下6次最大可蚀性降雨产生的径流量对比分析图，分析可知，在6次不同降雨中，对照小区产生的径流量均高于3个不同耕作处理小区，秸秆还田处理小区产生径流量最少。其中:在降雨场次1中，径流产生量大小表现为对照＞轮作＞留茬＞秸秆还田，与对照处理相比较，轮作、留茬和秸秆还田3种不同耕作小区产径流量分别减少42.9%、46.4%和64.3%;降雨场次2中，径流产生量大小表现为对照＞留茬＞轮作＞秸秆还田，与对照处理相比，留茬、轮作和秸秆还田3种耕作措施下径流量分别减少36.4%、45.5%和63.6%;降雨场次3中，径流产生量表现为对照＞留茬＞轮作＞秸秆还田，留茬、轮作和秸秆还田3种耕作处理小区分别比对照小区径流量减少37.1%、42.9%和60.0%;降雨场次4中，径流产生量大小表现为对照＞留茬＞轮作＞秸秆还田，与对照处理相比，留茬、轮作和秸秆还田3种耕作处理小区径流量分别减少48.1%、51.9%和66.7%;降雨场次5和6中，径流量大小均表现为对照＞留茬=轮作＞秸秆还田，与对照处理相比，留茬和轮作处理径流量均分别减少44.4%和39.3%，在降雨场次5和6中秸秆还田比对照分别减少63.0%和60.7%。以上分析说明，降雨量越大，越容易产生地表径流，留茬、轮作和秸秆还田措施均能够有效减少径流量，发挥显著的保水效果，其中秸秆还田能够较好的改善土壤结构，增加土壤团聚体，增加土壤入渗率，产径流量最少。

2.2泥沙量分析

图2是研究区不同耕作方式下6次最大可蚀性降雨产生的泥沙量对比分析图，分析可知，在6次不同场次降雨中，对照小区产生的泥沙量均高于留茬、轮作和秸秆还田3个不同耕作处理，泥沙产生量大小均表现为对照＞留茬＞轮作＞秸秆还田。其中:在降雨场次1中，与对照处理相比，留茬、轮作和秸秆还田泥沙减少量分别为76.3%、77.1%和86.3%;降雨场次2中，泥沙减少量分别为75.5%、77.4%和86.0%;降雨场次3中，泥沙减少量分别为75.3%、77.3%和85.4%;降雨场次4中，泥沙减少量分别为76.8%、77.7%和86.4%;降雨场次5中，泥沙减少量分别为76.0%、77.1%和86.2%;降雨场次6中，泥沙减少量分别为76.5%、77.9%和86.1%。以上分析说明，可蚀性降雨量越大，土壤侵蚀量越大，并且与对照处理相比，留茬、轮作和秸秆还田3种技术措施能够有效减少土壤侵蚀，发挥显著的保土效果，其中秸秆还田能够有效改善土壤结构与性状，增强土壤间的黏结能力，起到最为显著的保土抗蚀效果。

2.3土壤养分流失量分析

在土壤侵蚀发生过程中，土壤养分的流失既包括随土壤流失而流失的养分，也包括径流中溶解的土壤养分，其中养分流失主要为土壤中养分的流失。本研究对4种不同耕作处理小区冲刷泥沙中的土壤养分质量分数和各处理土壤养分流失总量分别进行测定(表4和表5)。由表4分析可知，与对照小区相比，留茬、轮作和秸秆还田3种不同耕作处理冲刷泥沙中有机质质量分数分别减少56.6%、62.8%和81.4%，全氮质量分数分别减少53.3%、60.0%和80.0%，全磷质量分数分别减少38.5%、61.5%和84.6%。由表5分析可得，不同耕作方式下3种土壤养分流失量大小顺序均表现为对照＞留茬＞轮作＞秸秆还田，与对照小区相比较，留茬、轮作和秸秆还田不同处理下3种土壤养分流失总量减幅均到达到85%以上。分析表明，与横垄对照相比，留茬、轮作和秸秆还田3种耕作技术措施能够显著减少研究区坡耕地土壤养分的流失，并且秸秆还田对于土壤养分流失量的减少效果最佳。原因一方面可能是轮作和保护性耕作措施处理通过减少土壤泥沙径流量控制土壤养分流失，另一方面可能是其通过改善土壤自身结构与性状减少土壤中养分流失。

3结论与讨论

1)留茬、轮作及秸秆还田不同耕作措施均能够发挥显著的保水保土作用。在6次最大可蚀性降雨中，3种耕作措施下径流量和泥沙量分别比横垄对照减少36.4%～66.7%和75.2%～86.4%，并且秸秆还田的水土流失防治效果最佳，原因主要是是秸秆通过腐化分解能够增加土壤中有机质质量分数，从而改善土壤结构性状，增加土壤团聚体，增强土壤抗冲抗侵蚀能力。

2)留茬、轮作及秸秆还田不同耕作措施均能够有效控制土壤养分流失。与横垄对照相比，留茬、轮作和秸秆还田耕作方式下，冲刷泥沙中土壤有机质质量分数分别减少56.6%、62.8%和81.4%，全氮质量分数分别减少53.3%、60.0%和80.0%，全磷质量分数分别减少38.5%、61.5%和84.6%，并且不同处理下3种土壤养分流失总量均比对照处理减少85%以上，其中秸秆还田耕作措施控制土壤养分流失效果最佳，能够通过降低土壤侵蚀量和改善土壤自身结构性状显著减少土壤养分流失。

作者：许晓鸿隋媛媛张瑜王永丰刘明义刘艳军单位：吉林省水土保持科学研究院