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传统耕作导致的土壤再分配过程与机理已有较好的认识,但是,有关新型粉垄耕作将传统的翻耕碎土改成垂直旋削碎土对土壤再分配过程的影响研究较缺乏。为了全面认识耕作引起的土壤再分配机制和明确粉垄耕作技术在紫色土丘陵区的适应性,本文采用铝块示踪、模拟耕作、地形测量技术、典型元素指示法等定量研究方法,查明粉垄耕作对土壤垂直再分配的作用及耕作深度变化下土壤水平再分配特征,阐明坡度与机具走向对土壤位移及耕作侵蚀的影响,并提出紫色土粉垄耕作调控对策。主要结果和结论如下:
(1)粉垄耕作对土壤水平再分配的影响。
等高耕作条件下不同耕作深度的土壤平均耕作位移主要沿顺坡向下,且随着坡度增加顺坡平均耕作位移增大;坡度较缓时不同耕作深度的土壤顺坡平均耕作位移的差异较小,坡度较大时则差异较大,耕作深度为20cm时产生的顺坡平均耕作位移最大(-0.14 m),耕作深度为40cm时最小(-0.04 m);耕作深度增大,顺坡向下土壤净位移量和耕作侵蚀速率均减小。顺坡向上和向下耕作土壤平均耕作位移和净位移量沿顺坡向上,等高耕作则相反,且随坡度增大而增大,结果表明,粉垄耕作适合采用深耕和顺坡向上或向下耕作结合,有助于增加土层厚度和减小耕作侵蚀。
(2)粉垄耕作对土壤垂直再分配的影响。
等高耕作条件下不同耕作深度(20cm、30cm、40cm)时,约有45%~64%的铝块垂直向上移动,顺坡向上耕作时约有62%~76%的铝块垂直向上移动,顺坡向下耕作时约有62%~65%的铝块垂直向上移动;粉垄耕作过程中表现出明显的底层土向表层土迁移的现象,且耕作深度处的土壤迁移最多;粉垄耕作前上坡位土壤有机碳浓度小于下坡,表层土的土壤有机碳浓度为7.22g/kg~9.15g/kg,底层土的土壤有机碳浓度为4.09g/kg~5.34g/kg,有明显的表聚现象;耕作后有机碳变化特征与粉垄耕作土壤垂直再分配特征一致,表层土壤有机碳浓度显著减小与耕作深度相当的土层土壤有机碳浓度显著增加,表聚现象消失,各土层之间土壤有机碳浓度差异减小。结果表明粉垄耕作垂直再分配有助于活化深层土壤养分,有利于作物生长。
(3)粉垄耕作模式调控对策
粉垄耕作通过垂直螺旋型钻头增加土层厚度,减少土壤向下坡的净位移量,耕作深度越深坡度越大平均耕作位移和净位移量越小;顺坡向上或向下耕作的净位移量是沿顺坡向上的,坡度的增加平均耕作位移减小,即在一定的坡度范围内。顺坡向上耕作和顺坡向下耕作是紫色土区耕作顺坡向下位移最小的耕作方式;在顺坡向上耕作的条件下适合采用较大的耕作深度,在顺坡向下耕作时适合采用30cm等中等耕作深度;因此,粉垄机在紫色土坡耕地耕作应根据不同的地形特征合理选择耕作方式:耕作时应尽量选择深耕,坡度较小时需选择较大的耕作深度;粉垄耕作更适宜采用顺坡向上耕作和顺坡向下耕作,不宜采用等高耕作,粉垄耕作更适用于坡度较大的耕地。粉垄机垂直螺旋型轴之间的间距较大,可调节轴之间的间距或者耕作方向,减少拦挡的形成;需根据地形地貌特征改变粉垄机的长宽来适应紫色土丘陵区坡耕地独特的地形条件,使得粉垄机更加适合在紫色土区耕作;粉垄机操作复杂需简化粉垄机的操作步骤,使得这个机器在农民手中更加便利的使用,提高粉垄机在紫色土区的可推广性。
(1)粉垄耕作对土壤水平再分配的影响。
等高耕作条件下不同耕作深度的土壤平均耕作位移主要沿顺坡向下,且随着坡度增加顺坡平均耕作位移增大;坡度较缓时不同耕作深度的土壤顺坡平均耕作位移的差异较小,坡度较大时则差异较大,耕作深度为20cm时产生的顺坡平均耕作位移最大(-0.14 m),耕作深度为40cm时最小(-0.04 m);耕作深度增大,顺坡向下土壤净位移量和耕作侵蚀速率均减小。顺坡向上和向下耕作土壤平均耕作位移和净位移量沿顺坡向上,等高耕作则相反,且随坡度增大而增大,结果表明,粉垄耕作适合采用深耕和顺坡向上或向下耕作结合,有助于增加土层厚度和减小耕作侵蚀。
(2)粉垄耕作对土壤垂直再分配的影响。
等高耕作条件下不同耕作深度(20cm、30cm、40cm)时,约有45%~64%的铝块垂直向上移动,顺坡向上耕作时约有62%~76%的铝块垂直向上移动,顺坡向下耕作时约有62%~65%的铝块垂直向上移动;粉垄耕作过程中表现出明显的底层土向表层土迁移的现象,且耕作深度处的土壤迁移最多;粉垄耕作前上坡位土壤有机碳浓度小于下坡,表层土的土壤有机碳浓度为7.22g/kg~9.15g/kg,底层土的土壤有机碳浓度为4.09g/kg~5.34g/kg,有明显的表聚现象;耕作后有机碳变化特征与粉垄耕作土壤垂直再分配特征一致,表层土壤有机碳浓度显著减小与耕作深度相当的土层土壤有机碳浓度显著增加,表聚现象消失,各土层之间土壤有机碳浓度差异减小。结果表明粉垄耕作垂直再分配有助于活化深层土壤养分,有利于作物生长。
(3)粉垄耕作模式调控对策
粉垄耕作通过垂直螺旋型钻头增加土层厚度,减少土壤向下坡的净位移量,耕作深度越深坡度越大平均耕作位移和净位移量越小;顺坡向上或向下耕作的净位移量是沿顺坡向上的,坡度的增加平均耕作位移减小,即在一定的坡度范围内。顺坡向上耕作和顺坡向下耕作是紫色土区耕作顺坡向下位移最小的耕作方式;在顺坡向上耕作的条件下适合采用较大的耕作深度,在顺坡向下耕作时适合采用30cm等中等耕作深度;因此,粉垄机在紫色土坡耕地耕作应根据不同的地形特征合理选择耕作方式:耕作时应尽量选择深耕,坡度较小时需选择较大的耕作深度;粉垄耕作更适宜采用顺坡向上耕作和顺坡向下耕作,不宜采用等高耕作,粉垄耕作更适用于坡度较大的耕地。粉垄机垂直螺旋型轴之间的间距较大,可调节轴之间的间距或者耕作方向,减少拦挡的形成;需根据地形地貌特征改变粉垄机的长宽来适应紫色土丘陵区坡耕地独特的地形条件,使得粉垄机更加适合在紫色土区耕作;粉垄机操作复杂需简化粉垄机的操作步骤,使得这个机器在农民手中更加便利的使用,提高粉垄机在紫色土区的可推广性。