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本文以紫色丘陵区坡耕地为研究对象,设置了无改良措施(CK)、单施生物炭(BC)、表施聚丙烯酰胺(PAM)和秸秆覆盖(SM)4种措施,利用室内外理化分析方法,从土壤结构特征、入渗特征和养分特征方面研究了不同保护性耕作措施对土壤理化性质的影响;从坡面产流量和产沙量分析了不同保护性耕作措施在控制坡耕地土壤侵蚀方面的差异特征,并通过灰色关联分析方法分析了不同降雨因子对产流产沙的影响;通过研究径流养分浓度以及养分流失量分析了不同保护性耕作措施对坡耕地养分控制的影响,并利用回归分析方法分析了养分流失量与径流量之间的关系;最后通过比较不同保护性耕作措施下的生物产量,并通过回归分析方法分析了生物产量与土壤结构及土壤养分之间的关系。研究结果可为紫色丘陵区坡耕地保护性耕作措施的选择提供有效理论依据。主要结论如下:(1)不同保护性耕作措施对土壤结构的影响有明显差异。特别在0—10cm土层,不同措施土壤容重表现为CK(1.24g/cm3)>BC(1.18g/cm3)>PAM(1.13g/cm3)>SM(1.11g/cm3),孔隙度规律则相反。不同措施下土壤团聚体以﹥5mm和5—2mm粒级为主,土壤大团聚体(>0.25mm)的含量表现为SM>PAM>BC>CK。不同措施团聚体平均重量直径依次为SM>PAM>BC>CK,并且随土层的增加而降低,分形维数规律与之相反。不同措施土壤团聚体有机碳随粒级表现出较大差异,均在0.5—0.25mm处达到峰值。(2)不同保护性耕作措施对土壤入渗的影响有较大差异。各措施土壤的入渗基本经历了强—弱—稳三个阶段,土壤入渗随时间的增加而逐渐减小,最后趋于一个稳定值。在0—30cm土层范围内,不同措施土壤入渗能力表现为SM>PAM>BC>CK,并且各措施土壤入渗能力随土层增加而降低,在0-10cm土层,土壤的入渗能力最强,SM、PAM、BC和CK初始入渗率分别为53.77mm/min、33.97mm/min、18.77mm/min和8.92mm/min,稳定入渗率分别为32.31mm/min、20.08mm/min、9.48mm/min和5.76mm/min之间。随着土层的增加,土壤的结构性变差,入渗性能降低。(3)不同保护性耕作措施对次降雨产流产沙的影响有较大差异。当降雨量在8.9—39.7mm之间且降雨类型为中、大雨时,各措施之间差异显著,但是当降雨量大于47.6mm且降雨类型达到暴雨以上级别时,不同措施在次降雨下的产流量和产沙量差异不明显,这说明只有当降雨量和降雨强度在一定范围内不同措施才发挥较好的减流减沙作用,当降雨量和降雨强度达到一定值后,不同措施减流减沙作用明显降低。累计产流量表现为CK(7.20L/m2)>BC(6.00L/m2)>PAM(5.22L/m2)>SM(4.75L/m2),累计产沙量表现为CK(0.108kg/m2)>BC(0.091kg/m2)>PAM(0.084kg/m2)>SM(0.075kg/m2)。灰色关联分析得到影响CK、BC产流量的主要降雨因子为降雨量,影响PAM和SM产流量的主要降雨因子为最大降雨强度,而影响各措施产沙量的主要降雨因子为降雨强度。回归分析表明产流量(y)与降雨量(x)具有极显著的线性函数关系(y=ax+b,a、b为系数);产沙量(y)与径流量(x)与具有极显著的幂函数关系(y=axb,a、b为系数),通过模型可以预测产流产沙的变化,为该区域坡耕地水土流失风险评估提供科学依据。(4)整个实验期间,各措施次降雨径流全氮、水解氮浓度变化范围分别为1.686—10.829mg/L、0.698—3.838mg/L;径流磷素浓度明显小于氮素,全磷、可溶性磷浓度分别为0.340—4.837mg/L、0.217—4.768mg/L。不同措施累计全氮流失量为CK(4018.61mg/100m2)>BC(3338.49mg/100m2)>PAM(2285.32mg/100m2)>SM(2708.85mg/100m2),水解氮累计流失量为CK(2029.36mg/100m2)>(BC1441.28mg/100m2)>(PAM1169.27mg/100m2)>(SM964.44mg/100m2),且各措施差异显著;不同措施全磷累计流失量分别为BC(961.73mg/100m2)>PAM(1058.6mg/100m2)>CK(1045.51mg/100m2)>SM(662.39mg/100m2),可溶性磷累计流失量分别为PAM(871.88mg/100m2)>BC(864.77mg/100m2)>CK(797.26mg/100m2)>SM(496.05mg/100m2),SM较其他措施显著减少。回归分析表明养分流失量与径流量呈明显的函数关系,其中CK措施养分流失量与径流量之间具有极显著的指数函数关系;BC、SM措施全氮、水解氮流失量与径流量具有极显著的二次曲线关系;BC、SM措施全磷、可溶性磷流失量以及PAM措施所有养分流失量与径流量均具有极显著的幂函数关系。该模型可以通过径流量变化来预测养分流失量,对于该区域养分流失及面源污染风险评估具有科学意义。(5)不同保护性耕作措施具有明显的增产效应。回归分析表明不同措施作物产量与MWD、分形维数、有机碳、全氮、水解氮有显著或极显著的线性关系,与全磷和可溶性磷线性关系不显著,此回归方程反映了实验区作物产量与土壤结构和养分的关系,可以通过土壤结构与养分含量变化来预测作物产量。(6)从土壤理化性质改良、减流减沙、养分控制及作物增产四个方面来看,SM措施具有更为明显的作用。说明秸秆覆盖在紫色土坡耕地具有较好的适宜性,可以作为紫色土坡耕地重要的农业措施。