坝上地区风蚀对农田土壤理化性质的影响

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中国北方农牧交错带农田风蚀沙化问题严重,造成土壤肥力损失和土地生产力下降。本文以河北坝上地区康保县作为典型研究区,采用模型估算、野外观测和室内试验分析等方法,对坝上地区农田在不同耕作条件下的土壤风蚀量进行估算,分析风蚀过程中土壤物质的损失特征,研究长期风蚀作用下农田土壤理化性质的变化。主要研究结果如下:(1)分别采用修正风蚀方程(以下简称RWEQ模型)和基于坝上地区自然环境建立的农田风蚀模型(以下简称WEEM模型)对康保县境内12个典型地块农田风蚀量进行估算,并与采用改进粒度对比法估算的农田风蚀量进行比较,优选出WEEM模型更适用于估算该区域农田土壤风蚀量。应用WEEM模型对康保县境内32处典型农田在翻耕耙平和留茬情境条件下的年均风蚀量进行估算。结果表明,翻耕耙平情境下农田土壤风蚀量在12.18-69.77 t·hm-2·a-1之间,平均为36.49 t·hm-2·a-1;留茬情境下农田土壤风蚀量在1.03-25.17 t·hm-2·a-1之间,平均为12.14 t·hm-2·a-1。留茬农田风蚀量仅为翻耕耙平情境条件下的1/3左右,因此农田留茬有助于减轻风蚀。由于研究区南北降水和风况差异的影响,研究区农田土壤风蚀量表现为由北向南逐渐递减的趋势。(2)研究区农田土壤风蚀物的理化性质受原位土壤影响,风蚀物中粘粉粒含量、<0.5mm团聚体含量、有机质和全氮百分含量均随原位土壤中相应物质含量的增加而增大;粘粉粒等细粒物质、有机质和氮素等养分在风蚀物中发生富集,其含量均明显高于原位土壤中相应物质含量,表明在风蚀过程中土壤细粒物质及黏附于细粒物质中的养分产生流失。翻耕耙平情境下农田土壤粘粒、粉砂、有机质、全氮年均损失量分别为1.17、7.64、0.67、0.04 t·hm-2·a-1,均高于留茬条件下农田土壤粘粒、粉砂、有机质、全氮年均损失量(分别为0.37、2.44、0.21、0.01 t·hm-2·a-1),说明翻耕耙平情境下农田土壤细粒物质和养分损失更为严重。通过空间插值分析土壤细颗粒和养分流失量的空间分布特征表明,农田土壤细颗粒和养分损失情况表现为由北向南逐渐递减,以东北部地区最为严重,这主要与各地风蚀强度存在差异有关。(3)比较分析农田与相邻天然草地土壤理化性质差异的结果表明,与天然草地相比,农田表土中粘粒含量下降约30%,粉砂含量下降约14%,砂粒含量增加,土壤平均粒径明显增大,农田表土粗化沙化趋势明显。随着土壤细颗粒的损失,表土中有机质含量下降约29%,全氮含量下降约24%,农田土壤C/N比较低,C元素短缺现象严重,说明土壤肥力明显降低。此外,农田土壤中可风蚀性颗粒含量与天然草地差异较小,加上砾石等其他因素的影响,农田土壤风蚀可蚀性没有表现出明显的变化趋势。
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