坡耕地不同综合治理模式的水土环境及节水增产效应

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黑龙江省松嫩平原丘陵漫岗黑土区是我国重要的粮食产地。但近年来严重的水土流失已经成为制约当地经济发展的主要因素。鉴于研究区耕地具有坡缓坡长、土质粘重等自然特点,以及机械作业特别是黑龙江垦区的大型机械化作业的要求,使得传统的梯田、地埂等水保措施无法应用。以往的坡耕地治理多局限于单一的耕作措施,本次尝试将深松、秸秆还田、垄向区田3项耕作技术和曾被用于农田排水的鼠道、暗管2种工程技术有机结合,改善土壤结构与环境,强化土壤入渗,减少地表径流,从而达到减少水土流失和养分流失的目的。本研究于2011-2012年,在黑龙江省农垦北安分局红星农场3。坡耕地上的径流小区内进行,共设置了“常规”、“深松”、“秸秆还田”、“垄向区田”、“鼠洞”、“鼠洞+暗管”、“鼠洞+垄向区田”、“深松+秸秆还田+垄向区田”和“鼠洞+暗管+垄向区田”9个坡耕地综合治理技术模式处理。对天然降雨条件下的降雨产流、产沙及其过程、土壤含水量、作物生长动态、产量、水分利用效率、净产值、土壤侵蚀与养分流失特征等进行了试验研究。最后利用基于熵权的模糊物元模型对产量、水分利用效率、土壤侵蚀、成本、径流和养分流失6个指标对9种技术模式进行了综合评价,寻求适合该地区的坡耕地综合治理模式,以期为黑龙江省丘陵漫岗黑土区坡耕地综合治理提供技术支撑,实现坡耕地水土资源的永续利用。在两年试验研究的基础上,提出初步结论如下:(1)试验中的各单项措施及其组合对地表径流量和土壤侵蚀量均具有一定的控制作用,其控制效果因措施的不同而不同。其中“鼠洞+暗管+垄向区田”的效果最好,与常规耕作相比,年地表径流量、年土壤侵蚀量分别减少了71.29mm和11.839t/hm2.a。不同处理的径流量和土壤侵蚀量由小到大排序均为:鼠洞+暗管+垄向区田、鼠洞十垄向区田、鼠洞+暗管、鼠洞、深松+秸秆还田+垄向区田、垄向区田、深松、秸秆还田和常规处理。(2)试验中的8种技术模式对养分流失控制效果的显著程度也与措施种类密切相关。不同技术模式的养分流失量都小于常规耕作,“鼠洞+暗管+垄向区田”的各种养分流失量最小,其有机质、速效N、速效P和速效K流失量分别占常规的0.16%、0.14%、0.04%和0.04%,综合措施盐分流失由小到大排序为:鼠洞+暗管+垄向区田、鼠洞+垄向区田、鼠洞+暗管、鼠洞、深松+秸秆还田+垄向区田、垄向区田、深松、秸秆还田和常规处理。(3)试验中的8种处理均具有一定的节水增产效应,其中鼠洞+暗管+垄向区田效果最好。不同治理措施及其组合对玉米生育期0-100cm土层储水量、水分利用效率和产量均有不同程度的影响,其由小到大排序为:常规、秸秆还田、深松、鼠洞、鼠洞+暗管、垄向区田、深松+秸秆还田+垄向区田、鼠洞+垄向区田和鼠洞+暗管+垄向区田处理。(4)试验中的8种处理对玉米生长动态中茎粗、叶面积指数、株高、干物质累积均有一定的影响,且具有相同的趋势,影响顺序由小到大为:常规、深松、鼠洞、鼠洞+垄向区田、鼠洞+暗管、秸秆还田、垄向区田、深松+秸秆还田+垄向区田和鼠洞+暗管+垄向区田处理。(5)试验中8种处理对玉米净产值均有不同程度的提高。其中鼠洞+暗管+垄向区田净产值为最大,达到8641.64元。为了更好的体现8种综合治理模式的优劣,利用基于熵权的模糊物元模型,以常规耕作为对照,对几种技术模式进行评价。每一种治理措施有C1水分利用效率(kg/hm2·mm)、C2净效益(元/hm2)、C3养分流失(kg/hm2)、C4径流(mm)、C5土壤侵蚀(t/hm2)和C6成本6项评价指标,根据欧式贴近度大小进行排序,坡耕地综合治理措施优劣从小到大依次为:常规、秸秆还田、深松、垄向区田、深松+秸秆还田+垄向区田、鼠洞、鼠洞+暗管、鼠洞+垄向区田、鼠洞+暗管+垄向区田。
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