礫石覆蓋可有效防止旱作農(nóng)田土壤風蝕

中國北方大部分地區(qū)的農(nóng)業(yè)耕作制度多年來一直沿用傳統(tǒng)翻耕技術(shù)，加之該區(qū)作物生長期短，使得旱作農(nóng)田一年絕大部分時間都處于裸露的休閑期，地表植被覆蓋差，土壤風蝕嚴重。若將傳統(tǒng)旱作農(nóng)田地表鋪設(shè)28%左右的礫石覆蓋度不僅能有效抑制農(nóng)田土壤風蝕，還可節(jié)省經(jīng)濟投入，同時利于農(nóng)業(yè)耕作。該方法成本低，簡單可行，是適合中國北方地區(qū)自然氣候環(huán)境的一種防治旱作農(nóng)田土壤風蝕的有效辦法。

該項研究成果刊載于《農(nóng)業(yè)工程學報》2010年第11期，題為“礫石覆蓋對抑制旱作農(nóng)田土壤風蝕效果的風洞模擬”，第一作者為內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學副教授孫悅超博士。

農(nóng)田土壤風蝕是引起干旱半干旱地區(qū)土地退化的主原因之一，它不僅給當?shù)厣鐣?jīng)濟和生態(tài)環(huán)境帶來嚴重危害，還影響到周邊地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量。研究證明，土壤風蝕會造成地表土層大量富含營養(yǎng)物質(zhì)的細微顆粒流失，致使土壤表層粗化、肥力下降和土地生產(chǎn)力衰退。20世紀30年代美國大平原的持續(xù)干旱使裸露疏松的休閑農(nóng)田無法抵擋大風的襲擊，直接導致了1934年5月“黑風暴”的發(fā)生，此次黑風暴橫掃美國2/3的國土，把3億多噸土壤卷入大西洋。僅這一年美國就毀掉300萬公頃耕地，冬小麥減產(chǎn)510萬噸。董光榮等研究表明，1949～1994年間我國共有6.67× 105公頃的耕地淪為沙丘和沙地，每年由于風蝕損失土壤有機質(zhì)、氮素和磷素高達5.598 × 107 噸，相當于價值170億元的各類化肥。

土壤風蝕還會導致沙塵災害，甚至沙塵暴，污染大氣環(huán)境，危害人畜健康，毀壞基礎(chǔ)設(shè)施。中國科學院對沙塵暴的成分和來源進行分析研究表明，產(chǎn)生沙塵暴的地表物質(zhì)以粉塵為主，其顆粒直徑多在0.063～0.005毫米之間，主要來自農(nóng)田，造成沙塵暴的主要原因是退化的耕地和草地，而不是沙漠。報告還顯示，影響北京地區(qū)的沙塵主要發(fā)源于內(nèi)蒙古中西部和河北北部。土壤風蝕產(chǎn)生大量的氣溶膠顆粒，這些顆粒懸浮于空氣中，產(chǎn)生大范圍的粉塵污染和其他的風沙問題，造成空氣質(zhì)量下降和人類生存環(huán)境的惡化，影響人類身體健康。

為尋求和探索防治旱作農(nóng)田土壤風蝕的有效措施，研究者針對中國陰山北麓地區(qū)旱作農(nóng)田土壤風蝕比較嚴重的現(xiàn)狀，將旱作農(nóng)田地表鋪設(shè)不同覆蓋度和粒徑的礫石后進行風洞試驗。結(jié)果表明，礫石粒徑變化在抑制旱作農(nóng)田土壤風蝕過程中所起的作用微弱，但礫石覆蓋度對旱作農(nóng)田防止土壤風蝕具有重要作用。不同粒徑礫石隨覆蓋度的增加，其抗風蝕效率明顯上升：挾沙風（自然風均為挾沙風）時，當?shù)[石覆蓋度由14%提高到28%時，抗風蝕效率平均值由25.73%增加到58.71%，增加了32.98個百分點，增加幅度很大。當?shù)[石覆蓋度由28%提高到42%時，抗風蝕效率平均值由58.71%增加到63.50%，抗風蝕效率只增加4.79個百分點。說明28%的礫石覆蓋度可有效抑制傳統(tǒng)旱作農(nóng)田風蝕，若進一步增加礫石覆蓋度，抗風蝕效果增加不明顯，但會增加經(jīng)濟投入。所以28%左右的礫石覆蓋度是有效抑制傳統(tǒng)旱作農(nóng)田地表風蝕比較合適的覆蓋度。

礫石覆蓋旱作農(nóng)田地表能有效防治農(nóng)田土壤風蝕，其抑制風蝕機理主要在于農(nóng)田地表覆蓋礫石，可增加地表粗糙度，吸收和分解地表風動量，降低可蝕床面上的剪切力。另外，覆蓋礫石還可減少風和地表土壤的直接作用面積，對地表形成保護作用。該項研究成果對指導旱作農(nóng)田土壤風蝕采取合理防治措施具有重要實際意義。