烏蘭布和沙漠綠洲農(nóng)田不同土地利用方式地表風(fēng)蝕特征研究①

徐 濤，蒙仲舉，黨曉宏，包斯琴

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烏蘭布和沙漠綠洲農(nóng)田不同土地利用方式地表風(fēng)蝕特征研究①

徐 濤，蒙仲舉*，黨曉宏，包斯琴

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)沙漠治理學(xué)院，呼和浩特 010018)

土壤風(fēng)蝕是干旱地區(qū)綠洲農(nóng)田開發(fā)的一個突出生態(tài)問題，如何針對不同的立地單元采取保護(hù)性措施是人們長久以來關(guān)注的重點。本文選擇烏蘭布和沙漠綠洲農(nóng)田流沙地、沙質(zhì)耕地、黏質(zhì)耕地、撂荒耕地及留茬地5種典型土地利用方式，對其風(fēng)速特征、地表蝕積量進(jìn)行野外原位測定，并分析了不同下墊面的地表粗糙度和沉積土壤粒徑特征。結(jié)果表明：研究區(qū)土壤顆粒組成以細(xì)砂含量占主導(dǎo)地位，粉粒、中砂與粗砂含量相對較低。與對照相比，各土地利用方式均能有效增加地表粗糙度，表現(xiàn)為：留茬地(0.32 cm)>撂荒耕地(0.29 cm)>沙質(zhì)耕地(0.25 cm)>黏質(zhì)耕地(0.19 cm)>流沙地(0.02 cm)。土壤風(fēng)蝕深度整體表現(xiàn)為流沙地>沙質(zhì)耕地>撂荒耕地>黏質(zhì)耕地>留茬地，5種利用方式下，留茬地風(fēng)蝕程度最輕，風(fēng)蝕深度僅為0.04 cm/d，分別較流沙地、沙質(zhì)耕地、黏質(zhì)耕地及撂荒耕地降低了99.03%、96.83%、94.29% 與90.24%。因而，留茬地具有較好的防風(fēng)蝕效益，是一種值得推廣的土壤風(fēng)蝕防治措施。

土壤風(fēng)蝕；土地利用方式；風(fēng)蝕；防治與控制

我國綠洲主要分布于西北干旱地區(qū)，氣候干燥，蒸發(fā)強烈，沙源豐富，風(fēng)沙活動頻繁[1]。綠洲農(nóng)田是干旱區(qū)重要的生態(tài)系統(tǒng)，也是干旱區(qū)人類賴以生存和發(fā)展的重要基地[2]。近些年來，由于人口數(shù)量的激增與不合理開發(fā)利用現(xiàn)有資源環(huán)境，大規(guī)模毀林毀草開荒，農(nóng)田撂荒加之反復(fù)棄耕與復(fù)耕，致使農(nóng)田生產(chǎn)力下降，土地鹽漬化，土壤沙化，使得綠洲農(nóng)田向荒漠化方向發(fā)展[3]。綠洲農(nóng)田荒漠化主要表現(xiàn)為土壤地表風(fēng)蝕，其實質(zhì)是表層土壤中細(xì)顆粒和營養(yǎng)物質(zhì)在風(fēng)力作用下被吹蝕和搬運，致使風(fēng)沙在地表堆積，其結(jié)果是表層土壤粗?；B(yǎng)分貧瘠化，進(jìn)而導(dǎo)致土地生產(chǎn)力的下降或喪失[4]。土壤含水量是影響沙粒起動與地表風(fēng)蝕的重要因素，當(dāng)土壤中水分含量小于40g/kg時則土壤發(fā)生風(fēng)蝕，而超過40 g/kg時，一般無風(fēng)蝕現(xiàn)象發(fā)生[5]。此外，地表風(fēng)蝕受風(fēng)速[6-7]、植被覆蓋度[8-9]、微地形[9]、土壤機械組成[10-11]及粗糙度[12]等多種因素影響。而綠洲農(nóng)田是烏蘭布和沙漠主要的生態(tài)經(jīng)濟區(qū)域，當(dāng)?shù)貏×业娘L(fēng)沙活動對綠洲農(nóng)田的正常運作構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，致使綠洲農(nóng)田極易受到荒漠化的危害。因而，對烏蘭布和沙漠綠洲農(nóng)田的風(fēng)沙危害必須予以重視，以從根本上解決綠洲農(nóng)田的風(fēng)沙危害問題，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定提供可行的保障[1]。

目前，關(guān)于綠洲農(nóng)田土壤地表風(fēng)蝕的研究，多集中于干旱、半干早地區(qū)的一些基礎(chǔ)性理論問題上，如風(fēng)蝕發(fā)生的機理、影響因素及風(fēng)蝕預(yù)報模型等方面[13]。許多學(xué)者通過理論推導(dǎo)與風(fēng)洞模擬實驗研究植被覆蓋度對地表風(fēng)蝕的影響，并得出植被特征變化與土壤顆粒起動風(fēng)速、地表粗糙度及風(fēng)蝕率等關(guān)系，地表風(fēng)蝕量隨植被蓋度的增大而減小[8,14]。張文穎等[15]、叢培飛等[16]通過建立秸稈覆蓋、留茬高度與風(fēng)蝕量的回歸模型，得出合理的留茬高度與秸稈覆蓋量，不但能起到固土減少地表水分散失的作用，還能夠降低近地表風(fēng)速，使被覆蓋的地表免受風(fēng)力的吹蝕，從而有效地減輕農(nóng)田土壤風(fēng)蝕。對春季裸露的沙質(zhì)農(nóng)田土壤風(fēng)蝕量、表土層含水量及緊實度的野外觀測，建立日可蝕時數(shù)與日風(fēng)蝕量之間的回歸關(guān)系可預(yù)測出沙質(zhì)農(nóng)田的整體土壤風(fēng)蝕量[17]。但對于同一地貌條件下，經(jīng)過人為干擾造成沙漠綠洲農(nóng)田不同土地利用方式土壤風(fēng)蝕的研究鮮少報道。而不同土地利用方式會對綠洲農(nóng)田多樣性造成影響，進(jìn)而會影響到烏蘭布和沙漠綠洲農(nóng)田的生產(chǎn)潛力和經(jīng)濟效益。本研究以烏蘭布和沙漠綠洲農(nóng)田為研究對象，旨在揭示不同土地利用下土壤性狀和風(fēng)蝕特征規(guī)律，甄別出適應(yīng)于烏蘭布和沙漠綠洲農(nóng)田生態(tài)環(huán)境特征的防護(hù)措施，為有效地防治綠洲農(nóng)田土壤風(fēng)蝕，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量提供技術(shù)指導(dǎo)和參考依據(jù)。

1 試驗區(qū)概況與試驗方法

1.1 試驗區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古巴彥淖爾市烏蘭布和基地，地理位置39°40′ ~ 41°00′ N，106°00′ ~ 107°20′ E，海拔1 030 ~ 1 474 m，坡度2.2° ~ 3.0°；屬中溫帶大陸性氣候，年平均降水量102.9 mm，且年內(nèi)分布極度不均，多集中在7—9月，多年平均蒸發(fā)量2 258.8 mm。該地區(qū)風(fēng)沙活動頻繁，主害風(fēng)為西北風(fēng)，多年平均揚沙日數(shù)>30 d。常見植被主要以灌木為主，有梭梭(C.A.Mey. Bunge)、霸王(Bunge)、沙冬青(Maxim. ex Kom. Cheng f)、沙米(Linn. Moq.)等。該地區(qū)光熱資源十分豐富，所以發(fā)展綠洲農(nóng)業(yè)潛在優(yōu)勢較大。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣地選擇 選擇5種典型的土地利用方式，分別為沙質(zhì)耕地(地表平均覆蓋度28%)、黏質(zhì)耕地(地表平均覆蓋度12%)、玉米留茬地(玉米茬高6 cm，株距27 cm，行距38 cm，地表平均覆蓋度>85%)和撂荒耕地(撂荒年限為6 a，地表沙竹平均覆蓋度40%)，以流沙地作為對照(地表平均覆覆蓋度<2%)，開展農(nóng)田不同土地利用方式下地表土壤風(fēng)蝕特征研究。

1.2.2 樣品采集 采樣于2015 年7 月下旬進(jìn)行，采樣區(qū)面積為1.0 km × 1.5 km，在5種不同土地利用方式下以等間距Z字形分別設(shè)置20個取樣點，每個取樣點內(nèi)設(shè)置 5 個面積為1 m × 1 m樣方，采用自制分層取土器(圖1)[18]采集表層土壤(0 ~ 5 cm)。

(1：取土器主體；2：刻度板；3：側(cè)軸；4：開關(guān)；5：頂蓋； 6：簸萁；7：刮板)

所取土樣一部分裝入鋁盒中測定土壤含水量，一部分裝入塑料封口袋密封測定土壤顆粒組成。

1.2.3 測定項目及方法 1)土壤顆粒組成。采用英國Malvern公司生產(chǎn)的Mastersizer 3000型激光粒度儀測定土壤粒徑組成，計算各粒徑顆粒的體積分?jǐn)?shù)。

2) 土壤含水量。將盛有0 ~ 5 cm表層土樣的鋁盒稱其濕重后，采用烘干法測定土壤含水量。

3) 風(fēng)速。于2015年3—5月期間風(fēng)季進(jìn)行，在各類樣地中分別設(shè)置小型HOBO氣象站，測定距地表20 cm和200 cm兩個高度的風(fēng)速，測定頻率設(shè)為2 s，測定時間1 h，每1 min記錄一次風(fēng)速。并根據(jù)測得的風(fēng)速計算地表粗糙度，其公式為[19]：

式中：0為地表粗糙度(cm)；1、2采用1= 20 cm，2= 200 cm，1為高度1處的風(fēng)速；2為高度2處的風(fēng)速；將2/1=代入方程，計算各下墊面的粗糙度。

4) 風(fēng)速降低比。其計算公式為：

式中：V為后一次所測得風(fēng)速；為前一次所測風(fēng)速；為風(fēng)速降低比，值越大說明防風(fēng)效果越好，越小說明防風(fēng)效果越差。

5) 地表蝕積。采用測釬法，測釬長50 cm，地下埋入40 cm，地上留10 cm，記錄測點號及測釬原始高。風(fēng)季幾場大風(fēng)后測量測釬高度數(shù)據(jù)并進(jìn)行平均，求得整塊農(nóng)田的風(fēng)蝕情況。其計算公式為：

Δ=1–2(4)

式中：1為風(fēng)蝕后前一次測釬距地高度；2為風(fēng)蝕后后一次測釬的距地高度；Δ為兩次測量結(jié)果差值，其中正值表示地表堆積，負(fù)值表示地表風(fēng)蝕。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理和分析 采用Excel 2007、Spss 17.0、Origin 9.2進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、計算和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用方式下土壤粒徑組成

粒徑在土壤風(fēng)蝕過程中起著重要的控制作用，土壤粒徑組成的不同決定其運動性質(zhì)，最終影響風(fēng)蝕強度[10]。因此，土壤粒徑組成可被當(dāng)作風(fēng)蝕過程的一個指示器[20]。不同土地利用方式的地表被吹蝕后，表層土壤各級粒徑體積分?jǐn)?shù)不同，研究區(qū)5個采樣地粒徑組成結(jié)果如表1所示。

表1 不同土地利用方式下0 ~ 5 cm表層土壤各粒徑的體積分?jǐn)?shù)

注：同列不同小寫字母表示不同土地利用方式間差異在<0.05水平顯著。

由表1可知，在流沙地、沙質(zhì)耕地、撂荒耕地、黏質(zhì)耕地及留茬地中，細(xì)砂顆粒體積分?jǐn)?shù)較高，其中流沙地達(dá)到最高，為87.02%；流沙地與其他4種土地利用方式細(xì)砂體積分?jǐn)?shù)均存在顯著差異，其中沙質(zhì)耕地與撂荒耕地中細(xì)砂體積分?jǐn)?shù)差異不顯著。極細(xì)砂與粉粒體積分?jǐn)?shù)自流沙地、沙質(zhì)耕地、撂荒耕地、黏質(zhì)耕地到留茬地均不斷增加，且在留茬地中極細(xì)砂與粉粒體積分?jǐn)?shù)達(dá)到最大，分別是對照流沙地極細(xì)砂與粉粒體積分?jǐn)?shù)的3倍與4倍。研究結(jié)果表明在風(fēng)力作用下粒徑范圍小于0.25 ~ 0.1 mm的細(xì)砂主要以躍移形式發(fā)生移動；而粒徑≤0.1 mm的極細(xì)砂與粉粒由于自身沉降速度一般小于氣流脈動的速度，因此這些顆粒很可能脫離地表以懸移形式運動，飄向更遠(yuǎn)的地方[21]。沙質(zhì)耕地中粉粒體積分?jǐn)?shù)較低，致使土壤顆粒間的粘結(jié)力小，土層松散破碎形成非團聚體，增大了土壤風(fēng)蝕的可能性；而在黏質(zhì)耕地中含有較多的粉粒與極細(xì)砂，顆粒之間形成了穩(wěn)定的團聚體，大大提高了土壤顆粒間的凝聚力與粘著力。留茬地因其地表具有玉米茬覆蓋，極細(xì)砂和粉砂體積分?jǐn)?shù)共計達(dá)到39.56%，留茬能夠降低臨界地表風(fēng)速，減弱風(fēng)蝕，同時有效地攔截風(fēng)沙流中的細(xì)粒物質(zhì)使之在留茬地中沉積，致使極細(xì)砂與粉粒含量得以保存。研究表明，土壤有機質(zhì)及氮磷鉀含量與粉粒、極細(xì)砂含量呈顯著正相關(guān)，而極細(xì)砂與粉粒的保存有效地增加了土壤穩(wěn)定性、土壤保肥能力及持水性，致使沙地向良性發(fā)展[22]。因而，留茬地具有較好的防風(fēng)蝕效益。

2.2 不同土地利用方式下風(fēng)蝕前后土壤表層含水量

土壤含水量是影響風(fēng)力搬運土壤顆粒不可忽視的因素之一，表層土壤含水量高低對綠洲農(nóng)田土壤風(fēng)蝕具有重要的影響[17]。不同土地利用方式下0 ~ 5 cm土層的土壤含水量普遍較低(<40 g/kg)，這是造成土壤發(fā)生風(fēng)蝕的一個重要原因。如圖2所示，風(fēng)蝕前各土地利用方式下含水量大小依次為：留茬地>撂荒耕地>黏質(zhì)耕地>沙質(zhì)耕地>流沙地，其中留茬地、撂荒耕地、黏質(zhì)耕地、沙質(zhì)耕地的土壤含水量分別是流沙地的4.4倍、1.8倍、2.2倍與1.4倍；風(fēng)蝕后土壤含水量變化規(guī)律與風(fēng)蝕前相一致，而留茬地、撂荒耕地、黏質(zhì)耕地、沙質(zhì)耕地的土壤含水量分別是流沙地的13.3倍、2.0倍、1.2倍與1.1倍。各土地利用方式下風(fēng)蝕后的土壤含水量均呈下降的趨勢，自流沙地、沙質(zhì)耕地、撂荒耕地、黏質(zhì)耕地及留茬地，風(fēng)蝕后的含水量分別較風(fēng)蝕前降低了69%、74%、83%、65% 與6%，且流沙地風(fēng)蝕前后土壤含水量差異顯著，而沙質(zhì)耕地、撂荒耕地、黏質(zhì)耕地及留茬地風(fēng)蝕前后的土壤含水量無顯著差異。此外，留茬地風(fēng)蝕前后的土壤含水量均與其他土地利用方式的土壤含水量存在顯著差異(<0.05)，留茬可以有效保持土壤表層水分，土壤水分含量高，又可有效防治土壤風(fēng)蝕的發(fā)生。

(圖中不同小寫字母表示同一時期不同樣地間差異在P<0.05水平顯著，下同)

2.3 不同土地利用方式下地表粗糙度及風(fēng)速

地表粗糙度是表征下墊面粗糙情況的一項重要指標(biāo)，也是衡量防沙治沙效益的一項重要指標(biāo)[23]。由表2可知，不同土地利用方式的地表粗糙度明顯不同，隨著地表覆蓋度的增加，粗糙度逐漸增大。烏蘭布和沙漠5種土地利用方式的平均粗糙度由大至小依次為：留茬地(0.32 cm)>撂荒草地(0.29 cm)>沙質(zhì)耕地(0.25 cm)>黏質(zhì)耕地(0.19 cm)>流沙地(0.02 cm)。留茬地地表粗糙度最大，分別是撂荒耕地、沙質(zhì)耕地、黏質(zhì)耕地及流沙地地表粗糙度的1.1倍、1.3倍、1.7倍及16.0倍，且留茬地、撂荒耕地、沙質(zhì)耕地及黏質(zhì)耕地地表粗糙度分別較流沙地增大93.8%、93.1%、92.0% 及89.5%。

表2 不同土地利用下地表覆蓋度對地表粗糙度及風(fēng)速的影響

削弱土壤風(fēng)蝕發(fā)生的最有效方法是增大地表粗糙度，即增加土壤地表被覆率[24]。本次野外觀測表明，不同土地利用方式對地表粗糙度及風(fēng)速影響明顯。不同土地利用下風(fēng)速降低值整體表現(xiàn)為：留茬地>撂荒耕地>沙質(zhì)耕地>黏質(zhì)耕地>流沙地。與流沙地相比，留茬地降低風(fēng)速的效果最為顯著，達(dá)到了一半以上(62.2%)，黏質(zhì)耕地、沙質(zhì)耕地、撂荒耕地的風(fēng)速降低值分別20.3%、20.6% 及38.1%。該地區(qū)撂荒耕地是由旱耕地廢棄而來，由于沒有人工翻耕擾動，其粒徑組成中細(xì)顆粒含量居多(表1)，且地表高達(dá)40% 的沙竹覆蓋，使其下墊面的波伏程度增加，致使地表粗糙度明顯增大。留茬地由于地表高達(dá)85% 的玉米茬覆蓋增加了地表粗糙度，對近地面的風(fēng)力產(chǎn)生較強的阻尼作用，可有效地降低近地表風(fēng)速，并防止躍移質(zhì)在運動過程中獲得能量而重新啟動[1]，從而有效抑制土壤風(fēng)蝕的發(fā)生；且作物留茬不會破壞耕地土層結(jié)構(gòu)，使土壤始終保持在自然狀態(tài)下，加之玉米根茬的固結(jié)作用進(jìn)一步增強了土壤顆粒間的穩(wěn)定性，可有效減少風(fēng)蝕量，有利于土壤保持較好的團聚結(jié)構(gòu)和提高農(nóng)田的生產(chǎn)力。因此，在防治綠洲農(nóng)田風(fēng)蝕過程中，可以采取增加地表植被覆蓋度與覆蓋時間，進(jìn)而增加下墊面粗糙度，降低近地表風(fēng)速，減輕風(fēng)沙對綠洲農(nóng)田的危害，從而達(dá)到防治土壤風(fēng)蝕的目的。

2.4 不同土地利用方式下風(fēng)蝕深度

風(fēng)蝕深度是反映土壤受風(fēng)沙危害最直觀的指標(biāo)之一，它是在地表物質(zhì)與風(fēng)速、風(fēng)力共同作用下形成的產(chǎn)物[25]。由圖3可以看出，5種不同土地利用方式下風(fēng)蝕深度大小排序為：流沙地>沙質(zhì)耕地>黏質(zhì)耕地>撂荒耕地>留茬地，且各土地利用方式下風(fēng)蝕深度差異顯著。5種土地利用方式下流沙地風(fēng)蝕程度最大，其值為4.16 cm/d，而沙質(zhì)耕地、黏質(zhì)耕地、撂荒耕地及留茬地分別較流沙地風(fēng)蝕深度降低了69.7%、83.2%、90.1% 及99%。黏質(zhì)耕地的風(fēng)蝕深度為0.7 cm/d，較沙質(zhì)耕地降低了44.4%，而撂荒耕地由于高達(dá)40% 沙竹、枯草的存在，風(fēng)蝕深度為0.41 cm/d，分別較沙質(zhì)耕地與黏質(zhì)耕地降低了67.5% 與41.4%；留茬地是5種土地利用方式中風(fēng)蝕程度最輕的，僅有0.04 cm/d，分別較流沙地、沙質(zhì)耕地、黏質(zhì)耕地及撂荒耕地降低了99.03%、96.83%、94.29% 與90.24%。因此，在防護(hù)林體系并不健全的綠洲農(nóng)田，可以通過秋季留茬增加地表作物殘茬覆蓋度，來提高土壤的抗風(fēng)蝕性能，從而減輕風(fēng)沙危害，有效地阻止綠洲農(nóng)田土壤風(fēng)蝕。

圖3 不同土地利用方式下的風(fēng)蝕深度

3 討論

3.1 土壤顆粒組成、含水量對綠洲農(nóng)田土壤風(fēng)蝕的影響

土壤風(fēng)蝕產(chǎn)生后會吹蝕表層土壤中的細(xì)粒物質(zhì)，在長期吹蝕的情況下致使可利用的土地逐步淪為流沙地，這一過程勢必會導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)發(fā)生巨大的改變。其中，土壤粒徑組成作為土壤風(fēng)蝕長期風(fēng)選的最終結(jié)果，可直觀地表征風(fēng)蝕荒漠化發(fā)生的程度[26]。不同土地利用方式下土壤的粒徑分布存在顯著差異，已有研究表明，土壤表層顆粒組成與風(fēng)蝕的產(chǎn)生存在密切的聯(lián)系，表層粒級分布決定著土壤顆粒的運動性質(zhì)，進(jìn)而影響風(fēng)蝕深度與強度[10]。本研究對不同土地利用方式下耕地土壤粒徑分析表明，在流沙地、沙質(zhì)耕地、撂荒耕地、黏質(zhì)耕地及留茬地中，細(xì)砂顆粒體積分?jǐn)?shù)達(dá)到55.09% ~ 87.02%，與陳新闖等[27]在烏蘭布和沙漠沿黃段不同土地利用方式下土壤粒徑分布的研究結(jié)果相一致。從風(fēng)蝕過程來說，土壤粒徑組成中的細(xì)砂最易被風(fēng)蝕[28]，而具有最大抗風(fēng)蝕度與團聚度的土壤顆粒組成是粉粒，在土壤中粉粒含量所占比例越大，土壤抗風(fēng)蝕能力就越強[29]。由表1可知，不同土地利用方式下，研究區(qū)細(xì)砂體積分?jǐn)?shù)自流沙地、撂荒耕地、沙質(zhì)耕地、黏質(zhì)耕地及留茬地均不斷減少，而粉粒體積分?jǐn)?shù)均不斷增加(3.74% ~ 15.18%)；但當(dāng)土壤顆粒中粉粒體積分?jǐn)?shù)達(dá)到21.5% ~ 50% 時反而會使團聚穩(wěn)定性降低，進(jìn)一步導(dǎo)致土壤被風(fēng)蝕[30]。丁延龍等人[31]研究發(fā)現(xiàn)農(nóng)田土壤顆粒組成大部分以粉粒與極細(xì)砂為主，農(nóng)田耕作與土地開墾雖然極易導(dǎo)致表層土壤細(xì)顆粒的吹蝕，但在秋收后會實施留茬覆蓋等措施，使土壤顆粒細(xì)度能夠始終保持在一種穩(wěn)定狀態(tài)，且細(xì)粒物質(zhì)利于形成土壤團聚體，能夠有效地提高土壤含水量，增加了土壤顆粒間的粘結(jié)力，致使土壤顆粒所需的臨界啟動風(fēng)速進(jìn)一步增大。而土壤含水量的高低不僅會直接影響作物產(chǎn)量的多少，也會直接影響到土壤抵抗風(fēng)蝕的強弱[12]。由于土壤表層含水量受下墊面性質(zhì)影響較大，不同土地利用方式的耕地之間存在一定差異，而土壤含水量小于40 g/kg 時則土壤會發(fā)生較強的風(fēng)蝕[5]。就本研究區(qū)域而言，由于耕作頻繁，造成表層土壤孔隙度增大，使得表層土壤疏松，水分散失速度加快，導(dǎo)致農(nóng)田含水量不斷降低，增加了風(fēng)蝕發(fā)生的頻率。本試驗中各土地利用下風(fēng)蝕前后土壤表層含水量均不斷減少(總體<40 g/kg)，且隨著極細(xì)砂、粉粒體積分?jǐn)?shù)與土壤含水量的增加，風(fēng)蝕深度均不斷減小，這一點與海春興等[32]研究結(jié)果相一致。由此可知，研究區(qū)域內(nèi)留茬地既能夠保護(hù)土壤表層顆粒不被風(fēng)蝕，又具備了一定的保水能力，因此，土壤抗風(fēng)蝕能力更強。

3.2 地表覆蓋度、粗糙度對綠洲農(nóng)田土壤風(fēng)蝕的影響

風(fēng)吹拂地表時，會產(chǎn)生紊流，致使地表松散物質(zhì)離開地表而遭到破壞，地表形態(tài)發(fā)生變化。諸多研究表明，植被蓋度較高時，過境氣流會受到植被阻擋而降低攜沙能力，使得地表顆粒不易被吹蝕。一般來說，風(fēng)蝕過程中植被覆蓋度越高，則防風(fēng)效能越好[32]。本次野外觀測發(fā)現(xiàn)，不同土地利用方式下植被覆蓋度大小依次為：留茬地>撂荒耕地>沙質(zhì)耕地>黏質(zhì)耕地>流沙地，相應(yīng)地風(fēng)速降低值與風(fēng)蝕降低值規(guī)律一致，研究結(jié)果與董治寶和李振山[10]研究結(jié)果相一致。而董智[1]認(rèn)為即使地表植被蓋度較小(<30%)也可降低土壤風(fēng)蝕發(fā)生的可能，導(dǎo)致這種差異是因為研究區(qū)域不同，氣候條件、地形、土壤、降雨等因素對土壤地表風(fēng)蝕影響程度差異所造成。Sharratt和Feng[33]提出，不同土地利用方式對地表粗糙度及摩阻速度產(chǎn)生較大的影響，就綠洲農(nóng)田而言，同一農(nóng)田在作物不同生長期地表粗糙度是一個變量，地表顆粒所需的啟動風(fēng)速亦隨之變化[34]，秋收后農(nóng)田在一段時間內(nèi)保持一種裸露狀態(tài)，而留茬地由于粗糙度較其他耕地大，可有效降低近地表風(fēng)速，致使風(fēng)搬運地表顆粒的能力減弱，從而有效地控制了土壤風(fēng)蝕，減少細(xì)粒物質(zhì)的散失，有利于養(yǎng)分與有機質(zhì)的保存[35]。本試驗結(jié)果表明，留茬地降低風(fēng)速的效果最為顯著，分別較撂荒耕地、沙質(zhì)耕地、黏質(zhì)耕地降低了38.79%、66.98% 與67.44%，研究結(jié)果與前人一致。Fryrear[36]研究表明，隨著地表粗糙度的增大，土壤風(fēng)蝕不斷降低，兩者之間具有顯著的相關(guān)性。不同土地利用下隨著流沙地、沙質(zhì)耕地、黏質(zhì)耕地、撂荒耕地及留茬地地表粗糙度的增大，土壤風(fēng)蝕深度反而不斷降低，風(fēng)蝕深度與地表粗糙度呈現(xiàn)出良好的反比關(guān)系，結(jié)果與黃高寶等[37]的研究相似。由此，人們所采取防風(fēng)固沙的各種技術(shù)措施都是通過增加地表粗糙度，達(dá)到降低近地表風(fēng)速，增加覆蓋度達(dá)到減少土壤水分蒸發(fā)等方式改變下墊面環(huán)境，進(jìn)而提高風(fēng)速啟動閾值，從而達(dá)到減輕土壤的風(fēng)蝕程度。

4 結(jié)論

1) 風(fēng)蝕過程造成土壤表層粗化。不同土地利用方式對烏蘭布和沙漠綠洲農(nóng)田土壤顆粒組成影響明顯，5種土地利用方式下表層土壤粒徑組成以細(xì)砂為主，體積分?jǐn)?shù)為55.09% ~ 87.02%；粗砂體積分?jǐn)?shù)較低，僅為0.02% ~ 2.13%，說明研究區(qū)土壤粒徑分布以細(xì)砂為主，且沙物質(zhì)分選性好。

2) 不同土地利用下地表粗糙度大小關(guān)系依次為：留茬地(0.32 cm)>撂荒草地(0.29 cm)>沙質(zhì)耕地(0.25 cm)>黏質(zhì)耕地(0.19 cm)>流沙地(0.02 cm)。

3) 不同土地利用下，風(fēng)蝕深度整體表現(xiàn)為流沙地>沙質(zhì)耕地>撂荒耕地>黏質(zhì)耕地>留茬地，留茬地是5種土地利用方式下風(fēng)蝕程度最輕的，風(fēng)蝕深度僅有0.04 cm/d，分別較流沙地、沙質(zhì)耕地、黏質(zhì)耕地及撂荒耕地降低了99.03%、96.83%、94.29% 與90.24%。不同土地利用方式對土壤風(fēng)蝕有著十分顯著的影響。留茬地具有較好防風(fēng)蝕效果，在綠洲農(nóng)田實施具有較好的效果。

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Wind Erosion Characteristics of Oasis Farmland Surfaces Under Different Land Uses in Ulan Buh Desert

XU Tao, MENG Zhongju*, DANG Xiaohong, BAO Siqin

(Desert Science and Engineering College, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China)

Soil wind erosion is a prominent ecological problem in the sustainability of oasis farmland in arid areas, therefore, how to take reasonable protective measures against different farmland units is a key concern in arid areas for a long time. In this paper, five typical land use types of shifting sandy land (SSL), sandy arable land (SAL), clayey arable land (CAL), abandoned grassland (AGL) and stubble land (SL) of oasis in Ulan Buh desert were selected, wind speed, surface erosion and deposition, surface roughness and soil particle size distributions (PSDs) were analyzed. The results showed that fine sand was dominant in soil PSDs of all land use types, and the contents of clay sand and coarse sand were relatively low. Compared with SSL, other land use types effectively increased surface roughness, which were in an order of SL (0.32 cm) > AGL (0.29 cm) > SAL (0.25 cm) > CAL(0.19 cm)> SSL (0.02 cm). The depths of soil erosion were in an order of SSL> SAL> CAL> SL. SL was the slightest in wind erosion degree with a wind erosion depth only of 0.04 cm/d, decreased by 99.03%, 96.83%, 94.29% and 90.24% compared with those of SSL, SAL, CAL and AGL, respectively. Thus, stubble land is an effective measure in preventing and controlling soil wind erosion due to its significant wind-intercepting efficiency.

Soil wind erosion; Land use types; Prevention and control

內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)優(yōu)秀青年基金項目(2014XYQ-8)資助。

(mengzhongju@126.com)

徐濤(1992—)，女，內(nèi)蒙古包頭人，碩士研究生，主要從事水土與荒漠化防治研究。Email：943347034@qq.com

10.13758/j.cnki.tr.2018.03.023

S154.4

A