耕作方式对风蚀-水蚀交错区域土壤侵蚀性的影响

《CATENA》：Effect of tillage practices on soil erodibility in wind-water erosion crisscross region

风蚀-水蚀交错区七种耕作措施对土壤侵蚀力及玉米产量的影响研究表明，保护性耕作（STS、NTS等）显著降低综合土壤侵蚀力指数（CSEI），其中STS最优，其CSEI比传统耕作降低67%，玉米产量达13.36 t/hm2。土壤质地是CSEI的主要影响因素，有机质（SOM）、渗透阻力（PR）、土壤结构稳定性指数（SSI）等指标对侵蚀力贡献度较高。结果表明，STS通过改善土壤结构稳定性、增加有机质及增强抗侵蚀能力，实现侵蚀控制与产量提升的双重目标。

　　土壤侵蚀是一个全球性的环境问题，不仅影响农业生产的可持续性，还对生态系统和人类社会经济造成深远的影响。在风蚀和水蚀并存的区域，土壤侵蚀尤为严重，因此研究这些区域中耕作方式对土壤可蚀性及作物产量的影响显得尤为重要。本文通过实验分析，探讨了不同耕作方式对土壤可蚀性的影响，并试图找到既能控制土壤侵蚀又能维持作物产量的最优耕作方式。

在风蚀和水蚀交错区域，土壤的表层通常由于耕作活动而变得疏松、多孔，并且容易受到侵蚀。这种表层结构的变化不仅影响土壤的可蚀性，还可能降低作物的产量。然而，目前针对这些区域中耕作方式对土壤可蚀性及作物产量影响的研究仍然有限。为了弥补这一研究空白，本文选取了七种不同的耕作方式，对土壤可蚀性指标进行量化分析，并评估其对作物产量的影响。研究结果显示，不同的耕作方式对土壤可蚀性指标和作物产量的影响存在显著差异。

在风蚀和水蚀交错区域，土壤的物理特性和结构是影响其可蚀性的关键因素。例如，土壤的黏聚力、渗透阻力、有机质含量等指标都会影响土壤对风蚀和水蚀的抵抗能力。本文通过综合多个土壤可蚀性指标，建立了综合土壤可蚀性指数（CSEI），以更全面地反映土壤可蚀性的变化。研究发现，土壤质地对CSEI的影响尤为显著，土壤可蚀性指数与作物产量之间存在显著的负相关关系。

具体而言，本文对七种耕作方式进行了对比分析。其中，传统耕作方式包括旋耕（RTS）和翻耕（PTS），这两种方式均结合了100%的玉米秸秆覆盖。而保护性耕作方式包括深松（STS）、免耕+30%覆盖（NTS1）、免耕+起垄+30%覆盖（NTSR1）、免耕+起垄+60%覆盖（NTSR2）以及免耕+100%覆盖（NTS）。这些保护性耕作方式旨在减少土壤扰动，维持土壤结构的完整性，并通过秸秆覆盖来减少土壤侵蚀的风险。研究结果表明，保护性耕作方式，尤其是深松+100%覆盖（STS）在控制土壤侵蚀和维持作物产量方面表现出最优效果。

在0–20厘米的土壤深度，STS、NTS1、NTSR1、NTSR2和NTS处理的CSEI分别比PTS处理低67%、56%、31%、15%和71%。这一发现表明，STS处理能够显著降低土壤的可蚀性，同时还能维持较高的作物产量。此外，土壤质地是影响CSEI变化的主要因素，而CSEI与玉米产量之间存在显著的负相关关系（P < 0.01）。这说明，降低土壤可蚀性能够有效提升作物产量，尤其是在风蚀和水蚀交错的区域。

为了更准确地评估土壤可蚀性，本文采用了多种土壤可蚀性指标，包括K因子、相对崩解指数（RSI）、相对机械破碎指数（RMI）、新团聚体稳定性指数（AS）、有机质含量（SOM）、黏聚力（Coh）和渗透阻力（PR）。这些指标分别反映了土壤在不同侵蚀条件下的稳定性、抗性以及结构特征。通过这些指标的综合分析，本文建立了CSEI，并利用随机森林模型进一步探讨了土壤可蚀性与作物产量之间的关系。

研究还发现，土壤有机质含量在STS处理下显著高于其他处理，这表明保护性耕作方式能够有效促进有机质的积累，从而提高土壤的稳定性。此外，土壤黏聚力和渗透阻力在深层土壤中显著高于表层土壤，这可能是由于深层土壤受到耕作活动的影响较小，且其物理结构相对稳定。而K因子在表层土壤中受到耕作方式的显著影响，其值在不同处理之间存在较大差异。这说明，耕作方式对表层土壤的可蚀性影响更为显著。

从整体来看，STS处理在风蚀和水蚀交错区域表现出最优的土壤保护效果。该处理方式不仅能够有效降低土壤的可蚀性，还能维持较高的作物产量。相比之下，传统耕作方式如旋耕和翻耕虽然能够提高土壤的某些物理特性，但其对土壤可蚀性的影响较大，容易导致土壤结构的破坏，从而降低作物产量。此外，保护性耕作方式如免耕+起垄+60%覆盖（NTSR2）虽然在某些指标上表现良好，但其CSEI值仍然高于STS处理，说明其在土壤保护方面的效果不如STS。

研究还指出，土壤质地是影响土壤可蚀性的主要因素。在风蚀和水蚀交错区域，土壤的粒径分布对可蚀性具有决定性作用。例如，沙粒含量的增加会降低土壤的可蚀性，而黏粒和粉粒含量的增加则会提高土壤的可蚀性。因此，选择合适的耕作方式，使土壤质地更加有利于减少侵蚀，是该地区农业可持续发展的关键。

此外，本文的研究还强调了土壤结构在控制侵蚀和维持作物产量中的重要性。保护性耕作方式能够减少土壤扰动，从而保持土壤结构的稳定性。这种稳定性不仅有助于减少侵蚀，还能促进作物根系的生长，提高土壤的肥力和水分保持能力。相比之下，传统耕作方式容易破坏土壤结构，导致土壤更加松散，增加侵蚀的风险。

在实际应用中，STS处理能够有效改善土壤的结构和稳定性，同时还能提高作物产量。因此，该处理方式可能成为风蚀和水蚀交错区域农业可持续发展的优选方案。然而，研究也指出，保护性耕作方式的效果可能会受到长期环境因素和耕作方式的累积影响，因此，未来的研究需要进一步关注这些因素对土壤保护效果的长期影响，以提供更全面的理论支持和实践依据。

综上所述，本文通过实验分析，揭示了不同耕作方式对土壤可蚀性及作物产量的影响，并提出了STS处理作为控制土壤侵蚀和维持作物产量的最优选择。研究结果不仅为风蚀和水蚀交错区域的土壤管理提供了科学依据，也为全球范围内类似环境的农业可持续发展提供了参考。未来的研究应更加关注长期实验数据的获取，以更准确地评估保护性耕作方式的长期效果，并探索更多适应不同环境条件的耕作方式，从而实现农业生产的可持续发展。