通过采用保护性农业措施，在印度西北喜马拉雅地区退化的土地上恢复土壤的水文功能

《CATENA》：Rebuilding soil hydrological functioning by adopting conservation agriculture in the degraded lands of India’s North-West Himalayan region

研究西北印第安纳喜马拉雅地区森林、传统耕作、减少耕作和零耕作四种土地用途下表层及亚表层饱和水力传导率变化及其对极端降雨事件径流路径的影响，发现保护性农业（减少和零耕作）能显著提升土壤水力传导率，减少地表径流（IOF）并增加侧向土壤流（SSF）和深层渗透（DP），证实保护性农业可改善土壤水力功能并缓解洪涝风险。（110字）

　　### 土壤水文特性与土地利用变化的关系研究

在印度西北喜马拉雅山区，土地利用从森林转变为农业，对水文过程的恢复潜力评估具有重要意义。本研究旨在探讨不同土地利用类型（森林、传统耕作（CT）、减少耕作（RT）和零耕作（ZT））下，表层和深层土壤的饱和与近饱和渗透率变化及其对主导水流路径的影响。通过使用遮盖渗水仪测量稳态入渗率，评估了三种压力头下的渗透率。结果显示，森林下的表层渗透率最高，而传统耕作下的渗透率最低。表层土壤中的大孔隙贡献了62.0–73.4%的总流量，深层土壤则贡献了65.6–76.1%。大孔隙对总流量的贡献可能与土壤结构的改善有关。

在极端降雨强度（218.4 mm/h，50年重现期）下，所有土地利用类型均表现出因表层和深层渗透率有限而导致的入渗过量地表径流（IOF）增加。森林土地利用保持了最高的深层流（SSF，42.5%），较低的IOF（38.2%）和最大的土壤水分储存能力。相比之下，传统耕作产生了最高的IOF（84.1%）和最低的SSF（4.4%），表明其更高的径流和侵蚀风险。此外，无论重现期如何，当最大降雨强度持续时间从5分钟增加到60分钟时，SSF和深层渗透（DP）均有所改善，而IOF则减少。这些结果强调了在高降雨强度的喜马拉雅地区，尽管将土地利用从森林转变为传统耕作会产生地表径流，但通过采用保护性农业（CA），IOF会减少，而SSF和DP则得到恢复。因此，我们得出结论：在退化土地上采用保护性农业可以改变主导的水流路径，并重建土壤的水文功能。

### 研究背景与意义

人类活动改变了全球的土地利用和覆盖，以改善居民的生活。根据联合国粮农组织（FAO）的报告，到2050年，全球粮食需求将增加70%，特别是在发展中国家，这种增长主要依赖于耕地面积的扩大（FAO, 2009）。然而，耕地的扩张是以现有森林、草地等土地为代价的（Gibbs et al., 2010）。这种土地利用的扩展不仅会导致生物多样性的减少，还可能加剧气候变化，因此进一步扩张不可接受（Baj?elj et al., 2014）。考虑到森林提供的生态系统服务的重要性，以及提升粮食生产的需要，两者应同时加以保护（Lambin and Meyfroidt, 2011）。在这些导致森林砍伐的因素中，农业用地扩张占全球森林砍伐的约80%（Kissinger et al., 2012）。一项研究显示，中央喜马拉雅地区的森林退化导致了生物量（62.0%）、碳固存率（73.0%）和树木密度（56.0%）的减少（Pandey et al., 2020）。由于森林向农业用地的转变，土壤有机碳（SOC）的矿化发生，其中温带地区的SOC库存减少最为显著，其次是热带地区（Wei et al., 2014）。因此，扩大耕地面积通常伴随着SOC库存的减少，一些研究人员建议通过提高现有耕地的产量来应对这一问题（West et al., 2010）。

然而，喜马拉雅地区的生态系统快速退化对平衡生态系统服务和生物多样性构成了严重威胁，这主要是由于森林砍伐、过度放牧和人为干扰（Ghimire et al., 2013）。将自然土地转化为农业用地会导致土壤物理性质、孔隙分布的恶化以及侵蚀过程的增加，进而造成营养物质和净碳通量的空间变化（Saha and Kukal, 2015），Mariappan et al., 2022）。森林砍伐会由于土壤压实和水流动的优先路径减少而导致饱和渗透率的下降（Maier et al., 2020）。土地利用从森林向农业的转变对水文过程的影响是一个复杂的现象，其影响程度取决于转换前的土地利用，并可能导致下游流量的增加、减少或保持不变（Cuo, 2016；Qazi et al., 2017）。因此，实施可持续、气候适应性的保护性农业（CA）土地利用是检查土壤水文性质恶化的关键（Kar et al., 2023）。与传统农业相比，CA涉及最少或不翻耕土壤，导致土壤扰动最小、作物残余物保留和轮作（Franzluebbers, 2010；Pittelkow et al., 2015；Kar et al., 2023）。

### 研究区域与实验设计

本研究在印度农业研究委员会（ICAR）-印度土壤与水保研究所（IISWC）的试验农场进行，位于印度北印度的多尔瓦尔谷的下喜马拉雅地区。试验地块设在1980年代被砍伐并转化为农业用地的森林附近，这些地块分别代表了传统耕作（CT）、减少耕作（RT）和零耕作（ZT）的试验处理。CT、RT和ZT地块的面积为450平方米（75米×6米）。在2011–12年，保护性农业（CA）实验被建立，包括RT和ZT处理，而在该实验之前，这些土地经历了传统耕作。在CT处理中，传统农民采用拖拉机牵引的铲式耕作机进行六次翻耕（平均翻耕深度为12–14厘米），随后进行二次耕作以准备播种床，并在雨季和旱季分别进行小麦和玉米种子的手工撒播。在RT处理中，使用拖拉机牵引的铲式耕作机进行三次翻耕（平均翻耕深度为9–11厘米），随后进行平地处理，小麦种子使用播种机撒播，玉米种子则手工撒播。在ZT处理中，种子被播种机直接撒播，对土壤的物理扰动较少。所有处理均在雨养条件下进行。在四个土地利用类型中随机选择了24个地点，以代表空间变异性。当地的主要种植模式是雨季播种小麦，随后是旱季播种玉米，而森林则由未受干扰的75年生的沙树（Shorea robusta L.）组成。在CT、RT和ZT处理中，分别整合了5.09、5.58和6.94吨/公顷/年的草、残余物和根部质量。

### 最大降雨强度与主导水流路径的确定

在试验地点，2017年至2021年的雨季（6月至9月）收集了降雨强度数据，用于推断不同土地利用处理下的主导水文路径。使用倾倒桶雨量计（直径30.5厘米）收集降雨数据。该仪器由两个平衡桶组成，当收集到0.25毫米的降雨时，桶会倾倒。降雨事件被定义为至少有5毫米的累积降水量，并且与之前的事件至少有3小时的干燥期（Ghimire et al., 2013）。通过确定任何5分钟内的最大降水量，并将其表达为等效小时降雨强度（mm/h），计算了最大5分钟降雨强度（I5 max，mm/h）。同样地，还计算了每个事件对应时间间隔（15分钟、30分钟、45分钟和60分钟）的最大降雨强度（mm/h）。进一步地，基于强度、持续时间和频率方程（Babu et al., 1979），在研究区域计算了5年和50年重现期的5分钟、15分钟、30分钟、45分钟和60分钟降雨强度（mm/h）。

### 土壤水文性质的估算

从遮盖渗水仪的现场测量中，获得了表层和深层（低于15厘米）土壤的入渗率和水文渗透率。每块地进行六次重复测量，并在每个层次上进行取样。每个压力头达到稳态所需的时间约为50分钟。该测量仪器有助于从饱和点到土壤气泡点之间的稳态入渗率的确定。为了减少对土壤表面的干扰，选择平坦的地点进行测量（尽管深层测量地点使用铲子挖掘）。在安装遮盖渗水仪之前，清理了落叶，并在必要时剪切了草和地表覆盖物，以避免人工大孔隙的形成。避免了天然大孔隙的地点。在现地入渗测量中，依次应用了三种压力头（h）（0、?1和?3厘米），使用了Schw?rzel和Punzel（2007）提出的方法。累积的水分入渗量测量到稳态入渗率，即在三个恒定时间段内入渗量的增加相同。已有证据表明，大孔隙（半径>0.5毫米）约占土壤体积的0.0018到0.0004%，在不同土地利用类型下贡献了62.0–73.4%的总流量（Bodhinayake et al., 2004；Patra et al., 2019a；Kar et al., 2023）。因此，决定将0、?1和?3厘米的压力头对应的水势与土壤孔隙半径2.5、1.5和0.5毫米相关联，以表示近饱和状态。

### 土壤样本采集与物理化学性质分析

在2020年10月，从每个处理的遮盖渗水仪实验地点下方采集了六次重复的土壤样本，以估计容重（g/cm3）、平均粒径（MWD，mm）、质地、有机碳（%）和pH值（1:2.5土壤：水悬浮液）。使用不锈钢内径5厘米的取样筒，获取了完整的土壤样本，以评估土壤含水量和容重，并在105°C下烘烤24小时，以达到恒定干重（Blake and Hartge, 1986）。水稳性团聚体分布（或MWD）通过Yoder装置进行土壤团聚体大小分析，采用湿筛法（Yoder, 1936）。机械筛摇动装置包括不同孔径的筛子，如0–0.1毫米、0.1–0.3毫米、0.3–0.5毫米、0.5–1毫米、1–2毫米、2–4毫米和4–8毫米。去除所有外来物质后，将100克空气干燥的土壤样本通过8毫米筛子处理，并放置在筛摇动装置的最上层筛子（4毫米孔径）上。在开始湿筛过程之前，土壤样本被缓慢湿润10分钟，然后将筛子巢在水鼓中上下移动，振幅为3厘米，频率为30次/分钟，持续30分钟（Zhou et al., 2020）。处理后，每个筛子上的水稳性团聚体被收集，并在60–80°C下烘烤至恒定重量。为了评估森林类型向其他农业实践转变对土壤结构的影响，通过以下公式确定了团聚体的MWD（Kemper and Rosenau, 1986）。

### 统计分析

为了找出表层和深层土壤容重（g/cm3）、pH值（1:2.5土壤：水悬浮液）、MWD（mm）和SOC（%）的平均值之间的显著差异，进行了统计研究（ANOVA）。由于现场采样和测量的缺陷，数据中可能存在异常值，因此在分析前剔除了这些异常值。使用Shapiro-Wilk检验（Shapiro and Wilk, 1965）评估处理数据的正态性，并在数据不符合正态分布时进行了自然对数变换。然后，使用ANOVA比较处理参数，以确定它们之间是否存在显著差异（p < 0.05）。对于转换后的数据，ANOVA使用了自然对数转换后的数据。使用参数检验（最小显著差检验）（Webster, 2007）进行多个平均值的比较。最后，使用非参数检验（Kruskal–Wallis）来确定即使经过适当变换后仍不符合正态分布的处理平均值之间是否存在显著差异（Zhang et al., 2021）。此外，由于最大降雨强度和土壤饱和渗透率值受异常值的影响较大，我们采用这些参数的中位数进行相互比较，这更为稳健（Zimmermann et al., 2006）。所有统计分析均使用SPSS软件（版本21）进行。

### 结果与讨论

#### 土壤物理特性

表层（0到15厘米）和深层土壤（低于15厘米）在不同土地利用类型（森林、CT、RT和ZT）下的平均值和标准差如表1所示。不同土地利用类型和土壤剖面的土壤质地垂直变化显示了土壤粒径分布的轻微变化，这并未显著变化，表明这些土壤在土地覆盖下具有相似的粒径分数。粘土是所有处理中最常见的土壤质地类别，具有近似均匀的分布。然而，在表层土壤中，CT的粘土含量较高，而森林的粘土含量最低。

SOC（%）在表层土壤中显著（p < 0.05）地因土地利用从森林向传统耕作转变而减少，而采用CA（RT和ZT）实践后SOC显著提高。深层SOC（%）遵循相同的趋势，最低值出现在ZT（0.5±0.02）和CT（0.5±0.02）中，最高值出现在森林（0.7±0.1）中。然而，深层SOC（%）值之间没有显著差异。表层SOC（%）值分别是深层SOC值的1.8、1.4、1.1和1.1倍，表明SOC在表层土壤中更集中。这种较高的SOC表层浓度可能是由于各种来源的有机质持续积累，如农肥添加、作物残余物分解、叶落、微生物分解以及土壤微生物和动物活动较高（Ghimire et al., 2013；Zhang et al., 2019）。随着农业机械的使用增加，土壤压实程度增加，导致CT的SOC减少，同时由于较少的残余物保留、落叶添加和SOC的层状分布，以及较高的侵蚀率，CT的SOC含量低于其他处理（Patra et al., 2019b；Kabir et al., 2020）。

#### 降雨特性

表2展示了2017年至2021年期间，研究地点在不同时间间隔（5–60分钟）下的小时等效降雨强度（mm/h）的统计特征（最小值、25百分位数、中位数、平均值、75百分位数、95百分位数和最大值）。以往对山区降雨频率分布的研究发现，短时降雨在60分钟内发生（Moody and Martin, 2001）。因此，我们估计了5分钟（I5）、15分钟（I15）、30分钟（I30）、45分钟（I45）和60分钟（I60）的最大降雨强度。大多数事件发生在6月至9月，其中7月的风暴数量最高（58次），6月最低（16次）。随着最大降雨强度从I5到I60的增加，中位数、平均值和最大值分别从52.7±29.6降至18.8±10.9，从59.6±38.2降至22.0±15.5，以及从149.8降至86.7 mm/h。这一趋势与以往研究相符（Ziegler et al., 2004；Ghimire et al., 2013；Zhang et al., 2019）。整个研究期间的5分钟最大降雨强度（I5）的中位数、平均值、95百分位数和最大值分别为52.7±29.6、59.6±38.2、120.0和149.8 mm/h。对应的30分钟降雨强度值分别为26.8±14.6、31.8±21.5、75.0和110.0 mm/h。此外，基于强度、持续时间和频率方程，研究区域的5分钟、15分钟、30分钟、45分钟和60分钟降雨强度（mm/h）被计算为5年（短期）和50年（长期）的重现期（表2）。

#### 土地利用对表层和深层土壤水文性质的影响

表层和深层土壤的水文渗透率与各种最大降雨强度相结合，以推断不同土地利用类型下的主导风暴流路径。表3展示了从稳态入渗率使用Wooding的解析解估算的近饱和土壤水文渗透率。森林的表层和深层水文渗透率最高，分别达到122.2±50.6 mm/h和40.2±13.6 mm/h。而CT的水文渗透率最低，分别为36.1±7.5 mm/h和24.0±9.1 mm/h。森林的表层水文渗透率显著（p < 0.05）高于其他土地利用类型。然而，ZT、RT和CT之间没有显著差异。深层土壤的水文渗透率（在0厘米压力头下）遵循森林 > RT > CT > ZT的模式。然而，在深层土壤中，森林的水文渗透率显著高于ZT和CT，而ZT、RT和CT之间没有显著差异。深层土壤中ZT、RT和CT之间的无显著差异表明土地利用管理对深层土壤的水文渗透率影响有限（Tian et al., 2017）。在耕作处理中，ZT的水文渗透率值（不显著）低于CT和RT，这可能归因于相对较低的SOC、较低的MWD和较高的容重。类似地，CT的深层水文渗透率高于CA，这可能是因为后者土地利用形成了更紧凑的层（Gupta et al., 1997；Alletto and Coquet, 2009）。表层土壤的中位数水文渗透率值分别为森林（135.0±45.2 mm/h）、ZT（69.7±18.6 mm/h）、RT（61.0±6.8 mm/h）和CT（34.8±6.6 mm/h）。深层土壤的中位数水文渗透率值分别为森林（42.1±9.1 mm/h）、ZT（18.84±0.77 mm/h）、RT（28.7±6.3 mm/h）和CT（25.1±5.9 mm/h）。表层土壤的中位数水文渗透率值分别是深层土壤中位数水文渗透率值的3.2、3.7、2.1和1.4倍。在所有研究区域中，这一趋势也与其他研究人员的研究结果一致。这些土壤水文渗透率的变化反映了土壤扰动程度。随着土壤深度的增加，土壤水文渗透率的下降伴随着容重的增加、土壤压实程度的增加、粘土含量的增加以及孔隙度的下降（Zimmermann et al., 2006；Ziegler et al., 2009；Tian et al., 2017；Maier et al., 2020；Zwartendijk et al., 2020）。从CT向森林的水文渗透率增加可能归因于更高的腐殖质或有机质积累（Yang et al., 2020）以及轻质颗粒（沙、砾石等）的减少，以及土壤孔隙度的减少（Schwen et al., 2011）。蚯蚓的挖掘活动和根系穿透可能在森林和CA中创造了更多的土壤大孔隙和通道，促进了优先流，从而提高了水分入渗和土壤水文渗透率（Archer et al., 2013；Chandler et al., 2018）。CT表层土壤的较低水文渗透率可能归因于较高的土地利用强度和相对较高的容重（Lozano-Baez et al., 2018）。Elsenbeer et al.（1999）观察到，由于长期干旱期后的土壤疏水性，各种森林土地利用的土壤水文渗透率随土壤深度而降低。Maier et al.（2020）也观察到，在不同阶段的冰川中，随着砾石含量、SOC、根系长度密度、土壤团聚体稳定性等的变化，土壤水文渗透率随土壤深度而降低。

#### 土地利用对水文特性的影响

对于大强度降雨类别，即5分钟最大降雨强度为218.4 mm/h（50年重现期），四种土地利用类型表现出增加的IOF和减少的SSF和DP。在5年重现期的降雨事件中，四种土地利用类型的IOF和SSF、DP的变化趋势相似。对于5分钟最大降雨强度（131.6 mm/h）和5年重现期，四种土地利用类型的风暴流模式如图4（e、f、g和h）所示。在森林土地利用中，由于表层中位数水文渗透率（135.0 mm/h）低于最大5分钟降雨强度（131.6 mm/h），雨水被划分为IOF（6.9 mm/h）和垂直渗透（135.0 mm/h）。然而，由于深层土壤水文渗透率（42.1 mm/h）低于渗透率（135.0 mm/h），在深层土壤中开始积水，形成了一个临时的滞水层。进一步地，SSF（65.5%）和DP（29.7%）在深层土壤中生成。对于ZT，表层水文渗透率（69.7 mm/h）低于降雨强度（131.6 mm/h），导致地表径流生成（61.9 mm/h）。然而，深层土壤水文渗透率（18.8 mm/h）低于水流量（69.7 mm/h），因此在深层土壤中开始积水，形成滞水层，从而生成SSF（50.8%）和DP（13.3%）。对于RT，降雨强度（141.9 mm/h）高于表层水文渗透率（61.0 mm/h），因此部分水流量渗透（61.0 mm/h）并生成IOF（107.09 mm/h）。由于深层土壤水文渗透率（28.7 mm/h）较低，部分水流量在深层土壤中停滞并生成SSF（24.5%）和DP（20.2%）。在CT中，降雨强度（102.6 mm/h）高于表层水文渗透率（34.8 mm/h），因此地表径流（50.7 mm/h）生成。深层土壤水文渗透率（25.1 mm/h）低于水流量（34.8 mm/h），因此在深层土壤中开始积水，生成SSF（9.67 mm/h）和DP（29.4 mm/h）。在相同的5分钟最大降雨强度下，四种土地利用类型的IOF、SSF和DP的比例均因重现期的不同而变化。在50年重现期的降雨事件中，所有土地利用类型均表现出较高的IOF和较低的SSF和DP。这一变化趋势表明，在极端降雨条件下，地表径流的生成更为显著。

此外，对于中等强度降雨类别，即30分钟最大降雨强度（141.9 mm/h）和长期重现期（50年），四种土地利用类型的风暴流模式如图5（a、b、c和d）所示。在森林土地利用中，由于表层中位数水文渗透率（135.0 mm/h）低于最大30分钟降雨强度（141.9 mm/h），部分水流量渗透（135.0 mm/h）并生成IOF（6.9 mm/h）。然而，由于深层土壤水文渗透率（42.1 mm/h）低于渗透率（135.0 mm/h），部分水流量在深层土壤中停滞并生成SSF（65.5%）和DP（29.7%）。对于ZT，表层水文渗透率（69.7 mm/h）低于降雨强度（131.6 mm/h），因此地表径流生成（61.9 mm/h）。然而，深层土壤水文渗透率（18.8 mm/h）低于水流量（69.7 mm/h），因此在深层土壤中开始积水，形成滞水层，从而生成SSF（50.8%）和DP（13.3%）。对于RT，降雨强度（141.9 mm/h）高于表层水文渗透率（61.0 mm/h），因此部分水流量渗透（61.0 mm/h）并生成IOF（107.09 mm/h）。由于深层土壤水文渗透率（28.7 mm/h）较低，部分水流量在深层土壤中停滞并生成SSF（24.5%）和DP（20.2%）。对于CT，降雨强度（102.6 mm/h）高于表层水文渗透率（34.8 mm/h），因此地表径流生成（50.7 mm/h）。深层土壤水文渗透率（25.1 mm/h）低于水流量（34.8 mm/h），因此在深层土壤中开始积水，生成SSF（9.67 mm/h）和DP（29.4 mm/h）。在相同的30分钟最大降雨强度下，四种土地利用类型的IOF、SSF和DP的比例均因重现期的不同而变化。在50年重现期的降雨事件中，所有土地利用类型均表现出较高的IOF和较低的SSF和DP。这一变化趋势表明，在极端降雨条件下，地表径流的生成更为显著。

对于低强度降雨类别，即60分钟最大降雨强度（102.6 mm/h）和长期重现期（50年），四种土地利用类型的风暴流模式如图6（a、b、c和d）所示。在森林土地利用中，由于表层水文渗透率（135.0 mm/h）高于降雨强度（102.6 mm/h），所有水流量均垂直渗透，生成SSF（59.0%）和DP（41.0%）。在CT中，由于表层水文渗透率（34.8 mm/h）低于降雨强度（102.6 mm/h），地表径流（66.1%）生成，深层土壤水文渗透率（25.1 mm/h）低于水流量（34.8 mm/h），因此在深层土壤中开始积水，生成SSF（11.3%）和DP（29.4%）。对于ZT和RT，由于表层水文渗透率低于降雨强度，地表径流生成。此外，无论重现期如何，当最大降雨强度从5分钟增加到60分钟时，SSF和DP均有所改善，而IOF则减少。

### 经济可持续性

根据一项针对南亚的元分析，保护性农业（CA）的经济和生态效益因气候、耕作系统和土壤质地而异，显示出更大的碳固存潜力和减少温室气体排放的潜力（Kumara et al., 2020）。在南亚的玉米-小麦耕作模式中，零耕作（ZT）通过保留作物残余物提高了产量5.8%、水分利用效率12.6%和净经济回报25.9%，同时减少了全球变暖潜力12–33%（Jat et al., 2020）。采用CA可能有助于可持续利用现有的自然资源，而不会进一步破坏环境，同时满足国内需求（Hobbs et al., 2008）。无耕作技术可能成为干旱地区的一种气候智能型、适应性工具，当与轮作和残余物保留结合时，能显著提高雨养作物的生产力（Pittelkow et al., 2015）。

### 研究局限性

尽管在发达国家，保护性农业（CA）的采用仍相对有限。这可能是因为农民通常倾向于即时收益，而其全部效益只有在CA原则充分建立后才会显现，这可能需要时间（Stagnari et al., 2009）。此外，在CA的初期采用阶段，由于土壤物理性质（如较高的容重和较低的孔隙度），可能不会显著改善土壤的水文性质（Verhulst et al., 2010）。此外，CA的初期建立可能在紧实、黏重或排水不良的土壤中具有挑战性，通常需要特殊适应。此外，残余物保留可能增加害虫风险，需要使用农药并减少动物饲料的可用性（Kassam et al., 2014）。因此，在这些地区应引入替代饲料。由于作物轮作和残余物保留对于资源贫乏和脆弱的小农户来说较为困难，CA的扩展可能在雨养地区是一项挑战（Pittelkow et al., 2015）。

### 未来展望

许多研究表明，可以通过优化CA的优势来实现更好的效果，因此政策制定者应评估其实现可持续发展目标的能力（Jat et al., 2020）。在接下来的几十年里，所有利益相关者必须推动政策和项目，以从传统农业向CA转变（Kassam et al., 2014；Kassam et al., 2022）。识别全球CA易于推广的亮点至关重要，因为CA可能不适合所有土壤系列和农业生态区（Lal, 2015；Rodenburg et al., 2021）。

关于CA对土壤水文性质的影响，已有研究显示其效果因短期和长期实验而异。一项针对玉米种植的短期实验显示，CA地块表现出较高的土壤水分势，以及较低的土壤容重和温度，与传统耕作系统相比（Salem et al., 2015）。然而，长期研究表明，无耕作系统可能不会一致地改善土壤水文性质，其效果可能有限或特定于环境条件（Blanco-Canqui et al., 2017）。在本研究中，CA和CT土地利用的土壤水文研究是在2011年建立的长期实验地块进行的，持续了10年。相同单位将在未来继续在类似条件下进行研究，以了解土壤水文性质随时间的变化。

### 结论

本研究旨在评估土地利用变化对表层和深层土壤饱和渗透率的影响，以及其对径流生成过程的含义。研究了印度西北喜马拉雅地区四种土地利用类型（森林、传统耕作（CT）、减少耕作（RT）和零耕作（ZT））的水文特性。表层土壤中，森林的水文渗透率显著（p < 0.05）高于其他土地利用类型，其顺序为森林 > RT > CT > ZT。随着土壤深度的增加，土壤水文渗透率下降，同时容重增加、土壤压实程度增加、粘土含量增加、孔隙度下降以及腐殖质或有机质的积累减少。此外，表层和深层土壤的大孔隙对总流量的贡献分别为62.0–73.4%和65.6–76.1%，尽管这些大孔隙仅占土壤总体积的0.0005到0.0018%和0.0002到0.0006%。这表明大孔隙在水文过程中的重要性。

将降雨强度场景与土壤饱和渗透率进行比较表明，对于大强度降雨类别，即5分钟最大降雨强度（218.4 mm/h），四种土地利用类型在50年重现期的降雨事件中表现出增加的IOF和减少的SSF和DP，与5年重现期的降雨事件相比。径流路径分析表明，通过采用CA，降雨被吸收为SSF，从而提高了根区土壤水分含量或进一步补给地下水为DP，IOF几乎不会发生。因此，本研究的结果与我们的假设一致，即尽管将原生森林土地转变为CT会损害土壤的水文和物理健康，但通过采用CA实践，可以逐步恢复土壤的水文渗透率和主导的水流路径。本研究为更好地理解不同土地利用的水文响应机制提供了依据，这在引入喜马拉雅地区的管理策略时应加以考虑。