不同覆盖措施的土壤生态环境效应和作物增产效应述评.doc
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1、不同覆盖措施的土壤生态环境效应和作物增产效应述评干旱、缺水是困扰我国农业生产的两大难题之一1,集雨、蓄水、减少水分无效蒸发等是促进我国北方地区农业发展的重要途径。地表覆盖作为一种土壤调控技术,不仅能提高水分利用效率,促进土壤温度升高,起到保水保墒的作用,而且能够改善土壤物理性状,起到抑制杂草、减轻土壤盐碱化程度、提高土壤微生物活性等作用,并且能够减少水土流失、保护土壤结构,为作物生长提供适宜的水、肥、热等条件,从而提高作物产量2-3。如何选择合适的地表覆盖方式及材料对于满足不同地区作物生长所需要的湿度、温度等条件至关重要。因覆盖材料、作物品种、生态区域不同,国内外学者关于覆盖措施的土壤环境效应
2、和增产效应研究结果存在较大差异。我国耕地面积广阔,各地区之间自然条件差异大,各地的种植制度也存在差异4。本研究从土壤环境、土壤肥力、土壤水分利用效率以及作物的生长发育和产量等方面入手,对我国旱作农业区常用的3类地表覆盖措施(秸秆覆盖、砾石覆盖、地膜覆盖)的土壤生态环境效应及增产效应原理进行比较分析,旨在为合理选择和应用地表覆盖材料提供参考。 1 不同覆盖措施对土壤环境和肥力的影响 1.1 不同覆盖措施对土壤温度的影响 研究表明,秸秆覆盖、砾石覆盖、地膜覆盖这3类地表覆盖措施都可以起到调节土壤温度的作用。于晓蕾等通过研究不同秸秆覆盖量对不同土层深度土壤温度的影响发现,深度为015 cm的土层土温
3、变化明显,1525 cm土层土温变化不明显5。崔向新等研究表明,砾石覆盖条件下土壤的降温速率要明显低于未经过砾石覆盖的降温速率。地膜覆盖能显著增加耕层5 cm处的土壤温度6。李晓黎通过田间育苗试验,认为覆膜区的地温要比未经过覆膜处理的小区高0.57.5 7。王树森总结了地膜的增温机制主要源于以下原因:(1)地膜隔绝土壤与外界的水分交换,抑制了潜热交换;(2) 地膜减弱了土壤与外界的显热交换;(3)地膜及其表面附着的水层对长波反辐射有削弱作用,导致夜间土壤温度下降速度减缓8。当外界温度较高时,覆盖在地表的秸秆能吸收一定的太阳辐射,使地表的温度不超过作物生长的上限温度,保证植物正常生长;白天秸秆覆
4、盖具有降低地温的作用,覆盖处理地温的最高值低于对照,主要原因是秸秆吸收太阳辐射后,由于秸秆的导热率较小,导致热量不易向地表传递;夜晚温度降低时,秸秆层阻挡了地面的长波辐射,减少了土壤散失的热量,能量的释放减缓,有效阻碍了地温降低。砾石覆盖增加了地表粗糙度,且砾石颜色深,增加了砾石对太阳辐射的吸收能力,加之砾石热容量和导热率均小于土粒,因此具有升温快、散热快的特点。砾石覆盖下土壤温度增幅大于土田,显著改善了土壤热状况。在这3类覆盖措施中,地膜的增温速度最快,且呈持续增温状态9。由此可见,若覆盖的主要目的是增温,应选择地膜覆盖。秸秆覆盖和砾石覆盖在高温时可以调节土壤表层的温度10,使土壤温度的变化
5、比较平稳11,更有利于作物生长。 1.2 不同覆盖措施对土壤含水量的影响 秸秆覆盖、砾石覆盖、地膜覆盖这3类不同的覆盖措施均能起到保持土壤水分的作用。秸秆覆盖增加了雨水入渗率,提高了土壤的蓄水保水能力。宋凤斌等研究发现,秸秆覆盖在干旱年份能够显著增加玉米生长发育期土壤的含水量12。砾石覆盖能够通过增加水分入渗量和抑制水分蒸发而蓄水保墒13。雒焕?匝芯糠郑?新、中、老沙田土壤含水量均高于土田,说明沙田土壤有保墒作用,这主要是由增加入渗量的同时降低蒸发量所致14。地膜覆盖的保墒效应主要是由于地膜在土壤表面起到不透气的物理阻隔作用,使土壤水分垂直蒸发直接受阻,迫使水分横向运移,土壤水分蒸发速度相对减
6、缓,总蒸发量大幅度下降。同时,因地膜内温度较高,加大了土壤热梯度的差异,导致土壤深层水分向上移动,并在上层聚积,形成提水上升的保墒效应,地膜内水气增加,大量凝结在膜内壁上,到了夜晚或低温天气,膜下水汽遇冷凝结成小水珠,由小变大,滴落地表,再渗入土中,又提高了土壤湿度,以后再蒸发再凝结,如此进行液相和气相循环,保证土壤耕层含水量较高。由于覆膜限制了降水及灌溉水直接进入土壤,因此在覆膜后期,随着地膜内温度的持续升高,土壤湿度不断降低9。秸秆覆盖在土壤表层增加了保护层,水分在上升过程中受到阻力而返回到土壤中,并且秸秆覆盖能减小风带来的水分蒸发量,因此显著提高了土壤含水量。砾石覆盖地表增加了土壤渗水力
7、,与土田相比,砾石覆盖地表处理下土壤水分下渗率增加了9倍14,加之砾石阻拦了土壤水汽向外扩散,进一步降低了土壤表层水分损失量。 1.3 不同覆盖措施对土壤密度的影响 土壤密度影响土壤蓄水能力15,并最终影响农作物的生长发育和产量16。地表覆盖能够改善土壤结构,对地表进行不同覆盖处理能不同程度地影响土壤密度11。覆盖秸秆后,土壤有机质含量提高,随着腐殖质含量的增多,土壤团聚体数量增多,总孔隙度提高,土壤密度下降17。研究表明,当土壤中砾石含量增加时,土壤密度随之增加,当砾石含量增加到一定的程度时,土壤密度随着砾石含量的增加而减小18。地膜覆盖后期,破碎的地膜残留在土壤中,或形成机械断层,或把小块
8、土壤包裹起来从而影响作物根系正常生长,不利于作物吸收养分和水分。残膜还会阻碍土壤中毛管水和自然水的渗透,增加土壤密度19。 1.4 不同覆盖措施对土壤侵蚀的影响 秸秆覆盖、砾石覆盖、地膜覆盖这3类不同地表覆盖措施均能显著提高土壤流失通用方程式A=RKLsCP和风蚀通用方程式E=f(IKCLV)中的植物覆盖因素C、V,有效减轻土壤水蚀和风蚀损失,对防止水土流失和防护农田具有重要意义。秸秆覆盖影响地表径流,可阻截部分降水量,使土壤表面免受雨滴溅蚀,起到减轻土壤颗粒分离和扩散的作用。同时,秸秆覆盖地表增加了地表的粗糙程度,减少径流总量并降低地表径流的流速20。王安等研究表明:秸秆覆盖条件下,最大产沙
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