正文 第五章 土壤耕作(三)(2 / 3)

溫帶地區的土壤溫度能改變土壤吸收的特性,冬季前後的各種結凍深度亦影響水的滲透過程,雪融化時無覆蓋的淺融化表層,將產生細溝侵蝕;其餘月份中輻射能影響土壤溫度,亦影響蒸發蒸騰量,從而影響降雨間歇期間的土壤含水量,影響土壤承受雨滴侵蝕的性能,風影響雨滴撞擊角度和速度,亦影響蒸發蒸騰,影響土壤含水量。但影響衝刷量的重要因素是地形,隻要地形略有起伏,侵蝕就會變得嚴重起來。坡度的一致性使得防治措施相對地較為容易些。坡度大小通常又比坡長更重要。Smith和Wischmeier根據試驗認為坡度與侵蝕量存在有拋物線關係。

植被可緩和氣候、地形對土壤侵蝕的影響;美國水土保持試驗站的試驗表明,不論土壤透不透水,坡度從4%-30%,凡有良好草皮的土壤,植物冠層可阻留7%-43%的雨水使之不直接撞擊地麵;植被的蒸騰使土壤水分降低,對一定雨量可減少徑流速率;植被可保持土壤免於凍結,維持高滲透速率;植被阻礙徑流,避免快速集中,從而減少衝刷。采用種有牧草的水路來引水下坡,經證實可阻止衝刷。植被促進土壤生物活動,同根係-起增加土壤孔隙率,改進土壤結構。

種植不同的作物也有不同程度的影響:密植的高粱及大多數中耕作物,上部莖稈收走後,剩下的茬頭保土作用都很差,冬小麥的根則起有一定的保土作用。蘇丹草根量僅約為天然牧草的17%,但亦有一定保土作用;二齡草木樨亦大體相同,但比蘇丹草稍差;四齡苜蓿根量約為天然牧草的43%,但保土能力隻與蘇丹草差不多,可能是由於須根少。匈牙利雀麥根量為天然牧草的48%,但根莖交織成草墊,保土能力最好。

(4)土壤耕作中的侵蝕防治

一個流域的水土流失防治,涉及林業、水利工程措施、作物種植計劃和管理以及土壤耕作等各個方麵措施的綜合,並須因地製宜。一般而言,大坡度上須植樹種草,溝集水道須采取分流減速和抗衝刷的建築物和措施;在農田地區,采用輪作、帶種等耕作或築梯田,在耕作上采取覆蓋耕作、少耕免耕,在傳統耕作中亦要在時間、水分、方法、次數、方向以及程度等方麵避免過度破壞土壤結構,引起地表結硬殼,保護滲透率,減少水土的流失。帶狀種植是減少種植地帶縱坡坡長從而減少田間衝刷勢的一種方法。在田地坡度基本一致的地區,用中耕作物夾草皮作物的帶狀種植或其它帶狀種植;在田地坡度不一致的地區,用田間帶狀種植與出水口種成草地相結合的措施,據報道能起較好效果。草地不一定能吸收來自耕作帶的徑流水,但草地能攔蓄水流中的細砂。在采用帶狀種植時排水道堅固也是重要條件。修築梯田能基本上消除田麵的坡降,從而通過緩減徑流速率減少衝刷,不論總徑流量是否由於梯田滲透的改善而有所減少。梯田的寬度、垂直間隔等的確定,除考慮土地表麵吸水能力和剖麵滲水能力等外,還須考慮垂直豎牆的水熱狀態和水分的兩麵蒸發散失。梯田的出水口須避免溝蝕,須注意幹旱期間出水口的龜裂或護土植物的幹死。

不同的輪作或倒茬對水土衝刷有很大影響:玉米連作較露地休閑衝刷少50%;玉米、小麥、三葉草輪作則減少86%;而輪作中有草皮則能提高滲透速率,增加土壤抗分散和遷移能力。秋季種麥時,地麵一般裸露,土壤水分亦較高,有可能發生一定的水土流失。

2.風蝕

風對失去植被保護、結構遭到破壞、水分幹燥的土壤能起巨大的遷移作用,特別是在幹旱半幹旱地區和沙漠及其邊緣地帶;從而造成沙漠樹P伸,草場的沙化,農田土壤和肥力的喪失,同時破壞生態,汙染環境。我國黃土高原深厚的風積土層就是經曆地質年代的風力遷移的結果。自30年代中期美國中西部平原因風蝕而發生的巨大塵暴對農業造成嚴重災害以來,人們對耕作中破壞植被引起風蝕破壞土壤結構的嚴重後果給予了極大的重視。在我國西北部,風沙的危害尤其嚴重,風蝕和風沙的防治,與土壤耕作密切有關。

(1)風的侵蝕力

地表風的湍流,引起土壤的遷移。這種湍流包括向四麵八方以不同速度流動的旋渦。根據Chepil和Woodruff(1963)對靠近地麵風速的測定,湍流風的平均前進速度在平麵以上隨高度成指數曲線分布,這裏是平均空氣動力學表麵高度;這個高度主要取決於地麵植被的高度,或其它具有粗糙度的地貌的高度。空氣流動是受阻的、比較緩慢的、或甚至是平靜的。K是空氣動力學表麵的粗糙度,取決於植被或地貌在高度、密度、及其它特性上的變化。

(2)風蝕機理及影響因素田間土壤顆粒受到風的直接壓力以及受到沿地麵作短程跳躍的顆粒的撞擊而移動。即使是最容易受侵蝕的那些顆粒也需要有一個最低的速度才能開始移動,稱為低流動速限。隨著風的強度提高,其速度達到所有各種大小的可侵蝕的顆粒都開始移動時,稱為高流動速限。當受到已移動的顆粒的撞擊時,要達到流動速限隻需較低的風速即可,這個風速稱為最低撞擊起動風速。各種速限天天不同,取決於田麵條件。在風的壓力和運動顆粒的撞擊兩者聯合作用下,風蝕在田間向下風方向作扇形開展。最容易侵蝕的地點的最低流動速限確定整個田塊的流動速限。沙丘和波浪形地塊的顆粒的流動速限最低。使土粒開始移動的風的侵蝕強度是前麵提及的阻抗速度的函數。

1)土粒的移動

約50%-75%土粒的運動屬於跳躍滾動。土粒在受風卷起之後,立刻幾乎是鉛垂跳起,從.而開始跳躍運動,其中有的跳躍距離短,有的則遠達30.48cm或以上,這取決於從地麵上起躍時的始速以及在重落到地麵之前所受到風壓力的延續加速量。

2)土壤的受風蝕性能

風蝕的程度隨土壤的幹旱而增加,隨水分的適當而減少;植被亦起有保護作用;土壤顆粒之間的水膜增加凝聚性,甚至在凋萎點的約1.5MPa水勢時,也很少有風蝕達到那麼高的速度,以至破壞凝聚力。、

土壤結構對風蝕的影響主要表現於團聚體和坷垃的大小及穩定性上。粘粒和粉粒由於作為膠結劑而形成不易受風蝕的團聚體,因而很少以單粒態出現於風蝕物中;而砂粒不易結成小土塊,因而具有很高的受風蝕性能。

風道的試驗表明,直徑大於0.84mm(—般以1mm為標準)的單粒難於為各種侵蝕性風所移動。雖然水穩性團聚體的大小可以到0.02mm或更小,但大於1mm團聚體含量百分率高的土壤對風蝕具有顯著的抗力,較小的團聚體通常結成較大的結構單位,成為小土塊或土坷垃。所形成的小土塊的數量,與直徑小於0.02mm和大於0.84mm的水穩定性團粒所占百分率密切相關。這些較大顆粒的小土塊防護易受侵蝕的顆粒免於受風力影響。

土壤結構單位可因風攜物質的磨蝕,耕作作業,雨點撞擊,交替凍融或交替幹濕而破碎。田間最初風蝕常發生於受雨碰撞而形成土殼之後。這一薄土殼,開始時對風是具有相當抗力的,能使其開始移動的阻抗速度,比後來在後續的風暴中能移動的阻抗速度要高。最先被侵蝕的顆粒起磨蝕作用,切穿土殼,從而暴露出更多的易蝕顆粒。在表麵上本來不易受侵蝕的小土塊也會因遭受這類磨蝕作用而崩解。磨蝕量與風速的平方成正比,與破裂模量成反比;破裂模量是土壤粘聚力的指數。

對土進行耕作容易破壞結構單元之間的粘聚力,增加土壤受蝕性能。如果在耕作中將下層的大坷垃帶上土表,風蝕將會有所減少。幹濕交替和凍融交替將減少土壤的結塊度,產生易受風移動的較小團粒,從而減低土表坷垃的機械穩定性。曾觀察到冬季濕潤土壤的凍融作用增加了來春地表的侵蝕度。