影響風蝕的地麵條件是地表粗糙度,表麵覆蓋掩護地表不受風的直接撞擊。侵蝕率隨地表粗糙度的增加而減小,因為襲擊地麵的風速將減低。表麵粗糙度可通過在耕作中築成的溝壟或將土塊帶至田麵而造成。隻有由不易侵蝕的結構單位組成的粗糙度才是有效的,像由砂粒築成的土脊則很快會被風削平。植被不僅增加表麵粗糙度,而且提供了表麵覆蓋。高的植被比矮的植物更能增加粗糙度,易被風吹彎的植物總表麵粗糙度低於不倒彎植物。像牧草和穀物茬頭這類密的植被較之像玉米和棉花這樣的疏、粗植被能提供更好的表麵遮蓋。
光滑的裸露土麵,可以采用人工屏障來掩護地表使之免受風的直接衝擊,以減少風蝕,如防風林,擋風籬笆或土牆圍等。
(3)土壤耕作中的風蝕防治措施
風蝕的防治應立足於防護土壤易蝕組分遭受侵蝕性風的撞擊,以及將侵蝕掉的顆粒攔蓄在地表粗糙屏障之間或這些屏障的背風麵。活的植被或前作植被的殘茬由於其有效性和持久性,可用作主要防治手段。
植被覆蓋被證明是最經濟有效的防治風蝕方法。正是由於地麵的自然植被遭到破壞,才產生了風蝕危害。經耕作的土壤,實際上都需要利用植被作為防止風蝕的關鍵性保護因素。植被效果取決於覆蓋密度和留在地表的植物殘茬的抗分解能力。前已指出,已長茂的牧草防止風蝕的效果最大,而中耕作物的作用最小。同理,小麥殘茬較高粱稈好。根據chepil和Woodruff的報道,在直立的小麥茬頭地上,風蝕量是92.Skg.hf1,僅為裸地風蝕量的17.5%,而割倒的麥稈地上為53%;這說明直立的茬頭表麵粗糙度較大。同樣,直立的高粱茬頭地和割倒的高粱稈地風蝕量各為裸地的81%和90%;這是由於高粱茬稈較稀。殘茬覆蓋和最小耕法可有效地防止風對地表的直接危害。
植被可用來作為①風障,以減低下風處風速,使之低於流動速限;②攔蓄移動的土粒。風障的效果主要取決於密度、寬度、孔隙度,以及與盛行風的方向所成角度;成直角時屏障作用最大。多孔的植被減低風速效果較密實植_小,但可在下風方向提供較長距離的保護作用,風障沿下風方向降低風速的有效距離約為屏障高度的40-50倍。為了有效地進行防治,實際應用的植被屏障間隔距離較此為小,約為屏障高度的9-10倍。
美國在塵暴盛行的30年代,曾廣用防風林,但沒有起到預期那樣的效果,因為土地幹旱,防風林生長不茂盛,而且與作物爭水。一年生高稈作物如蘇丹草、高粱等高密植時可成為有效的作物屏障。中耕作物或休閑地與穀物或其它密植的作物之間的帶狀種植,能有效地攔蓄被侵蝕的土顆,粒,使原來隨風而加速的土壤流動得到緩減,帶狀種植須與殘茬覆蓋結合才能成為完全有效的防風蝕措施。如中耕作物的行向與盛行風向能垂直則效果更好。
土壤耕作既可助長、亦可減少風蝕。幹旱半幹旱地區休閑地的滅草耕作會破壞土壤結構,助長土壤移動。能在地表產生較多粗糙坷垃的耕作,既能提高表麵粗糙度,亦可增加地表坷垃中不易侵蝕的組分數量,從而有助於減少風蝕。譬如壁犁、開溝犁、鑿形中耕器,通常帶到地表的坷垃較大,地表粗糙度較大;深耕一般還能將較為粘重的底層土帶上表麵,成為較大較堅實土塊。從防風的角度看,這樣具有較好的效果。另外,所有這些耕作措施,在耕作方向上都應盡可能與盛行風向垂直。但是也必須注意,在隨後的種床整備中,如果過度整碎,破壞土壤結構,特別是在幹旱狀態下的輾壓破壞,則將為風蝕提供助長條件。覆蓋耕法和少免耕法可避免或減少造成幹碎土暴露於勁風的機會,不僅被認為是有效的防水蝕措施,亦被認為是有效的防風蝕措施。
被覆蓋度,包括地上植被量、植被類型在總的橫斷麵積上的分布、植被排列方向和表麵粗糙度因素。此方程可用於估計一個田塊在當地氣候條件下的可能風蝕量,也可用作將潛在風蝕量減至最小的各種途徑的評價。
5.2.5不恰當耕作的副作用——土壤的過度壓實
一、最佳密實水平的概念
對每種作物、土壤、季節,隻有一個最佳的根區密實水平,即有一定的總孔隙率和毛管及非毛管孔隙率,可簡略地以容重或密實度表示。粗粒土壤、單子葉作物、在旱季,該最佳密實水平較高;細粒土壤、雙子葉作物、在濕潤季節,該最佳密實水平較低。
世界各地都曾報告因土壤壓實不足而減產,特別是土壤粒度粗,播前幹旱的地區。甜菜的“抓苗”、產量和糖分,土壤壓實的比不壓實的高。在經擾動的土壤中種樹苗,壓實不足是眾所周知的問題。增加旱播苜蓿的鎮壓可大大提高出苗率。密實水平低於最優值時所起的不良影響有:
①因種子與土壤接觸不良,毛管水分上升不足,發芽和出苗率低;
②根分叉少,幼苗吸取養分不足;
③缺錳,特別是播種較深時。在缺錳地塊增加種床鎮壓可使大麥增產。
壓實水平高於最優水平時所起的不良影響表現在容重、圓錐阻力、孔隙大小的分配和方向上。其結果造成:
①缺氧;
②乙烯毒性;
③根的伸長受到阻礙,吸取水分和養料變少;
④土壤微生物活動受阻,固氮及硝化減少;
⑤土壤動物群落活動減少。
HanSen(1982)對丹麥砂壤土和粉壤土試驗的結果表明:最適宜的總孔隙率分別為41%-44%和50%-54%,最適宜的空氣孔隙率在11%-15%。黑龍江紅興隆農場管理局科研所等的試驗數據表明,玉米最適宜的土壤容重,黑土上為1.0-1.3g/cm3,生草灰化土上為1.3-1.4g/cm3;當穀類作物適宜的容重為1.1-1.3g/cm3時,甜菜為1.1-1.5g/cm3,馬鈴薯和向日葵為1.1-1.2g/cm3。還有報道:當土壤容重為1.65g/cm3時,小麥根係不能穿透,為1.45時黃瓜根係不能穿透,當孔隙小於10/um時植物根頭不能生長,小於3m時微生物不能進入。
二、土壤密實度的自然調節
土壤密實度受到幹縮濕漲、冷凍熱融、雨水重力沉實、根係擠壓、土壤生物活動等交替作用,具有自然調節的能力,經一段時間後相對地穩定於一定值,稱為平衡密實度。平衡密實度依土壤的機械組成、腐殖質含量、地下水位高低而定。作物適宜的密實度值與自然調節密實度穩定值在有機質含量高的土壤,如重質黑土,據信是一致的(紅興隆科研所數據),而一些“口緊”或過於粘重的土壤就不一定一致。這種土壤不提高其腐殖質含量或適當摻土或摻砂,就需要經常耕作,否則隻能種產量低、品質差的作物。對於有機質含量高的,兩種密實度一致的土壤,即使采用翻耕、少耕免耕等不同耕法,在一個生長季節之後(約100天),土壤的密實度也將基本上達到作物適宜密實度值。在重要的出苗、分蘖、拔節、灌漿期間,土壤各層的密實度也不是與適宜密實度完全相同的。對於兩者不一致的土壤尚未見到有實驗數據。對於水田土壤,根據江蘇農學院耕作教研組在砂壤土上的實驗數據:在分蘖末期以後,不同耕法(免、少、傳統耕法)的土壤容重均穩定在1.3-1.4g/cm3,而高產點的容重偏向於高值(1.4g/cm3)。
即使作物適宜的密實度與土壤平衡密實度相近似,由於自然調節往往需要等候季節的凍、融、濕、幹,而當這種調節趕不及作物各生長發育階段的需要時,也要耕作。例如田間重壤質黑土容重由機壓至1.4g/cm3後,經2個多月恢複至1.312g/cm3,經420天,中間有5個月的封冰期,恢複至1.1158g/on3,經537天穩定在1.242g/cm3。如有雨水打擊,使無葉遮擋的行間表土結構破壞,幹後形成幹硬土殼,需要及時中耕耪地。如果春耕時機具對土過度壓實,亦將在作物生長期間起不良影響。對於常年不凍的南方,在砂性土壤上,犁底層和拖拉機的壓實,更會因年年來不及消除而積累,從而妨礙根係發展。