前言

近年来，由于沙尘暴的频繁发生，以防治北方农田土壤风蚀为重点的风蚀荒漠化研究日益被重视起来。研究表明，干旱区农田是风蚀和沙尘暴形成的主要策源地之一，也是我国防沙治沙的薄弱环节。因此，它已成为现今风蚀防治的主要研究对象和前沿领域。我国北方大部分风沙区农田地处农牧交错过渡区，生态环境脆弱，加之传统的农业耕作技术措施，导致冬春季节农田土壤裸露、干燥，很容易发生土壤风蚀。因此，寻求合理的保护性耕作技术，来改变传统的耕作方式，以达到高产和防治土壤风蚀“双赢”的目的，是发展生态农业、治理土地沙漠化、实现区域农业生产可持续发展和改善当地生态环境的有效途径。

本研究在对靖边县北部风沙区20年气候因子及土壤养分变化特征调研分析的基础上，以靖边县农业局杨桥畔乡示范农场为依托，选用了玉米免耕、秸秆覆盖、覆膜和翻耕4种耕作措施，开展了保护性耕作的野外田间定位观测试验研究；在冬小麦引种成功的基础上，开展了冬小麦免耕、覆膜和翻耕的田间试验研究，并利用风洞模拟实验研究了不同耕作措施的防风效益。采用野外试验、室内风洞模拟分析及统计分析的方法，对保护性耕作措施下土壤特性、水肥利用率、经济效益及防风效益进行了系统的分析。得出以下主要结论：

1. 研究区大风与干旱、寒冷同步，加之冬春季节地表裸露，很容易发生土壤风蚀。多年平均气候侵蚀力因子值为92.8，土壤风蚀的潜在危险性极高。通过1983年和2003年两期土壤采样分析的结果证实，农田土壤肥力分级中的1级、2级所占比例下降了1％～2％，5级和6级所占比例增加了5％～7％。因此，风蚀仍然相当严重。

2. 玉米保护性耕作能改善土壤性质、提高水肥利用率及经济效益。覆膜、免耕、秸秆覆盖表现为对气温的变化反应不敏感，在整个生长期内覆膜、免耕、秸秆覆盖措施下的土壤温度变化相对平稳，而翻耕对气温的变化相当敏感。相对于翻耕，免耕和秸秆覆盖措施降低了表层0～20cm的土壤容重，覆膜增加了表层0～20cm土壤容重。但是，免耕和秸秆覆盖增加了底层20～40cm的土壤容重。覆膜、秸秆覆盖和免耕措施下0～60cm土壤贮水量分别比翻耕提高了10.88mm、6.26mm和5.08mm。免耕增加土壤养分分层率，土壤有机质、全氮和速效氮在各措施下随着耕作年限的增加而增加，免耕增加速率高于其他措施，而碱解氮、全磷随着耕作年限增加而下降，免耕延缓下降速率。免耕、秸秆覆盖和覆膜分别比翻耕提高水分利用率13.3％、8.0％和22.0％，分别提高氮、磷肥料的利用率61％、23％和60％。免耕、秸秆覆盖和覆膜分别比翻耕增加作物产量4.44％、13.14％和19.26％。经济收益由高到低为免耕＞秸秆覆盖＞翻耕＞覆膜。

3. 引种试验证实了该区能够种植冬小麦。用覆膜和免耕措施种植的冬小麦在出苗期和越冬期土壤温度高于翻耕。与翻耕相比，免耕降低了表层0～20cm土壤容重，但是增加了20～40cm土壤容重，覆膜增加了表层土壤容重。二者的土壤含水量都高于翻耕；土壤有机质、全氮和速效钾随耕作时间的增加呈增加趋势，且增加速率远远高于翻耕；碱解氮和全磷呈下降趋势，但是减缓了下降速率。覆膜水分利用率和氮、磷肥料利用率最高，免耕居中，翻耕最低。冬小麦产量表现为覆膜＞免耕＞翻耕，产投比则为免耕＞覆膜＞翻耕。

4. 风洞模拟实验证明，保护性耕作明显增加地表粗糙度，提高土壤颗粒起动风速。冬小麦下垫面粗糙度最大，其次分别为免耕和覆膜，翻耕最小。相应的，起动风速则表现为冬小麦＞覆膜＞免耕＞翻耕。保护性耕作能减少农田土壤风蚀速率。同一风速下，翻耕措施下的风蚀速率明显高于其他3种保护性耕作措施，风蚀速率由高到低的排列顺序为翻耕＞覆膜＞免耕＞冬小麦。

5. 通过选择不同措施下土壤水肥指标、经济效益指标和防风效益指标，建立了保护性耕作综合评价的指标体系，应用TOPSIS法对保护性耕作进行了综合评价，结果表明，秸秆覆盖措施综合效益最优，翻耕措施最差。不同耕作措施的综合效益由高到低的顺序为秸秆覆盖＞免耕＞覆膜=冬小麦＞翻耕。

综上所述，鉴于试验区土壤风蚀严重的现状，保护性耕作（秸秆覆盖、免耕、覆膜）相对于翻耕能够有效地使农田蓄水保墒、防治土壤风蚀、提高作物产量和增加经济收入，是风沙区农业生产过程中防治土壤风蚀、改善生态环境的有效途径。冬小麦种植虽然经济收益相对较低，但是由于其能增加冬春季节风沙区农田地表覆盖度，有效防治土壤风蚀，不失为一种很好的防治农田风蚀的农业措施。建议采用政府补偿的方式鼓励农户扩大冬小麦的种植。

雷金银

2012年9月