| 作者： | 冯晓静 |
| 专业： | 农业机械化工程 |
| 导师： | 高焕文 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 中国农业大学 |
| 关键词： | 保护性耕作;壤风蚀;风蚀模型 |
| 摘要： | 农田土壤风蚀造成土壤流失，引起农田沙化，严重影响土地的生产力和农业环境。沙尘暴猖獗，影响大气环境，使城市大气可吸入颗粒物严重超标。为了从理论和实际两个层面上深入研究沙尘暴的形成机理和对环境的危害性，课题进行了野外观测试验和风洞实验，结合风蚀物质的实验室分析，本着农业发展和治理环境的目标，得出了以下五个方面的成果： 1.临界覆盖量风洞试验结果：在北京春季常见的大风(8～14m/s)情况下，一年两熟秸秆覆盖地和一年一熟玉米根茬地比传统耕作地表分别减少风蚀量84.2％和59.35％；该地的临界覆盖量为400g/m2。一年一熟农作区玉米根茬可以有效的抑制地表扬尘，风向与行向平行扬尘量最大，垂直最小，45°时介于两者之间。当风速较大时，玉米根茬的根系比一年两熟地区碎秸平铺覆盖的地表有更好的固土作用。在风速高于22m/s的北京北部山区，可以通过留茬和选择适当的行距或行向来有效的抑制风蚀。 2.风蚀预测模型：基于风洞试验数据，结合风沙动力学中的经典输沙率公式，建立了针对北京地区的风蚀模型，计算北京地区翻耕地春季风蚀量可达256.14t/hm2，总量达8.811×107t，风蚀深度为21.35mm。采用不同覆盖量的免耕时，可以使风蚀量减少16.29～98.97％。为了控制北京地区风蚀在微弱侵蚀2t/hm2之下，秸秆覆盖量必须高于650g/m2，如果地表覆盖量达到了400g/m2，可以将风蚀控制在轻度侵蚀范围内。为了控制风蚀，必须确保地表覆盖量，避免翻耕。 3.风蚀监测方法：一般风蚀测试中只监测150cm以下，不能满足全量风沙流的测量，有一定的局限性。本研究利用分布于500cm高的10个集沙仪监测耙地和玉米茬地风蚀，两地表200～500cm高度内的5个集沙仪采集到的风蚀物分别占10个集沙仪采集总量的26.11％和27.79％。 4.风蚀导致养分损失：从风蚀物的风沙流结构和养分富集率研究表明，风蚀过程中传统耕作和保护性耕作地表20cm耕层中各物质损失，全磷的损失率分别为12.24％和5.93％，有机质的损失率分别为11.53％和4.31％，全氮损失率分别为9.08％和3.12％，土壤损失率分别为5.29％和2.62％。全磷损失率是相应土壤损失率的2.31倍和2.26倍，有机质损失率是相应土壤损失率的2.18倍和1.65倍，全氮损失率是土壤损失率的1.72和1.19倍。当施肥量与作物吸收的养分平衡时，每年进行翻耕，耕层20cm土壤的有机质及养分经过5～10年就仅剩余目前含量的一半，100年后有机质及养分基本上全部损失。风蚀物养分富集率随着风速的提高而降低，说明短时的大风和长时间的低速风比较，在风蚀量相同的情况下，低风速的养分损失更为严重。 5.风蚀过程中的PM10浮尘：用风洞结合大流量采样器对四种地表测定结果表明，PM10发生量翻耕地＞低茬地＞秸秆覆盖地＞秸秆覆盖+直立秸秆地表。与翻耕相比，低茬地、秸秆覆盖地、秸秆覆盖+直立秸秆地PM10发生量分别减少41.01％，69.21％，77.48％，秸秆覆盖+直立秸秆地抑制PM10效果最好。本研究建立了基于风蚀量、土壤浮尘指数和磨蚀作用下的风蚀发生时的PM10发生量预测模型。测得疏松土壤释放和磨蚀两部分释放系数分别为0.00811％和0.00783％，两部分均与风蚀量呈线性增加关系。北京地区耕地翻耕时产生PM10共841032t，覆盖量为400gm时，产生PM10共50229t。 |