科尔沁沙地南缘旱作农田保护性耕作对土壤风蚀的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00214

摘要/Abstract

摘要：

春季风蚀是干旱半干旱地区农田土壤退化的主要驱动力，严重威胁作物产能与生态安全。为明确耕作措施对春季农田风蚀的调控作用，本研究以科尔沁沙地南缘典型风蚀敏感区旱作农田为对象，基于2023—2024年两个春季连续开展田间定位观测，设置春播燕麦复种荞麦（YQ）、秋播冬黑麦复种荞麦（HQ）、玉米留茬免耕春播玉米（MY）和传统春翻地播种玉米（FY）4种耕作处理，系统评估不同措施下农田输沙率和风蚀量的时空变化特征，并结合风速、土壤湿度和降水量探讨其影响机制。结果表明：FY处理风蚀强度显著高于其他处理，两年平均风蚀总量分别为MY、YQ、HQ处理的1.57、2.11、4.22倍；各处理风蚀量随采样高度显著递减，主要在0~60 cm近地层；风速与风蚀量正相关，土壤湿度与降水量则显著负相关，且水分因子的调控效应优于风速。保护性耕作通过残茬覆盖、作物返青、持水能力提升等多路径机制协同降低风蚀强度。免耕与复种等低扰动耕作制度能有效缓解春季风蚀风险，适宜在北方风沙区推广应用，对保障土壤资源安全与推动区域农业可持续发展具有重要意义。

关键词: 风蚀, 保护性耕作, 土壤湿度, 风速, 降水, 农田管理

Abstract:

Spring wind erosion is a major driver of farmland soil degradation in arid and semi-arid regions， posing significant threats to crop productivity and ecological stability. To elucidate the effects of different tillage practices on spring wind erosion， a two-year field experiment （2023-2024） was conducted in a typical aeolian-sensitive area of Horqin Sandy Land. Four tillage treatments were established： spring-sown oat followed by buckwheat （YQ）， autumn-sown winter rye followed by buckwheat （HQ）， no-tillage maize with stubble retention （MY）， and conventional spring plowing and maize sowing （FY）. Temporal and vertical variations in aeolian sediment flux and wind erosion amount were systematically analyzed， along with their relationships to wind speed， soil moisture， and cumulative precipitation. The results showed that FY treatment exhibited the highest erosion intensity， with total wind erosion amounts being 1.57， 2.11， and 4.22 times higher than MY， YQ， and HQ treatments， respectively. Wind erosion was mainly concentrated in the 0-60 cm surface layer and decreased significantly with height. Wind speed was positively correlated with erosion amount， while soil moisture and precipitation were negatively correlated， with moisture-related variables exerting a stronger regulatory effect. Protective tillage practices mitigated erosion through multiple pathways including stubble cover， early crop canopy development， and enhanced water retention. This study demonstrates that no-tillage and crop rotation strategies effectively reduce spring wind erosion risk and are well-suited for widespread application in northern wind-prone agricultural zones. These findings provide practical implications for soil conservation and sustainable farmland management.

Key words: wind erosion, conservation tillage, soil moisture, wind speed, precipitation, farmland management

中图分类号:

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图/表 7

图1 试验期间研究区风速和风向特征

Fig.1 Meteorological patterns of wind speed and direction within the study area during the experimental period

图2 试验期间累积降水量和土壤湿度变化特征注：YQ、HQ、MY和FY分别代表春播燕麦复种荞麦、秋播冬黑麦复种荞麦、玉米留茬免耕春播玉米和传统春翻地播种玉米

Fig.2 Changes of soil moisture and cumulative rainfall during the experimental period

表1 不同观测年度种植措施处理下农田输沙率方差分析

Table 1 Analysis of variance （ANOVA） of farmland aeolian sediment flux under different cropping practices across observation years

因素	2023年		2024年
因素	F	P	F	P
种植措施	226.517	<0.001	875.601	<0.001
观测时间	93.744	<0.001	627.556	<0.001
采样高度	511.131	<0.001	2 625.049	<0.001
种植措施×观测时间	11.253	<0.001	64.432	<0.001
种植措施×采样高度	41.054	<0.001	141.682	<0.001
观测时间×采样高度	15.581	<0.001	105.469	<0.001
种植措施×观测时间×采样高度	2.167	<0.001	13.802	<0.001

图3 不同耕作措施下春季农田输沙率随采样高度与观测时间的变化特征注：YQ、HQ、MY和FY分别代表春播燕麦复种荞麦、秋播冬黑麦复种荞麦、玉米留茬免耕春播玉米和传统春翻地播种玉米

Fig.3 Variations in spring farmland aeolian sediment flux under different cropping practices across sampling heights and observation periods

图4 不同种植措施下农田风蚀量的年际变化注：YQ、HQ、MY和FY分别代表春播燕麦复种荞麦、秋播冬黑麦复种荞麦、玉米留茬免耕春播玉米和传统春翻地播种玉米。不同大写字母代表根耕作措施不同观测年份之间差异显著（P<0.05），不同小写字母代表同一观测年份内耕作措施之间差异显著（P<0.05）

Fig.4 Interannual variations in farmland wind erosion amount under different cropping practices

图5 种植措施和采样高度对年际间风蚀量的影响注：YQ、HQ、MY和FY分别代表春播燕麦复种荞麦、秋播冬黑麦复种荞麦、玉米留茬免耕春播玉米和传统春翻地播种玉米。不同大写字母代表采样高度之间存在显著差异显著（P<0.05），不同小写字母代表种植措施之间差异显著（P<0.05）

Fig.5 Effects of cropping practices and sampling height on interannual wind erosion amount

图6 土壤湿度和气象因子对风蚀量的影响

Fig.6 Effects of soil moisture， wind speed， and precipitation on wind erosion amount

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