Influence of Different Planting System on Soil Grain Size Distribution Characteristics in Sandstorm Area
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摘要: 为探究不同种植制度对风沙区喷灌圈耕地土壤风蚀效果的影响,以马铃薯-冬闲-玉米轮作(PT)、玉米-冬闲-玉米连作(SF)、马铃薯-燕麦-玉米轮作(WF)三种种植制度的喷灌圈耕地为研究对象,并以周边固定沙地(CK)为对照,春耕前采集表层0 ~ 5 cm土壤,用筛分法测定土壤的机械组成,分析土壤粒度参数及颗粒分形维数。结果表明:与CK相比,三种种植制度的耕地0 ~ 5 cm土层土壤细砂以下(< 0.1 mm)颗粒的含量下降12.83% ~ 42.45%,粗砂颗粒含量上升了284.12% ~ 502.86%,土壤颗粒表现出明显粗化现象,分选性变好,峰态向尖窄化发展,土壤退化严重,说明无论采用何种种植制度均会导致耕地土壤沙化。不同种植制度中,SF、WF相比PT均明显提高了耕地0 ~ 5 cm土层土壤细砂以下(< 0.1 mm)颗粒的含量,土壤颗粒出现细化趋势,分选性变好,峰态向尖窄化发展,分形维数值增大,表明玉米留茬和马铃薯收获后种植燕麦在风季可以减弱地表风蚀作用,降低耕地表层土壤细颗粒的流失。三种种植制度的偏差在各土层间没有显著差异,说明不同种植制度不足以使喷灌耕地的土壤粒度分配出现较大差异。Abstract: To explore different cropping system on the effects of the circle of sandstorm sprinkler irrigation farmland soil wind erosion in potato-unimproved-corn crop rotation (PT), corn-unimproved-corn continuous cropping (SF), potato-oatmeal-corn crop rotation (WF) three circle of sprinkler irrigation farmland planting system as the research object, and in the fixed sand (CK) as contrast, before spring collection surface 0-5 cm soil, by screening method was developed for the determination of soil mechanical composition, analysis of soil grain size parameters and particle fractal dimension. Results show that compared with CK, the three cropping system of cultivated land of 0-5 cm soil layer under the sand soil (< 0.1 mm) particles by 12.83%-42.45%, the content of coarse sand particles content increased by 284.12%-502.86%, the phenomenon of soil particles showed obvious coarsening, sorting sex good, kurtosis to sharp narrowing development, serious soil degradation, shows no matter adopt what kind of cropping system all can cause the soil desertification. Compared different cropping systems, SF, WF PT were significantly improved the arable land, 0-5 cm soil layer under the sand soil (< 0.1 mm) particles content, soil particles appear trend of refining, sorting sex good, kurtosis to develop in the sharp narrowing, fractal dimension values increase, showed that corn stubble and after harvesting the potato planting oats in the monsoon season can decrease the surface wind erosion, reduce the loss of arable land, surface soil fine particles. There was no significant difference among the three planting systems, indicating that different planting systems were not enough to make a great difference in the soil particle size distribution of irrigated farmland.
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Key words:
- Soil wind erosion /
- Particle size parameter /
- Fractal dimensions /
- Cropping system
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表 1 样地基本情况
Table 1. Basic information of the sample
种植制度
Cropping system编号
Serial number种植模式
Cropping pattern备注
Note2015年 2016年 2017年 2018年 马铃薯-冬闲-玉米轮作 PT 玉米 马铃薯 玉米 马铃薯 马铃薯全生育期长势良好,秋季采收后未做任何防护措施,地表裸露。 玉米-冬闲-玉米连作 SF 玉米 玉米 玉米 玉米 玉米全生育期长势良好,秋季采收时留茬高度约为20 cm,株距为15 cm。 马铃薯-燕麦-玉米轮作 WF 玉米 马铃薯/燕麦 玉米 马铃薯/燕麦 马铃薯采收后立即种植燕麦,停止生长后盖度可达30% ~ 40%,其干枯的茎秆可起到一定的防止地表风蚀作用。 固定沙地 CK — — — — 属于固定沙地,喷灌圈耕地主要的建设区域,主要建群种为油蒿,伴有冰草、苦豆子等植物,地表有枯落物覆盖,植被盖度达到50%以上。 表 2 粒度参数分级标准
Table 2. Parameters of particle classification criteria
分选系数
Sorting coefficient偏差
Skewness峰度
Kurtosis范围
Range描述
Description范围
Range描述
Description范围
Range描述
Description< 0.35 分选极好 −1.0 ~ −0.3 极负偏 < 0.67 很宽平 0.35 ~ 0.50 分选很好 −0.3 ~ −0.1 负偏 0.67 ~ 0.90 宽平 0.50 ~ 0.71 分选较好 −0.1 ~ 0.1 近对称 0.90 ~ 1.11 中等 0.71 ~ 1.00 分选中等 0.1 ~ 0.3 正偏 1.11 ~ 1.56 尖窄 1.00 ~ 2.00 分选较差 0.3 ~ 1.0 极正偏 1.56 ~ 3.00 很尖窄 2.00 ~ 4.00 分选很差 > 3.00 极尖窄 > 4.00 分选极差 -
[1] 李文娇, 杨殿林, 赵建宁, 等. 长期连作和轮作对农田土壤生物学特性的影响研究进展[J]. 中国农学通报, 2015, 31(3): 173 − 178. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.2014-1832 [2] 赵玉信, 杨惠敏. 作物格局、土壤耕作和水肥管理对农田杂草发生的影响及其调控机制[J]. 草业学报, 2015, 24(8): 199 − 210. [3] 郑媛媛, 陈宗培, 王贵彦. 海河平原小麦-玉米不同种植制度节水特性分析[J]. 干旱地区农业研究, 2019, 37(5): 9 − 15. doi: 10.7606/j.issn.1000-7601.2019.05.02 [4] 张丽莉, 武志杰, 陈利军, 等. 不同种植制度土壤氧化还原酶活性和动力学特征[J]. 生态环境学报, 2009, 18(1): 343 − 347. doi: 10.3969/j.issn.1674-5906.2009.01.063 [5] 蔡 艳, 郝明德, 张丽琼, 等. 应用454测序技术分析种植制度对黑垆土微生物多样性的影响[J]. 作物学报, 2015, 41(2): 339 − 346. [6] 丁延龙, 高 永, 蒙仲举, 等. 希拉穆仁荒漠草原风蚀地表颗粒粒度特征[J]. 土壤, 2016, 48(4): 803 − 812. [7] 李宗礼, 赵文举, 孙 伟, 等. 喷灌技术在北方缺水地区的应用前景[J]. 农业工程学报, 2012, 28(6): 1 − 6. doi: 10.3969/j.issn.1002-6819.2012.06.001 [8] 赵伟霞, 李久生, 栗岩峰. 大型喷灌机变量灌溉技术研究进展[J]. 农业工程学报, 2016, 32(13): 1 − 7. doi: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.13.001 [9] 张世忠, 范杰英, 王 昱, 等. 喷灌对玉米产量的影响[J]. 玉米科学, 2010, 18(4): 112 − 114. [10] 郭 敏, 方海燕, 盛美玲. 喷灌侵蚀研究进展[J]. 人民黄河, 2016, 38(1): 88 − 92. doi: 10.3969/j.issn.1000-1379.2016.01.023 [11] 陶 雅, 李 峰, 高凤芹, 等. 籽粒苋与青贮玉米混贮品质及微生物特性研究[J]. 草业学报, 2016, 25(12): 119 − 129. doi: 10.11686/cyxb2016187 [12] 于 洁, 高 丽, 闫志坚, 等. 库布齐沙漠东段不同演替阶段沙丘土壤种子库变化特征[J]. 中国草地学报, 2015, 37(4): 80 − 85. doi: 10.3969/j.issn.1673-5021.2015.04.013 [13] Silva L L. The Effect of spray head sprinklers with different deflector plates on irrigation uniformity, runoff and sediment yield in a Mediterranean soil[J]. Agricultural Water Management, 2006, 85(3): 243 − 252. doi: 10.1016/j.agwat.2006.05.006 [14] Folk R L, Ward W C. Brazos river bar: a study in the significance of grain size parameters[J]. Journal of Sedimentary Petrology, 1957, 27(1): 3 − 26. doi: 10.1306/74D70646-2B21-11D7-8648000102C1865D [15] 党梦娇, 蒙仲举, 斯庆毕力格, 等. 库布齐沙漠南缘光伏电站内表层沉积物粒度特征[J]. 土壤通报, 2019, 50(2): 260 − 266. [16] 高广磊, 丁国栋, 赵媛媛, 等. 生物结皮发育对毛乌素沙地土壤粒度特征的影响[J]. 农业机械学报, 2014, 45(1): 115 − 120. doi: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.019 [17] 杨培岭, 罗远培, 石元春. 用粒径的重量分布表征的土壤分形特征[J]. 科学通报, 1993, 38(20): 1896 − 1899. doi: 10.3321/j.issn:0023-074X.1993.20.010 [18] 胡光印, 董治宝, 逯军峰, 等. 黄河源区1975 ~ 2005年沙漠化时空演变及其成因分析[J]. 中国沙漠, 2011, 31(5): 1079 − 1086. [19] 巩国丽, 刘纪远, 邵全琴. 基于RWEQ的20世纪90年代以来内蒙古锡林郭勒盟土壤风蚀研究[J]. 地理科学进展, 2014, 33(6): 825 − 834. doi: 10.11820/dlkxjz.2014.06.011 [20] 李 昂, 张 鸣, 蔺海明, 等. 种植甘草预防土壤风蚀效应[J]. 草业科学, 2014, 31(5): 839 − 843. doi: 10.11829/j.issn.1001-0629.2013-0254 [21] 郭明明, 王文龙, 史倩华, 等. 黄土高塬沟壑区退耕地土壤抗冲性及其与影响因素的关系[J]. 农业工程学报, 2016, 32(10): 129 − 136. doi: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.10.018 [22] 董宛麟, 于 洋, 张立祯, 等. 向日葵和马铃薯间作条件下氮素的吸收和利用[J]. 农业工程学报, 2013, 29(7): 98 − 108.