中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (23): 4706-4716.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.23.012
于博威(), 张晴雯(
), 郝卓, 石玉龙, 李雪亮, 李孟妮, 荆雪锴
收稿日期:
2022-11-27
接受日期:
2023-02-09
出版日期:
2023-12-04
发布日期:
2023-12-04
通信作者:
联系方式:
于博威,E-mail:yubowei@caas.cn。
基金资助:
YU BoWei(), ZHANG QingWen(
), HAO Zhuo, SHI YuLong, LI XueLiang, LI MengNi, JING XueKai
Received:
2022-11-27
Accepted:
2023-02-09
Published:
2023-12-04
Online:
2023-12-04
摘要:
【目的】东北黑土区坡耕地土壤侵蚀日益加重,研究横坡垄作与地形对土壤可蚀性K值的交互作用,为东北黑土区坡耕地水土流失的精准防控提供科学依据。【方法】选取黑龙江省北安市红星农场内典型坡耕地为研究对象,在横坡垄作方向与顺坡水线方向共布设25个采样点,并计算相应样点的土壤可蚀性K值,采用单因素方差分析(One-way ANOVA)检验土壤可蚀性K值的差异性,并使用地理探测器模型探讨土壤可蚀性K值的影响因子及其交互作用。【结果】横坡垄作方向,土壤可蚀性K值在垄台呈现从坡顶到坡足逐渐减小的变化趋势,坡足比坡顶减小幅度为6.2%;在垄沟呈现从坡肩到坡足逐渐减小的变化趋势,坡足比坡肩减小幅度为5.8%。顺坡水线方向,由于垄台对地表径流的阻挡作用,垄台和垄沟土壤可蚀性K值沿着坡面并没有明显的变化趋势。地理探测器分析表明,横坡垄作对土壤可蚀性K值的影响最大,其垄台和垄沟的解释率分别达51%和18%以上;横坡垄作与其他因子的交互作用增强了对土壤可蚀性K值的解释能力,特别是横坡垄作与地形的交互作用尤为明显。【结论】黑土区坡耕地土壤可蚀性K值具有明显的空间变异性,横坡垄作与地形对土壤可蚀性的影响存在明显的交互作用,横坡垄作可以显著拦蓄径流,减少土壤侵蚀,但因黑土区坡耕地横坡垄作的坡缓而长,在坡足处易于汇集径流,依然有“断垄”潜在风险。
于博威, 张晴雯, 郝卓, 石玉龙, 李雪亮, 李孟妮, 荆雪锴. 东北黑土区长缓坡耕地横坡垄作与地形对土壤可蚀性的交互作用[J]. 中国农业科学, 2023, 56(23): 4706-4716.
YU BoWei, ZHANG QingWen, HAO Zhuo, SHI YuLong, LI XueLiang, LI MengNi, JING XueKai. Interaction Between Transverse Ridge Tillage and Topography on Soil Erodibility Along the Long Gentle Slope in a Typical Black Soil Region of Northeast China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(23): 4706-4716.
表1
两个自变量对因变量交互作用的类型"
交互作用类型 Interaction | 判断准则 Judgement criteria |
---|---|
双因子增强 Double-factor enhancement | q(x1∩x2)>Max(q(x1), q(x2)) |
非线性增强 Nonlinear enhancement | q(x1∩x2)>q(x1) + q(x2) |
单因子非线性减弱 Single-factor nonlinear weakening | Min[q(x1), q(x2)]>q(x1∩x2)>Max[q(x1), q(x2)] |
非线性减弱 Nonlinear weakening | q(x1∩x2)>Min[q(x1), q(x2)] |
独立 Independent | q(x1∩x2)=q(x1) + q(x2) |
表2
地理探测器影响因子分级"
影响因子 Influencing factor | 级别 Level | 级别说明 Level description |
---|---|---|
横坡垄作 Transverse ridge tillage | 1-5 | 1.坡顶 2.坡肩 3.坡背 4.坡脚 5.坡足 1. Top 2. Shoulder 3. Back 4. Foot 5. Toe |
顺坡水线 Longitudinal waterline | 1-5 | 1.上坡 2.中上坡 3.中坡 4.中下坡 5.下坡 1. Upper 2. Mid-upper 3. Middle 4. Mid-lower 5. Lower |
土壤容重 Soil density | 1-4 | 通过ArcGIS 10.2的自然间断点方法提取 Extracted by natural breaks method in ArcGIS 10.2 |
土壤有机碳 Soil organic carbon | 1-4 | 通过ArcGIS 10.2的自然间断点方法提取 Extracted by natural breaks method in ArcGIS 10.2 |
高程 Elevation | 1-4 | 通过ArcGIS 10.2的自然间断点方法提取 Extracted by natural breaks method in ArcGIS 10.2 |
坡度 Slope | 1-4 | 通过ArcGIS 10.2的自然间断点方法提取 Extracted by natural breaks method in ArcGIS 10.2 |
表3
垄台单因子及其交互作用贡献率"
影响因子 Influencing factor | 横坡垄作 Transverse ridge tillage | 顺坡水线 Longitudinal waterline | 土壤容重 Soil density | 土壤有机碳 Soil organic carbon | 高程 Elevation | 坡度 Slope |
---|---|---|---|---|---|---|
横坡垄作 Transverse ridge tillage | 0.511 | |||||
顺坡水线 Longitudinal waterline | 1.000* | 0.040 | ||||
土壤容重 Soil density | 0.761* | 0.468* | 0.081 | |||
土壤有机碳 Soil organic carbon | 0.774* | 0.270* | 0.467* | 0.070 | ||
高程 Elevation | 0.898* | 0.321* | 0.590* | 0.241# | 0.148 | |
坡度 Slope | 0.712* | 0.460* | 0.439* | 0.555* | 0.574* | 0.169 |
表4
垄沟单因子及其交互作用贡献率"
影响因子 Influencing factor | 横坡垄作 Transverse ridge tillage | 顺坡水线 Longitudinal waterline | 土壤容重 Soil density | 土壤有机碳 Soil organic carbon | 高程 Elevation | 坡度 Slope |
---|---|---|---|---|---|---|
横坡垄作 Transverse ridge tillage | 0.185 | |||||
顺坡水线 Longitudinal waterline | 1.000* | 0.084 | ||||
土壤容重 Soil density | 0.758* | 0.485* | 0.103 | |||
土壤有机碳 Soil organic carbon | 0.740* | 0.281* | 0.373* | 0.059 | ||
高程 Elevation | 0.901* | 0.123# | 0.396* | 0.267* | 0.079 | |
坡度 Slope | 0.500* | 0.453* | 0.434* | 0.463* | 0.414* | 0.067 |
[1] |
刘兴土, 阎百兴. 东北黑土区水土流失与粮食安全. 中国水土保持, 2009(1): 17-19.
|
|
|
[2] |
范昊明, 蔡强国, 王红闪. 中国东北黑土区土壤侵蚀环境. 水土保持学报, 2004, 18(2): 66-70.
|
|
|
[3] |
doi: 10.1097/SS.0b013e3182639de1 |
[4] |
陈雪, 蔡强国, 王学强. 典型黑土区坡耕地水土保持措施适宜性分析. 中国水土保持科学, 2008, 6(5): 44-49.
|
|
|
[5] |
doi: 10.1016/j.catena.2022.106475 |
[6] |
doi: 10.1071/SR17058 |
[7] |
刘宝元, 张科利, 焦菊英. 土壤可蚀性及其在侵蚀预报中的应用. 自然资源学报, 1999, 14(4): 345-350.
|
doi: 10.11849/zrzyxb.1999.04.010 |
|
[8] |
娄义宝, 康宏亮, 王文龙, 沙小燕, 冯兰茜, 聂慧莹, 史倩华. 黄土高原沟壑区沟头植被根系垂直分布及其对土壤抗侵蚀性的影响. 中国农业科学, 2023, 56(1): 90-103. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.01.007.
|
|
|
[9] |
魏慧, 赵文武, 王晶. 土壤可蚀性研究述评. 应用生态学报, 2017, 28(8): 2749-2759.
doi: 10.13287/j.1001-9332.201708.011 |
doi: 10.13287/j.1001-9332.201708.011 |
|
[10] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.145540 |
[11] |
陈卓鑫, 王文龙, 郭明明, 王天超, 郭文召, 王文鑫, 康宏亮, 杨波, 赵满. 黄土高塬沟壑区植被恢复对不同地貌部位土壤可蚀性的影响. 自然资源学报, 2020, 35(2): 387-398.
doi: 10.31497/zrzyxb.20200211 |
doi: 10.31497/zrzyxb.20200211 |
|
[12] |
王文鑫, 王文龙, 郭明明, 王天超, 康宏亮, 杨波, 赵满, 陈卓鑫. 黄土高塬沟壑区植被恢复对沟头土壤团聚体特征及土壤可蚀性的影响. 中国农业科学, 2019, 52(16): 2845-2857. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.16.010.
|
|
|
[13] |
王亚娟, 陈云明, 孙亚荣, 赵敏. 宁南山区侵蚀沟不同部位土壤理化性质及可蚀性研究. 水土保持学报, 2023, 37(2): 11-18.
|
|
|
[14] |
张琪, 崔佳慧, 李绒萱, 刘博, 仝如强, 王宇. 吉林省中东部耕地土壤可蚀性因子的演变. 吉林农业大学学报, 2021, 43(1): 82-85.
|
|
|
[15] |
孔亚平, 张科利, 杨红丽. 土壤可蚀性模拟研究中的坡长选定问题. 地理科学, 2005, 25(3): 3374-3378.
|
|
|
[16] |
张永勤. 武夷山山地土壤可蚀性K值的垂直分异及成因分析. 亚热带水土保持, 2012, 24(3): 19-22.
|
|
|
[17] |
刘宝元, 阎百兴, 沈波, 王志强, 魏欣. 东北黑土区农地水土流失现状与综合治理对策. 中国水土保持科学, 2008, 6(1): 1-8.
|
|
|
[18] |
王磊, 何超, 郑粉莉, 边锋, 覃超, 徐锡蒙. 黑土区坡耕地横坡垄作措施防治土壤侵蚀的土槽试验. 农业工程学报, 2018, 34(15): 141-148.
|
|
|
[19] |
doi: 10.1016/j.still.2020.104807 |
[20] |
温云浩, 王立新, 刘铁军. 东北黑土区不同垄作坡面产流产沙过程. 水土保持研究, 2022, 29(5): 8-13, 20.
|
|
|
[21] |
doi: 10.1016/j.still.2021.104937 |
[22] |
|
[23] |
doi: 10.1080/13658810802443457 |
[24] |
刘华征, 贾燕锋, 范昊明, 王佳楠, 韩文宁. 东北松嫩典型黑土区长缓坡耕地土壤侵蚀沿坡长变化规律及其对土壤质量的影响. 自然资源学报, 2022, 37(9): 2292-2305.
doi: 10.31497/zrzyxb.20220907 |
doi: 10.31497/zrzyxb.20220907 |
|
[25] |
张明礼, 杨浩, 高明, 杨九东, 刘晓海. 利用137Cs示踪技术研究滇池流域土壤侵蚀. 土壤学报, 2008, 45(6): 1017-1025.
|
|
|
[26] |
谭贞学, 王占礼, 马春艳, 刘俊娥, 袁殷. 黄土坡面下坡位土壤侵蚀过程的模拟试验. 中国水土保持科学, 2009, 7(2): 12-17, 28.
|
|
|
[27] |
doi: 10.1016/j.still.2017.10.005 |
[28] |
盖浩, 刘平奇, 张梦璇, 陈柏旭, 王迎春, 王立刚. 黑土坡耕地横坡垄作对减少径流及土壤有机碳流失的作用. 水土保持学报, 2022, 36(2): 300-304, 311.
|
|
|
[29] |
宋鸽, 史东梅, 蒋光毅, 江娜, 叶青, 张健乐. 土壤管理措施对坡耕地侵蚀退化耕层的恢复作用. 中国农业科学, 2021, 54(8): 1702-1714. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.08.010.
|
|
|
[30] |
水利部, 中国科学院, 中国工程院. 中国水土流失防治与生态安全-东北黑土区卷. 北京: 科学出版社, 2010.
|
Ministry of Water Resources, Chinese Academy of Sciences, Chinese Academy of Engineering. Soil Erosion Control and Ecological Security in China Black Soil Region of Northeast China Volume Beijing: Science Press, 2010. (in Chinese)
|
|
[31] |
王小康, 谷举, 刘刚, 师宏强. 横、顺坡垄作对黑土坡面侵蚀-沉积周期规律的影响. 土壤学报, 2022, 59(2): 430-439.
|
|
|
[32] |
牟廷森, 沈海鸥, 贺云锋, 李春丽, 郭聃, 刘殿民. 黑土区垄作方式对坡耕地土壤侵蚀的调控效果. 水土保持通报, 2022, 42(2): 22-30.
|
|
[1] | 宋鸽,史东梅,蒋光毅,江娜,叶青,张健乐. 土壤管理措施对坡耕地侵蚀退化耕层的恢复作用[J]. 中国农业科学, 2021, 54(8): 1702-1714. |
[2] | 王文鑫,王文龙,郭明明,王天超,康宏亮,杨波,赵满,陈卓鑫. 黄土高塬沟壑区植被恢复对沟头土壤团聚体特征及土壤可蚀性的影响[J]. 中国农业科学, 2019, 52(16): 2845-2857. |
[3] | 尚璇,李西灿,徐邮邮,刘莎莎. 土壤水与有机质对高光谱的作用及交互作用规律[J]. 中国农业科学, 2017, 50(8): 1465-1475. |
[4] | 李雨,韩平,任东,罗娜,王纪华. 基于地理探测器的农田土壤重金属影响因子分析[J]. 中国农业科学, 2017, 50(21): 4138-4148. |
[5] | 罗 键,尹 忠,郑子成,何淑勤,李廷轩. 不同降雨条件下紫色土横垄坡面地表微地形变化特征[J]. 中国农业科学, 2016, 49(16): 3162-3173. |
[6] | 黄明, 黄峰, 黄继超, 徐宝才, 周光宏, 徐幸莲. 内源性蛋白酶对宰后肌肉嫩化机制研究进展[J]. 中国农业科学, 2011, 44(15): 3214-3222. |
[7] | 毛军需,徐晓锋,石兆勇,苗艳芳. 豫西地区不同类型农田化肥增产效益及增产潜力研究[J]. 中国农业科学, 2007, 40(7): 1439-1446 . |
[8] | 张伟 陈洪松 王克林 苏以荣 张继光 易爱军. 岩溶峰丛洼地土壤养分空间分异特征及影响因子分析[J]. 中国农业科学, 2006, 39(9): 1828-1835 . |
[9] | 门明新,彭正萍,宇振荣. 基于土壤粒径分布模型的河北省土壤可蚀性研究[J]. 中国农业科学, 2004, 37(11): 1647-1653 . |
|