风力侵蚀作用对新增耕地土壤粒度特征的影响

张腾飞

摘 要：本文以定边县2017年实施的土地开发项目新增耕地为研究对象，研究一个风力周期内，风力侵蚀作用对新增耕地土壤粒度变化特征以及含量的影响。结果表明：土壤粘粒含量和粉粒含量随距离新造耕地距离的增加而增大，而沙粒含量与距离新造耕地距离呈负相关关系。距新增耕地10m处，土壤粘粒含量显著增大，且土壤质地由此转变为砂壤土，粉粒含量也逐步提高;距新增耕地10m后，土壤粒径变化趋于平缓，且土壤粉粒含量逐渐增加，砂砾含量逐渐减少，粘粒含量变化不显著。风力侵蚀作用对0.075mm以下的土壤粒径运移距离影响显著，随着距新增耕地距离的增加，小于0.075mm的土壤粘粒含量逐渐增多，且小于0.075mm土壤粘粒含量中，粒径级配越大，相同位置处的含量也越大。

关键词：风力侵蚀;新增耕地;土壤粒度;粘粒含量

中图分类号：S157.1       文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200930039

引言

风蚀作用是引发我国北方旱区耕地退化的主要因素，对当地社会经济条件和生态环境产生十分严重的危害，同时也会造成大量扬尘影响空气质量[1，2]。我国陕北地区地处干旱半干旱区域，面临严重的沙漠化威胁，此外，尚有大面积盐碱地未得到有效开发利用。基于此，在陕北利用土体有机重构技术开发实施了大面积的土地开发项目，改造沙荒地和盐碱地为水浇地，为全省经济发展提供了耕地保障，同时也提高了耕地抗侵蚀能力，进一步遏制了土壤沙漠化和水土流失现象[3-7]。但这些新开垦出的耕地，在多风的冬季和春季处于裸露状态，易遭受强烈的风蚀。由于新开发出来的农耕地表层土壤结构松散且无粘结，在项目实施完成首年，一般无相关保护性处理，在风蚀作用下，裸露的土壤不仅被破坏土壤结构，且理化特性也受到严重破坏，土壤质量也会因此受到极大影响，耕作层土壤减少变薄，造成土壤肥力流失和耕地质量下降，影响后期农作物的生长。

有研究表明，土壤中沙土含量越高，越容易受到风蚀影响，0.075～0.40mm为易蚀颗粒类型[8]。苑依笑等[9]对农田土壤细颗粒物的损失特征进行研究，结果表明土壤粒径在1.80～24.0μm的细颗粒损失最为严重。王仁德等[10]和Chepil[11]研究认为，风蚀物粒度组成以粒径小于100μm的悬移质为主，小于0.42mm的颗粒物质为高度可蚀。李晓娜等[12]研究认为，0.05～0.002mm的粉粒是风蚀过程中损失的主要颗粒。王瑞东等[13]和丁延龙[14]实验发现，荒漠草原近自然恢复状态下土壤风蚀颗粒范围为110～250μm，沙堆表层沉积物粒径多在100～300μm。众多试验均围绕自然条件下风蚀对土壤颗粒造成的影响进行了分析，但对新造耕地条件下的风蚀研究较少。因此，本文以定边县2017年实施的土地开发项目为研究对象，在地块（田面）尺度上，以一个风力周期（冬、春两季）为时间尺度展开研究。通过研究一个风力周期内，风蚀物的颗粒组成和风蚀量，探索不同距离范围内风蚀物与风力之间的关系，以期为土地开发项目空白期风力侵蚀下，土地耕作层防护提供科学依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区处于毛乌素沙漠与黄土丘陵区过渡地带，隶属于定边县白泥井镇向阳村。区内海拔高度介于1374～1387m，地表无乔、灌木植物。区内多年平均气温7.9℃，极端最高气温37.7℃，最低气温-39℃。多年平均降水量316.9mm，其中7—9月降水量150.7mm，占全年降水量的62.16%，多年平均蒸发量为2490.2mm。无霜期141d，最长年无霜期为164d。初开始解冻在次年3月，结冻天数约95～105d，冻土层深度1.09～1.20m。

研究区地表覆盖主要为风沙土和盐碱砂壤土，以风蚀为主的水土流失普遍发生，危害较大。本文以定边县2017年实施的向阳村、北畔村土地开发项目农田耕作层为研究对象，该项目建设规模共计266.67hm2，耕作层为沙与土的混合物，称为“复配土”。陕西省土地工程建设集团通过大量实验研究分析发现，“复配土”具备农作物生长的基本条件，通过控制复配比例和增加种植季数，复配土能够达到高标准农田的土壤要求，具有开发利用价值。2017年底项目实施完成，距离作物种植经历一个风力周期，但耕作层土壤极为疏松，易受强风侵蚀，环境问题突出。

1.2 测定项目与方法

项目区主要进行野外风力观测（不同高度的风速）和野外风蚀物观测（包括不同高度的风蚀量、颗粒组成、运移及沉降过程）。野外风场观测使用仪器为野外用梯度风速仪，可同时观测不同高度上的9个风速梯度，风速的测量范围为0.3～30m，分辨率为0.1m·s-1。该仪器配有数据采集器，能自动采集1min、10min和1h滑动平均数据，结果以ASCII码数据输出，以4m高度处风速作为野外观测风速。利用平口式积沙仪收集地表风蚀起沙（尘），仪器总高度85cm，沙尘采集高度60cm，采集梯度为30个连续的2cm×2cm进沙口，采集效率大于80%。此外，考虑到研究区地表起沙、起尘量较大，一次大风天气过程积沙仪收集的沙尘量有限，很难对风蚀物粒度特征和垂直结构等进行分析，本文设计采用插杆黏捕的方法对以上问题进行补充观测。

实验开始前先将样品分为2份，一份过2mm平筛，使用Mastersizer 3000型激光粒度分析仪进行粒度分析，另一份样品过0.075mm筛，使用土壤比重计（TM-85）进行颗粒分析。测试工作在国土资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室内进行，粒度分析结果以重量百分数表示。数据分析采用Excel 2007软件完成。

2 结果分析

2.1 风力侵蚀对新造耕地土壤粒径级配的影响

表1为新造耕地在一个风力周期内，距耕地不同距离处土壤颗粒级配情况。分析可知，土壤粘粒含量和粉粒含量隨距离新造耕地距离的增加而增大，而沙粒含量与距离新造耕地距离呈负相关关系。在距离新增耕地1m处，土壤均为砂土，土壤颗粒全部为砂粒;距离新增耕地5m处，土壤粒径发生显著变化，粘粒含量和粉粒含量增大，分别较距离新增耕地1m处增加121.05%和9.03%，砂粒含量降低8.63%;而距新增耕地10m处，土壤粘粒含量显著增大，较距离新增耕地5m处显著提高333.33%，且土壤质地由此转变为砂壤土，粉粒含量也逐步提高，较5m处增加了81.48%，砂粒含量较5m处降低8.85%;距新增耕地10m后，土壤粒径变化趋于平缓，且土壤粉粒含量逐渐增加，砂砾含量逐渐减少，粘粒含量变化不显著。

2.2 风力侵蚀对新造耕地粘土粒径分布的影响

土壤粘粒含量有利于土壤团聚体的形成，对于土壤肥力和土壤质量的提高具有显著影响，因此有必要对风力侵蚀条件对新增耕地土壤粘粒含量的影响进行研究分析。土壤沙粒的运动形式分为蠕移、跃移和悬移3种类型，小于0.075mm的土壤颗粒随风运移方式是悬移，即该粒径的沙土颗粒在一定时间内悬浮于空中，并随气流向前运动，运动距离更长，漂浮时间更久。表2为新造耕地在一个风力周期内，距耕地不同距离处小于0.075mm土壤粘粒级配情况。分析可知，风力侵蚀作用对0.075mm以下的土壤粒径运移距离影响显著，随着距新增耕地距离的增加，小于0.075mm的土壤粘粒含量逐渐增多，距新增耕地1m、5m、10m、20m和50m土壤粘粒平均含量分别较新增耕地处提高40.37%、16.02%、24.33%、35.25%和22.47%;且小于0.075mm的土壤粘粒含量中，粒径级配越大，相同位置处的含量也越大。其中，土壤粒径0.0627、0.045、0.02、0.0114、0.0081、0.0057、0.004以及0.0012含量占比分别为29.00%、21.00%、15.22%、10.44%、8.78%、6.00%、5.78%和3.77%。

3 结论和讨论

我国陕北地区地处干旱半干旱区域，面临严重的沙漠化威胁，此外，尚有大面积盐碱地未得到有效开发利用。在陕北利用土体有机重构技术开发实施了大面积的土地开发项目，通过工程措施新造耕地，提高耕地抗侵蚀能力，进一步遏制了土壤沙漠化和水土流失现象。但这些新开垦出的耕地，在多风的冬季和春季处于裸露状态，易遭受强烈的风蚀，由于新开发出来的农耕地表层土壤结构松散且无粘结，在项目实施完成首年，一般无相关保护性处理，在风蚀作用下，裸露的土壤不仅被破坏土壤结构，且理化特性也受到严重破坏，土壤质量也会因此受到极大影响。

本文以定边县2017年实施的土地开发项目为研究对象，在地块（田面）尺度上，以一个风力周期（冬、春两季）为时间尺度展开研究。研究一个风力周期内，风蚀物的颗粒组成和风蚀量，以期探索不同距离范围内风蚀物与风力之间的关系。结果表明，土壤粘粒含量和粉粒含量随距离新造耕地距离的增加而增大，而沙粒含量与距离新造耕地距离呈负相关关系。距新增耕地10m处，土壤粘粒含量显著增大，较距离新增耕地5m处显著提高333.33%，且土壤质地由此转变为砂壤土，粉粒含量也逐步提高;距新增耕地10m后，土壤粒径变化趋于平缓，且土壤粉粒含量逐渐增加，砂砾含量逐渐减少，粘粒含量变化不显著。风力侵蚀作用对0.075mm以下的土壤粒径运移距离影响显著，随着距新增耕地距离的增加，小于0.075mm的土壤粘粒含量逐渐增多，且在小于0.075mm的土壤粘粒含量中，粒径级配越大，相同位置处的含量也越大。

参考文献

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[9]苑依笑，王仁德，常春平，等.风蚀作用下农田土壤细颗粒的粒度损失特征及其对土壤性质影响[J].水土保持学报，2018，32（02）：104-109，119.

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[14]丁延龙.白刺灌丛沙堆演化对地表蚀积的影响及其作用机制[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2019.

（责任编辑  周康）